蘇東氣藏地層壓力與單位壓降產(chǎn)氣量分布特征分析

成育紅 張一果 楊洋 封莉 鄧寶康

(1. 中國石油長慶油田公司第五采氣廠， 西安 710021；2. 四川奧吉特油田科技開發(fā)有限公司， 成都 610041)

在油氣藏開采過程中，對(duì)地層壓力的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)，有助于對(duì)儲(chǔ)量的準(zhǔn)確計(jì)算及產(chǎn)能的合理預(yù)測。在地層壓力評(píng)價(jià)方面，學(xué)者們作了大量研究，并提出諸多獲取地層壓力的方法，早期的經(jīng)典方法有MBH法、MDH法、Dietz法、Muskat法等[1]。在經(jīng)典方法的理論基礎(chǔ)上，通過對(duì)短期關(guān)井恢復(fù)數(shù)據(jù)的推算，能夠較為準(zhǔn)確地計(jì)算出地層壓力[2-5]。同樣，利用氣井系統(tǒng)的試井原理，通過簡易的計(jì)算方法也可得出氣井地層壓力[6-7]。在計(jì)算和預(yù)測氣井地層壓力時(shí)，產(chǎn)量不穩(wěn)定法、井口壓力折算法、累計(jì)產(chǎn)量法和不關(guān)井試井法均有不同的適用性[8-9]。在計(jì)算蘇里格氣田地層壓力的過程中，往往會(huì)用到經(jīng)典公式法、壓降法、流動(dòng)物質(zhì)平衡法及現(xiàn)代產(chǎn)量不穩(wěn)定分析法[10-11]。

目前所有研究者都專注于計(jì)算方法本身，而對(duì)實(shí)際氣藏的地質(zhì)、工藝特點(diǎn)考慮較少。本次研究中，結(jié)合蘇東氣藏的實(shí)際情況，建立了新的地層壓力評(píng)價(jià)方法，并將其應(yīng)用于地層壓力及單位壓降產(chǎn)氣量特征分析。

1 利用套壓計(jì)算地層壓力

靜液柱中任意一點(diǎn)的壓力服從式(1)規(guī)律[12]：

p=p0+ρgh

(1)

式中：p—— 靜液柱中任意點(diǎn)壓力，MPa；

p0—— 液面壓力，MPa；

ρ—— 氣體密度，kgm3。

對(duì)于氣柱來說，氣體密度隨壓力變化而差別相對(duì)較大，井筒壓力梯度(D)隨井口壓力(pts)的變化而變化，因此，可采用變密度方法計(jì)算地層壓力。

式(2)所示為氣體密度計(jì)算公式[12]：

(2)

式中：R—— 氣體常數(shù)，J(mol·K)；

T—— 溫度，K；

Z—— 真實(shí)氣體校正因子；

M—— 氣體的相對(duì)分子質(zhì)量；

γ—— 氣體重度。

以蘇東39-59A井和蘇東15-50井為例，計(jì)算出地層壓力和該井的累計(jì)產(chǎn)氣量，據(jù)此繪制單井物質(zhì)平衡曲線，并與實(shí)測數(shù)據(jù)物質(zhì)平衡曲線進(jìn)行比對(duì)。如圖1所示，兩井的曲線重合度均很高，說明計(jì)算數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性較高。

利用套壓計(jì)算地層壓力的方法，數(shù)據(jù)來源豐富，計(jì)算簡單，實(shí)用性強(qiáng)。按此方法繪制的曲線可分為標(biāo)準(zhǔn)型、波動(dòng)性和分段型等[13-14]。

圖1 計(jì)算數(shù)據(jù)與實(shí)測數(shù)據(jù)繪制壓降曲線對(duì)比圖

(1) 標(biāo)準(zhǔn)型曲線。此類型曲線下降趨勢較為平緩，數(shù)據(jù)點(diǎn)普遍集中在擬合曲線附近，其相關(guān)系數(shù)普遍大于0.85。

(2) 波動(dòng)型曲線。此類型曲線波動(dòng)較大，整體上呈下降趨勢。這可能是由于地層非均質(zhì)性較強(qiáng)且井筒積液所致。

(3) 分段型曲線。此類型曲線分段特征明顯。在開發(fā)初期，天然氣沿壓裂裂縫或高滲帶流向井底，因此表現(xiàn)出高滲帶天然氣滲流特征；而隨著開采的持續(xù)進(jìn)行，后期則會(huì)表現(xiàn)出較低滲透帶滲流特征。

下面，我們將此方法分別應(yīng)用于地層壓力分布和單位壓降產(chǎn)氣量分布特征分析。

2 蘇東氣藏原始地層壓力分布特征分析

蘇東區(qū)塊平均原始地層壓力為26.4 MPa，壓力系數(shù)為0.858，不同井區(qū)間存在明顯差別，總體上屬于低壓氣藏[15]。其原始地層壓力分布表現(xiàn)出南高北低的特征，西南部井區(qū)原始地層壓力為26.72 MPa，東北部統(tǒng)33-霍2、統(tǒng)27井區(qū)原始地層壓力23.69 MPa，地層壓力主要受構(gòu)造和砂體分布的影響。區(qū)塊儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，砂體分布相對(duì)獨(dú)立，存在多個(gè)壓力系統(tǒng)[16]。根據(jù)各井區(qū)的壓力及其壓力系數(shù)將蘇東壓塊劃分為5個(gè)壓力系統(tǒng)，如圖2所示。5個(gè)壓力系統(tǒng)的平均壓力及壓力系數(shù)如表1所示。

