致密氣藏高低壓多層合采物理模擬研究

王文舉，潘少杰，李壽軍，高星星

(中國石油大學(xué)(北京)石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249)

?

致密氣藏高低壓多層合采物理模擬研究

王文舉，潘少杰，李壽軍，高星星

(中國石油大學(xué)(北京)石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249)

摘要：針對(duì)存在縱向?qū)娱g壓差的致密氣藏，建立了地質(zhì)模型和物理模型，模擬致密氣藏多層合采的衰竭開采過程，進(jìn)行層間干擾、氣層供氣特征、產(chǎn)能變化規(guī)律等研究。模擬結(jié)果顯示，滲透率差異不大的高、低壓氣層進(jìn)行合采時(shí)，不同壓力氣層具有明顯的層間干擾，高壓氣層天然氣通過井筒向低壓氣層倒灌。高、低壓氣層的最終采收率不受初期配產(chǎn)和初始?jí)翰钣绊?。生產(chǎn)初期，高壓氣層瞬時(shí)產(chǎn)氣量較高，大于初期配產(chǎn)，低壓氣層瞬時(shí)產(chǎn)氣量為負(fù)值，隨后高壓氣層瞬時(shí)產(chǎn)氣量減小，低壓氣層瞬時(shí)產(chǎn)氣量增大，最后兩者趨于一致。生產(chǎn)末期總產(chǎn)氣量貢獻(xiàn)率受初始?jí)翰詈统跗谂洚a(chǎn)影響較小，高壓氣層貢獻(xiàn)率大于低壓氣層。模擬證實(shí)，多層合采比單層開采具有更強(qiáng)的穩(wěn)產(chǎn)能力，產(chǎn)量高，滿足合采條件時(shí)盡可能進(jìn)行合采。但開發(fā)中需將縱向?qū)娱g初始?jí)翰羁刂圃谝欢ǚ秶鷥?nèi)，減小層間干擾。

關(guān)鍵詞：致密氣藏;層間壓差;配產(chǎn);層間干擾;多層合采

氣田通常具有多個(gè)含氣層系，對(duì)于物性較差、非均質(zhì)性較強(qiáng)的氣藏，多層合采是常用的高效開發(fā)手段[1-3]。然而由于不同地區(qū)砂體規(guī)模、砂體連通性、儲(chǔ)層壓力、地層流體等均存在差異，多層合采的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)較為復(fù)雜[4]，目前主要通過數(shù)值模擬、試井分析、物理模擬實(shí)驗(yàn)等方法研究生產(chǎn)特征，其中實(shí)驗(yàn)方法模擬氣藏生產(chǎn)特征更加直觀、可靠。

針對(duì)致密砂巖氣藏地質(zhì)及生產(chǎn)特征建立地質(zhì)模型和物理模型，模擬致密砂巖氣藏衰竭開采過程，獲得高、低壓多層合采的壓力傳播特征、瞬時(shí)產(chǎn)氣量規(guī)律和產(chǎn)氣貢獻(xiàn)。通過分析高、低壓氣層的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，明確多層合采時(shí)層間干擾與單氣層的供氣特征，對(duì)提高致密砂巖氣藏縱向動(dòng)用程度、穩(wěn)產(chǎn)能力及其采收率具有重要意義。

1 實(shí)驗(yàn)原理

1.1 地質(zhì)模型

實(shí)驗(yàn)?zāi)M地區(qū)為蘇里格，該區(qū)受辮狀河三角洲沉積環(huán)境影響，儲(chǔ)集砂體縱向上多期疊置、橫向上連續(xù)性差、有效砂體規(guī)模小，非均質(zhì)性強(qiáng)[5]。為描述縱向上致密砂巖存在不同壓力系統(tǒng)時(shí)的供氣機(jī)理，建立蘇里格氣田單井“一井多層”地質(zhì)模型(圖1)。

1.2 物理模型

根據(jù)致密氣藏儲(chǔ)層特征及地質(zhì)模型，采用等滲透率巖心進(jìn)行并聯(lián)組合，建立縱向非均質(zhì)高、低壓氣層“并聯(lián)”物理模型。

充分考慮實(shí)驗(yàn)的可操作性和可重復(fù)性，采用雙巖心夾持器并聯(lián)，設(shè)計(jì)組裝了縱向非均質(zhì)多級(jí)滲流實(shí)驗(yàn)流程(圖2)。流程中主要包括氮?dú)馄?、閥門、巖心夾持器、圍壓泵、壓力傳感器、流量計(jì)、流量控制器等。

