水驅(qū)氣藏全壽命周期產(chǎn)能評(píng)價(jià)技術(shù)研究

廖恒杰，楊志興，鹿克峰,程超，李元生

(中海石油(中國(guó))有限公司上海分公司研究院，上海 200300)

受海上取資料成本的限制，直到開發(fā)井正式投產(chǎn)前，全面了解氣田產(chǎn)能僅局限于少數(shù)探井的DST測(cè)試資料[1]，部分主力氣藏未獲得完整的產(chǎn)能測(cè)試資料，影響鉆后儲(chǔ)量估算及開發(fā)方案編制，需要開展無(wú)測(cè)試資料情況下氣藏產(chǎn)能評(píng)價(jià)方法的研究。對(duì)于水驅(qū)氣藏開發(fā)而言，當(dāng)氣藏產(chǎn)生水侵現(xiàn)象時(shí)，地層水沿高滲透層不規(guī)則竄入氣藏，導(dǎo)致氣藏內(nèi)單一的氣相流動(dòng)變?yōu)闅馑畠上嗔鲃?dòng)，增加了流動(dòng)阻力，降低了氣相滲透率，最終致使氣井產(chǎn)量大幅度遞減，從而使整個(gè)氣藏的開發(fā)速度降低，使得氣藏整體開發(fā)效果變差。因此需要開展開發(fā)中后期氣藏帶水生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)能評(píng)價(jià)方法的研究，為氣藏合理配產(chǎn)提供技術(shù)支持。

1 基于MDT/RCI流度資料的產(chǎn)能評(píng)價(jià)方法

MDT/RCI流度實(shí)質(zhì)上測(cè)取的是侵入帶中在液相與殘余氣共存情況下的液相有效滲透率與液相黏度之比，采用MDT/RCI流度計(jì)算產(chǎn)能的關(guān)鍵在于如何將液相有效滲透率轉(zhuǎn)化為氣相有效滲透率。通過推導(dǎo)變換得到流度與氣相有效滲透率之間的理論公式：

(1)

式中：Kg為氣相滲透率，mD；K為儲(chǔ)層絕對(duì)滲透率,mD；Krg(Swi)為束縛水飽和度下最大氣相相對(duì)滲透率,1；Krw(1-Sgc)為殘余氣飽和度下最大水相相對(duì)滲透率，1；M為流度，mD· (mPa·s)-1；μw為地層水黏度，mPa·s。

由式(1)可知，需要結(jié)合氣田實(shí)際資料確定最大氣相相對(duì)滲透率與最大水相相對(duì)滲透率比值，才能求取氣相有效滲透率。西湖凹陷采取穩(wěn)態(tài)法測(cè)取了19條滲吸型氣水相對(duì)滲透率曲線，以此為基礎(chǔ)，建立了該區(qū)域計(jì)算氣相滲透率的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式：

Mμw=K[0.0288ln(K)+0.0767]

(2)

(3)

將式(2)和式(3)計(jì)算得到的氣相有效滲透率代入二項(xiàng)式產(chǎn)能方程，即可計(jì)算氣藏?zé)o阻流量。實(shí)際應(yīng)用中，因流度測(cè)試主要針對(duì)某一深度下測(cè)點(diǎn),在同一氣藏單元存在多個(gè)流度測(cè)點(diǎn)時(shí),需要將測(cè)得的流度進(jìn)行平均。

2 基于微觀巖心孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)R35的產(chǎn)能評(píng)價(jià)方法