3 蘇東氣藏歷年地層壓力分布特征分析

不同投產(chǎn)年份氣井平均地層壓力變化均不相同，如圖3所示。蘇東氣藏2008 — 2011年投產(chǎn)井，地層壓力年遞減率為14% ～ 16%，投產(chǎn)2～3 a期間地層壓力下降幅度較大(約2.8 MPaa)，投產(chǎn)3 a后下降幅度較小(約1.5 MPaa)。2012 — 2015年投產(chǎn)井，地層壓力遞減明顯加快，年遞減率為20%～30%，投產(chǎn)1～2 a期間地層壓力下降幅度較大(約5 MPaa)，投產(chǎn)3a后下降幅度較小(約3 MPaa)。統(tǒng)27井區(qū)氣井處于主體區(qū)邊部，地層壓力遞減幅度最高達(dá)到26.3%，初期年下降幅度約5.3 MPa；召10、陜235等井區(qū)地層壓力下降明顯較緩慢，年遞減率為10%～15%，地層壓力年下降幅度2 MPa左右。

圖2 蘇東區(qū)塊壓力系統(tǒng)劃分

壓力系統(tǒng)井區(qū)測試井次平均壓力∕MPa壓力系數(shù)I統(tǒng)33-霍273+1322.910.81II統(tǒng)2740+225.130.86統(tǒng)19-統(tǒng)202726.110.87III召30110+326.350.84召探1113+826.040.85IV召10361+1226.790.87陜235301+1227.110.87V陜23466+126.560.82

圖3 不同投產(chǎn)年份氣井平均地層壓力變化曲線

氣井地層壓力下降差異大，如表2所示。早期投產(chǎn)井地層壓力遞減緩慢，年遞減率為15%左右；而后期投產(chǎn)井地層壓力遞減較快，年遞減率超過20%。不同井區(qū)之間也存在一定差異，遞減較快的井主要分布在主體區(qū)邊部，儲(chǔ)層物性較差，地層壓力遞減較快。

表2 不同井區(qū)地層壓力遞減情況統(tǒng)計(jì)表

4 蘇東氣藏單位壓降產(chǎn)氣量分布特征分析

受儲(chǔ)層物性、增產(chǎn)改造及后期配產(chǎn)等因素的影響，蘇東氣藏氣井的單位采氣量差異明顯[17]。工區(qū)內(nèi)各井單位壓降產(chǎn)氣量主要集中于(20～400)×104m3MPa，平均值為165×104m3MPa。圖4所示為蘇東氣藏氣井單位壓降產(chǎn)量頻率分布直方圖。

不同投產(chǎn)年份井、不同井區(qū)的單位壓降產(chǎn)氣量區(qū)別均較明顯，如圖5、圖6所示。其中，相比2008 — 2012年投產(chǎn)井，2013年、2014年投產(chǎn)井的單位壓降產(chǎn)氣量顯著下降，且陜234、統(tǒng)27、統(tǒng)33-霍2井區(qū)的單位壓降產(chǎn)氣量偏低。

研究區(qū)內(nèi)各井的單位壓降產(chǎn)氣量(如圖7所示)以及全工區(qū)平均單位壓降產(chǎn)氣量(如圖8所示)普遍逐年遞增，后期趨于平緩，地層流體供給比較充足。

圖4 蘇東氣藏氣井單位壓降產(chǎn)氣量頻率分布直方圖

圖5 不同年份投產(chǎn)井單位壓降產(chǎn)氣量柱狀圖

圖6 不同井區(qū)單位壓降產(chǎn)氣量柱狀圖

將單位壓降產(chǎn)氣量與含氣飽和度交會(huì)后發(fā)現(xiàn)，兩者之間呈良好的正相關(guān)關(guān)系(如圖9所示)。

隨著有效厚度或射孔厚度的增加，單位壓降產(chǎn)量上升。但實(shí)際上如圖10、圖11所示，當(dāng)有效厚度或射孔厚度超過一定值后，單位壓降產(chǎn)量出現(xiàn)下降趨勢，可能是因厚層壓裂程度不足所致。

同時(shí)，實(shí)際數(shù)據(jù)表明，單位有效厚度壓裂液入地總量隨有效厚度增加而減少(見圖12)，單位射孔厚度入地總量隨射孔厚度增加而線性減少(見圖13)。對(duì)于厚儲(chǔ)層，單位厚度儲(chǔ)層中的壓裂液會(huì)明顯少于薄儲(chǔ)層。若單位厚度內(nèi)壓裂液減少，將導(dǎo)致儲(chǔ)層壓裂效果相對(duì)于薄儲(chǔ)層較差。

圖7 部分氣井歷年單位壓降產(chǎn)氣量直方圖

圖8 井區(qū)平均單位壓降產(chǎn)氣量變化圖

圖9 含氣飽和度-平均單位壓降產(chǎn)氣量交會(huì)圖

圖10 有效厚度-平均單位壓降產(chǎn)氣量交會(huì)圖

圖11 射孔厚度-平均單位壓降產(chǎn)氣量交會(huì)圖

圖12 有效厚度-單位有效厚度壓裂液入地總量交會(huì)圖

圖13 射孔厚度-單位射孔厚度壓裂液入地總量交會(huì)圖

5 結(jié) 論

(1) 蘇東氣藏研究區(qū)內(nèi)各井的單位壓降產(chǎn)氣量集中在(20～400)×104m3MPa，平均為165×104m3MPa，其中陜234、統(tǒng)27、統(tǒng)33-霍2井區(qū)的單位壓降產(chǎn)氣量偏低。

(2) 單位壓降產(chǎn)氣量與含氣飽和度呈良好正相關(guān)關(guān)系。隨著有效厚度或射孔厚度增加，單位壓降產(chǎn)氣量應(yīng)上升；但實(shí)際上，在有效厚度或射孔厚度超過一定值后，單位壓降產(chǎn)氣量出現(xiàn)下降。