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    裂縫氣藏氣井產(chǎn)能特征及產(chǎn)能方程修正方法研究

    2024-11-18 00:00:00李曉平李裕民邵劍波段華庭朱松柏
    關鍵詞:氣井產(chǎn)能

    關鍵詞:裂縫性氣藏;氣井產(chǎn)能;修正方法;紊流效應;滲流規(guī)律

    引言

    裂縫性油氣藏是世界范圍內(nèi)重要的油氣資源,全球已發(fā)現(xiàn)的50% 以上油氣資源賦存于這類油氣藏中,該類油氣藏通常具有儲量巨大、單井產(chǎn)能高的特點[1]。如塔里木盆地克深氣田、四川盆地安岳氣田探明儲量均超過了1×1012 m3,部分單井無阻流量超過107 m3/d[2]。由于裂縫和基質(zhì)孔隙滲透率存在著數(shù)量級的差異,這類油氣藏與常規(guī)孔隙性儲層流體傳輸規(guī)律、產(chǎn)能特征存在一定的差異[3 4]。

    單井產(chǎn)能評價是明確氣田開發(fā)規(guī)模、合理工作制度制定的基礎,目前關于氣井產(chǎn)能評價主要包括3 種方法:產(chǎn)能試井、一點法經(jīng)驗公式和理論二項式產(chǎn)能方程[5 9]。產(chǎn)能試井是評價氣藏生產(chǎn)能力最主要的手段。一點法經(jīng)驗公式只需要一個測試點相應的壓力和產(chǎn)量就可以簡便地評價氣井產(chǎn)能。理論二項式產(chǎn)能方程是目前氣井產(chǎn)能評價的重要方法,可有效表征氣井生產(chǎn)變化特征,但目前絕大部分氣井產(chǎn)能模型是基于均質(zhì)儲層模型推導得到的[10 11]。筆者整理了四川盆地、鄂爾多斯盆地和塔里木盆地裂縫性氣藏產(chǎn)能測試結果,發(fā)現(xiàn)氣體在裂縫處匯聚,導致高速非達西效應明顯,實際二項式產(chǎn)能方程的二次項系數(shù)B 值遠遠高于二項式理論計算結果,表明裂縫性氣藏的紊流效應更加明顯。直接將壓力恢復試井解釋結果代入到產(chǎn)能方程中會錯估裂縫性油氣藏單井產(chǎn)能[12]。

    針對上述問題,首先,基于裂縫性氣藏地層特征、產(chǎn)能試井及產(chǎn)氣剖面測試資料,明確了局部優(yōu)勢井段(裂縫發(fā)育)非均勻供氣現(xiàn)象是裂縫性氣藏氣井紊流效應更強的原因。其次,基于理論二項式產(chǎn)能方程和克深氣田產(chǎn)能試井測試數(shù)據(jù),確定了該區(qū)塊理論非達西流系數(shù)與實際非達西流系數(shù)的關系,并提出運用修正的非達西流系數(shù)代替理論非達西流系數(shù)的裂縫性氣藏產(chǎn)能修正方程。該方程有效地提升了壓力恢復試井資料在裂縫性氣藏氣井產(chǎn)能評價工作的應用效果,對合理認識氣井產(chǎn)能具有顯著的意義。

    1 裂縫性氣藏氣井滲流規(guī)律及產(chǎn)出特征

    克深氣田位于塔里木盆地庫車拗陷中部,由克深2、克深6 和克深8 等多個斷背斜砂巖氣藏構成,氣藏埋深普遍超過5 000 m,主力產(chǎn)氣層系為白堊系巴什基奇克組,儲層孔隙度在2%~8%,基質(zhì)滲透率在0.01~0.50 mD。受多期構造運動復合疊加改造的影響,克深氣田各氣藏斷層和構造裂縫發(fā)育,為典型的超深層裂縫性砂巖氣藏群[13 17],地質(zhì)構造如圖1所示。

    由于基質(zhì)系統(tǒng)與天然裂縫系統(tǒng)滲流能力存在數(shù)量級的差異,裂縫性氣藏氣體產(chǎn)出特征與常規(guī)孔隙性氣藏存在較大的差異[18 21]。孔隙性氣藏(如澀北氣田)氣井產(chǎn)出剖面較為均勻,射開的各層組均有一定的供氣能力,而裂縫性氣藏(如靖邊氣田、克深氣田等)受到裂縫發(fā)育特征的影響,氣井產(chǎn)出剖面存在局部優(yōu)勢供氣井段現(xiàn)象。如克深氣田某井單井日產(chǎn)氣32.95×104 m3,測井解釋儲層有效儲層厚度53 m,產(chǎn)氣剖面測試顯示供氣井段僅7 m,如圖2 所示。

