超高壓氣井儲量計(jì)算方法研究

李旭成 曹 建 梁 靜 周光亮

（1.中國石油西南油氣田公司川西北氣礦，四川 江油 621709；2.中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院，四川 成都 610051）

0 引言

超高壓氣藏大多具有原始地層壓力高、初期測試產(chǎn)量大，生產(chǎn)前期壓力遞減快、產(chǎn)能降幅大，生產(chǎn)后期產(chǎn)能不高、低產(chǎn)期延續(xù)時(shí)間長等特征，區(qū)別于常規(guī)氣藏在開發(fā)過程中壓力和產(chǎn)能變化規(guī)律，因此氣藏評價(jià)難度大。以四川盆地川西北部地區(qū)為例，該區(qū)域?qū)俸Ｏ嗵妓猁}巖地層，地質(zhì)條件復(fù)雜，氣藏評價(jià)存在較大挑戰(zhàn)：一是儲集類型多為孔隙裂縫型或縫（洞）型，靜態(tài)儲量計(jì)算參數(shù)取值困難；二是區(qū)域內(nèi)大多為超高壓、超深井，測壓存在較大風(fēng)險(xiǎn)，動態(tài)儲量較難確定。因此以區(qū)內(nèi)典型超高壓氣井作為研究對象，對該類氣藏動態(tài)儲量各種計(jì)算方法的適用性進(jìn)行分析研究，將對有效進(jìn)行后續(xù)區(qū)域氣藏評價(jià)、推動區(qū)域勘探開發(fā)進(jìn)程起到重要的指導(dǎo)作用。

1 物質(zhì)平衡法動態(tài)儲量計(jì)算關(guān)鍵參數(shù)研究

物質(zhì)平衡方程建立相對簡單，僅需要高壓物性資料和實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，一般利用“壓降圖”來確定氣藏的儲量，可用于因地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜而無法求準(zhǔn)儲量空間的氣藏。超高壓氣藏因受高壓影響已不能忽略水的壓縮性和巖石的變形，因此此時(shí)的“壓降圖”不再是類似常規(guī)壓降的直線，其計(jì)算結(jié)果還會受到偏差系數(shù)和綜合壓縮因子的影響。

1.1 偏差系數(shù)

1）偏差系數(shù)經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式簡介。同一溫度壓力下，真實(shí)氣體與理想氣體所占體積的比值稱作氣體偏差因子，該參數(shù)隨氣體組分的不同及壓力和溫度的變化而變化，是用來計(jì)算超高壓氣藏儲量的關(guān)鍵數(shù)據(jù)［1］。超高壓氣藏測試成本高，流體取樣難度大，目前計(jì)算偏差系數(shù)的方法主要有狀態(tài)方程法、經(jīng)驗(yàn)公式法，各種方法都有自己的適用范圍。對于偏差系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式，國內(nèi)外已形成了相對成熟的方法，其中主要有DPR法、HY法、DAK法和Gopal法。其中DPR法和DAK法是在給定不同系數(shù)條件下，綜合為無因次擬對比壓力的、無因次對比溫度的函數(shù)。HY法則基于常規(guī)的狀態(tài)方程對SK圖版進(jìn)行了擬合并修正后得到計(jì)算公式。Gopal法主要將SK圖版分為13個(gè)部分分別進(jìn)行擬合，針對天然氣對比溫度和天然氣對比壓力的不同范圍對計(jì)算公式分別進(jìn)行表征。國內(nèi)外已有學(xué)者對偏差因子經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式開展了對比分析工作，但對于地層壓力超高（高于70 MPa）、地層溫度高（高于100℃）的氣藏，尚無實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證其精確性，偏差因子經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式的適用性值得研究。

2）偏差因子計(jì)算公式適應(yīng)性分析。結(jié)合川西地區(qū)超高壓天然氣偏差因子的實(shí)驗(yàn)測試數(shù)據(jù)，對比研究超高壓天然氣偏差因子的計(jì)算方法。通過對氣體偏差因子進(jìn)行理論計(jì)算并與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行對比分析，優(yōu)選出適合計(jì)算川西地區(qū)超高壓天然氣偏差因子的經(jīng)驗(yàn)公式。

