XJ油田低壓低產(chǎn)氣井有效分類方法

池 明,馬文敏,郭 玲,辛曉知,廖銳全,高 涵,杜軍軍,王修武

(1.中國石油新疆油田公司工程技術(shù)研究院,新疆 克拉瑪依 834000;2.昆明理工大學 化學工程學院,云南 昆明 650500;3.長江大學 石油工程學院,湖北 武漢 430000)

0 引 言

隨著油氣田開發(fā)的不斷深入,氣井的產(chǎn)量逐漸降低且伴隨產(chǎn)水[1-2],氣井產(chǎn)水造成井筒積液地層能量消耗快,地層壓力大幅降低,還可能導致氣井停產(chǎn).不同的氣井儲層特征與生產(chǎn)特征均不同,選擇合適的排采工藝措施時難度較大,因此,通常在設計穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)措施時首先需要對氣井進行分類.

目前,現(xiàn)有的氣井分類方法有無阻流量分類法[3]、動態(tài)數(shù)據(jù)分類法[4]、生產(chǎn)狀況分類法[5]以及產(chǎn)水情況分類[6]等.無阻流量分類法反映的是生產(chǎn)初期近井地層壓裂裂縫帶的滲流特征,隨著氣井的生產(chǎn),無阻流量評價結(jié)果可能與真實產(chǎn)能不符[7].動態(tài)數(shù)據(jù)分類法基本上是對某一時間點或兩個時間節(jié)點油井生產(chǎn)進行分析,不能反映油井連續(xù)時間段內(nèi)產(chǎn)能的變化過程,且劃分因素單一[8].根據(jù)生產(chǎn)特征進行分類可能會受到氣井積液的影響不能真實地反映氣井的生產(chǎn)能力,現(xiàn)有的氣井分類方法不能全面地對氣井進行劃分.另外,對于如何定義低產(chǎn)低效井,不同油田根據(jù)不同生產(chǎn)需要,不同學者根據(jù)不同研究內(nèi)容,提出了很多判別方法.Lin等[9]針對蘇里格氣田致密砂巖氣藏進行了靜態(tài)和動態(tài)分類,從砂體連通性、儲層非均質(zhì)性、含氣飽和度和井筒內(nèi)流體聚集四個方面分析了氣井生產(chǎn)動態(tài)與靜態(tài)儲層參數(shù)不一致的原因.Azin、劉意如等[10-11]利用節(jié)點分析法對實際斜井進行生產(chǎn)優(yōu)化和動態(tài)評價.陳曉娟等[12]首次采用偏態(tài)分布對不同類型的氣井進行分類.針對不同氣井類型,各大氣田均采取各自適合的氣井分類方法[13],如蘇里格氣田[14]綜合氣井特征根據(jù)儲層最大厚度、累計氣層厚度、儲層特征參數(shù)及穩(wěn)定產(chǎn)量將氣井分為3類.長慶氣田[15]采用動態(tài)法考慮低產(chǎn)氣井,將低產(chǎn)氣井定義為“產(chǎn)量低于該井產(chǎn)能的井”.榆林氣田[16]將低產(chǎn)井分為低產(chǎn)連續(xù)型、小產(chǎn)連續(xù)型、小產(chǎn)間歇型三類.不同氣藏儲層條件差異大,不同的氣井分類方法與劃分標準并不能適用于所有區(qū)塊[17].

本文主要針對XJ油田的重點產(chǎn)氣區(qū)塊,結(jié)合儲層物性參數(shù)與生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù),綜合分析影響氣井產(chǎn)能的多種因素,在常規(guī)動靜態(tài)結(jié)合的氣井分類方法的基礎(chǔ)上,利用灰色關(guān)聯(lián)法,明確不同因素對氣井產(chǎn)氣量的影響程度,進行針對性的氣井分類,為低產(chǎn)氣井穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)措施的優(yōu)選和設計提供一定科學依據(jù).