圖1 不同物性條件下進(jìn)汞飽和度隨孔喉半徑變化曲線

在巖心毛細(xì)管壓力測(cè)試中，35%進(jìn)汞飽和度(即35%的累計(jì)孔隙體積)所對(duì)應(yīng)的孔喉半徑即為R35，它代表了巖心孔喉結(jié)構(gòu)特征。研究發(fā)現(xiàn)，毛細(xì)管壓力測(cè)試時(shí)進(jìn)汞飽和度35%時(shí)孔喉半徑達(dá)到峰值(圖1)。而峰值孔喉半徑是儲(chǔ)層滲透率的主要貢獻(xiàn)者，因此可以采用R35來(lái)評(píng)價(jià)儲(chǔ)層。R35的技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了3個(gè)階段[2～6]，其中第1階段是1980年Winland提出的R35概念，并指出了R35是巖石孔隙結(jié)構(gòu)的表征參數(shù)；第2階段是2002年Byrnes等人在30122個(gè)巖樣基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)了R35與常規(guī)孔、滲的關(guān)系，確定了常規(guī)氣與致密氣R35界限值為0.55；第3階段是2010年Roberto等人在前人研究成果基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)了R35與氣藏產(chǎn)能的內(nèi)在關(guān)系，并建立了常規(guī)氣、致密氣、頁(yè)巖氣統(tǒng)一的儲(chǔ)層評(píng)價(jià)圖版，實(shí)現(xiàn)了R35在現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用。

依據(jù)XX凹陷410塊巖樣壓汞資料得到的R35值與常規(guī)物性資料的K/φ，得到3種類型的統(tǒng)計(jì)關(guān)系(式(4)～(6))。從式中可以看出，在相同K/φ下，Ⅰ類曲線、Ⅱ類曲線具有更高的R35值，也就預(yù)示著具有更好的產(chǎn)能。3種不同的巖樣代表了3種不同的孔隙結(jié)構(gòu)，其中Ⅰ類曲線呈現(xiàn)出左峰特征，R35值較為集中分布在0.01～4μm；Ⅱ類曲線呈現(xiàn)出同Ⅰ類曲線相似的特征，但最高進(jìn)汞飽和度一般為35%左右，R35值分布在0.1～25μm；Ⅲ類曲線呈現(xiàn)左高右低的雙峰特征，R35值分布在5～40μm，分選變差。

(4)

(5)

(6)

式中：φ為孔隙度，%。

選擇具有自然產(chǎn)能的測(cè)試樣品，進(jìn)行了R35與氣井產(chǎn)能的關(guān)系研究，建立起R35與理想每米無(wú)阻流量的統(tǒng)計(jì)關(guān)系式為：

(7)

式中：QAOF為氣井絕對(duì)無(wú)阻流量，104m3/d；H為儲(chǔ)層有效厚度，m。

據(jù)式(7)，可以通過引入孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)R35，計(jì)算不同孔喉類型的米無(wú)阻流量，實(shí)現(xiàn)無(wú)測(cè)試資料氣藏產(chǎn)能評(píng)價(jià)。

3 基于產(chǎn)能模擬試驗(yàn)的產(chǎn)能評(píng)價(jià)方法

產(chǎn)能模擬試驗(yàn)是將巖心在全模擬地層狀態(tài)下(原始含水飽和度、地層水礦化度、上覆壓力、地層壓力、地層溫度)，由低至高模擬生產(chǎn)壓差做單向滲流模擬試驗(yàn)，以獲得單向滲流速度，再轉(zhuǎn)換成單井日產(chǎn)氣量[7，8]。根據(jù)巖心產(chǎn)能模擬試驗(yàn)資料，可建立單位有效厚度下的產(chǎn)量(Qsc/H)隨巖心滲透率K的變化關(guān)系式：

(8)

式中：Qsc為氣井產(chǎn)能，104m3/d；pr為地層壓力，MPa；pwf為井底流動(dòng)壓力，MPa。

式(8)是在實(shí)驗(yàn)室地層無(wú)污染條件下測(cè)定而得。但實(shí)際上，鉆井過程會(huì)產(chǎn)生泥漿污染，對(duì)井底附近儲(chǔ)層的滲透性造成傷害。因此需要對(duì)使用回歸公式求得的產(chǎn)量和無(wú)阻流量進(jìn)行校正，擬合出實(shí)際測(cè)試值與計(jì)算值的產(chǎn)能校正關(guān)系式：

(9)

式中：Qact、Qcal分別為實(shí)際產(chǎn)量和計(jì)算產(chǎn)量，m3/d。

結(jié)合式(8)、式(9)，可以得到：

(10)

