低滲致密氣藏地層壓力評(píng)價(jià)方法適用性研究

(西北大學(xué)地質(zhì)系/大陸動(dòng)力國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710069)

低滲致密氣藏地層壓力評(píng)價(jià)方法適用性研究

劉軍龍

(西北大學(xué)地質(zhì)系/大陸動(dòng)力國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710069)

與常規(guī)氣藏相比，低滲致密氣藏具有低孔、低滲、含水飽和度高等特點(diǎn)，其地層壓力評(píng)價(jià)方法與常規(guī)氣藏有很大不同。本文以靖邊下古氣藏為例，針對(duì)其低滲致密的儲(chǔ)層特性，分析了幾種地層壓力評(píng)價(jià)方法，通過對(duì)比各種廢棄地層壓力評(píng)價(jià)方法優(yōu)缺點(diǎn)，優(yōu)選二項(xiàng)式產(chǎn)能方程法評(píng)價(jià)靖邊氣田廢棄地層壓力，并針對(duì)該方法存在的問題提出了迭代改進(jìn)方法。對(duì)未來類似的低滲致密氣藏開發(fā)具有一定的指導(dǎo)意義。

低滲致密氣藏；地層壓力；適用性；評(píng)價(jià)方法；靖邊下古氣田

靖邊氣田位于鄂爾多斯盆地中東部， 區(qū)域構(gòu)造隸屬于伊陜斜坡中部偏北， 東、 西分別與榆林、 蘇里格以及烏審旗氣田毗鄰。該氣藏具有典型的低孔、低滲、 低豐度、 低產(chǎn)的特點(diǎn)， 地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 古溝槽切割嚴(yán)重、 致密帶發(fā)育、 儲(chǔ)層非均質(zhì)較強(qiáng)[1]。這種低滲致密氣藏對(duì)開發(fā)影響很大。在開發(fā)過程中， 首先需要獲得單井的地層壓力， 才能確定區(qū)塊和氣藏的平均地層壓力， 由此評(píng)估氣藏的開發(fā)情況[2]。獲得地層壓力的方法也有很多，每種方法各有優(yōu)劣，本文在在總結(jié)分析后，優(yōu)選出了最佳方案并作出了改進(jìn)，為類似性質(zhì)的油田開發(fā)提供參考。

1 地層壓力評(píng)價(jià)方法

氣井正常生產(chǎn)時(shí)一般處于三種狀態(tài)， 即不關(guān)井，短關(guān)井和長時(shí)關(guān)井。長時(shí)關(guān)井有利于壓力恢復(fù)至穩(wěn)定、 井底處于擬穩(wěn)定流動(dòng)狀態(tài)， 此時(shí)測量的地層壓力較為準(zhǔn)確[3]。但對(duì)于低滲致密氣藏， 壓力恢復(fù)需要較長時(shí)間， 在生產(chǎn)過程中很難實(shí)現(xiàn)， 因此， 提出幾種不關(guān)井求取目前地層壓力的方法。

1.1 壓降曲線法

壓降法又稱物質(zhì)平衡法，最常應(yīng)用于氣藏動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量計(jì)算過程中，其基本原理是建立在物質(zhì)平衡的基礎(chǔ)上的。本項(xiàng)目利用累計(jì)產(chǎn)氣量與視地層壓力之間的線性關(guān)系，將其應(yīng)用于氣井單井地層壓力評(píng)價(jià)中。利用壓降法評(píng)價(jià)地層壓力的思路：利用單井穩(wěn)定的壓降曲線在P/Z軸上的截距得到目前地層壓力Pa與當(dāng)前地層壓力下天然氣壓縮系數(shù)Za的比值Pa/Za，再求取不同地層壓力條件下的偏差因子，便可以確定該井泄流范圍的目前地層壓力(見圖1)。

圖1 壓降曲線法示意圖 圖2 井筒壓力梯度與井口壓力關(guān)系曲線

1.2 井口壓力折算法

對(duì)于已知關(guān)井恢復(fù)井口壓力計(jì)算井底壓力的理論公式(1)。該方法中rg、T和Z均為未知量，不易確定，并且隨著H的變P、rg、T和Z也會(huì)發(fā)生變化。因此，理論公式中的部分相關(guān)參數(shù)的獲取和確定有一定的難度，增加計(jì)算復(fù)雜程度，可操作性受到一定限制。因此科研工作者開始針對(duì)井筒壓力梯度與井口壓力的變化關(guān)系開展研究，以尋求更為簡便、快捷的關(guān)井條件下地層壓力方法。

