啟動(dòng)壓力梯度對低滲氣藏氣井開發(fā)影響研究*——以合川氣田須二氣藏為例

袁　權(quán)張友彩陳　偉歐家強(qiáng)易　勁（.中國石油西南油氣田公司川中油氣礦　.西南石油大學(xué)）

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啟動(dòng)壓力梯度對低滲氣藏氣井開發(fā)影響研究*——以合川氣田須二氣藏為例

袁權(quán)1張友彩1陳偉2歐家強(qiáng)1易勁1
（1.中國石油西南油氣田公司川中油氣礦2.西南石油大學(xué)）

摘要合川氣田須二氣藏屬于低滲高含水氣藏，通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)存在啟動(dòng)壓力梯度。應(yīng)用滲流力學(xué)、單井?dāng)?shù)值模擬等手段對氣井的流場、供給半徑、采收率等進(jìn)行研究，結(jié)果表明：啟動(dòng)壓力梯度減小供給范圍并產(chǎn)生附加壓降，導(dǎo)致流壓快速下降，形成錐形壓降剖面；采收率隨井距增大而減小，極限供給半徑外的儲(chǔ)量完全不能動(dòng)用。根據(jù)相似原理建立了低滲氣藏氣井極限供給半徑、可采儲(chǔ)量、采收率估算的一套新方法，該方法簡單快捷，考慮了啟動(dòng)壓力梯度、最低（廢棄）壓力、井距等因素的影響。合川須二氣藏的應(yīng)用結(jié)果與實(shí)際動(dòng)態(tài)監(jiān)測、實(shí)鉆新井的資料吻合，驗(yàn)證了該套方法的有效性，為確定低滲氣藏合理井距及下步開發(fā)部署具有積極指導(dǎo)意義。圖4表2參12

關(guān)鍵詞啟動(dòng)壓力梯度低滲氣藏壓降剖面供給半徑采收率合理井距

合川氣田須二氣藏位于四川盆地中部，隸屬于川中古隆中斜平緩構(gòu)造帶，氣藏構(gòu)造平緩，斷層不發(fā)育，儲(chǔ)層平均孔隙度8.53%，平均滲透率0.418 mD，氣井普遍產(chǎn)水，屬于低滲含水氣藏。通過長巖心高壓衰竭開采模擬實(shí)驗(yàn)[1-2]，證實(shí)了合川須二氣藏啟動(dòng)壓力梯度的存在，同時(shí)受滲透率及含水飽和度的影響，滲透率越低啟動(dòng)壓力梯度越大，含水飽和度越高啟動(dòng)壓力梯度越大[3-4]。那么低滲氣藏啟動(dòng)壓力梯度的存在，會(huì)對氣井那些方面產(chǎn)生影響呢？本文從流場、供給半徑及采收率等方面開展了研究[5]。

1　啟動(dòng)壓力梯度對壓力場影響

根據(jù)合川氣田須二氣藏基礎(chǔ)參數(shù)（表1），利用單井?dāng)?shù)值模擬器分別模擬計(jì)算啟動(dòng)壓力梯度在0～0.05 MPa/m下，合川須二氣藏儲(chǔ)層氣井的定產(chǎn)壓降動(dòng)態(tài)，可見隨壓降漏斗的擴(kuò)展，因啟動(dòng)壓力梯度產(chǎn)生附加壓降（沿程屈服應(yīng)力=θR）增加，同時(shí)受啟動(dòng)壓力梯度限制又減少了供給范圍，導(dǎo)致井底流壓快速下降（圖1）。

表1　合川須二低滲氣藏氣井考慮啟動(dòng)壓力梯度單井?dāng)?shù)值模擬參數(shù)