ST1井、L16井均為川西北部地區(qū)典型超高壓氣井，壓力系數(shù)高達(dá)1.8以上，考慮ST1井和L16井地層溫度（表1），分別計(jì)算125.8℃、146.7℃不同壓力條件下的壓縮因子數(shù)值，同時(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)測試值對計(jì)算誤差進(jìn)行對比分析（圖1、圖2）。從圖1可以看出，不同氣井在不同溫度下，壓縮因子隨壓力變化的曲線形態(tài)幾乎一致，溫度對壓縮因子計(jì)算影響不大，經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)測試值差異整體較小。從圖2可以看出，Gopal法、DPR和DAK法在低壓區(qū)壓縮因子計(jì)算誤差隨壓力增加而增加；達(dá)到誤差峰值后（Gopal法誤差峰值壓力為30 MPa，DPR和DAK法誤差峰值壓力為25 MPa），計(jì)算誤差隨壓力增加逐漸下降。HY方法無論在高壓還是低壓情況下，計(jì)算誤差變化不大，平均計(jì)算誤差僅為0.1%，可推薦用于區(qū)域超高壓氣井的壓縮因子估算。

表1 ST1井和L16井壓力溫度表

圖1 125.8℃和146.7℃下偏差因子隨壓力變化曲線圖

圖2 ST1井和L16井壓縮因子計(jì)算誤差對比分析圖

1.2 綜合壓縮系數(shù)

通常學(xué)者們認(rèn)為綜合壓縮系數(shù)的取值與巖石和流體的壓縮性有關(guān)，具有與其他物性參數(shù)類似的非均質(zhì)性。確定巖石壓縮系數(shù)的方法主要有經(jīng)驗(yàn)公式法、實(shí)驗(yàn)測定法和理論計(jì)算法。實(shí)驗(yàn)測定法是最準(zhǔn)確有效的，但因超高壓氣藏取心困難且實(shí)驗(yàn)條件嚴(yán)格造成成本較高，因此通過實(shí)驗(yàn)確定巖石壓縮系數(shù)困難，而且常壓下測量與初始覆壓條件下測量結(jié)果差別明顯，目前國內(nèi)該測定技術(shù)并未取得突破性進(jìn)展。常規(guī)經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式在計(jì)算過程中均存在一定的缺陷：常規(guī)的HALL圖版法在預(yù)測過程中并未對巖石的巖性予以區(qū)分；一些經(jīng)驗(yàn)公式也僅僅考慮單因素的關(guān)系；已有的多元預(yù)測回歸公式僅采用非超高壓地區(qū)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)資料，不具有代表性［2-3］。由于研究區(qū)暫未開展巖石綜合壓縮系數(shù)實(shí)驗(yàn)，暫未開展該參數(shù)對比分析研究。

2 儲量計(jì)算方法適應(yīng)性研究

2.1 計(jì)算方法簡介

動態(tài)儲量預(yù)測方法主要有物質(zhì)平衡壓降法、物質(zhì)平衡異常高壓壓降校正法、物質(zhì)平衡異常高壓解析法、彈性二相法、油壓遞減法、產(chǎn)量累計(jì)法，羅杰斯蒂函數(shù)法以及現(xiàn)代遞減分析法等。計(jì)算所需的動態(tài)數(shù)據(jù)資料主要包括：生產(chǎn)時(shí)間（t）、累計(jì)產(chǎn)量（Gp）、氣井穩(wěn)產(chǎn)日產(chǎn)氣量（Qg）、氣井穩(wěn)產(chǎn)井底流壓（pwf），原始地層壓力（pe）等，對應(yīng)選取不同的參數(shù)關(guān)系，可初步預(yù)測動態(tài)儲量（圖3）。

圖3 動態(tài)儲量計(jì)算方法參數(shù)選取關(guān)系示意圖

對于定容封閉性或弱彈性水驅(qū)的氣藏或凝析氣藏投產(chǎn)后，地層壓力下降已達(dá)10%，可用壓降直線外推法確定動態(tài)地質(zhì)儲量，超高壓壓降校正法和超高壓解析法基于物質(zhì)平衡壓降法的原理進(jìn)行推導(dǎo)，主要在于對超高壓氣井壓降曲線“拐折點(diǎn)”的確定，其位置主要與綜合壓縮系數(shù)以及偏差因子有關(guān)［4］。彈性二相法適用于氣井進(jìn)入擬穩(wěn)定流動階段后的儲量預(yù)測，該方法不需要?dú)饩P(guān)井測壓，不影響氣井的生產(chǎn)，僅利用所測的流動壓力以及氣井原始地層壓力就可以對儲量進(jìn)行預(yù)測。油壓遞減法、產(chǎn)量累積法、羅杰斯蒂函數(shù)法在儲量預(yù)測過程中僅需要現(xiàn)場壓力、產(chǎn)量數(shù)據(jù)資料，反映的是與生產(chǎn)與時(shí)間的關(guān)系，計(jì)算過程較為簡便，而現(xiàn)代遞減分析法對儲量的預(yù)測則主要依賴于氣井動態(tài)資料的完善程度，氣井的基礎(chǔ)資料越豐富，動態(tài)監(jiān)測資料越準(zhǔn)確，氣井生產(chǎn)越平穩(wěn)（擬穩(wěn)態(tài)流動），儲量預(yù)測結(jié)果就越可靠。