Pws=Pts×e0.03415γgH/TZ

(1)

式中：Pws為地層壓力，MPa；Pts為井口壓力，MPa；γg為天然氣相對(duì)密度。

靜液柱中任意一點(diǎn)的壓力服從如下規(guī)律：

P=P+ρgh

(2)

對(duì)于井底壓力則對(duì)下式確定(g為常數(shù))：

Pws=Pts+DH

(3)

圖3 產(chǎn)量不穩(wěn)定分析法分析流程圖

對(duì)于氣柱來說，但氣體密度隨壓力變化差別相對(duì)較大，即井筒壓力梯度D隨井口壓力Pts而變化的，對(duì)于氣田氣體組

分相差不大，因此，只要把握對(duì)應(yīng)井口壓力Pts下的井同壓力梯度D變化規(guī)律就容易確定氣井井底壓力。

利用氣田氣井關(guān)井測壓靜壓梯度與井口壓力之間的關(guān)系(500 m一個(gè)測點(diǎn))，建立了關(guān)井條件下井筒壓力梯度與井口壓力的關(guān)系曲線(見圖2)。

回歸數(shù)據(jù)點(diǎn)建立了壓力梯度D與井口壓力Pts的經(jīng)驗(yàn)公式，利用該式就可以確定目前井口壓力下對(duì)應(yīng)的壓力梯度值。

D= 0.000 074 Pts+0.000 085

(4)

1.3 FAST軟件模擬

該方法的核心是利用等效恒壓力時(shí)間tcp和等效恒流量時(shí)間tcr，將氣井的變壓力/變流量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為定流量生產(chǎn)數(shù)據(jù)，然后用重整后的壓力產(chǎn)量數(shù)據(jù)進(jìn)行圖版及生產(chǎn)史擬合，以求取包括氣井地層壓力、控制動(dòng)儲(chǔ)量在內(nèi)的各種參數(shù)(K、S、re等)(見表1)。

該方法主要問題是，在數(shù)值模型的建立過程中的不確定性會(huì)造成評(píng)價(jià)結(jié)果的多解性。為此在實(shí)際應(yīng)用中資料處理采用“分段導(dǎo)入，多點(diǎn)約束”，提高了擬合精度，使數(shù)值模型參數(shù)趨于唯一，其流程示意圖見圖3。

表1 產(chǎn)量不穩(wěn)定法地層壓力評(píng)價(jià)結(jié)果表

圖4 擬穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型法地層壓力評(píng)價(jià)流程

1.4 擬穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型法

通過井口壓力數(shù)據(jù)計(jì)算井底壓力，將氣井井底流壓與累積產(chǎn)氣量做成相關(guān)曲線，形式為：

(5)

由式(5)可求出地層平均壓力隨采出量變化的曲線，得到的某一時(shí)間的地層平均壓力稱作擬地層平均壓力，區(qū)別于真實(shí)的地層平均壓力。在試井初期，忽略兩相滲流導(dǎo)致的儲(chǔ)層傷害和可能的低滲透邊界的影響，擬地層平均壓力等于真實(shí)地層平均壓力。

累積產(chǎn)氣量為Qg=0時(shí)，c等于初始地層平均壓力PR，上式變?yōu)椋篜R=c

因此，可以根據(jù)不同的累積產(chǎn)氣量得到不同時(shí)期的擬地層壓力(見圖4和圖5)。

圖5 靖邊氣田G16-14井?dāng)M穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型法評(píng)價(jià)曲線

MPa

根據(jù)陜45井區(qū)2005年關(guān)井測壓實(shí)測數(shù)據(jù)，對(duì)該方法的適用性進(jìn)行驗(yàn)證。計(jì)算了該井區(qū)部分氣井的地層壓力，計(jì)算結(jié)果表明，該方法計(jì)算誤差大多集中在0.5～1.0 MPa之間，平均誤差為0.92 MPa。

1.5 拓展二項(xiàng)式產(chǎn)能方程法[5-6]

根據(jù)氣井二項(xiàng)式產(chǎn)能方程(式6)可知：在已知?dú)饩a(chǎn)量的情況下，只要確定了氣井的井底流壓和產(chǎn)能方程系數(shù)A、B值即可確定目前地層壓力。

