高含非烴氣體氣藏連通單元劃分方法研究
——以DF1-1氣田鶯歌海組氣藏為例

高 達 劉 葉 戚志林 李繼強 尹冰毅

(1.中海石油(中國)有限公司 海南分公司，海口 570312；2.重慶科技學(xué)院 石油與天然氣工程學(xué)院/復(fù)雜油氣田勘探開發(fā)重慶市重點實驗室，重慶 401331)

0 前 言

氣藏連通單元的明確劃分，是實現(xiàn)井位部署、優(yōu)化配產(chǎn)及后期挖潛的重要依據(jù)，也是制定氣藏開發(fā)及調(diào)整方案的基礎(chǔ)[1-3]。對于氣藏的連通性，可采用靜態(tài)、動態(tài)方法進行評價。靜態(tài)評價法主要包括儲層展布特征分析法、流體特征分析法，動態(tài)評價法主要包括壓力系數(shù)分析法、干擾試井法和生產(chǎn)動態(tài)分析法[4-8]。

高含非烴氣體氣藏在全球分布廣泛[9-12]，其中H2S、CO2、N2和CO等非烴氣體含量高。在長時間的重力分異作用影響下，氣藏儲層連通單元內(nèi)部各組分氣體的分布逐漸趨于平衡，而各連通單元在位置、規(guī)模、物性等方面的不同卻導(dǎo)致其中流體的組成和分布特征出現(xiàn)差異。因此，可通過流體的組成和分布特征來判斷高含非烴氣體氣藏的連通性。目前，這類氣藏連通性評價方法大多是基于各井的流體性質(zhì)差異進行分析，而未考察流體的初始分布特征和生產(chǎn)變化特征[13-16]，在評價高含烴氣體氣藏時有可能出現(xiàn)偏差。

DF1-1氣田鶯歌海組氣藏為高含烴氣體氣藏，內(nèi)部單元連通性復(fù)雜，各井區(qū)間的采出程度差異較大。當逐漸進入開發(fā)中后期時，需要針對不同的連通單元制定相應(yīng)的調(diào)整或挖潛策略。該氣藏天然氣中富含CO2和N2，產(chǎn)出氣分布及變化情況復(fù)雜，不宜采用現(xiàn)有基于流體性質(zhì)的連通性評價方法。為此，我們擬嘗試一種新的氣藏連通單元劃分方法，結(jié)合氣藏流體初始分布特征及生產(chǎn)變化特征，分析產(chǎn)出氣組成差異較大氣井的井間連通性。

1 DF1-1氣藏基本特征

DF1-1氣田鶯歌海組氣藏位于鶯歌海海域，是以泥底辟背斜和斷層控制為主的構(gòu)造氣藏。該氣藏目的層段為上第三系鶯歌海組二段，由上至下有 4個氣組，依次為Ⅰ、Ⅱ上、Ⅱ下和Ⅲ上(見圖1)。其中，儲層孔隙度介于19%～31%，平均為23%；儲層滲透率介于3.0×10-3～640.0×10-3μm2，平均為47.0×10-3μm2。氣藏屬常溫常壓系統(tǒng)，溫度為 82 ℃，原始地層壓力為14 MPa。氣藏非均質(zhì)性強，各井區(qū)的采出程度不均衡，井區(qū)間壓力系數(shù)差異較大。各氣井產(chǎn)出氣中，CO2、N2等非烴氣體含量高，產(chǎn)出氣組分含量變化大；其中，CO2的摩爾分數(shù)約為0.26%～74.46%，N2的摩爾分數(shù)約為0.65%～36.81%。在生產(chǎn)過程中，有近1/3的氣井產(chǎn)出氣組成不穩(wěn)定(見圖2)。

圖1 DF1-1氣田鶯歌海組氣藏氣組劃分

圖2 鶯歌海組氣藏D7H井產(chǎn)出氣組成變化圖

2 基于氣體組成特征的連通性劃分

2.1 氣體組成的分布特征

氣井產(chǎn)出氣組成隨氣井深度(海拔)的變化分為兩種情況：(1)隨著氣井裸眼段中部的深度加深，產(chǎn)出氣中CO2、N2等非烴氣體的含量顯著提高，而烴類氣體的含量明顯下降；(2)產(chǎn)出氣組成不隨氣井裸眼段中部深度的變化而變化。

在鶯歌海組氣藏成藏過程中，在重力分異作用的影響下同一連通單元內(nèi)的氣體逐漸達到充分平衡的狀態(tài)。其間，各連通單元內(nèi)部密度較大的非烴類氣體由上至下濃度逐漸增大，密度較小的烴類氣體濃度逐漸減小，不同密度的氣體在連通單元內(nèi)各自形成氣層。不同連通單元的各氣體組成及氣層厚度占比均不相同，因此，氣井產(chǎn)出氣組成隨深度變化規(guī)律也就不同。比如，當連通單元內(nèi)某類氣體含量較高時，在重力分異作用影響下該類氣體所形成氣層的厚度在連通單元總厚度中的占比就較大；在鉆完井后，即使裸眼段的深度變化較大，該連通單元的產(chǎn)出氣組成也基本不隨裸眼段深度的變化而變化。而當連通單元內(nèi)各組分氣體占比相近時，其形成的氣層厚度在連通單元總厚度中的占比也相近；在鉆完井后，隨著氣井裸眼段中部深度不斷加深，該連通單元產(chǎn)出的非烴類氣體含量會逐漸升高。