實(shí)驗(yàn)考慮了滲透率、流量及層間壓差相似性。

1.2. 1 滲透率相似

氣藏分類標(biāo)準(zhǔn)(SY/T 6168—1995)和油氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方法(SY/T 6285—1997)規(guī)定，砂巖儲(chǔ)層空氣滲透率不大于1mD的氣藏為致密氣藏。依據(jù)蘇里格地區(qū)儲(chǔ)層物性，選擇物性相近的巖心進(jìn)行組合(表1)。

表1　高、低壓氣層滲流模擬實(shí)驗(yàn)方案表

注：這里只是研究不同壓力，理論上要求是相同物性巖心。

1.2.2 流量相似

實(shí)驗(yàn)根據(jù)不同模型的巖心滲透率組合，充分考慮氣井的不同產(chǎn)量，選定流量范圍為40mL/min、60mL/min、80mL/min，根據(jù)不同模型和實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)行調(diào)整，充分模擬井筒附近儲(chǔ)層的滲流流量。

1.2.3 層間壓差相似

參照蘇里格氣田儲(chǔ)層物性特征及其縱向連通性進(jìn)行不同初始?jí)翰畹哪Ｐ徒M合。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 實(shí)驗(yàn)步驟[6]

(1) 并聯(lián)法連接好實(shí)驗(yàn)流程。

(2) 對(duì)高、低壓氣層巖心進(jìn)行飽和氣，高壓層初始?jí)毫刂圃?MPa左右，低壓層初始?jí)毫Ψ謩e控制在4.0MPa、3.0MPa、2.0MPa。

(3) 巖心飽和氣完畢，關(guān)閉氮?dú)馄咳肟陂y門，通過流量控制器控制出口流量(設(shè)計(jì)初期配產(chǎn)分別為80mL/min、60mL/min、40mL/min)進(jìn)行衰竭生產(chǎn)，模型出口無回壓控制。

(4) 定時(shí)記錄每個(gè)氣層的壓力、時(shí)間、瞬時(shí)產(chǎn)氣量和累計(jì)產(chǎn)氣量。

(5) 高滲氣層壓力為0.3MPa時(shí)，瞬時(shí)產(chǎn)氣量只有4mL/min左右，所以取0.3MPa作為實(shí)驗(yàn)廢棄壓力(氣體流量已經(jīng)很小，認(rèn)為此時(shí)可停止生產(chǎn))，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。

(6) 實(shí)驗(yàn)在常溫條件下進(jìn)行。

2.2 實(shí)驗(yàn)方案

選擇相同滲透率的巖心進(jìn)行組合，設(shè)計(jì)3種初始?jí)翰睿?種配產(chǎn)，共計(jì)9個(gè)實(shí)驗(yàn)方案(表1)。

3 結(jié)果分析

物理模擬實(shí)驗(yàn)可以獲得各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的壓力、采收率、瞬時(shí)產(chǎn)氣量及產(chǎn)量貢獻(xiàn)率等參數(shù)，通過數(shù)據(jù)處理和分析，對(duì)高、低壓氣層的壓力變化規(guī)律、采收率、產(chǎn)量貢獻(xiàn)率和層間干擾等問題進(jìn)行研究，為制訂合理的生產(chǎn)措施提供依據(jù)[7]。

3.1 壓力變化規(guī)律

由圖3可知：滲透率差異不大的高、低壓氣層進(jìn)行合采時(shí)，初始階段，高壓氣層壓力迅速下降，低壓氣層壓力先上升后下降，達(dá)到某一臨界點(diǎn)時(shí)兩氣層壓力趨于一致，說明合采過程中不同壓力氣層具有明顯的層間干擾，實(shí)際生產(chǎn)中表現(xiàn)為高壓氣層天然氣通過井筒向低壓氣層倒灌。

3.2 采收率評(píng)價(jià)

依據(jù)物質(zhì)平衡方程，采用壓降法[8]計(jì)算理論采收率ER。

(1)

式中pi——?dú)鈱映跏級(jí)毫?，MPa；

pt——t時(shí)刻氣層壓力，MPa。

對(duì)滲透率組合為0.1164mD/0.1166mD的模型按公式(1)計(jì)算不同氣層生產(chǎn)早期、穩(wěn)產(chǎn)期及廢棄時(shí)的最終采收率并進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.2.1 初期配產(chǎn)對(duì)采收率的影響