4 帶水氣井的產(chǎn)能校正方法研究

由于地層水沿高滲透層不規(guī)則竄入氣藏后，氣藏內(nèi)單一的氣相流動(dòng)變?yōu)闅馑畠上嗔鲃?dòng)，增加了流動(dòng)阻力，降低了氣相滲透率，致使氣井產(chǎn)量大幅度遞減。從產(chǎn)能方程出發(fā)，通過對(duì)無(wú)水生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)能方程的相滲曲線及等效表皮系數(shù)修正，得出不同生產(chǎn)水氣比下氣井產(chǎn)能的變化規(guī)律，從而預(yù)測(cè)產(chǎn)水氣井的產(chǎn)量[9～13]。

常規(guī)氣井無(wú)水生產(chǎn)時(shí)的產(chǎn)能方程：

(11)

(12)

(13)

式中：A、B為二項(xiàng)式系數(shù)；Q為氣井產(chǎn)量，104m3/d；μg為天然氣黏度，mPa·s；Z為天然氣偏差系數(shù)，1；T為地層溫度，K；re為供給半徑，m；rw為井底半徑，m；S為表皮系數(shù)，1；h為有效厚度，m；β為湍流引起的慣性阻力系數(shù)，1；γg為天然氣相對(duì)密度，1。

在有水產(chǎn)出時(shí)，氣井二項(xiàng)式方程系數(shù)A變?yōu)锳′，即:

(14)

式中：Krg(Sw)為特定含水飽和度對(duì)應(yīng)的氣相相對(duì)滲透率，1。

因此，只要知道不同水氣比下的氣相相對(duì)滲透率隨含水飽和度的變化關(guān)系，即可得到修正后的二項(xiàng)式產(chǎn)能方程系數(shù)A′：

(15)

式中：Rwg為生產(chǎn)水氣比，即Rwg=Qw/Qg，m3/104m3；Rwgr為凝析水氣比，m3/104m3；a和b分別是通過相滲曲線求取的特定含水飽和度下的Krg和Krg/Krw之間對(duì)數(shù)關(guān)系的系數(shù)。

5 各種產(chǎn)能評(píng)價(jià)方法的適用性分析

5.1 MDT/RCI流度資料產(chǎn)能評(píng)價(jià)方法

如果能獲得可靠的氣藏流度資料，便可以運(yùn)用流度法計(jì)算產(chǎn)能，一方面充分利用了測(cè)試數(shù)據(jù)，另一方面解決了氣藏?zé)oDST測(cè)試資料無(wú)法獲得產(chǎn)能的問題。但是MDT/RCI流度數(shù)據(jù)大多是單點(diǎn)測(cè)試得到的，對(duì)于全井段的產(chǎn)能分析仍然存在一定困難，需要結(jié)合與產(chǎn)能密切相關(guān)的電測(cè)資料共同確定。

5.2 微觀巖心孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)R35的產(chǎn)能評(píng)價(jià)方法

R35產(chǎn)能評(píng)價(jià)技術(shù)拓寬了產(chǎn)能評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)來(lái)源，充分運(yùn)用了微觀孔喉資料，是宏觀產(chǎn)能評(píng)價(jià)技術(shù)的補(bǔ)充。該技術(shù)的應(yīng)用關(guān)鍵在于需要取得較為豐富的壓汞資料，從而得到產(chǎn)能評(píng)價(jià)所需要的R35數(shù)據(jù)；但是壓汞資料對(duì)應(yīng)的是某個(gè)深度點(diǎn)的巖心數(shù)據(jù)，對(duì)于層內(nèi)非均質(zhì)性較強(qiáng)的氣藏，無(wú)法準(zhǔn)確描述厚層氣藏的產(chǎn)能。

5.3 產(chǎn)能模擬試驗(yàn)的產(chǎn)能評(píng)價(jià)方法

致密氣無(wú)法獲得穩(wěn)定的DST測(cè)試資料，MDT測(cè)試也難以獲取有效的流度。為解決致密氣產(chǎn)能評(píng)價(jià)問題，提出了產(chǎn)能模擬試驗(yàn)評(píng)價(jià)產(chǎn)能的研究方法。該方法計(jì)算的無(wú)阻流量與實(shí)際無(wú)阻流量較為接近。但由于產(chǎn)能模擬試驗(yàn)的巖心數(shù)據(jù)是特定區(qū)域的結(jié)果，對(duì)于其他區(qū)域是否適用有待考證。

