凝析氣藏反凝析傷害評價方法及應(yīng)用

鄒春梅，湯 勇，晏 軍，孫杰文，李俞虹，崔軼男

（1.中國地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院，北京100083；2.中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北廊坊065007；3.西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院，四川成都610500）

在凝析氣藏衰竭開采過程中，當(dāng)井底壓力降到地層凝析氣露點壓力以下時，地層流體的重組分將析出，且最早發(fā)生在近井地帶[1-6]。當(dāng)凝析油飽和度低于臨界流動飽和度時，反凝析油會不斷堆積，這將導(dǎo)致近井凝析氣流動通道減小，降低氣井產(chǎn)能，并使得凝析油采收率降低[7-8]。要解除反凝析傷害，提高凝析氣藏開發(fā)效果，對反凝析及其傷害狀況需要有清楚的認(rèn)識[9-11]。目前，國內(nèi)外普遍采用的方法有氣藏工程計算法、室內(nèi)實驗法、試井解釋法及數(shù)值模擬法等?？傮w上，對氣藏反凝析的單因素研究較多，而對反凝析程度及傷害半徑等綜合評價和實際應(yīng)用研究較少。因此，建立了反凝析定性和定量的評價方法。通過相態(tài)評價和生產(chǎn)動態(tài)氣油比明確氣藏是否發(fā)生反凝析，綜合多種方法評價氣藏反凝析傷害程度。應(yīng)用該方法對國外讓納若爾凝析氣藏反凝析特征進(jìn)行了綜合評價，為氣藏反凝析傷害治理及開發(fā)決策提供了依據(jù)。

1 反凝析定性識別方法

1.1 凝析氣井多區(qū)滲流特征

氣藏發(fā)生反凝析后，凝析氣井周圍將由原來的氣水兩相變?yōu)橛蜌馑?。在忽略地層水的情況下，將流動區(qū)域劃分為3個區(qū)（圖1）：I區(qū)為氣相，只有氣相流動；II區(qū)為氣油兩相區(qū)，反凝析油低于臨界流動飽和度；III區(qū)是最靠近井筒的區(qū)域，由于反凝析堆積作用，凝析油飽和度高于臨界流動飽和度，油氣兩相均參與流動[11-13]。在II區(qū)和III區(qū)，由于反凝析油的存在，使得氣相流動通道降低，造成反凝析傷害，通過油氣相滲可以得到氣相流動能力的降低幅度，較重?zé)N的析出也使得產(chǎn)出氣相凝析油含量降低。

圖1 凝析氣井多區(qū)滲流特征[2]Fig.1 flow characteristics in multiple regions for condensate gas well

1.2 相態(tài)評價方法

定容衰竭實驗是評價凝析氣藏相態(tài)變化的主要手段。依據(jù)定容衰竭實驗中反凝析油飽和度與壓力之間的關(guān)系可以對氣藏開發(fā)過程中流體相態(tài)進(jìn)行判別。若地層壓力低于露點壓力，則可判斷地層發(fā)生了反凝析；若井底流壓高于露點壓力，則可判斷地層未發(fā)生反凝析。當(dāng)然，該方法是在所取實驗樣品能反映氣藏實際，以及所測試的定容衰竭實驗和地層壓力比較準(zhǔn)確的情況下進(jìn)行的判斷，如果沒有開展定容衰竭實驗，則可以采用生產(chǎn)動態(tài)氣油比評價方法。

1.3 生產(chǎn)動態(tài)分析方法

生產(chǎn)氣油比評價方法的原理是當(dāng)氣藏反生反凝析后，較重?zé)N會析出，產(chǎn)出的凝析氣組分變得更加輕質(zhì)，致使氣井生產(chǎn)氣油比具有變大的趨勢。因此，生產(chǎn)氣油比持續(xù)上升是評價凝析氣藏發(fā)生反凝析的動態(tài)方法。

2 反凝析傷害定量評價方法

2.1 反凝析氣井產(chǎn)能評價

通過反凝析對產(chǎn)能影響可以評價反凝析傷害程度，該方法是通過反凝析影響的氣井產(chǎn)能方程，反凝析油飽和度與壓力的關(guān)系，以及油氣相滲曲線進(jìn)行評價。

