底水對松南火山巖氣藏采收率影響研究

康曉鳳

(中國石化東北油氣分公司,長春 130062)

0 引言

松南氣田營城組火山巖氣藏為高含CO2氣田,隨著氣藏壓力的下降和底水的侵入,氣水矛盾日益凸顯,見水井?dāng)?shù)、產(chǎn)水量和水氣比逐年上升,嚴(yán)重影響氣藏的產(chǎn)量和最終采收率?？厮嗡悄壳皻獠亻_發(fā)的重點工作。氣井見水后,地層中兩相滲流,氣相相對滲透率降低,滲流阻力增加,氣井產(chǎn)能方程發(fā)生變化,絕對無阻流量降低[1-2]。因此需要考慮產(chǎn)水影響,建立新的產(chǎn)能方程。產(chǎn)水氣井產(chǎn)水量過大,可能會出現(xiàn)井底積液[3-4],對產(chǎn)水氣井,氣量低于臨界攜液流量或達(dá)到經(jīng)濟極限產(chǎn)量,氣井不能正常生產(chǎn)。目前常用的臨界攜液流量計算方法多在Turner模型基礎(chǔ)上進行修正[3,5-8]。水平井斜井段臨界攜液流量計算模型主要有液滴模型[3,5,7-8]和液膜[9]模型。松南營城組火山巖氣藏具有高溫、高壓和高含CO2的特性,氣井多為大斜度井,現(xiàn)有模型未考慮這些因素的綜合影響。該文優(yōu)選出適合松南營城組火山巖氣藏見水后產(chǎn)能預(yù)測的方法,建立了適用于酸性火山巖氣藏大斜度井的臨界攜液流量計算模型,研究了底水對廢棄地層壓力和氣藏最終采收率的影響。

1 底水氣藏產(chǎn)能預(yù)測方法優(yōu)選

松南底水火山巖氣藏為高含CO2的酸性氣藏。目前,氣藏生產(chǎn)井27口,其中81%氣井見地層水。氣井見水后,滲流阻力增加,產(chǎn)能降低,日產(chǎn)氣量下降明顯。利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)快速簡便確定見水后氣井產(chǎn)能至關(guān)重要,對生產(chǎn)制度確定及推算地層壓力等均具有一定指導(dǎo)意義。目前常用的產(chǎn)能計算方法有很多,該文主要應(yīng)用7種方法[1-2,10-16]計算了松南底水火山巖氣藏氣井不同水氣比下的產(chǎn)能,并對產(chǎn)能預(yù)測方法的精度進行了評價,以期優(yōu)選出能夠適用于該氣藏的產(chǎn)能計算方法。

采用7種方法計算不同氣井絕對無阻流量結(jié)果見表1。

表1 各種方法絕對無阻流量計算結(jié)果Table 1 Calculation results of absolute open flow potential by various methods

1)通過對比發(fā)現(xiàn),直接利用陳元千一點法(方法1)計算氣井絕對無阻流量,平均相對誤差最大,主要是因為不同地區(qū)不同氣井一點法系數(shù)均不同,松南地區(qū)17井次二項式產(chǎn)能方程實測一點法系數(shù)為0.019～0.970。

2)平均一點法系數(shù)計算氣井產(chǎn)能(方法2),雖然部分井計算精度有所改善,相對誤差平均下降了16.35個百分點,但也有一些井計算結(jié)果與實測結(jié)果偏差較大,如YP9井第一次絕對無阻流量計算相對誤差甚至達(dá)到了324.34%。

3)水氣質(zhì)量比修正一點法(方法3)平均相對誤差為24.05%,對于該氣藏進行過回壓測試,但當(dāng)年未開展靜壓測試的氣井可以應(yīng)用該方法計算絕對無阻流量。

4)壓力修正二項式法(方法4)不適用于該氣藏,當(dāng)氣井產(chǎn)水量大以及水氣比高時尤為不適用,主要因為該方法未考慮產(chǎn)水對二項式系數(shù)的影響。

5)壓力產(chǎn)氣量修正二項式法(方法5)及壓力產(chǎn)氣量和水氣質(zhì)量比修正二項式法(方法6)計算精度明顯提高,平均相對誤差分別為10.04%和9.56%。對于該氣藏進行過回壓測試,且當(dāng)年開展了靜壓和流壓測試的氣井,當(dāng)水氣比小于1 m3/104m3時,應(yīng)用方法5計算氣井絕對無阻流量;當(dāng)水氣比大于1 m3/104m3時,應(yīng)用方法6。

6)2015年以后部署的調(diào)整井多未開展過回壓測試,如果當(dāng)年對于該類氣井開展了靜壓和流壓測試,可應(yīng)用Qg/QAOF與pr/pwf關(guān)系式法(方法7)預(yù)測氣井產(chǎn)能。