由圖4可知，初始?jí)翰瞀一定時(shí)，增大初期配產(chǎn)有助于增大生產(chǎn)早期采收率，其中低壓氣層生產(chǎn)早期采收率增長幅度較大；穩(wěn)產(chǎn)期末采收率隨初期配產(chǎn)增加而降低；最終采收率不受初期配產(chǎn)影響。因此合理初期配產(chǎn)需考慮氣田實(shí)際生產(chǎn)需求。

3.2.2 初始?jí)翰顚?duì)采收率的影響

由圖5可知，當(dāng)初期配產(chǎn)Q一定時(shí)，高壓氣層采收率幾乎不受初始?jí)翰钣绊?；低壓氣層采收率與初始?jí)翰畹年P(guān)系表現(xiàn)為：初始?jí)翰钤龃螅a(chǎn)早期及穩(wěn)產(chǎn)期末采收率降低，最終采收率基本不變。層間初始?jí)翰钍怯绊憵鈱幽芊窈喜傻闹饕蛩豙9]，氣田實(shí)際開發(fā)中，為避免壓差過大引起的動(dòng)用不均衡，應(yīng)選擇合理合采時(shí)機(jī)。壓差較大時(shí)，低壓氣層生產(chǎn)早期及穩(wěn)產(chǎn)期采收率較低，可以得出壓差較大時(shí)不利于合采，壓差過大時(shí)應(yīng)先開采高壓氣層，待高低壓地層壓差降低到一定值時(shí)再進(jìn)行合采。

3.3 產(chǎn)氣量特征

3.3.1 瞬時(shí)產(chǎn)氣量

由圖6可以推斷，不同壓力氣層合采時(shí)層間具有明顯的干擾，生產(chǎn)初期，高壓氣層具有較高的瞬時(shí)產(chǎn)氣量，大于初期配產(chǎn)，而低壓氣層瞬時(shí)產(chǎn)氣量為負(fù)值，隨著高壓氣層瞬時(shí)產(chǎn)氣量減小，低壓氣層瞬時(shí)產(chǎn)氣量增大，最后趨于一致。

3.3.2 總產(chǎn)氣量貢獻(xiàn)率

由圖7可知，生產(chǎn)初期，高壓氣層總產(chǎn)氣量貢獻(xiàn)率大于100%，對(duì)產(chǎn)能起主導(dǎo)作用；初始?jí)翰钤酱?，初期配產(chǎn)越大，生產(chǎn)初期高壓氣層貢獻(xiàn)率越大，低壓氣層總產(chǎn)氣量貢獻(xiàn)率越小；生產(chǎn)末期，總產(chǎn)氣量貢獻(xiàn)率受初始?jí)翰詈统跗谂洚a(chǎn)影響較小，但高壓氣層大于低壓氣層。因此，生產(chǎn)初期適當(dāng)減小生產(chǎn)壓差、增大初期配產(chǎn)，有助于減小層間干擾，增大低壓氣層動(dòng)用程度。

3.4 生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征

高壓氣層初始?jí)毫?MPa，初期配產(chǎn)Q為80mL/min，模擬單層開采；低壓氣層初始?jí)毫?MPa，初期配產(chǎn)Q為80mL/min，模擬單層開采。與合采模擬結(jié)果相比(圖8)，單層開采穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間短，穩(wěn)產(chǎn)期結(jié)束后，由于單層供氣能量小，產(chǎn)量下降快；多層合采能保持較高的產(chǎn)量，穩(wěn)產(chǎn)能力強(qiáng)，穩(wěn)產(chǎn)期結(jié)束后多層合采產(chǎn)量也比單層開采產(chǎn)量高。因此，為了提高單井產(chǎn)量，降低開發(fā)成本，在滿足條件時(shí)應(yīng)進(jìn)行多層合采[10-11]。

4 結(jié)論

(1) 致密氣藏高、低壓氣層合采時(shí)，會(huì)發(fā)生層間干擾，減小兩層間初始?jí)翰?、增大初期配產(chǎn)有助于減小層間干擾。

(2) 致密氣藏高、低壓氣層合采時(shí)，生產(chǎn)早期采收率受初期配產(chǎn)影響，初期配產(chǎn)高采收率大；低壓氣層采收率受初始?jí)翰钣绊?，而高壓氣層采收率幾乎不受其影響。高、低壓氣層最終采收率不受初期配產(chǎn)和初始?jí)翰钣绊憽?/p>