2.2 氣體組成的變化特征

在生產(chǎn)過程中，氣井底產(chǎn)生局部低壓區(qū)，導(dǎo)致連通單元下部密度較大的非烴類氣體向井底低壓區(qū)流動，從而導(dǎo)致產(chǎn)出氣組分含量不穩(wěn)定。對于產(chǎn)出氣組分含量不穩(wěn)定的氣井(不穩(wěn)定井)，需對比分析投產(chǎn)初期和當前生產(chǎn)中的產(chǎn)出氣組分含量，以此判斷其連通性。下面以鶯歌海組氣藏Ⅱ下氣組西北井區(qū)為例，分析氣體組成的變化特征。

該井區(qū)2口不穩(wěn)定氣井(D7H井和E1H井)的產(chǎn)出氣變化如圖3所示。D7H井和E1H井產(chǎn)出氣中CO2的含量在生產(chǎn)初期均隨生產(chǎn)時間的延長而提高，生產(chǎn)后期則穩(wěn)定在一個較高的水平。該井區(qū)內(nèi)D7H井、E1H井、E7H井、P11H井初始產(chǎn)出氣和當前產(chǎn)出氣中的CO2含量變化如圖4所示。其中，初始產(chǎn)出氣中CO2的含量相差較大，而當前產(chǎn)出氣中CO2的含量相近，且氣井裸眼段中部越深產(chǎn)出氣中的CO2含量也越高。D7H井和E1H井產(chǎn)出氣組成不穩(wěn)定，二者均為早期投產(chǎn)氣井；而E7H井和P11H井產(chǎn)出氣組成較穩(wěn)定，為穩(wěn)定氣井。在E7H井、P11H井這2口穩(wěn)定氣井投產(chǎn)時，D7H井和E1H井的CO2含量已達到了較高水平。在此先后相繼投產(chǎn)期間，由于D7H井和E1H井持續(xù)產(chǎn)出，該連通單元的CO2含量逐漸上升，直到后期2口氣井投產(chǎn)時，整個連通單元的CO2含量達到一個較高水平。因此，后期投產(chǎn)的2口氣井初期產(chǎn)出氣中的CO2含量較高，且產(chǎn)出氣組成穩(wěn)定。

圖3 2口不穩(wěn)定氣井產(chǎn)出氣比例及組分變化

圖4 4口氣井產(chǎn)出氣中的CO2含量變化

2.3 連通性評價方法

通常認為，流體組分的一致性是井間連通的必要不充分條件。若流體組成一致，則井間有可能相互連通；若井間相互連通，則流體組成必然一致[13-16]。然而，從氣體組分的分布及變化特征來看，高含非烴氣體氣藏的流體分布和變化特征復(fù)雜，其中產(chǎn)出流體組分差異較大的氣井間也有可能相互連通。

根據(jù)流體組成特征判斷高含非烴氣體氣藏氣井間的連通性，針對不同的氣井采用不同的方法。

(1)若多口氣井產(chǎn)出氣的組分含量穩(wěn)定，則需分析其組分含量與氣井裸眼段深度的關(guān)系。若裸眼段深度越深，密度較大的非烴類氣體組分含量越大，或者裸眼段深度加深而組分基本不發(fā)生變化，則氣井間相互連通。

(2)若多口氣井產(chǎn)出氣的組分含量不穩(wěn)定，則需分析不穩(wěn)定氣井的初始產(chǎn)出氣及當前產(chǎn)出氣。若不穩(wěn)定氣井的產(chǎn)出氣組分含量達到穩(wěn)定階段后，與其臨近的穩(wěn)定氣井裸眼段深度越深，產(chǎn)出氣中密度較大的非烴類氣體組分含量就越高，或者其裸眼段深度越深，產(chǎn)出氣組分基本不發(fā)生變化，則氣井間有可能連通；否則，氣井間互不連通。

3 實例應(yīng)用

以鶯歌海組氣藏Ⅱ上氣組為例，結(jié)合現(xiàn)有的砂體展布特征分析方法和壓力變化特征分析方法，對其進行連通單元劃分。以砂體展布特征初步劃分連通單元，以氣體組成特征確定單元內(nèi)氣井井間連通性，以壓力變化特征驗證單元內(nèi)氣井井間連通性。Ⅱ上氣組有16口完鉆開發(fā)井，氣井分布情況如表1所示。

表1 Ⅱ上氣組氣井分布情況

Ⅱ上氣組砂體平面展布情況如圖5所示。其中，B井區(qū)、A井區(qū)與E4H井區(qū)連通，B井區(qū)和A井區(qū)通過E4H井區(qū)相互連通，A井區(qū)內(nèi)A10H控制區(qū)域與其余氣井控制區(qū)域互不連通；7井區(qū)與其余各井區(qū)互不連通；A2H井區(qū)與其余各井區(qū)互不連通。