5.4 帶水生產(chǎn)井的產(chǎn)能評(píng)價(jià)方法

氣井見水后，產(chǎn)能方程二項(xiàng)式斜率為負(fù)，造成產(chǎn)能無(wú)法計(jì)算。前文提出的帶水氣井的產(chǎn)能校正方法有效解決了氣井見水后的產(chǎn)能評(píng)價(jià)問題，但是該方法的計(jì)算需要獲得可靠的相滲試驗(yàn)數(shù)據(jù)，才能通過相滲曲線求取特定飽和度下的Krg和Krg/Krw之間的系數(shù)。

6 應(yīng)用實(shí)例

6.1 勘探階段產(chǎn)能評(píng)價(jià)

以東海某凹陷探井X1井M2氣藏為例，該井在M2層DST測(cè)試日產(chǎn)氣量55.5×104m3，計(jì)算無(wú)阻流量120.0×104m3/d。據(jù)X1井獲得的各項(xiàng)測(cè)試資料，采用DST測(cè)試資料解釋計(jì)算、 RCI流度產(chǎn)能評(píng)價(jià)方法、巖心孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)R35產(chǎn)能評(píng)價(jià)方法、產(chǎn)能模擬試驗(yàn)產(chǎn)能評(píng)價(jià)方法對(duì)各層產(chǎn)能進(jìn)行了評(píng)價(jià)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表1。從表1可以看出，筆者提出的多種產(chǎn)能評(píng)價(jià)方法計(jì)算結(jié)果與DST實(shí)測(cè)值接近，可以對(duì)早期無(wú)測(cè)試資料的氣藏產(chǎn)能進(jìn)行大致估算，大大拓寬了產(chǎn)能評(píng)價(jià)的資料來(lái)源，為客觀評(píng)價(jià)氣藏產(chǎn)能提供了技術(shù)保障。

表1 不同方法計(jì)算的X1井M2層位各層產(chǎn)能

6.2 開發(fā)階段產(chǎn)能評(píng)價(jià)

以東海某斷塊背斜底水氣藏開發(fā)井X2為例，該井位于構(gòu)造高點(diǎn)，生產(chǎn)氣藏類型屬于強(qiáng)底水氣藏，物性表現(xiàn)中高孔、中高滲特征，隔夾層不發(fā)育，水體倍數(shù)50倍。該井于2011年1月1日投產(chǎn)，初期高峰日產(chǎn)量20×104m3。該井見水時(shí)間早，無(wú)水采氣期僅1.5年。隨著底水的侵入，水氣比陡增至8m3/104m3以上，氣產(chǎn)量下降到5×104m3/d，表明底水已經(jīng)侵入到井底。當(dāng)水氣比從0上升到8m3/104m3時(shí)，利用產(chǎn)水生產(chǎn)時(shí)的產(chǎn)能方程，校正計(jì)算得到氣井產(chǎn)能由44×104m3/d減少到21×104m3/d(圖2)，與穩(wěn)定產(chǎn)量下一點(diǎn)法產(chǎn)能公式計(jì)算得到的無(wú)阻流量18.7×104m3/d接近，表明有水氣藏的產(chǎn)能校正結(jié)果可靠，可以指導(dǎo)帶水氣井產(chǎn)能分析。

圖2 X2井不同水氣比下的無(wú)阻流量與地層壓力關(guān)系

7 結(jié)論

1)基于MDT/RCI流度產(chǎn)能評(píng)價(jià)、巖心孔隙結(jié)構(gòu)R35的產(chǎn)能評(píng)價(jià)、產(chǎn)能模擬試驗(yàn)的產(chǎn)能評(píng)價(jià)等一系列早期產(chǎn)能評(píng)價(jià)技術(shù)，有效解決了氣藏早期因無(wú)直接的DST測(cè)試資料，無(wú)法估算實(shí)際產(chǎn)能的問題，對(duì)勘探評(píng)價(jià)階段的產(chǎn)能預(yù)測(cè)提供了新的預(yù)測(cè)方法。