1 XJ油田氣藏概況

XJ油田共探明氣藏31個,已開發(fā)23個,開發(fā)潛力大,但由于儲層孔隙度與滲透率極低,且受地質(zhì)構(gòu)造的影響,儲層非均質(zhì)性強、物性差異大.XJ油田氣藏的開發(fā)分為7個主力區(qū)塊,其地質(zhì)特征與生產(chǎn)特征如表1所示.不同區(qū)塊地層壓力系數(shù)低,屬于低壓或異常低壓儲層,另外,地層壓力差異大,A區(qū)塊與G區(qū)塊原始地層壓力相差32.5MPa,隨著氣藏不斷地開發(fā),地層壓力下降快,C區(qū)塊地層壓力降幅達61%,地層能量嚴重不足.目前XJ油田氣井共計263口,其中開井僅157口,從不同區(qū)塊的生產(chǎn)特征統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出,受產(chǎn)水的影響,氣井普遍積液,平均單井日產(chǎn)氣量低,XJ油田表現(xiàn)出低壓低產(chǎn)的特點.

表1 XJ油田重點區(qū)塊地質(zhì)與生產(chǎn)特征

續(xù)表1

為提高XJ油田氣井的采出程度,需要對氣井開展針對性的穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)工藝措施,但考慮到氣井數(shù)量多,對單井進行逐一分析設計的難度大,亟需對眾多氣井進行分類,對不同類型的氣井設計不同的生產(chǎn)方案,實現(xiàn)地質(zhì)儲量的最大化利用.

2 動靜結(jié)合的氣井分類(一級初分)

氣井產(chǎn)能分類是制定開發(fā)決策與工藝設計的依據(jù).目前各大氣田采用動態(tài)、靜態(tài)或者動靜結(jié)合的分類方法.動態(tài)分類是以日產(chǎn)氣量作為分類指標,利用動態(tài)生產(chǎn)數(shù)據(jù)表征氣井產(chǎn)能并完成氣井分類;靜態(tài)分類是考慮氣井儲層特征參數(shù),以儲能系數(shù)為靜態(tài)指標表征氣井的生產(chǎn)潛力完成氣井分類.

2.1 氣井日產(chǎn)氣量的動態(tài)分類

動態(tài)分類是以日產(chǎn)氣量數(shù)據(jù)作為分類指標,表征氣井目前的產(chǎn)氣能力.統(tǒng)計XJ油田245口低產(chǎn)氣井的生產(chǎn)數(shù)據(jù),對于日產(chǎn)量小于0.5×104m3/d 的氣井,該類井目前處于積液狀態(tài);日產(chǎn)量大于4×104m3/d 的氣井,可持續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn),攜液能量強,據(jù)此以產(chǎn)氣量為指標將氣井劃分為3類.

按動態(tài)日產(chǎn)氣量評價標準進行分類的結(jié)果如圖1所示,得到日產(chǎn)氣量大于4×104m3/d 的I類井共54口,小于0.5×104m3/d 的III類井共63口,介于(0.5～4)×104m3/d 的氣井劃分為II類井,共128口.

2.2 氣井儲能系數(shù)的靜態(tài)分類

儲能系數(shù)反映了井控儲量的大小,儲能系數(shù)越大表明氣井具有更大的生產(chǎn)潛力,因此成為預測氣井產(chǎn)能的重要指標[18].儲能系數(shù)R與儲層有效厚度h、孔隙度φ以及含氣飽和度Sg相關(guān),通常定義為:

R=h·φ·Sg

(1)

式中:h為儲層有效厚度,m;φ為儲層孔隙度,%;Sg為含氣飽和度,%.

根據(jù)測井所得儲層參數(shù)計算儲能系數(shù)R,對XJ油田氣井開展靜態(tài)分類,將計算結(jié)果劃分為8個儲能系數(shù)范圍,儲能系數(shù)小于0.4的氣井,滲透率<1×10-3μm2,實際生產(chǎn)有效厚度2～12 m,地層壓力均低于 18 MPa,氣井儲層能量較弱;儲能系數(shù)大于2的氣井,滲透率>4.8×10-3μm2,有效厚度>25 m,目前地層壓力范圍為30～40 MPa,可有效提供氣井生產(chǎn)所需能量,據(jù)此將氣井劃分為三類.

靜態(tài)分類結(jié)果如圖2所示,將儲能系數(shù)大于2的氣井劃分為I類井,共36口;介于0.4～2之間的氣井為II類井,共127口;小于0.4的氣井劃分為III類井,共82口.