(6)

1.5.1 井底流壓的確定方法研究

隨后，我又點(diǎn)了上課經(jīng)常開小差的萬超。他說：“通過這幅圖片，我發(fā)現(xiàn)我的生命是有限的，不能因?yàn)槟贻p就浪費(fèi)時(shí)間、虛度光陰，等到老了追悔莫及?！?/p>

1)井筒平均溫度和偏差系數(shù)法

氣井井底流動(dòng)壓力是井口流動(dòng)壓力、氣柱質(zhì)量施加的壓力、動(dòng)能變化和摩擦造成能量損失的總和。因?yàn)閯?dòng)能的變化和其他能量相比是非常小的(大約1%)，即使被省略掉也滿足工程計(jì)算中精度要求。因此，動(dòng)能變化常常忽略不計(jì)。

該方法大部分井適用，但是對(duì)于產(chǎn)水氣井存在一定局限性。

2)改進(jìn)Orkiszewskil法

該模型改進(jìn)了Orkiszewskil井底流壓計(jì)算方法。原方法的不足之處是在計(jì)算攪動(dòng)流時(shí)，參數(shù)的計(jì)算沒有明確的計(jì)算公式，采用了將段塞流和環(huán)霧流的線性加權(quán)平均值。本研究模型給出了攪動(dòng)流持液率較為精確的公式。

(1)泡狀流

含氣率可由滑脫速度來計(jì)算：

(2)段塞流

滑脫速度可用Griffith和Wallis提出的公式計(jì)算

(3)攪動(dòng)流

Zuber和Hasan等人認(rèn)為，可以采用類似處理段塞流的辦法來處理攪動(dòng)流

(4)環(huán)霧流

環(huán)霧流混合密度計(jì)算公式與泡流相同：

ρm=αgρg+(1-αg)ρl

3)井底流壓計(jì)算方法可靠性評(píng)價(jià)

利用將上述方法用于進(jìn)行了井底流壓測試的氣井，對(duì)比實(shí)測壓力最大誤差不超過10%，說明該方法評(píng)價(jià)井底流壓是較為可靠的。

1.5.2 氣井產(chǎn)能方程系數(shù)確定

研究靖邊氣田已開展修正等時(shí)試井氣井原始無阻流量和產(chǎn)能系數(shù)的關(guān)系，建立了靖邊氣田氣井無阻流量與二項(xiàng)式產(chǎn)能方程系數(shù)的關(guān)系式。利用該式根據(jù)氣井無阻流量即可確定氣井的A、B值，即可獲得氣井的二項(xiàng)式產(chǎn)能方程(見圖6、見圖7)。

(A=1 108.8 qAOF-1.235；B=98.655 qAOF-1.560 7)

圖6 無阻流量與A的關(guān)系曲線 圖7 無阻流量與B的關(guān)系曲線

1.5.3 產(chǎn)能方程系數(shù)法可靠性驗(yàn)證

根據(jù)陜45井區(qū)2005年關(guān)井測壓實(shí)測數(shù)據(jù)，對(duì)該方法的適用性進(jìn)行驗(yàn)證。計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)氣井不產(chǎn)水，井口產(chǎn)量和壓力較為穩(wěn)產(chǎn)時(shí)，計(jì)算誤差多在0.4～0.8 MPa之間，平均誤差為0.66 MPa(見圖8)。對(duì)比數(shù)據(jù)表明，在沒有關(guān)井壓力資料的條件下，可以利用該方法進(jìn)行地層壓力計(jì)算。

圖8 陜45井區(qū)實(shí)測與二項(xiàng)式產(chǎn)能方程法地層壓力對(duì)比圖

2 結(jié)語

(1)壓降曲線法項(xiàng)技術(shù)關(guān)鍵因素是壓降曲線的可靠性。因此豐富不同累計(jì)產(chǎn)氣量下的壓力數(shù)據(jù)點(diǎn)顯得尤其重要。在氣井實(shí)際開發(fā)生產(chǎn)過程中，關(guān)井實(shí)測地層壓力數(shù)據(jù)量極為有限，同時(shí)在生產(chǎn)動(dòng)態(tài)資料中又存在大量關(guān)井恢復(fù)井口壓力數(shù)據(jù)，如何利用關(guān)井恢復(fù)井口壓力資料簡單、快捷的獲得地層壓力數(shù)據(jù)是壓降法評(píng)價(jià)目前累計(jì)產(chǎn)量下地層壓力的關(guān)鍵技術(shù)。