(3) 初始?jí)毫Σ町愝^大的致密氣層容易產(chǎn)生層間干擾，不宜進(jìn)行合采，氣田實(shí)際開發(fā)中應(yīng)將層間縱向初始?jí)翰羁刂圃谝欢ǚ秶鷥?nèi)時(shí)進(jìn)行合采。

(4) 定產(chǎn)量生產(chǎn)時(shí)，多層合采比單層開采具有較強(qiáng)的穩(wěn)產(chǎn)能力，穩(wěn)產(chǎn)期結(jié)束后產(chǎn)量也高，因此在滿足多層合采條件下盡可能進(jìn)行多層合采。

參考文獻(xiàn)

[1]李成勇,蔣裕強(qiáng),伍勇,等. 多層合采氣藏井底壓力響應(yīng)模型通解 [J].天然氣工業(yè), 2010,30(9):39-41.

[2]楊波,唐海,周科，等. 多層合采氣井合理配產(chǎn)簡易新方法[J]. 油氣井測試, 2010,19(1):66-68.

[3]朱華銀,朱維耀,羅瑞蘭. 低滲透氣藏開發(fā)機(jī)理研究進(jìn)展[J]. 天然氣工業(yè), 2010, 30(11): 44-47.

[4]廖毅. 致密砂巖氣藏多層合采及礦場應(yīng)用[D].成都: 西南石油大學(xué), 2014.

[5]譚萬倉. 鄂爾多斯盆地蘇里格氣田北部盒8段和山1段沉積相研究田[D].成都: 成都理工大學(xué)，2009.

[6]胡勇,李熙喆,萬玉金,等. 高低壓雙層合采產(chǎn)氣特征[J]. 天然氣工業(yè),2009, 29(2):89-91.

[7]朱華銀,胡勇,李江濤,等. 柴達(dá)木盆地澀北多層氣藏合采物理模擬[J].石油學(xué)報(bào),2013,34(增刊一):136-142.

[8]李士倫. 天然氣工程[M]. 北京: 石油工業(yè)出版社, 2008.

[9]王都偉，王楚峰，孟尚志，等. 低滲氣藏多層合采可行性分析及產(chǎn)量預(yù)測研究[J]. 石油鉆采工藝, 2009,31 (A01):79-83.

[10]楊學(xué)鋒,劉義成,李進(jìn),等. 兩層組氣藏分采、合采效果和開采方式優(yōu)選[J]. 天然氣工業(yè),2012, 32(1): 57-60.

[11]熊燕莉,馮曦,楊雅和,等. 多層合采氣井動(dòng)態(tài)特征及開發(fā)效果分析[J]. 天然氣勘探與開發(fā),2005, 28(1):21-24.

Physical Simulation of High-pressure and Low-pressure Multilayer Production of Tight Gas Reservoir

Wang Wenju, Pan Shaojie, Li Shoujun，Gao Xingxing

(MOEKeyLaboratoryofPetroleumEngineering,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China)

Abstract:For the tight gas reservoir with interlayer pressure differential vertically, we built a geological model and a physical model to simulate the depletion process of tight gas reservoir, and probed into the interlayer interference, gas supply characteristics, and productivity variation. Simulation results revealed that interlayer interference was obvious in the gas layers of different pressure, and the natural gas flowed from high-pressure gas layers to low-pressure ones through well bore, when conducting commingling production in high and low pressure gas layers with low permeability contrast. The ultimate recovery of high and low pressure gas layers was not influenced by initial production allocation and initial pressure difference. At initial stage of production, instantaneous gas production was higher and bigger than initial production allocation in high pressure layers, while that of low pressure layers was negative. After then, the instantaneous gas production of high pressure layers declined, and that of low pressure ones increased. Finally, both showed no difference. At the end of production, contribution rate of total gas production was less affected by initial pressure differential and initial production allocation, and the contribution rate of high pressure gas layers was higher than low pressure ones. Simulation proved that the productivity was more stable and higher by means of multilayer production as compared with single-layer production. Therefore, multilayer production should be more employed if feasible. Nevertheless, the vertical interlayer initial pressure differential had to be controlled within limits during development, so as to reduce interlayer interference.

Key words:tight gas reservoir; interlayer pressure differential; production allocation; interlayer interference; multilayer production

基金項(xiàng)目:致密氣藏滲流機(jī)理研究項(xiàng)目(2012-8070)資助。

第一作者簡介：王文舉(1992年生)，男，碩士，研究方向?yàn)橛蜌馓镩_發(fā)。郵箱: wangwenju322@126.com。

中圖分類號(hào)：TE377

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A