圖1 氣井日產(chǎn)氣量的動態(tài)分類Fig.1 Dynamic classification of daily gas production of gas wells

圖2 氣井儲能系數(shù)的靜態(tài)分類Fig.2 Static classification of energy storage coefficient of gas wells

2.3 動靜結(jié)合的氣井分類與評價

表2 動靜態(tài)指標正交結(jié)果

依據(jù)儲層特征的靜態(tài)與生產(chǎn)特征的動態(tài)分類方法,由于考慮的影響因素較為單一,忽略了影響氣井產(chǎn)能的多因素交互作用.因此,進一步綜合靜態(tài)與動態(tài)分類結(jié)果,采用正交矩陣的方法開展氣井綜合評價,結(jié)果如表2所示.

對于儲能系數(shù)大且日產(chǎn)氣量高的井,該類井具有一定的穩(wěn)產(chǎn)能力,利用其自身能量即可實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn),將其劃分為I類井,共計39口;而儲能系數(shù)小的井表明其儲層含氣富集程度低,即使目前產(chǎn)氣量較高,但通常會出現(xiàn)產(chǎn)氣量驟降的問題,不具備實施增產(chǎn)措施的意義,因此劃分為III類井,共計82口;儲能系數(shù)較大但日產(chǎn)氣量較低的井作為改造增產(chǎn)的重點井,劃分為II類井,共計124口.

圖3 動靜結(jié)合氣井分類結(jié)果Fig.3 Classification results of gas wells combining dynamic and static methods

為了驗證動靜結(jié)合的氣井劃分方法的準確性,分析了II類重點井的儲能系數(shù)與對應的日產(chǎn)氣量數(shù)據(jù),如圖3所示.

從圖3劃分結(jié)果可以看出,氣井儲能系數(shù)較大(R>3)時,氣井日產(chǎn)氣量較高,但井數(shù)較少,大部分氣井分布在儲能系數(shù)0.4～2.5范圍內(nèi),而日產(chǎn)氣量主要分布在低于1.5×104m3/d 與(2.5～4)×104m3/d 的區(qū)間內(nèi),儲能系數(shù)相近的井日產(chǎn)氣量差異極大,主要由于日產(chǎn)氣量受多種因素影響,包括氣井產(chǎn)水、井底污染、滲透率等,導致動靜結(jié)合的氣井分類方法不夠詳細,難以對劃分相同類型的井實施針對性的穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)措施.

3 基于灰色關(guān)聯(lián)法的氣井分類(二級精分)

針對動靜結(jié)合的氣井分類方法分類指標單一、分類結(jié)果差異大的問題,為進一步提高氣井劃分的準確性,在一級初分的基礎(chǔ)上利用氣井靜態(tài)數(shù)據(jù)、試井參數(shù)以及生產(chǎn)數(shù)據(jù),考慮影響氣井產(chǎn)能的多種因素進行二級精分.灰色關(guān)聯(lián)法[19]能夠綜合評價多種因素對主因素的影響程度,并分析各影響因素間的數(shù)值關(guān)系,考慮因素多、計算量小,非常適用于進行氣井分類.利用灰色關(guān)聯(lián)法計算各影響因素的權(quán)重系數(shù)與決策因子,建立氣井分類標準,完成氣井分類.

3.1 灰色關(guān)聯(lián)法原理

利用灰色關(guān)聯(lián)法計算各影響因素間的主次關(guān)系,步驟如下:

1) 影響因素的無量綱處理,一般有初值法與均值法.初值法處理方式適用于有著一種趨勢或規(guī)律性的數(shù)據(jù),由于氣井試井數(shù)據(jù)均大于0且差異較大,隨著生產(chǎn)的進行數(shù)據(jù)波動大,開井初期的數(shù)據(jù)代表性不強,因此選擇采用均值法處理[20-21]:

2) 計算灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)ξi:

3) 計算關(guān)聯(lián)度γi:

(4)

4) 歸一化處理,計算權(quán)重系數(shù)αi:

(5)

5) 決策因子計算Z:

(6)