圖5 Ⅱ上氣組砂體平面展布

Ⅱ上氣組氣井產(chǎn)出氣組成情況如圖6所示。其中，E4H井區(qū)E4H井與B井區(qū)、A井區(qū)氣井裸眼段中部深度相近，但產(chǎn)出氣中的CO2含量相差很大，且不符合深度越深CO2含量就越高的規(guī)律。這表明，E4H井區(qū)與B井區(qū)、A井區(qū)互不連通。

圖6 Ⅱ上氣組氣井產(chǎn)出氣組成

Ⅱ上氣組3個最早投產(chǎn)單采氣井的壓力測試情況如圖7所示。其中，E4H井區(qū)E4H井、A井區(qū)A7H井與B井區(qū)B1H井的投產(chǎn)時間相隔較遠，但投產(chǎn)初期地層壓力系數(shù)相近。這表明，E4H井區(qū)、A井區(qū)、B井區(qū)之間互不連通。

圖7 Ⅱ上氣組B井區(qū)、E4H井區(qū)、A井區(qū)單采氣井壓力測試情況

根據(jù)這3個井區(qū)的砂體平面展布特征、流體組成情況和壓力測試情況綜合判斷，得出3個井區(qū)互不連通的結(jié)論。

Ⅱ上氣組氣井產(chǎn)出氣的流體組成如圖8所示。B井區(qū)內(nèi)各氣井產(chǎn)出氣的CO2含量均較低，E3H2井與其余4口井裸眼段中部海拔深度相近，但其中N2的含量相差較遠，且不符合裸眼段中部深度越深N2含量就越高的規(guī)律。A井區(qū)內(nèi)氣井產(chǎn)出氣的 CO2含量均較低，A10H井與其余3口井的裸眼段中部海拔深度相近，但N2含量相差較遠，且不符合裸眼段中部深度越深N2含量就越高的規(guī)律。這些都表明，B井區(qū)和A井區(qū)內(nèi)部并不完全連通，B井區(qū)內(nèi)的E3H2井控制區(qū)域與其余氣井控制區(qū)域互不連通，A井區(qū)內(nèi)A10H控制區(qū)域與其余氣井控制區(qū)域互不連通。

圖8 Ⅱ上氣組氣井產(chǎn)出氣的流體組成

Ⅱ上氣組各氣井投產(chǎn)初期地層壓力測試情況如圖9—圖11所示。A井區(qū)A10井和B井區(qū)E3H2井的投產(chǎn)時間較晚，但其投產(chǎn)初期所測定的地層壓力系數(shù)均高于各自所在井區(qū)的測定數(shù)值。這表明，兩井的控制區(qū)域與其所在井區(qū)其他氣井控制區(qū)域互不連通。同時，對于A、B井區(qū)的其余氣井而言，投產(chǎn)時間越晚，投產(chǎn)初期地層壓力系數(shù)就越低。這表明，兩井各自區(qū)內(nèi)的其余氣井間是連通的。7井區(qū)兩氣井投產(chǎn)時間相隔較遠，但投產(chǎn)初期的壓力系數(shù)基本一致，這表明它們之間互不連通。

圖9 Ⅱ上氣組A井區(qū)氣井壓力測試情況

圖10 Ⅱ上氣組B井區(qū)氣井壓力測試情況

圖11 Ⅱ上氣組7井區(qū)氣井壓力測試情況

綜合分析之后得出以下結(jié)論：Ⅱ上氣組B井區(qū)、E4H井區(qū)、A井區(qū)、7井區(qū)和A2H井區(qū)之間互不連通；E4H井區(qū)、A2H井區(qū)各自內(nèi)部連通；B井區(qū)除E3H2井外其他氣井間均相互連通；A井區(qū)除A10H井外其他氣井間均相互連通；7井區(qū)內(nèi)兩氣井間互不連通。如表2所示，Ⅱ上氣組可劃分為8個連通單元，其中A井區(qū)、B井區(qū)和7井區(qū)分別劃分為2個連通單元，E4H井區(qū)和A2H井區(qū)分別劃分為1個連通單元。

表2 Ⅱ上氣組連通單元劃分結(jié)果

4 結(jié) 語

為了彌補現(xiàn)有氣藏連通性評價方法的不足，提出了一種適用于高含非烴氣強非均質(zhì)氣藏的連通單元劃分新方法。以DF1-1氣田鶯歌海組氣藏為例，結(jié)合氣藏流體初始分布特征及生產(chǎn)變化特征，研究產(chǎn)出氣組成差異較大氣井的井間連通性，進而據(jù)此劃分連通單元。對于高含非烴氣體氣藏，由于流體分布特征和變化特征復(fù)雜，其中產(chǎn)出流體組分差異較大的氣井也有可能屬于同一連通單元。DF1-1氣田鶯歌海組氣藏Ⅱ上氣組可劃分為8個連通單元，其中A井區(qū)、B井區(qū)和7井區(qū)分別劃分為2個連通單元，E4H井區(qū)和A2H井區(qū)分別劃分為1個連通單元。