封閉性凝析氣藏開發(fā)指標(biāo)預(yù)測新方法

康博韜，張迎春，陳國寧，李晨曦，姜 彬，鄒婧蕓

（1.海洋石油高效開發(fā)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100028；2.中海油研究總院，北京 100028）

凝析氣藏其油氣體系的相態(tài)變化與其組成、壓力和溫度等熱動力學(xué)條件有關(guān)，并且隨時隨地會發(fā)生變化。目前相當(dāng)部分的凝析氣藏含油量偏低，為保證經(jīng)濟(jì)效益，此類油藏大多都采取衰竭式開發(fā)。凝析氣藏衰竭式開發(fā)過程中，當(dāng)壓力低于露點(diǎn)壓力后，流體將會發(fā)生復(fù)雜的反凝析相態(tài)變化，形成氣、凝析油兩相狀態(tài)[1-3]。凝析油不僅自身難以流動，而且還堵塞了中、小孔喉和角隅，尤其是在近井附近導(dǎo)致氣相相對滲透率也大幅降低，當(dāng)壓力衰竭至露點(diǎn)壓力以下后，析出凝析油，發(fā)生油、氣、水三相滲流，會顯著增大滲流阻力，導(dǎo)致壓降漏斗十分陡峭，近井區(qū)存在明顯的非平衡相變效應(yīng)，因此，凝析氣藏在衰竭開發(fā)過程中的地層壓力變化更為復(fù)雜，同時，生產(chǎn)資料顯示隨著地層壓力的下降氣井的生產(chǎn)能力也將大幅降低，開發(fā)后期階段氣田整體的采收率、穩(wěn)產(chǎn)及提產(chǎn)能力都存在很大的風(fēng)險和不確定性。凝析氣藏的高峰產(chǎn)量、穩(wěn)產(chǎn)年限、提產(chǎn)能力等關(guān)鍵指標(biāo)往往同時受到地下能力和下游市場的雙重限制[4-6]，而目前氣田現(xiàn)場大多側(cè)重于考慮市場需求的限制而忽略了地下能力的變化，評價結(jié)果與實(shí)際情況存在一定偏差，導(dǎo)致凝氣氣藏在開發(fā)方案設(shè)計(jì)時生產(chǎn)井?dāng)?shù)、投產(chǎn)計(jì)劃、地面管線、裝置規(guī)模、配套工藝以及銷售合同等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的確定均存在較大的不確定性，開發(fā)決策存在一定風(fēng)險。因此，開發(fā)指標(biāo)的評價和預(yù)測工作需要同時兼顧下游市場需求和地層壓力下降組分變化帶來的影響。

針對上述問題本文在調(diào)研大量凝析氣藏生產(chǎn)動態(tài)規(guī)律的基礎(chǔ)上，結(jié)合物質(zhì)平衡理論考慮組分變化形成封閉性凝析氣藏衰竭開發(fā)生產(chǎn)動態(tài)的規(guī)律性認(rèn)識，兼顧地下能力與市場需求兩個方面的約束，建立一種全新的封閉性凝析氣藏衰竭開發(fā)指標(biāo)量化評價方法，可以更加合理準(zhǔn)確地預(yù)測此類氣藏的開發(fā)指標(biāo)情況，更好地為后續(xù)的生產(chǎn)決策提供依據(jù)，以實(shí)現(xiàn)科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、有效開發(fā)。

1 地層壓力變化規(guī)律

凝析氣藏衰竭式開發(fā)過程中，當(dāng)壓力低于露點(diǎn)壓力后，流體將會發(fā)生復(fù)雜的反凝析相態(tài)變化，形成氣、凝析油兩相狀態(tài)。設(shè)某凝析氣藏原始地層壓力為Pi，動態(tài)儲量為G，某時刻地層壓力為P，累計(jì)采出井流物為Gwp，根據(jù)封閉性凝析氣藏物質(zhì)平衡方程有[7-9]:

式中:P、Pi-目前、原始地層壓力，MPa；Zi、Zw-氣藏流體原始狀態(tài)時偏差系數(shù)、氣藏井流物瞬時偏差系數(shù)，無量綱；SL-氣藏反凝析液體量，小數(shù)；R-通常氣體常數(shù)，0.008 31（MPa·m3）/（kg·mol·k）；ρL-氣藏反凝析液體密度，kg/m3；T-氣藏溫度，K；ML-瞬時反凝析液體相對分子質(zhì)量；G-動態(tài)儲量（包括氣和凝析油），108m3；Gwp-累計(jì)產(chǎn)量（包括氣和凝析油），108m3。

當(dāng)Pi＞Pd時（Pd為凝析氣藏上露點(diǎn)壓力），SL=0。

則（1）式變形為:

式（2）表明:在衰竭開發(fā)過程中，在壓力下降到上露點(diǎn)壓力之前，封閉性凝析氣藏的視地層壓力（P/Zw）與累計(jì)產(chǎn)氣量（Gwp）之間呈線性關(guān)系，這與封閉性干氣氣藏完全相同。而當(dāng)壓力下降到上露點(diǎn)壓力之后，因存在反凝析現(xiàn)象，SL不等于零，封閉性凝析氣藏的視地層壓力（P/Zw）與累計(jì)產(chǎn)氣量（Gwp）之間不存在直線關(guān)系[10，11]。

對于封閉性凝析氣藏衰竭開發(fā)的初期階段（Pi＞Pd），該階段儲層中凝析油尚未析出，儲層中主要為氣、水兩相滲流，滲流阻力小，壓力呈穩(wěn)定線性變化，其變化規(guī)律與封閉性干氣氣藏一致，此時，可以利用壓降圖的外推法或線性回歸分析法確定其原始地質(zhì)儲量的大小，對應(yīng)于單井來講，就是確定其單井控制儲量。但是，對于封閉性凝析氣藏衰竭開發(fā)的中后期階段（Pi＜Pd），近井區(qū)凝析油析出，儲層中發(fā)生油、氣、水三相滲流，會顯著增大滲流阻力，導(dǎo)致壓降漏斗十分陡峭，近井區(qū)存在明顯的非平衡相變效應(yīng)。因此，按照傳統(tǒng)的方法進(jìn)行壓力線性外推所預(yù)測的采收率往往偏樂觀，誤差很大。

統(tǒng)計(jì)典型凝析氣藏實(shí)際生產(chǎn)動態(tài)發(fā)現(xiàn)，在衰竭開發(fā)過程中，在壓力下降到上露點(diǎn)壓力之前，封閉性凝析氣藏的視地層壓力（P/Zw）與累計(jì)產(chǎn)氣量（Gwp）之間呈線性關(guān)系；而當(dāng)?shù)貙訅毫ο陆档缴下饵c(diǎn)壓力之后，因存在反凝析現(xiàn)象地層壓力整體呈加速遞減趨勢，通過對多個凝析氣藏典型井的測壓數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)貙訅毫ο陆档缴下饵c(diǎn)壓力之后，視地層壓力（P/Zw）隨累計(jì)產(chǎn)氣量（Gwp）的遞減率（Dp）基本呈線性增加。為了便于現(xiàn)場應(yīng)用，推薦采用二項(xiàng)式形式對地層壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測，具體形式見式（3）。

式中:A、B、C 為模型參數(shù)，常數(shù)。

2 絕對無阻流量預(yù)測

氣井產(chǎn)能評價是氣藏動態(tài)描述的核心問題。20 世紀(jì)20～50 年代，相繼建立了回壓試井、等時試井、修正等時試井及一點(diǎn)法等產(chǎn)能測試方法，通常采用指數(shù)式和二項(xiàng)式方法進(jìn)行產(chǎn)能計(jì)算。二項(xiàng)式產(chǎn)能方程可以更好地描述氣體在地層中流動時的湍流影響，從而更準(zhǔn)確地推算氣井的無阻流量[12，13]。但是，對于封閉的凝析氣藏而言，衰竭式開發(fā)過程中當(dāng)?shù)貙訅毫Φ陀诼饵c(diǎn)壓力后，流體將會發(fā)生復(fù)雜的反凝析相態(tài)變化，形成氣、凝析油兩相狀態(tài)。凝析油不僅自身難以流動，而且還堵塞了中、小孔喉和角隅，尤其是在近井附近導(dǎo)致氣相相對滲透率也大幅降低，同時，儲層中發(fā)生油、氣、水三相滲流，也會顯著增大滲流阻力，造成氣井的絕對無阻流量出現(xiàn)持續(xù)快速降低的現(xiàn)象。目前針對凝析氣藏的絕對無阻流量分析多借用干氣氣藏的氣井產(chǎn)能公式展開，未考慮地層壓力下降以及組分變化所帶來的嚴(yán)重影響，而試井資料僅能反映目前的產(chǎn)能狀況，并不能實(shí)現(xiàn)氣井產(chǎn)能變化規(guī)律的有效預(yù)測。