3.2 灰色關(guān)聯(lián)法氣井分類

評價一口氣井,主要看其產(chǎn)能的大小,而影響實際氣井生產(chǎn)能力的因素總體上來自儲層、井筒及地面三個方面,主要參數(shù)有表皮系數(shù)表征地層污染程度,地層污染導致流體流動阻力增大,降低產(chǎn)能[22];地層滲透率與地層壓力表征儲層流體滲流能力與驅(qū)動能量的大小,與產(chǎn)能密切相關(guān);動儲量指地質(zhì)儲量可流動部分,氣井動儲量計算對氣藏的動用程度分析及開發(fā)潛力評價至關(guān)重要;無阻流量指當井底流壓為大氣壓時的氣井產(chǎn)量,通常用來評價氣井的生產(chǎn)能力;儲層有效厚度指具有產(chǎn)氣能力的儲層厚度,是氣井儲量評價與產(chǎn)能預測的關(guān)鍵;氣井產(chǎn)水將降低氣相滲流能力,降低產(chǎn)氣量,因此綜合考慮氣井日產(chǎn)氣與日產(chǎn)水數(shù)據(jù),以水氣比作為影響氣井產(chǎn)能因素的衡量標準.結(jié)合氣井生產(chǎn)實際,確定出以上最具代表性的7個參數(shù),利用灰色關(guān)聯(lián)法處理成一個綜合系數(shù)(決策因子)來作為分類標準.

利用動靜結(jié)合篩選出的124口II類重點井數(shù)據(jù),以日產(chǎn)氣量為評價指標,計算得到不同影響因素的權(quán)重系數(shù),結(jié)果如表3所示.對日產(chǎn)氣量影響程度最大的為水氣比,其次分別為動儲量、滲透率、無阻流量、表皮系數(shù)、有效厚度、地層壓力.

根據(jù)不同因素權(quán)重系數(shù),評價氣井綜合值,計算決策因子,計算結(jié)果如表4所示(井數(shù)較多,僅列出15口井).

表3 不同影響因素的權(quán)重系數(shù)

表4 采用灰色關(guān)聯(lián)法氣井分類表

續(xù)表4

圖4 基于灰色關(guān)聯(lián)法的氣井分類結(jié)果Fig.4 Gas well classification results basedon grey relational method

基于灰色關(guān)聯(lián)法的氣井分類結(jié)果如圖4所示.

以氣井實際數(shù)據(jù)標準化為一個綜合系數(shù)建立氣井分類標準,將決策因子大于0.8的氣井劃分為I類井共29口,該類井水氣比低,動儲量較大,地層條件適于利用氣井自身能量進行自然生產(chǎn)即能保持穩(wěn)產(chǎn);介于0.5～0.8之間的氣井分為II類井,其水氣比大,動儲量較高,具有一定開采潛力,但就其目前生產(chǎn)狀況需采取相應的穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)措施來提高采收率;決策因子小于0.5的氣井歸為III類井共38口,該類氣井主要表現(xiàn)為產(chǎn)水量高,儲量偏低,地層條件不利于開采,難以維持正常生產(chǎn),建議進行衰竭式開采.

4 分類方法應用與驗證

氣井的準確分類是氣井管理及優(yōu)選合理穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)措施的基礎(chǔ),在進行氣井分類后,針對氣井的生產(chǎn)特征制定相應的管理策略.對預留的近5年15口氣井利用已形成的方法實施分類,將分類結(jié)果與現(xiàn)場認識進行對比,以考察分類模型的準確性.基于灰色關(guān)聯(lián)分析對15口井進行評價分類,獲得的歸一化數(shù)據(jù)如表5所示.

表5 預留氣井分類表

根據(jù)氣井分類情況和各類工藝措施的實施效果評價,對決策因子介于0.5～0.8之間的II類氣井,按照從地面-井筒-儲層的順序原則對氣井進行穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)工藝措施的劃分優(yōu)選,構(gòu)建氣井工藝措施優(yōu)選方法,詳細如圖5所示.

圖5 氣井工藝措施優(yōu)選方法示意圖Fig.5 Optimal diagram of process measures for gas wells

統(tǒng)計15口井的實際生產(chǎn)狀況得到分類結(jié)果,歸屬于II類的氣井由于水氣比高導致氣井間開或關(guān)停,但其動儲量較大,仍具有一定的開發(fā)潛力,XJ油田現(xiàn)場已對其實施了工藝措施,且取得了較好的效果,措施有效率達86%.