模型假設(shè)：凝析氣藏氣井生產(chǎn)過程中出現(xiàn)油、氣兩相滲流，氣相黏度小，流速大，為非達(dá)西滲流；油相黏度大，流速小，為達(dá)西滲流。引入擬壓力建立考慮凝析油流動的產(chǎn)能方程，式（1）為擬壓力形式的產(chǎn)能方程，式（2）為考慮凝析油的擬壓力計算公式。通過模型計算不同壓力下的氣井產(chǎn)能，可以對比考慮反凝析和不考慮反凝析的產(chǎn)能差異，從而評價反凝析存在對氣井產(chǎn)能的影響程度。

式（1）—（2）中：ρsc為標(biāo)準(zhǔn)狀況下凝析氣密度，kg/m3；re，rw分別為供給半徑，井半徑，m；βg為氣的慣性指數(shù)，MPa·s2/kg；Krg，Kro分別為氣、油相對滲透率；Lg為地層中氣的質(zhì)量流量與總的質(zhì)量流量之比；r為井筒半徑，m；μg，μo分別為氣、油黏度，mPa·s；Qsc為標(biāo)準(zhǔn)狀況下凝析氣的產(chǎn)量，m3/d；h為氣層厚度，m；S為表皮系數(shù)；K為地層絕對滲透率，10-3μm2；ψ（p）為兩相擬壓力函數(shù)，kg·MPa/（m3·mPa·s）；pe為邊界壓力，MPa；pwf為井底流，MPa；p為壓力，MPa；pb為飽和壓力，MPa；ρo，ρg分別為油、氣密度，kg/m3。

2.2 污染表皮系數(shù)評價

當(dāng)生產(chǎn)初期井底附近壓力就已降至露點壓力以下，地層中有大量凝析油析出，生產(chǎn)時間為t時，地層中達(dá)到凝析油臨界流動飽和度的徑向半徑計算公式[11]為：

式中：rb為生產(chǎn)時間為t時達(dá)到凝析油臨界流動飽和度的徑向半徑，m；Z為氣體壓縮因子；Tf為氣層溫度，K；Y=dC/dp為反轉(zhuǎn)凝析系數(shù)（單位壓降的單位氣體的凝析油減少量）（C為每m3氣有多少凝析油，m3/m3）；t為生產(chǎn)時間，d；Soc為凝析油臨界流動飽和度；Φ為孔隙度，小數(shù)；pr為地層壓力，MPa。

因凝析油析出而引起的污染表皮系數(shù)計算公式[11]為：

式中：Sb為因凝析油析出而引起的污染表皮系數(shù)；Krgc為Soc（凝析油臨界流動飽和度）的氣體相對滲透率。

2.3 反凝析數(shù)值模擬

在流體高溫高壓相態(tài)擬合基礎(chǔ)上，利用組分油藏模擬器建立單井徑向模型，在生產(chǎn)歷史擬合的基礎(chǔ)上可以動態(tài)模擬氣井生產(chǎn)過程。通過數(shù)值模擬可以輸出凝析油飽和度隨時間、空間的變化，以及氣相相對滲透率隨時間、空間的變化，這可以直接反映氣藏反凝析過程及反凝析污染半徑變化。

2.4 壓力恢復(fù)試井

壓力恢復(fù)試井分析是評價油氣井地層污染的有效手段。凝析氣井生產(chǎn)壓降主要發(fā)生在井底附近，反凝析在井底附近的聚集會形成一個污染區(qū)，在試井曲線上反映為一個下降的臺階[14-15]。臺階的出現(xiàn)說明外區(qū)滲流能力強(qiáng)，也從側(cè)面說明近井帶滲流能力相對更低，受到污染，所以應(yīng)用試井分析也可以判斷反凝析是否發(fā)生，以及評價反凝析的傷害程度。