    試井曲線特征可有效反映儲層特征,克深氣田試井曲線與常規(guī)氣藏曲線存在一定的差異,主要表現(xiàn)為:1)壓力恢復曲線呈現(xiàn)“廠”字形,氣井壓力恢復較快,短時間內(nèi)恢復程度超過95%;2)過渡流階段表現(xiàn)出高表皮特征,測試產(chǎn)量越高則解釋得到的表皮系數(shù)越大;3)絕大部分氣井測試前產(chǎn)量超過40×104 m3/d,但較長測試時間無徑向流特征[22]。氣井壓力恢復曲線特征表明該區(qū)塊儲層整體物性較差,井周發(fā)育有天然裂縫,生產(chǎn)壓降主要消耗在井筒周圍,如圖3 所示。

    將克深氣田壓力恢復解釋結果代入產(chǎn)能方程中計算得到氣井流入動態(tài)曲線,與該井產(chǎn)能試井實測IPR 曲線進行對比。如圖4 所示,計算結果有一定的差別,原因是在裂縫性氣藏產(chǎn)出過程中,氣體具有極強的紊流效應。

    將地質(zhì)認識、試井和產(chǎn)氣剖面監(jiān)測結果結合分析可知,井筒周圍發(fā)育高導裂縫是氣井高產(chǎn)的前提,裂縫性氣藏產(chǎn)出過程中紊流效應更加顯著。因此,需要修正理論二項式產(chǎn)能方程系數(shù)B,從而提高理論方程在裂縫性氣藏中的適用性。

    2 氣井二項式產(chǎn)能模型修正方法

    當多孔介質(zhì)內(nèi)氣體流動速度較高時,氣體流動狀態(tài)不再符合達西定律。目前,國內(nèi)外多采用Forchheimer 方程描述高速非達西效應影響下的氣體滲流,該方程通過引入一個包含紊流系數(shù)的附加項修正達西方程,用于考慮紊流效應造成的壓力損失,其表達式為[23 24]

    紊流系數(shù)的表達式是基于孔隙性滲流介質(zhì)獲取得到的,這類儲層巖芯內(nèi)氣體滲流速度遠小于裂縫性多孔介質(zhì),因此,造成產(chǎn)能常用的二項式理論公式在裂縫性氣藏內(nèi)適用性較差。

    對于裂縫性氣藏而言,其實際的非達西流系數(shù)比理論計算的結果更大,采用穩(wěn)態(tài)二項式產(chǎn)能公式計算氣井產(chǎn)能時需要修正非達西流系數(shù)D,提高產(chǎn)能計算結果的精度。對于一個特定氣藏而言,理論非達西流系數(shù)與實際非達西流系數(shù)之間具有一定的關系,根據(jù)測試數(shù)據(jù)總結兩者之間的關系。

    根據(jù)產(chǎn)能試井數(shù)據(jù),統(tǒng)計得到理論計算的非達西流系數(shù)與實際非達西流系數(shù)之間的關系如圖5 所示,兩者有3~4 個數(shù)量級的差異。

    沿著氣體流動方向從井筒到供給邊界進行積分,并換算到礦場單位制下,可以獲得氣井的穩(wěn)態(tài)產(chǎn)能公式為[25]

    3 實例應用及敏感性參數(shù)分析

    3.1 修正產(chǎn)能模型驗證

    克深氣田A 井位于構造高部位,該井同時開展了產(chǎn)能試井和壓力恢復試井,測試資料較為豐富,選取該井作為樣本井驗證修正產(chǎn)能模型的準確性。A 井儲層有效厚度136.2 m,地層壓力115.133 MPa,壓力恢復試井解釋得到滲透率為22.98 mD,表皮系數(shù)為211.86,井筒半徑為0.088 9 m,流量表皮3.33×10?4 d/m3,氣體黏度0.040 6 mPa·s,氣體偏差系數(shù)1.807 3。將試井基礎數(shù)據(jù)代入到圖版中,計算氣井真實非達西流系數(shù)D=0.000 332 8 d/m3,然后利用修正后的產(chǎn)能公式計算得到理論產(chǎn)量。兩者的計算結果如圖6 所示,理論計算的結果與測試產(chǎn)量的誤差為3.25%,表明該方法可有效地提升裂縫性氣藏氣井產(chǎn)能評價結果。