2)以東海某凹陷探井X1井M2氣藏為例，采用RCI流度產(chǎn)能評(píng)價(jià)方法、巖心孔隙結(jié)構(gòu)R35產(chǎn)能評(píng)價(jià)方法、產(chǎn)能模擬實(shí)驗(yàn)產(chǎn)能評(píng)價(jià)方法計(jì)算的產(chǎn)能與DST實(shí)測(cè)值接近，表明文中提出的多種產(chǎn)能評(píng)價(jià)方法可靠，可以對(duì)早期無(wú)測(cè)試資料的氣藏產(chǎn)能進(jìn)行大致估算，大大拓寬了產(chǎn)能評(píng)價(jià)的資料來(lái)源，實(shí)用性強(qiáng)。

3)運(yùn)用氣藏產(chǎn)能方程演變得到的產(chǎn)水氣井產(chǎn)能修正計(jì)算公式，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)了不同產(chǎn)水條件下的氣井產(chǎn)能，為現(xiàn)場(chǎng)的產(chǎn)量綜合調(diào)整提供了可靠依據(jù)。

4)全壽命周期的產(chǎn)能評(píng)價(jià)方法既有宏觀與微觀的結(jié)合，也有礦場(chǎng)與實(shí)驗(yàn)的結(jié)合，為客觀評(píng)價(jià)氣藏產(chǎn)能提供了技術(shù)保障。

[1]李士倫.天然氣工程[M].北京:石油工業(yè)出版社,2007.

[2] Alden J M，Stephen T S，Dan J H.Character ization of petro-physical flow units in carbonate reservoirs[J].AAPG Bulletin,1997,81(5):731～759.

[3]Aguilera R.Flow units:from conventional to tight gas to shale gas reservoirs[J].SPE 132845,2010.

[4]Deng H,Leguizamon J A,Aguilera R.Petrophysics of triple-porosity tight gas reservoirs with a link to gas productivity[J].SPE 144590,2011.

[5]程超，鹿克鋒，何賢科，等.基于壓汞資料R35的定量?jī)?chǔ)層分類評(píng)價(jià)與特征研究——以X氣田E15層[J].石油天然氣學(xué)報(bào)(江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)),2014,36(11):16～20.

[6]蔡華，鹿克峰，楊志興，等.對(duì)r35經(jīng)典產(chǎn)能評(píng)價(jià)指標(biāo)的探討[J].中國(guó)海上油氣,2015,27(1):57～61.

[7]徐發(fā)，時(shí)瓊，鹿克峰，等.非常規(guī)致密砂巖儲(chǔ)層產(chǎn)能模擬分析——以西湖凹陷Z構(gòu)造為例[J].中國(guó)海上油氣,2013,25(2):52～55.

[8]黃大志，向丹.川中充西地區(qū)香四段氣藏產(chǎn)能研究[J].天然氣工業(yè),2004,24(9):33～35.

[9]鄧琪，唐海，呂浙江，等.產(chǎn)水氣井產(chǎn)量預(yù)測(cè)方法研究[J].石油地質(zhì)與工程,2011,25(3):68～69.

[10]楊正文.平落壩氣田須二段氣藏氣井傷害評(píng)價(jià)[J].天然氣工業(yè),1998,18(2):79～80.

[11]陳元千.確定氣井絕對(duì)無(wú)阻流量的簡(jiǎn)單方法[J].天然氣工業(yè),1987,7(1):59～63.

[12]郝玉鴻，李治平.地層產(chǎn)水影響氣井產(chǎn)能的定量分析[J].油氣井測(cè)試,1987,7(4):11～13.

[13]張合文，馮其紅，鄢雪梅.氣水兩相流二項(xiàng)式產(chǎn)能方程研究[J].斷塊油氣田,2008,15(6):62～64.