3 實例應(yīng)用及綜合分析

3.1 氣藏概況

哈薩克斯坦讓納若爾氣藏為帶油環(huán)的凝析氣藏，前期開發(fā)油環(huán)，為保持氣藏壓力采取屏障注水措施[16-17]。A南氣頂屬于讓納若爾構(gòu)造石炭系中石炭統(tǒng)上КТ-1層碳酸鹽巖地層，巖性為石灰?guī)r，氣藏發(fā)育較大的氣頂和較窄的油環(huán)，氣藏原始地層溫度60℃，原始地層壓力28.61 MPa。自氣藏由油環(huán)轉(zhuǎn)氣頂開發(fā)以來，已出現(xiàn)明顯的凝析油含量下降及氣油比升高。以讓納若爾氣藏169井為例，應(yīng)用上述反凝析分析與評價方法，分析氣井反凝析特征，評價氣井反凝析程度，從而弄清氣藏反凝析特征，明確反凝析傷害程度，進(jìn)而為氣藏下一步開發(fā)決策提供依據(jù)。

3.2 反凝析現(xiàn)狀分析

根據(jù)氣頂凝析氣原始井流物組成，應(yīng)用相態(tài)特征分析方法和生產(chǎn)氣油比對讓納若爾氣藏169井反凝析現(xiàn)狀進(jìn)行分析。根據(jù)氣井定容衰竭實驗獲得的反凝析油飽和度與壓力關(guān)系（圖2）可知，169井在定容衰竭過程中最大反凝析液量約為10%，最大反凝析壓力約為14 MPa。而目前氣藏壓力約為16 MPa，氣井正處于反凝析液量最大的階段。

圖2 定容衰竭實驗反凝析油飽和度與壓力關(guān)系Fig.2 Relation between retrograde condensate oil saturation and pressure of constant volume depletion experiment

圖3 169井生產(chǎn)動態(tài)曲線Fig.3 Production performance curves of well-169

從169井生產(chǎn)動態(tài)曲線（圖3）來看，2015年4月以后產(chǎn)油量出現(xiàn)遞減，氣油比明顯大幅度升高，說明氣井發(fā)生了反凝析，但是，氣井的產(chǎn)氣量和壓力的遞減卻較慢，因此，反凝析對氣井的正常生產(chǎn)影響程度較小。結(jié)合該區(qū)基本地質(zhì)特征認(rèn)識分析其原因為讓納若爾凝析氣藏儲集層為碳酸鹽巖，儲層厚度約40 m，儲層厚度較大，層間動用差異可在地層發(fā)生反凝析后對氣井產(chǎn)量進(jìn)行一定程度的補(bǔ)充，此外，儲層孔洞裂縫發(fā)育，儲層平均滲透率在40×10-3μm2左右，因此，近井帶反凝析對裂縫和溶洞難以造成嚴(yán)重堵塞，總體上地層滲流通道仍然暢通。盡管反凝析對氣井的正常生產(chǎn)影響較小，但卻造成了大量凝析油滯留地層，損失嚴(yán)重。

3.3 反凝析傷害評價

3.3.1 反凝析對氣井產(chǎn)能的影響

169井產(chǎn)能評價基本參數(shù)如表1所示。利用式（1）方法計算了凝析油對氣井產(chǎn)能影響（圖4）。分析可知：①考慮凝析油的產(chǎn)能比不考慮凝析油的產(chǎn)能低，凝析油對氣井產(chǎn)量的影響率小于16%；②地層壓力越低，反凝析對產(chǎn)能的影響程度越嚴(yán)重；③當(dāng)?shù)貙訅毫?4.57 MPa時，隨著生產(chǎn)壓差的增大，反凝析對氣井產(chǎn)量的影響程度先增大、后減少，這是因為井底壓力進(jìn)一步下降時，凝析油的反蒸發(fā)作用可以降低凝析油飽和度，減小反凝析對氣井產(chǎn)量的影響。

表1 169井產(chǎn)能計算基本參數(shù)Table1 Basic calculation data for productivity of well-169

圖4 不同地層壓力下反凝析對氣井產(chǎn)量的影響規(guī)律Fig.4 Effect regular of retrograde condensate on gas rate under different reservoir pressure