    同時,根據(jù)測試數(shù)據(jù)擬合得到的二項式系數(shù)計算得到的氣井流入動態(tài)曲線與修正后的公式計算得到的流入動態(tài)曲線如圖6b 所示,理論模型的計算無阻流量與測試結果擬合得到的氣井流入動態(tài)曲線結果相近,表明了計算結果的準確性。

    3.2 敏感性參數(shù)分析

    對于裂縫性氣藏而言,氣井非達西流系數(shù)是決定產(chǎn)能的一個重要因素。計算了不同非達西流系數(shù)下的氣井流入動態(tài)曲線(圖7),隨著非達西流系數(shù)的增大,氣井流入動態(tài)曲線逐漸向左偏移。紊流效應對氣井產(chǎn)量的影響隨著生產(chǎn)壓差的增大而增大,因此,對于這類氣井控制生產(chǎn)壓差減少紊流壓力損失。

    計算了不同非達西流系數(shù)下的氣井生產(chǎn)過程中紊流附加壓降占總生產(chǎn)壓降的比例如圖8所示。

    從圖8 可以看出,隨著生產(chǎn)壓差的增大,紊流效應消耗的能量越大。對于常規(guī)孔隙性儲層氣井而言,達西流動是氣體產(chǎn)出的主要能量消耗,紊流效應能量消耗較少。對于裂縫性氣藏氣井而言,當生產(chǎn)壓差較小時紊流附加壓降的比例都很大了。因此,裂縫性氣藏需要控制生產(chǎn)壓差,減少氣藏能力浪費。

    3.3 礦產(chǎn)“一點法”產(chǎn)能測試建議

    受到開發(fā)成本、生產(chǎn)需求的影響,并不是每口氣井都實施產(chǎn)能試井和壓力恢復試井測試,因此,“一點法”經(jīng)驗公式也是目前礦場運用較多的產(chǎn)能評價方法。目前,針對不同氣田大量學者和現(xiàn)場專家提出了適用于各自區(qū)塊的產(chǎn)能系數(shù),“一點法”經(jīng)驗公式為

    “一點法”經(jīng)驗公式產(chǎn)能評價結果的準確性與經(jīng)驗系數(shù) 和測試條件(測試生產(chǎn)壓差)有關。相對于孔隙性儲層氣井而言,裂縫性氣藏內(nèi)氣井生產(chǎn)時紊流效應更強,特別是在低壓差狀況下氣井生產(chǎn)指數(shù)更大,低生產(chǎn)壓差下測試產(chǎn)量結果容易造成計算氣井產(chǎn)能遠高于實際結果。

    將二項式產(chǎn)能公式計算的結果代入陳元千提出的“一點法”經(jīng)驗公式中,計算了不同生產(chǎn)壓差下的理論結果與氣井無阻流量之間的誤差,結果如圖9所示。從圖9 可以看出,隨著生產(chǎn)壓差的增大,理論結果誤差先減小后增大,過低的測試生產(chǎn)壓差會導致評價得到的氣井產(chǎn)能偏大,因此,采用“一點法”評價氣井產(chǎn)能時測試生產(chǎn)壓差建議取值為地層壓力的4%~10%。

    4 結論

    1)裂縫性氣藏開采時氣體滲流規(guī)律和產(chǎn)出特征與常規(guī)孔隙性儲層存在較大的差異,氣向裂縫匯聚后流入井筒中是裂縫性氣藏氣井紊流效應更加顯著的原因,現(xiàn)有的理論產(chǎn)能方程將會高估單井生產(chǎn)能力。

    2)利用測試數(shù)據(jù)回歸了克深氣田氣井理論與實際非達西流系數(shù)的關系,建立了裂縫性氣藏二項式產(chǎn)能修正方法,運用測試數(shù)據(jù)驗證了該方法的有效性,擴展了二項式穩(wěn)態(tài)產(chǎn)能模型在裂縫性氣藏的適用性,有利于提高氣井產(chǎn)能特征的認識。

    3)裂縫性氣藏氣井開采過程中壓力主要消耗在紊流效應上,應該控制生產(chǎn)壓差,減少氣藏能量浪費。采用“一點法”經(jīng)驗公式評價裂縫性氣藏氣井產(chǎn)能時,測試生產(chǎn)壓差建議取值為地層壓力的4%~10%。

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