圖1　啟動(dòng)壓力梯度對流壓的影響

根據(jù)穩(wěn)態(tài)滲流關(guān)系[6-7]：

壓力梯度為：

式中：

θ—啟動(dòng)壓力梯度，Pa/m；

R—半徑，m；

P—壓力，Pa；

K—滲透率，D；

μ—黏度，Pa·s；

h—產(chǎn)層厚度，m；

qsc—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)體積流量，m3/s；

Bg—體積系數(shù)。

由公式（2）可知，近井處的壓力梯度受產(chǎn)量、儲(chǔ)層物性和半徑影響，遠(yuǎn)井處1/R→0，壓力梯度主要受啟動(dòng)壓力梯度控制。利用單井?dāng)?shù)值模擬器模擬無啟動(dòng)壓力梯度及存在啟動(dòng)壓力梯度情況下氣井流場變化，從壓力剖面形態(tài)圖可見，常規(guī)氣藏壓降剖面為喇叭形（圖2a），而啟動(dòng)壓力梯度影響顯著時(shí)，壓降剖面變?yōu)閳A錐形（圖2b）。

圖2　壓力剖面形態(tài)對比

2　啟動(dòng)壓力梯度對供給半徑影響

2.1供給半徑計(jì)算方法

基于滲流力學(xué)理論，建立受啟動(dòng)壓力梯度控制的單井供給半徑的計(jì)算方法[8-10]。根據(jù)徑向穩(wěn)態(tài)流動(dòng)關(guān)系，對（2）式積分：

得出含啟動(dòng)壓力梯度的產(chǎn)量關(guān)系：

式中：

Pi—原始地層壓力，Pa；

Pwf—井底流壓，Pa；

Re—供給邊界半徑，m；

Rwe—考慮表皮系數(shù)影響的等效井筒半徑，Rwe= Rwe-s；

S—機(jī)械表皮系數(shù)，對于直井為徑向流表皮，對于壓裂井為擬徑向流表皮。

在無限導(dǎo)流裂縫條件下取等效井徑為1/2裂縫半長Rwe= Xf/2，對應(yīng)的擬徑向流表皮為S=-1n（Xf/2Rw）。

若取Pe=Pi-（Re-Rwe）θ為有效驅(qū)動(dòng)壓力，則式（5）與常規(guī)產(chǎn)量公式形式完全相同。當(dāng)有效驅(qū)動(dòng)壓差（Pe-Pwf）＞0時(shí)才有產(chǎn)出，得出最低井底壓力下的極限供給半徑：

式（6）展現(xiàn)出氣井供給半徑與是啟動(dòng)壓力梯度的倒數(shù)線性相關(guān)，不存在啟動(dòng)壓力梯度情況下，氣井供給半徑為無限大，說明啟動(dòng)壓力梯度對氣井供給半徑影響大。

2.2合川須二氣井供給半徑計(jì)算

結(jié)合巖心衰竭實(shí)驗(yàn)結(jié)果及氣井累積產(chǎn)量情況，利用式（6）計(jì)算出合川須二氣藏3類儲(chǔ)層氣井的供給半徑（表2），從計(jì)算結(jié)果來看，Ⅰ類儲(chǔ)層氣井的極限控制半徑較大，Ⅱ、Ⅲ類儲(chǔ)層相對較小，僅能達(dá)到200 m左右。

表2　合川須二氣藏氣井極限控制半徑計(jì)算結(jié)果

3　啟動(dòng)壓力梯度控制下井距對采收率影響

3.1采收率計(jì)算模型

當(dāng)井距大于2倍極限半徑時(shí)，氣井供給邊界上的壓力為原始地層壓力，當(dāng)井底壓力下降為最低流壓Pw后，開始定壓生產(chǎn)，產(chǎn)量遞減至0，表皮影響消失，壓降漏斗由喇叭形轉(zhuǎn)變?yōu)閳A錐形。當(dāng)井距小于2倍極限半徑時(shí)，出現(xiàn)井間干擾，相鄰單井的錐形壓降漏斗邊界交會(huì)，使供給邊界壓力Pe下降，形成各自的衰竭區(qū)域，井距越小、采收率越高。如圖3所示，采用圓形封閉氣藏模型化單井控制區(qū)，產(chǎn)出量包含兩部分：①邊界壓力下降部分（對應(yīng)圓柱體A體積）；②從邊界下降到井底壓力部分（對應(yīng)圓錐體B體積）。