3.3.2 反凝析油臨界流動半徑評價

根據(jù)169井基本參數(shù)，應(yīng)用式（3）和式（4）計算不同生產(chǎn)時間反凝析油臨界流動半徑和表皮系數(shù)（圖5）。由圖5可見：隨著生產(chǎn)時間的增加，達(dá)到凝析油臨界流動飽和度的徑向半徑和表皮系數(shù)不斷增大，但增長速度不斷減慢。氣井已開井生產(chǎn)968 d，目前氣井達(dá)到凝析油臨界流動飽和度的半徑約為6 m，反凝析污染表皮系數(shù)為1.8。

圖5 反凝析油臨界流動半徑和表皮系數(shù)隨時間的變化曲線Fig.5 Curves of pollution radius and pollution skin factor varies with time

3.3.3 反凝析數(shù)值模擬

通過組分油藏數(shù)值模擬方法對169井近井帶反凝析油飽和度與距離關(guān)系進(jìn)行模擬，所需儲層參數(shù)如表1所示。單井模型網(wǎng)格個數(shù)劃分為10×32×15。I方向網(wǎng)格尺寸大小依次為0.284 3、0.593 6、0.840 7、1.795 4、3.834 4、8.188 8、17.488 3、37.348 7、100、300 m。K方向按儲層厚度劃分。生產(chǎn)歷史擬合時定日產(chǎn)氣、擬合井底流壓、氣油比和日產(chǎn)油，擬合結(jié)果滿足工程要求，分析了近井帶反凝析油飽和度與距離的關(guān)系（圖6）。由圖6可見：隨著生產(chǎn)時間的延長，反凝析油飽和度整體增加，近井20 m范圍存在較為明顯的反凝析，凝析油臨界流動半徑在7.3 m左右，與圖5中評價結(jié)果基本一致。

圖6 不同生產(chǎn)時間反凝析油飽和度與距離的關(guān)系曲線Fig.6 Relation between retrograde condensate oil saturation and distance in different production time

3.3.4 壓力恢復(fù)試井評價

根據(jù)169井壓力恢復(fù)診斷曲線（圖7），采用“變井儲+表皮+徑向復(fù)合+無限大邊界”模型進(jìn)行試井解釋。從圖中可看出后期遠(yuǎn)井帶滲透率變好，這說明近帶存在污染。壓力恢復(fù)試井解釋表皮系數(shù)為8.02，該方法解釋結(jié)果比圖5中略高，主要是公式（4）中評價的污染表皮來源于近井帶臨界流動油區(qū)域，且壓力恢復(fù)試井涉及的反凝析區(qū)域比臨界流動區(qū)域大。

氣藏開發(fā)至今，累計進(jìn)行了有效壓力恢復(fù)試井10井次，壓力恢復(fù)試井解釋結(jié)果如表2所示。根據(jù)氣井壓力恢復(fù)試井解釋結(jié)果可知，6口氣井反凝析污染較為嚴(yán)重。

圖7 169井雙對數(shù)曲線擬合圖Fig.7 Dual logarithmic curve matching chart of well-169

表2 壓力恢復(fù)解釋結(jié)果Table2 Interpretation results of pressure build-up testing

4 結(jié)論及認(rèn)識

1）氣藏的相態(tài)特征和生態(tài)動態(tài)特征可以及時確定氣藏是否發(fā)生反凝析；產(chǎn)能評價、污染表皮系數(shù)、數(shù)值模擬和試井分析等方法則可以定量研究氣藏反凝析傷害程度和傷害半徑。

2）不同的反凝析定量評價方法獲得氣井反凝析傷害程度不同。污染表皮系數(shù)評價方法操作簡單，可以用于快速評價；數(shù)值模擬方法準(zhǔn)確度高，因素考慮全面；試井方法具有多解性，可以作為輔助方法。

3）讓納若爾實例凝析氣藏綜合分析認(rèn)為：氣藏已經(jīng)發(fā)生反凝析，反凝析對油產(chǎn)能影響大，對氣產(chǎn)能影響小?？傮w上反凝析低于16%，屬于低傷害，污染半徑在20 m左右，凝析油臨界流動半徑介于6～7 m。

4）氣井產(chǎn)能受反凝析影響較小的主要原因是40 m厚碳酸鹽巖儲層裂縫和溶洞的存在減輕了反凝析堵塞，總體上氣相滲流通道是暢通的，而且氣藏屏障注水對壓力的保持也起到積極作用。