2.2 計(jì)算方法適應(yīng)性分析

基于ST1井和L16井生產(chǎn)動態(tài)特征分析，運(yùn)用不同動態(tài)儲量計(jì)算方法對氣井動態(tài)儲量進(jìn)行預(yù)測。綜合氣井認(rèn)識，按照ST1井0.95×108m3和L16井3×108m3的動態(tài)儲量基準(zhǔn)，對比不同方法的計(jì)算誤差。

表2 ST1井和L16井不同方法儲量計(jì)算誤差表

根據(jù)表2的儲量預(yù)測結(jié)果分析認(rèn)為：

1）物質(zhì)平衡法適用于彈性膨脹壓力弱水驅(qū)氣藏，要求具有一定的壓力動態(tài)監(jiān)測資料基礎(chǔ)；L16井由于缺乏有效的井下動態(tài)監(jiān)測資料，無法獲取該方法的儲量預(yù)測結(jié)果。

2）超高壓氣井物質(zhì)平衡壓力校正法和解析法考慮偏差因子和壓縮數(shù)的影響，儲量計(jì)算結(jié)果更為準(zhǔn)確。

3）流動物質(zhì)平衡法可以利用井口壓力的變化趨勢對儲量進(jìn)行預(yù)測，獲取動態(tài)資料相對簡單，在氣井進(jìn)入擬穩(wěn)態(tài)流動時(shí)，計(jì)算誤差不大。

4）油壓遞減法則適用于氣井井筒單相流體已達(dá)到穩(wěn)定流動階段時(shí)候的儲量預(yù)測，隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，生產(chǎn)數(shù)據(jù)資料的不斷完善，該方法儲量預(yù)測結(jié)果將逐漸接近于真實(shí)值。

5）產(chǎn)量累計(jì)法與羅杰斯蒂函數(shù)法較為類似，計(jì)算結(jié)果受采出程度的影響較大，一般用于氣井生產(chǎn)后期的動態(tài)儲量預(yù)測。

6）現(xiàn)代遞減分析法一般要求氣井井筒單相流動，且能獲取足夠多的生產(chǎn)數(shù)據(jù)資料。未表現(xiàn)出明顯的擬穩(wěn)態(tài)流動狀態(tài)的氣井運(yùn)用該方法進(jìn)行預(yù)測會造成較大誤差。

3 結(jié)論及建議

1）對壓縮因子計(jì)算方法進(jìn)行研究認(rèn)為溫度對壓縮因子計(jì)算誤差影響較小。同一溫度下在壓力較低的區(qū)塊采用Gopal法計(jì)算誤差相對較小，隨著壓力上升DPR和DAK法計(jì)算誤差有減小趨勢；整體而言，HY方法計(jì)算誤差最小，針對未取得實(shí)測偏差因子的區(qū)塊，推薦采用該方法進(jìn)行壓縮因子估算。

2）對超高壓氣藏，物質(zhì)平衡壓力校正法初期計(jì)算結(jié)果較為可靠，但對氣井測壓數(shù)據(jù)有一定要求，準(zhǔn)確的地層壓力是求取動態(tài)儲量的關(guān)鍵。產(chǎn)量累計(jì)法和羅杰斯蒂函數(shù)所需計(jì)算參數(shù)較少，計(jì)算過程較簡便，但受采出程度限制，初期計(jì)算結(jié)果偏小，不利于氣藏早期評價(jià)認(rèn)識。

3）川西北部地區(qū)超高壓氣藏，存在儲集空間類型裂縫、裂縫—縫洞型，推薦采用物質(zhì)平衡法進(jìn)行動態(tài)儲量預(yù)測。該類氣藏在生產(chǎn)初期應(yīng)多開展井下動態(tài)監(jiān)測工作，取準(zhǔn)地層壓力。同時(shí)開展超高壓氣井下壓力動態(tài)監(jiān)測技術(shù)攻關(guān)工作。