火山巖氣藏驅(qū)動(dòng)類型特征新認(rèn)識(shí)

畢曉明

(中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712)

1 研究背景

徐深氣田火山巖氣藏是大慶氣區(qū)產(chǎn)量的主要支撐，正確地認(rèn)識(shí)氣藏的驅(qū)動(dòng)類型，不但是氣田開(kāi)發(fā)調(diào)整、提高采收率的前提，也是氣井合理配產(chǎn)、動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量評(píng)價(jià)以及確定氣藏合理采氣速度和增儲(chǔ)挖潛的基礎(chǔ)。氣藏的驅(qū)動(dòng)類型反應(yīng)了天然氣由儲(chǔ)層流到井底的主要能量形式[1-4]，根據(jù)氣藏壓力和儲(chǔ)氣孔隙體積的變化，氣藏的驅(qū)動(dòng)類型主要分為彈性氣驅(qū)和彈性水驅(qū)，極少數(shù)為剛性水驅(qū)。彈性氣驅(qū)氣藏驅(qū)氣的動(dòng)力是依靠氣體自身的膨脹，這一過(guò)程中儲(chǔ)氣的孔隙體積一般是不變的，稱為定容封閉彈性氣驅(qū)氣藏；開(kāi)發(fā)中如果地層水侵入了儲(chǔ)氣孔隙體積，稱為彈性水驅(qū)氣藏，由于地層水的侵入使得地層壓力保持在原始?jí)毫λ?，稱為剛性水驅(qū)氣藏。徐深氣田火山巖氣藏各個(gè)區(qū)塊間、同個(gè)區(qū)塊內(nèi)的氣井間，因儲(chǔ)滲結(jié)構(gòu)、水體能量及氣水接觸關(guān)系的不同，彈性氣驅(qū)與彈性水驅(qū)共存[5-8]。

李士倫[1]總結(jié)了3種典型氣藏的驅(qū)動(dòng)類型識(shí)別方法:視地層壓力法、水侵體積系數(shù)法、視地質(zhì)儲(chǔ)量法。在常規(guī)氣藏開(kāi)發(fā)中， 應(yīng)用上述3種方法可以清晰地識(shí)別彈性氣驅(qū)和彈性水驅(qū)氣藏。在徐深氣田火山巖氣藏驅(qū)動(dòng)類型識(shí)別中，發(fā)現(xiàn)了不同于常規(guī)氣藏的新問(wèn)題:一是在3種方法中，火山巖彈性氣驅(qū)氣藏不符合常規(guī)彈性氣驅(qū)氣藏的曲線變化形態(tài)；二是在視地層壓力法和視地質(zhì)儲(chǔ)量法中，火山巖彈性氣驅(qū)和水驅(qū)氣藏的曲線變化形態(tài)相近，易造成混淆。依據(jù)氣藏物質(zhì)平衡理論，在3種典型的氣藏驅(qū)動(dòng)類型識(shí)別方法中，對(duì)比火山巖氣藏與常規(guī)氣藏的曲線特征，闡述了造成上述差異的根本原因是火山巖彈性氣驅(qū)氣藏的井控動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量開(kāi)發(fā)中有個(gè)逐步增加的過(guò)程[9-11]，導(dǎo)致其驅(qū)動(dòng)類型特征曲線不同于常規(guī)的定容封閉氣藏。同時(shí)結(jié)合氣藏開(kāi)發(fā)實(shí)踐，通過(guò)2兩種驅(qū)動(dòng)類型氣井地質(zhì)和動(dòng)態(tài)規(guī)律的總結(jié)，提出了4種經(jīng)驗(yàn)方法，是徐深氣田火山巖氣藏驅(qū)動(dòng)類型識(shí)別方法的重要補(bǔ)充。

2 驅(qū)動(dòng)類型識(shí)別典型方法

選取彈性水驅(qū)和彈性氣驅(qū)兩口典型井開(kāi)展驅(qū)動(dòng)類型識(shí)別典型方法分析。天然氣相對(duì)密度0.59，儲(chǔ)層溫度138 ℃，氣井開(kāi)采數(shù)據(jù)及物性參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 不同驅(qū)動(dòng)類型氣井開(kāi)采數(shù)據(jù)及物性參數(shù)

2.1 視地層壓力

依據(jù)氣藏物質(zhì)平衡理論，不考慮束縛水和巖石顆粒的彈性膨脹，彈性水驅(qū)氣藏計(jì)算見(jiàn)式(1)[1-4，12，13]:

(1)

常規(guī)定容封閉彈性氣驅(qū)氣藏的計(jì)算方法見(jiàn)式(2)[1-4，12，13]:

(2)

火山巖彈性水驅(qū)氣藏由于地層水侵入儲(chǔ)氣孔隙，導(dǎo)致地層壓力下降減緩，在地層水侵入儲(chǔ)氣孔隙過(guò)程中，視地層壓力與累積采氣量間顯示為向上偏轉(zhuǎn)曲線，如圖1所示。