2 大斜度井臨界攜液流量模型修正

在氣液兩相流動過程中,只有環(huán)霧流才能近似使井筒中的全部液滴完全攜帶出來,隨著氣井產(chǎn)水量增加,積液風(fēng)險增加,嚴(yán)重時甚至導(dǎo)致水淹停噴。松南火山巖氣藏目前已有3口井發(fā)生過5次水淹。準(zhǔn)確計算氣井臨界攜液流量是氣井積液診斷的重要基礎(chǔ),也為氣井產(chǎn)水治理、工作制度優(yōu)化及廢棄產(chǎn)量確定提供指導(dǎo)依據(jù)。

松南火山巖氣藏96%的氣井均為水平井,在30°～50°時,臨界攜液流量達(dá)到最大值[3,17-18]。目前直井臨界攜液流量計算模型主要以Turner模型為基礎(chǔ)進行修正,Belfroid模型將Turner模型增加了井斜角相關(guān)公式(式(1)),使修正模型適用于井斜角為0°～85°的大斜度井。

(1)

式中:qc為臨界攜液流量,×104m3/d;σ為氣液界面張力,N/m;ρl和ρg分別為液體和氣體密度,kg/m3;θ為井斜角,(°);A為油管內(nèi)部橫截面積,m2;p為計算點壓力,MPa;Z為氣體壓縮因子;T為溫度,K。

圖1所示為深度、井斜角和油管內(nèi)徑對臨界攜液流量的影響。

圖1 深度、井斜角和油管內(nèi)徑對臨界攜液流量的影響Fig.1 Influence of depth, deviation angle and tubing inside diameter on critical liquid carrying capacity

根據(jù)松南火山巖氣藏實際生產(chǎn)情況,設(shè)計CO2含量為4%～52%,水氣比為1～70 m3/104m3,基本涵蓋了不同火山機構(gòu)、不同生產(chǎn)時間CO2含量和水氣比范圍,臨界攜液流量計算結(jié)果如圖2所示。隨著CO2含量升高,氣體密度增加,臨界攜液流量下降,兩者呈線性負(fù)相關(guān)。當(dāng)水氣比為5 m3/104m3時,CO2含量從4%增加到52%,氣井臨界攜液流量從5.98×104m3/d下降到4.70×104m3/d。當(dāng)CO2含量保持不變(28%)時,氣井臨界攜液流量隨著水氣比的增加而增加,且呈二次曲線遞增關(guān)系,當(dāng)水氣比從1 m3/104m3增加到70 m3/104m3時,氣井臨界攜液流量從4.79×104m3/d增加到9.41×104m3/d。水氣比主要通過影響流體在井筒中的流態(tài)、持液率和兩相摩阻系數(shù),進而影響氣井壓力計算,最終影響氣井臨界攜液流量計算。

圖2 CO2含量和水氣比對臨界攜液流量的影響Fig.2 Influence of CO2 content and water gas ratio on critical liquid carrying capacity

綜合考慮深度、井斜角、油管內(nèi)徑、CO2含量和水氣比對氣井臨界攜液流量的影響,結(jié)合氣藏內(nèi)16口氣井58井次流壓梯度測試結(jié)果,當(dāng)流壓梯度大于0.3 MPa/100 m時,氣井發(fā)生積液。對Belfroid模型進行修正,建立適用于松南底水火山巖氣藏的臨界攜液流量計算模型,實現(xiàn)了氣井全井段臨界攜液流量的計算。計算結(jié)果與流壓梯度實測結(jié)果對比如圖3所示,可以看出,有98.2%的氣井積液判斷情況與實測相符。

圖3 氣井積液情況計算結(jié)果與實測結(jié)果對比Fig.3 Comparison between calculation results and measured results of liquid loading for gas wells

3 底水對地層壓力和采收率影響研究

松南火山巖氣藏處于開發(fā)中后期,目前地層壓力已下降到原始地層壓力的約30%,氣井平均油壓只有2.7 MPa,所有氣井均增壓生產(chǎn),通過降低回壓,放大生產(chǎn)壓差,提高氣井產(chǎn)量和氣藏采收率。根據(jù)松南火山巖氣藏生產(chǎn)實際,設(shè)定回壓為5～1 MPa,水氣比為1～70 m3/104m3,研究回壓和水氣比變化對廢棄地層壓力和采收率的影響。首先根據(jù)氣井回壓和水氣比,計算氣井臨界攜液流量,并通過與氣井經(jīng)濟極限產(chǎn)量對比,確定氣井廢棄產(chǎn)量;然后通過井筒兩相管流模型B-B模型計算廢棄井底流壓,再根據(jù)考慮產(chǎn)水影響后的產(chǎn)能方程計算廢棄地層壓力;最后結(jié)合氣藏壓降曲線,確定氣藏可采儲量和采收率。