圖3　存在啟動(dòng)壓力梯度的封閉氣藏壓力剖面示意圖

井區(qū)總儲(chǔ)量（104m3）

邊界壓力下降部分的產(chǎn)出量（104m3）

圓錐剖面部分的產(chǎn)出量（104m3）

總產(chǎn)出量（104m3）

采收率

式中：

Re—井控區(qū)泄流半徑，m；

φ—孔隙度；

Swi—原始含水飽和度；

（h-he）—井控區(qū)邊界壓力下降部分的圓柱體高度，m；

（he-hw）—啟動(dòng)壓力梯度控制的圓錐體高度，m。

3.2實(shí)例分析

針對合川須二氣藏Ⅱ類儲(chǔ)層基礎(chǔ)參數(shù)（儲(chǔ)層厚度取20 m，其它參數(shù)見表2），預(yù)測出不同井距下氣井的可采儲(chǔ)量及采收率見圖4。從計(jì)算結(jié)果來看，在極限供給半徑內(nèi)，隨著氣井動(dòng)用半徑增大，控制儲(chǔ)量及采出量增加，但采收率逐漸降低，當(dāng)達(dá)到極限供給半徑時(shí)降至最低為30%，并且大于供給半徑外的儲(chǔ)量無法動(dòng)用。當(dāng)供給半徑在極限半徑的0.85～1倍之間時(shí)采收率在44%～30%，符合一般低滲氣藏開發(fā)認(rèn)識(shí)[11-12]。

圖4　啟動(dòng)壓力梯度影響下井距與采收率關(guān)系

4　加密井實(shí)鉆效果分析

合川001-77-H1井為須二氣藏構(gòu)造主體區(qū)一口加密水平井，完鉆層位在須二段，水平段長776.8 m，儲(chǔ)層鉆遇率94.59%，與周圍鄰井的距離為500～700 m，從儲(chǔ)層反演剖面上看該井區(qū)儲(chǔ)層連通。該井鄰近的6口井從2009年開始生產(chǎn)，截止2014年4月，累計(jì)采出氣581～2278×104m3，采出水0～4487 m3，已經(jīng)進(jìn)入低壓小產(chǎn)階段。

合川001-77-H1井在2014年4月完井測試，實(shí)測地層壓力26.74 MPa，測試產(chǎn)量10.22×104 m3/d，該井地層壓力只比鄰井原始地層壓力低1～3 MPa，并且獲得較高產(chǎn)量，說明該井區(qū)在原有井距條件下受鄰井的干擾十分有限。該區(qū)域情況與本文估計(jì)的供給半徑（Ⅱ、Ⅲ類儲(chǔ)層極限供給半徑小于250 m，井距為500 m）及采收率的認(rèn)識(shí)比較吻合。

5　結(jié)論

（1）啟動(dòng)壓力梯度的存在產(chǎn)生附加壓降，導(dǎo)致流壓快速下降，形成錐形壓降剖面，不同于常規(guī)氣藏的喇叭形剖面；受啟動(dòng)壓力梯度的限制，低滲氣井供給范圍小，存在極限供給半徑。

（2）利用體積相似原理，本文建立起低滲氣藏極限供給半徑、可采儲(chǔ)量、采收率估計(jì)的解析方法，該方法簡單快捷，考慮了最低（廢棄）壓力、井距影響，極限供給半徑下氣藏的采收率僅為30%，采收率隨井距減小而增加。

（3）通過合川須二氣藏的供給半徑及采收率研究，經(jīng)實(shí)鉆井測試資料的檢驗(yàn)，進(jìn)一步證實(shí)本文研究方法的合理性，可以指導(dǎo)類似低滲氣藏的開發(fā)部署。

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（修改回稿日期2015-06-30編輯文敏）

作者簡介袁權(quán)，男，1982年出生，四川儀隴人，碩士研究生，工程師；主要從事油氣田開發(fā)研究工作。地址：（629000）四川省遂寧市西南油氣田公司川中油氣礦勘探開發(fā)研究所。電話：（0825）2516695。E-mail: yuanquan01@petrochina.com.cn

*基金項(xiàng)目：中國石油西南油氣田公司項(xiàng)目（編號20120305-01-01）《合川須二氣藏低滲儲(chǔ)層滲流機(jī)理及儲(chǔ)量可采性研究》。