圖1 視地層壓力與累采氣曲線

在視地層壓力與累積采氣圖中，火山巖氣藏彈性氣驅(qū)和水驅(qū)曲線都向上偏移，二者的主要差別是:彈性氣驅(qū)曲線偏移后出現(xiàn)直線段，直線段延長(zhǎng)線與橫軸的交點(diǎn)等于井控動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量；彈性水驅(qū)曲線偏移前，直線段延長(zhǎng)線與橫軸的交點(diǎn)等于井控動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量。

2.2 水侵體積系數(shù)

通過(guò)式(1)整理，可以得到式(3)[1-4，12，13]:

(3)

火山巖彈性水驅(qū)氣藏因地層水侵入儲(chǔ)氣孔隙影響ω<1，相對(duì)壓力系數(shù)與采出程度關(guān)系曲線位于斜率-1線以上。

當(dāng)式(3)中ω項(xiàng)為0，在直角坐標(biāo)系中，可體現(xiàn)為相對(duì)壓力系數(shù)φ與井控動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量采出程度RD之間那條斜率為-1的直線，如圖2所示。

圖2 水侵體積系數(shù)圖

火山巖彈性氣驅(qū)氣藏開(kāi)發(fā)過(guò)程中，井控動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量有個(gè)逐步增加的過(guò)程[9-11]，在動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量增加期間，若采用已經(jīng)增加后的儲(chǔ)量為分母計(jì)算采出程度，則相對(duì)壓力系數(shù)與井控動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量采出程度的關(guān)系曲線位于斜率-1線以下(相同相對(duì)壓力系數(shù)對(duì)應(yīng)的采出程度小于斜率-1線)。隨著井控動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量逐步增加到趨于恒定，曲線逐步接近斜率-1線，直至與斜率-1線重合。同樣把“井控動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量G逐步增加”這一過(guò)程，看作是由無(wú)數(shù)個(gè)點(diǎn)組成的，任意一個(gè)點(diǎn)瞬時(shí)滿足定容封閉的條件，若以瞬時(shí)儲(chǔ)量為分母計(jì)算采出程度，則相對(duì)壓力系數(shù)與采出程度的點(diǎn)位于斜率-1線。

2.3 視地質(zhì)儲(chǔ)量

視地質(zhì)儲(chǔ)量表達(dá)式見(jiàn)式(4)[1-4，12，13]:

(4)

在直角坐標(biāo)系中建立累積采氣量與視地質(zhì)儲(chǔ)量關(guān)系曲線，如圖3所示。

圖3 視地質(zhì)儲(chǔ)量圖

彈性水驅(qū)氣藏發(fā)生水侵后，隨著累積采氣量的逐步增加，視地質(zhì)儲(chǔ)量逐步增加，呈現(xiàn)為向上偏離水平直線段的曲線，火山巖彈性水驅(qū)氣藏符合此變化規(guī)律。

從圖3可以看出，火山巖彈性氣驅(qū)和水驅(qū)曲線主要區(qū)別在于，彈性水驅(qū)曲線回歸后與縱坐標(biāo)軸交點(diǎn)代表井控動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量(圖3中虛線①)，彈性氣驅(qū)曲線回歸后與縱坐標(biāo)軸交點(diǎn)代表氣井主流區(qū)儲(chǔ)量(圖3中虛線②)[9-10]，這與畢曉明在《徐深氣田火山巖氣藏井控動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量特征》一文中提到的主流區(qū)儲(chǔ)量結(jié)果是一致的。彈性氣驅(qū)氣井隨累采氣增加視地質(zhì)儲(chǔ)量值逐漸平穩(wěn)代表氣井最終的井控動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量(圖3中虛線③)。

3 驅(qū)動(dòng)類型識(shí)別經(jīng)驗(yàn)方法

通過(guò)對(duì)徐深氣田火山巖氣藏100多口井的動(dòng)態(tài)分析、統(tǒng)計(jì)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)2種驅(qū)動(dòng)類型氣井在地質(zhì)特征、動(dòng)態(tài)特征、單位產(chǎn)量視壓降、單位壓降產(chǎn)量等有明顯的差異。驅(qū)動(dòng)類型識(shí)別經(jīng)驗(yàn)曲線如圖4所示。

圖4 驅(qū)動(dòng)類型識(shí)別經(jīng)驗(yàn)曲線

3.1 地質(zhì)特征法

氣藏的驅(qū)動(dòng)方式也是氣藏能量類型的反映，能量的傳遞與儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)特征具有相關(guān)性。徐深氣田火山巖氣藏由不同規(guī)模的火山體連片疊置組成，各個(gè)火山體內(nèi)多呈上氣下水的氣水分布形態(tài)，但各個(gè)火山體間一般沒(méi)有統(tǒng)一的氣水界面。各火山體內(nèi)儲(chǔ)層中各類孔滲不同程度發(fā)育[14-21]，儲(chǔ)層中既有致密孔滲(滲透率≤0.1 mD，孔隙度≤4%)、低孔滲體(滲透率<1.0 mD，孔隙度<8%)，又存在高孔滲體(滲透率≥1.0 mD，孔隙度≥8%)和天然裂縫。低孔滲-致密孔滲連續(xù)發(fā)育區(qū)域內(nèi)，因儲(chǔ)層物性差，水體能量傳遞受到阻隔，氣藏驅(qū)動(dòng)方式主要為彈性氣驅(qū)；氣水層直接接觸的高孔滲連續(xù)發(fā)育區(qū)域或局部高孔滲連續(xù)發(fā)育區(qū)域，水體能量強(qiáng)，壓力傳導(dǎo)快，驅(qū)動(dòng)方式為彈性水驅(qū)。