圖4所示為不同井廢棄地層壓力隨水氣比的變化情況?？梢钥闯?廢棄地層壓力與水氣比呈現(xiàn)較好的線性相關(guān)關(guān)系,當(dāng)水氣比增加時,廢棄地層壓力不斷增加。當(dāng)回壓為4 MPa時,YP1井水氣比從1 m3/104m3增加到70 m3/104m3時,廢棄地層壓力從8.61 MPa增加到35.99 MPa。對于不同氣井,當(dāng)水氣比相同時,廢棄地層壓力相差不多,例如當(dāng)回壓為4 MPa、水氣比為30 m3/104m3時,YP1井、YP3井、YP10井、YP6井、YP8井和YP9井的廢棄地層壓力分別為17.15 MPa,15.99 MPa,16.39 MPa,15.88 MPa,16.23 MPa和16.30 MPa,極差為1.17,方差為0.17。因此,選取各井廢棄地層壓力的平均值確定氣藏廢棄地層壓力。

圖4 不同井廢棄地層壓力隨水氣比變化情況Fig.4 Change of abandoned formation pressure with water gas ratio in different wells

對于同一口井(YP1井),不同回壓廢棄地層壓力隨水氣比變化情況如圖5所示。當(dāng)水氣比為30 m3/104m3時,回壓從5 MPa下降到1 MPa時,廢棄地層壓力從19.19 MPa下降到11.99 MPa?；貕好拷档? MPa,廢棄地層壓力降低2 MPa。

圖5 YP1井不同回壓廢棄地層壓力隨水氣比變化情況Fig.5 Change of abandoned formation pressure with water gas ratio under different back pressures in well YP1

根據(jù)廢棄地層壓力計算結(jié)果,結(jié)合氣藏壓降曲線,確定氣藏可采儲量和采收率,計算結(jié)果見表2。壓縮機進口壓力為5 MPa時,水氣比為5 m3/104m3,廢棄地層壓力為10.3 MPa,氣藏最終采收率為54%;進一步降低壓縮機進口壓力到1 MPa,廢棄地層壓力為5.2 MPa,采收率可提高到66%。若氣藏產(chǎn)水量持續(xù)增加,則水氣比不斷上升,采收率會降低,當(dāng)水氣比達(dá)到30 m3/104m3時,采收率降低到51%。由此可見,控制氣藏產(chǎn)水可有效提高氣藏采收率。

表2 不同回壓和水氣比下氣藏采收率計算結(jié)果Table 2 The calculation results of gas reservoir recovery under different back pressure and water gas ratio

根據(jù)不同氣井產(chǎn)水情況及水侵機理,劃分3種類型氣井,分別提出針對性治理對策。一類井為高產(chǎn)氣、低產(chǎn)水井(水氣比<1 m3/104m3),目前仍未見地層水,或處于見水初期,該類井“?！背止ぷ髦贫葴囟?以延長高產(chǎn)井高產(chǎn)期;同時密切監(jiān)測產(chǎn)出水,發(fā)現(xiàn)見水趨勢,及時調(diào)整工作制度。二類井為中產(chǎn)氣、中產(chǎn)水井(1 m3/104m3<水氣比<10 m3/104m3,或日產(chǎn)氣>4×104m3),該類井保持合理工作制度,“控”制底水均勻抬升。三類井為低產(chǎn)氣、高產(chǎn)水井(水氣比>10 m3/104m3,或日產(chǎn)氣<4×104m3),該類井目前均已積液,其中2口井依靠天然能力已無法生產(chǎn),需采用間歇氣舉方式生產(chǎn);該類井應(yīng)密切觀察生產(chǎn)數(shù)據(jù)變化,做好定期“排”液工作,延長氣井帶水采氣期,并適時開展電潛泵排水采氣工作。

4 結(jié)論

1)優(yōu)選了適用于松南底水火山巖氣藏產(chǎn)能預(yù)測方法。壓力產(chǎn)氣量和水氣質(zhì)量比修正二項式法精度最高,水氣質(zhì)量比修正一點法、壓力產(chǎn)氣量修正二項式法和Qg/QAOF與pr/pwf關(guān)系式法精度次之,可分別用于不同條件下計算氣井產(chǎn)能。陳元千一點法、平均一點法系數(shù)法和壓力修正二項式法不適用于該氣藏。

2)松南火山巖氣藏臨界攜液流量主要受深度、井斜角、油管內(nèi)徑、CO2含量和水氣比影響。綜合考慮多因素影響,建立適用于該氣藏的臨界攜液流量模型可知,有98.2%的氣井積液判斷情況與實測相符。目前氣藏內(nèi)5口氣井存在積液情況,產(chǎn)水量過大,水氣比高,存在水淹風(fēng)險。

3)廢棄地層壓力及采收率受回壓和水氣比影響。當(dāng)回壓降低時,氣井產(chǎn)水量增加,廢棄地層壓力增大,氣藏采收率降低。水氣比為5 m3/104m3時,回壓降低至4 MPa,廢棄地層壓力下降5.1 MPa,采收率增加11個百分點;回壓為1 MPa時,水氣比從5 m3/104m3增加到30 m3/104m3,廢棄地層壓力增加6.5 MPa,氣藏采收率下降15個百分點。