(2)井口壓力折算法利用壓力數(shù)據(jù)點(diǎn)及其對(duì)應(yīng)累積產(chǎn)氣量的資料建立了氣井的壓降曲線，從壓降曲線可以看出，折算低壓力與壓降曲線幾乎完全重合，可見經(jīng)驗(yàn)公式法折算的井底壓力還是比較準(zhǔn)確的。

(3)產(chǎn)量不穩(wěn)定分析法可以連續(xù)跟蹤地層壓力變化，是氣井生產(chǎn)潛力分析的有效技術(shù)途徑。該方法的適用條件：生產(chǎn)歷史較長，產(chǎn)量保持相對(duì)穩(wěn)定，最好有關(guān)井地層壓力測試資料。該方法建立的解析解模型也可計(jì)算氣井控制動(dòng)儲(chǔ)量。

(4)擬穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型法可以作為不關(guān)井條件下地層壓力確定的一種新思路，但要求生產(chǎn)達(dá)到擬穩(wěn)態(tài)。擬穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型法計(jì)算結(jié)果與動(dòng)態(tài)監(jiān)測值對(duì)比，對(duì)于工作制度頻繁改變的氣井，誤差較大。

(5)拓展二項(xiàng)式產(chǎn)能方程法計(jì)算產(chǎn)水井和生產(chǎn)不穩(wěn)定的氣井時(shí)誤差較大，平均誤差超過了4.0 MPa。分析其原因：生產(chǎn)不穩(wěn)定氣井井口產(chǎn)量與井口油壓波動(dòng)大，無法反映該井真實(shí)的產(chǎn)能情況，井底流壓計(jì)算偏差較大，致使地層壓力計(jì)算結(jié)果誤差較大；而產(chǎn)水氣井產(chǎn)能方程系數(shù)A、B值折算偏差較大，致使結(jié)果誤差大。因此，這兩類氣井不適于利用該方法進(jìn)行地層壓力計(jì)算。

[1]馬海斌,潘偉,夏湘嶺,等.靖邊氣田南部Mu1-4儲(chǔ)層特征研究[J].復(fù)雜油氣藏.2010.3(4):18-22.

[2]馬新華.鄂爾多斯盆地天然氣勘探開發(fā)形勢分析[J].石油勘探與開發(fā).2005.32(4)50-53.

[3]葛家理.現(xiàn)代油藏滲流力學(xué)[M].北京:石油工業(yè)出版社.2001.

[4]張繼成,高艷,宋考平.利用產(chǎn)量數(shù)據(jù)計(jì)算封閉氣藏地層壓力的方法[J].大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào).2007.31(1) :35-36.

[5]李天才,郝玉鴻,殷樹根,等.榆林氣田氣井廢棄條件的確定[J].特種油氣藏.2006.13(6): 52-541.

[6]郝玉鴻,閻紀(jì)輝.確定氣井廢棄地層壓力的新方法[J].油氣采收率技術(shù).1999.6(4): 77-811.

StudyonApplicabilityofStratigraphicPressureEvaluationMethodforLowPermeabilityandTightGasReservoirs

LIUJun-long

(Department of geology, Northwestern University / State Key Laboratory of continental power, Xi'an,Shanxi 710069, China)

Compared with conventional gas reservoirs, low permeability and dense gas reservoirs have the characteristics of low porosity, low permeability and high water saturation. The method of formation pressure evaluation is very different from conventional gas reservoir. In this paper, taking the Jingbian ancient gas reservoir as an example, this paper analyzes several reservoir pressure evaluation methods for the low permeability and dense reservoir characteristics. By comparing the advantages and disadvantages of various waste formation pressure evaluation methods, evaluation of waste formation pressure in Jingbian gas field by binomial deliverability equation method, and proposed an iterative improvement method for the existing problems of this method. Which is of great significance to the future development of low permeability and dense gas reservoirs.

low permeability tight gas reservoir；formation pressure；applicability；evaluation method；lower Jingbian gas field

P618.130.2

A

1004-1184(2017)05-0116-03

2017-05-18

劉軍龍(1979-)，男，陜西西安人，在讀博士研究生，主攻方向：石油地質(zhì)學(xué)。