3.2 動(dòng)態(tài)特征法

由于火山巖中不同驅(qū)動(dòng)類型氣藏儲(chǔ)層儲(chǔ)滲結(jié)構(gòu)的差異，致使地層能量的傳遞呈現(xiàn)“迅速”或“滯后”特點(diǎn)，使得氣井具有不同的開(kāi)采動(dòng)態(tài)特征，因此可以將氣井開(kāi)采動(dòng)態(tài)特征作為判斷驅(qū)動(dòng)類型的一種必要條件。水驅(qū)型氣藏高孔滲連續(xù)發(fā)育，儲(chǔ)層物性好，壓力傳導(dǎo)快，受到地層水能量補(bǔ)充影響，氣井開(kāi)井中，油壓下降比較緩慢，關(guān)井后油壓可迅速恢復(fù)到穩(wěn)定(圖4a)。彈性氣驅(qū)氣井周圍儲(chǔ)層低滲-致密孔滲連續(xù)發(fā)育，物性差，存在啟動(dòng)壓力梯度，壓力傳導(dǎo)受阻，供給緩慢，一般開(kāi)井油壓以較快速度持續(xù)下降到一定范圍才逐步減緩(或在較低的產(chǎn)量下緩慢下降)，關(guān)井后由于周圍氣體緩慢向井底補(bǔ)給，油壓處于緩慢恢復(fù)中，不易達(dá)到穩(wěn)定。

3.3 單位產(chǎn)量視地層壓力降

由式(2)整理得到:

(5)

動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量G恒定時(shí)，式(5)左側(cè)為定容封閉彈性氣驅(qū)氣藏單位產(chǎn)氣量下總的視地層壓力下降值，等于式(2)直線的斜率絕對(duì)值，也就是常規(guī)定容封閉彈性氣驅(qū)氣藏單位產(chǎn)氣量下總的視地層壓力下降值是恒定的。

火山巖彈性氣驅(qū)氣藏在開(kāi)發(fā)中，井控動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量逐步增加，單位產(chǎn)氣量下總視地層壓力下降值逐漸降低，直到動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量不再增加，總視地層壓力下降值達(dá)到衡定。圖1中彈性氣驅(qū)曲線與縱坐標(biāo)軸交點(diǎn)和曲線上任意點(diǎn)連線斜率的絕對(duì)值隨累采氣增加而變小，在累采氣大于2.0×108m3時(shí)，斜率的絕對(duì)值趨于恒定。

3.4 單位總地層壓降采氣量

式(5)的倒數(shù)可以得到式(6):

(6)

進(jìn)一步整理得到式(7):

(7)

式(6)看出，對(duì)于定容封閉彈性氣驅(qū)氣藏，隨著產(chǎn)出氣量的增加，單位總的視地層壓力降下的累采氣量恒定。

4 結(jié)論

1)在徐深氣田火山巖氣藏開(kāi)發(fā)中，應(yīng)用視地層壓力、水侵體積系數(shù)、視地質(zhì)儲(chǔ)量等3種典型方法識(shí)別氣藏驅(qū)動(dòng)類型，出現(xiàn)了新的問(wèn)題:第一，火山巖彈性水驅(qū)氣藏曲線變化形態(tài)與常規(guī)水驅(qū)氣藏相一致；彈性氣驅(qū)氣藏因?yàn)殚_(kāi)發(fā)中井控動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量逐步增加，特征曲線完全不同于常規(guī)定容氣藏；第二，視地層壓力和視地質(zhì)儲(chǔ)量法中，火山巖彈性氣驅(qū)和水驅(qū)氣藏曲線變化趨勢(shì)相近，增加了識(shí)別難度。

2)在視地層壓力法中，火山巖彈性氣驅(qū)曲線偏轉(zhuǎn)再次出現(xiàn)直線段后，直線段延長(zhǎng)線與橫軸的交點(diǎn)代表井控動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量；在視地質(zhì)儲(chǔ)量法中，彈性氣驅(qū)氣藏的視地質(zhì)儲(chǔ)量值向上偏移，逐漸平穩(wěn)代表氣井最終的井控動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量。在水侵體積系數(shù)法中，彈性氣驅(qū)氣藏相對(duì)壓力系數(shù)曲線由斜率-1線以下，逐步接近斜率-1線，直至與斜率-1線重合。