通過統(tǒng)計(jì)典型凝析氣藏大量試井資料發(fā)現(xiàn)，在一定儲層物性條件下，氣井絕對無阻流量的變化趨勢隨地層壓力呈指數(shù)式遞減。通過相關(guān)性分析建立了氣井絕對無阻流量與地層壓力的關(guān)系圖版（見圖1）。

圖1 絕對無阻流量變化預(yù)測圖版

其中，氣井無因次產(chǎn)能定義式（4），物理意義為相比原始狀態(tài)下氣井無阻流量下降的幅度。

無因次視地層壓力定義式（5），其物理意義為相比原始狀態(tài)下氣藏視地層壓力下降的幅度。

需要注意的是，該圖版基于典型氣藏的實(shí)際測試資料建立，主要適用范圍為衰竭式開發(fā)的中高滲、中低含凝析油的封閉凝析氣藏。

為便于現(xiàn)場應(yīng)用，對典型油藏實(shí)際測試數(shù)據(jù)進(jìn)行多元擬合，建立絕對無阻流量隨視地層壓力的預(yù)測公式（6）可用于定量預(yù)測絕對無阻流量的變化情況，適用范圍與圖版一致。

式中:QAOFi、QAOF-氣井原始、瞬時的絕對無阻流量，MSCFD，其中，QAOFi可根據(jù)實(shí)際試井資料確定。

3 開發(fā)指標(biāo)預(yù)測

3.1 采收率預(yù)測

根據(jù)以上分析，衰竭開發(fā)過程當(dāng)?shù)貙訅毫ο陆档缴下饵c(diǎn)壓力之后，因存在反凝析現(xiàn)象封閉凝析氣藏的地層壓力整體呈加速遞減趨勢，通過采用二項(xiàng)式形式對地層壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行外推（式（7））并結(jié)合廢棄壓力情況可更為準(zhǔn)確地預(yù)測氣藏的最終采收率Rf。

式中:Rf-氣藏最終采收率，%；Pf-氣藏廢棄壓力，MPa；Zwf-氣藏流體廢棄壓力下的偏差系數(shù)，無量綱。

3.2 開發(fā)指標(biāo)預(yù)測

氣藏開發(fā)指標(biāo)往往由下游的天然氣市場所決定，根據(jù)市場需求及銷售合同設(shè)計(jì)合理的產(chǎn)量規(guī)模、穩(wěn)產(chǎn)時間、提產(chǎn)幅度以及與之相對應(yīng)的工作量是氣田管理的核心內(nèi)容之一[10]。一般而言，氣井最大日產(chǎn)量為絕對無阻流量的1/4～1/7，開發(fā)初期階段受限于高峰產(chǎn)量及儲量規(guī)模的限制，氣井日產(chǎn)量往往低于該值，隨著衰竭開發(fā)的進(jìn)行，氣井產(chǎn)能快速降低，到了開發(fā)中后期階段，氣井的生產(chǎn)能力成為制約氣井開發(fā)指標(biāo)的主要因素，此時則需要重點(diǎn)論證氣田整體的穩(wěn)產(chǎn)能力與提產(chǎn)潛力能否滿足下游的市場需求，論證補(bǔ)充工作量的必要性與可行性。

首先，根據(jù)下游市場及銷售合同情況，確定氣藏未來每一年的年產(chǎn)目標(biāo)Qj，根據(jù)生產(chǎn)井?dāng)?shù)，計(jì)算單井未來每一年的目標(biāo)日產(chǎn)氣量qj（式（8））。