現(xiàn)以其中兩口井為例分析,A-14井(2019年數(shù)據(jù))、D-10井(2020年數(shù)據(jù))利用本文建立的氣井分類方法完成分類后均屬II類井,需要針對性地優(yōu)選設計穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)措施.

A-14井屬于A區(qū)塊,為火山巖底水氣藏,儲層有效厚度 28 m,原始地層壓力 32.9 MPa.如圖6(a)所示,該井于2012年12月開始投產(chǎn),初期氣井不產(chǎn)水,平均產(chǎn)氣量7.4×104m3/d,產(chǎn)量穩(wěn)定.2017年1月氣井出現(xiàn)大量產(chǎn)水,產(chǎn)水量超過 12 m3/d,產(chǎn)氣量大幅降低,年遞減率達18%.2020年6月產(chǎn)氣量僅1.41×104m3/d,產(chǎn)水量 10.8 m3/d,隨后停產(chǎn),分析氣井低產(chǎn)原因主要為井筒積液.依據(jù)工藝優(yōu)選流程圖層層遴選后知該井可實施柱塞氣舉有望恢復生產(chǎn).調(diào)研發(fā)現(xiàn)實際現(xiàn)場于2019年設計了柱塞氣舉增產(chǎn)措施,2020年8月復產(chǎn),措施后氣井產(chǎn)水量較大為12.1 m3/d,產(chǎn)氣量大幅提升且穩(wěn)定在(3～4.2)×104m3/d,目前氣井已穩(wěn)產(chǎn)13個月.

D-10井屬于D區(qū)塊,為致密砂巖凝析氣藏,儲層有效厚度 14 m,原始地層壓力 23.6 MPa.如圖6(b)所示,D-10井于2012年12月開始投產(chǎn),初期不產(chǎn)水,但產(chǎn)氣量波動幅度大.2017年6月開始,氣井出現(xiàn)大股出水,產(chǎn)氣量大幅降低,氣井攜液困難,出現(xiàn)頻繁出水,產(chǎn)氣量波動大.氣井分類同樣為II類井,根據(jù)氣井特征數(shù)據(jù),可優(yōu)先考慮旋流霧化措施,這與現(xiàn)場認識一致.調(diào)研發(fā)現(xiàn)采氣廠于2020年10月實施旋流霧化重新投產(chǎn)后,產(chǎn)氣量、產(chǎn)水量均明顯提升,排液效果明顯,日產(chǎn)氣量0.56×104m3/d,至目前已穩(wěn)產(chǎn)12個月.

(a)A-14井 (b)D-10井圖6 氣井生產(chǎn)動態(tài)曲線圖Fig.6 Gas well production dynamics curve chart

經(jīng)過分析對比可以得出,本文建立的氣井分類方法給出的氣井分類結(jié)果合理可靠.工藝優(yōu)選流程也與現(xiàn)場認識一致.而且,該方法在給出分類結(jié)果后,還為氣井優(yōu)選穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)措施工藝提供了依據(jù),從而在完成氣井分類工作的同時,進一步加深了對氣井生產(chǎn)狀況的認識,能夠更加便捷精確地指導現(xiàn)場氣井穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)措施的制定與實施.

5 結(jié)論與建議

1)基于常規(guī)動靜結(jié)合的氣井分類方法分類效果較差,為提高氣井分類的準確性、設計合理的穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)工藝,必須全面考慮影響氣井產(chǎn)能的多種因素.

2)影響XJ油田氣井產(chǎn)量的多種因素中,產(chǎn)水量、動儲量以及滲透率三因素對氣井產(chǎn)能的影響程度最大.

3)基于氣井生產(chǎn)資料,結(jié)合動靜結(jié)合法與灰色關(guān)聯(lián)法創(chuàng)建的氣井二級分類方法,在XJ油田不同氣藏分類效果好、適用性高.

4)結(jié)合氣井分類結(jié)果和各類工藝措施效果評價,構(gòu)建了XJ油田氣井穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)工藝措施優(yōu)選方法,指導現(xiàn)場應用,現(xiàn)場追蹤反饋增產(chǎn)效果顯著,表明該方法對低產(chǎn)氣井有效生產(chǎn)具有一定的指導意義.