式中:Qj-第j 年為滿足市場需求氣田整體的目標(biāo)年產(chǎn)氣量，MMSCF；qj-第j 年時為滿足市場需求單井的目標(biāo)日產(chǎn)氣量，MSCFD；Nj-第j 年的生產(chǎn)井?dāng)?shù)；TF-氣田的生產(chǎn)時率，%。

一般而言，氣井最大日產(chǎn)量為絕對無阻流量的1/4～1/7，因此，可以得到不同生產(chǎn)時間下為滿足市場需求所對應(yīng)的氣井的絕對無阻流量目標(biāo):

式中:qAOFj-第j 年時為滿足市場需求單井所需的最小絕對無阻流量，MSCFD；M-氣田產(chǎn)能倍數(shù)，一般4～7，可根據(jù)氣田實(shí)際進(jìn)行調(diào)整。

將式（3）、式（6）和式（9）聯(lián)立求解，可得氣藏為滿足市場需求所能穩(wěn)產(chǎn)的最長時間。當(dāng)?shù)趈 年時為滿足市場需求單井所需的氣井最小絕對無阻流量qAOFj與氣井絕對無阻流量qAOF相等時，氣藏將因地下能力不足無法滿足市場需求而結(jié)束穩(wěn)產(chǎn)進(jìn)入遞減階段。

根據(jù)標(biāo)定的采收率、穩(wěn)產(chǎn)時間及高峰產(chǎn)量，確定產(chǎn)量遞減階段的遞減率，完成開發(fā)指標(biāo)的預(yù)測工作。

4 現(xiàn)場實(shí)例應(yīng)用

以典型凝析氣藏A 為例，按照傳統(tǒng)方案評價該凝析氣藏廢棄壓力Pf=2 MPa，確定氣藏廢棄的視地層壓力Pf/Zwf=2.5 MPa，采用二項(xiàng)式形式對地層壓力進(jìn)行外推預(yù)測視地層壓力的變化規(guī)律，將Pf/Zwf代入式（7）后，預(yù)測目標(biāo)氣藏的最終采收率Rf=60%（見圖2）。

圖2 壓力外推評價氣井采收率

按照研究方法，并結(jié)合該氣藏產(chǎn)能試井解釋結(jié)果，根據(jù)式（6）預(yù)測生產(chǎn)井實(shí)際絕對無阻流量隨地層壓力的變化規(guī)律，同時，根據(jù)下游市場需求，判斷為滿足下游市場需求所需的生產(chǎn)井目標(biāo)絕對無阻流量變化規(guī)律，并將兩者對比（見圖3）。

由圖3 可見，當(dāng)?shù)? 年時為滿足市場需求單井所需的氣井最小絕對無阻流量qAOFj與氣井實(shí)際的絕對無阻流量qAOF基本接近，之后實(shí)際產(chǎn)能低于目標(biāo)產(chǎn)能，說明氣藏將在第10 年因地下能力不足無法滿足市場需求而結(jié)束穩(wěn)產(chǎn)進(jìn)入遞減階段。根據(jù)標(biāo)定的采收率60%，確定產(chǎn)量遞減階段的年遞減率應(yīng)為28%，從而完成開發(fā)指標(biāo)的預(yù)測工作。同時，建議在第10 年補(bǔ)充生產(chǎn)井以滿足市場需求。

5 結(jié)論

（1）由于受到組分變化的影響，凝析氣藏衰竭開發(fā)過程中地層壓力多呈兩段式遞減，隨著地層壓力下降，氣井的絕對無阻流量呈指數(shù)遞減。

圖3 凝析氣藏單井目標(biāo)產(chǎn)能與實(shí)際產(chǎn)能對比

（2）衰竭式開發(fā)的封閉凝析氣藏開發(fā)前期主要受到下游市場約束，后期主要受到地下能力的限制。

（3）研究方法考慮因素全面，評價結(jié)果更為準(zhǔn)確合理，可以為后續(xù)生產(chǎn)決策提供更為準(zhǔn)確可靠的支撐。