火山巖氣藏溫度壓力系統(tǒng)分析方法

陳福利,冉啟全,孫圓輝,雷征東

(中石油勘探開發(fā)研究院,北京 100083)

火山巖氣藏溫度壓力系統(tǒng)分析方法

陳福利,冉啟全,孫圓輝,雷征東

(中石油勘探開發(fā)研究院,北京 100083)

火山巖氣藏地質(zhì)條件復(fù)雜多變,能否進(jìn)行火山巖氣藏科學(xué)分類,嚴(yán)重制約著火山巖氣藏的開發(fā)水平。溫度和壓力是火山巖氣藏分類的關(guān)鍵要素,依據(jù)溫度壓力參數(shù)的科學(xué)定義,進(jìn)行氣藏溫度壓力系統(tǒng)分析,研究建立火山巖氣藏溫度壓力分類評價標(biāo)準(zhǔn)。該方法在大慶、吉林、新疆等國內(nèi)主要火山巖氣藏開發(fā)方案編制中進(jìn)行了應(yīng)用,取得了良好應(yīng)用效果。該系統(tǒng)分析方法對火山巖氣藏分類和氣藏開發(fā)方案編制具有指導(dǎo)意義。

火山巖氣藏;溫度;壓力;系統(tǒng)分析;分類;開發(fā)方案

引 言

近年來,我國松遼平原的大慶徐深、吉林長嶺,新疆克拉美麗等地相繼獲得火山巖天然氣重大發(fā)現(xiàn)?；鹕綆r氣藏常受火山巖體體積、巖流單元規(guī)模、孔隙 -裂縫性儲集空間特征等多種因素控制,表現(xiàn)出氣藏地質(zhì)條件極端復(fù)雜多變、氣藏規(guī)模較難準(zhǔn)確確定等復(fù)雜地質(zhì)特征。截至目前,火山巖氣藏分類沒有行業(yè)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)。在火山巖氣藏分類研究中,溫度和壓力是關(guān)鍵要素,采用靜態(tài)地質(zhì)研究為主的分類方法,不能滿足氣藏開發(fā)的需要。選擇溫度和壓力參數(shù)研究火山巖氣藏的靜態(tài)和動態(tài)特征,建立相應(yīng)的分類評價方法和標(biāo)準(zhǔn),可為火山巖氣藏開發(fā)方案編制提供可靠的溫度壓力技術(shù)參數(shù)。

1 溫度壓力系統(tǒng)理論

氣田 (氣藏)“壓力系統(tǒng)”指一個單獨的流體流動單元[1]。同一壓力系統(tǒng)特征包括:①系統(tǒng)內(nèi)壓力可以相互傳遞;②系統(tǒng)內(nèi)流體互相連通,并可由壓力高勢能區(qū)向低勢能區(qū)流動,任何一點壓力的變化將傳播到整個系統(tǒng)。溫度系統(tǒng)較壓力系統(tǒng)復(fù)雜,受巖石產(chǎn)熱、巖石熱導(dǎo)、流體流動等綜合因素決定。溫度系統(tǒng)與壓力系統(tǒng)密切相關(guān),又各自獨立,溫度系統(tǒng)隨著地質(zhì)研究目標(biāo)的尺度變化而變化。

地層壓力系數(shù)定義為地層孔隙流體壓力與同深度凈水柱壓力之比值,是測量點深度和壓力的一個擬對比參數(shù)。公式為:

式中:FP為地層壓力系數(shù);pL為地層孔隙壓力測量值,MPa;ρf為與地層孔隙壓力相當(dāng)?shù)牧黧w密度, g/cm3;pHw為地層水凈液柱壓力,MPa;ρw為地層水平均密度,g/cm3;g為地區(qū)重力加速度,cm/s2;Hw為水柱高度,m。

由壓力系數(shù)定義可知壓力系數(shù)必然是測點壓力與測點埋深的比值,而不是測點壓力與測點海拔、測量深度和垂直深度等的比值。若假定地層水的密度為 1 g/cm3,則壓力系數(shù)在數(shù)值上等于測點壓力折算的流體密度,這一參數(shù)對鉆井液密度設(shè)計具有重要參考意義。

為了壓力對比研究的便利,常引入折算壓力參數(shù)。折算壓力是指將不同深度測量的壓力折算到某一參考基準(zhǔn)面 (如海平面、地平面、油水界面、氣水界面等)后的壓力。計算公式:

式中:pZHE為折算壓力,MPa;pL為實測壓力,MPa; ρH為烴流體密度,g/cm3;HL為測量垂直深度或海拔,m;H0為基準(zhǔn)面垂直深度,m。

在油氣藏壓力系統(tǒng)分析中,常用靜壓梯度法分析地層流體性質(zhì)。靜壓梯度定義為沿垂直深度方向,單位深度變化上的壓力變化。計算公式為:

式中:Gp為靜壓梯度,MPa/m;Δp為實測壓力變化量,MPa;ΔH為實測垂直深度變化量,m。

選用上述單位計算時,靜壓梯度在數(shù)值上等于測量段流體的等效密度。若地層內(nèi)為相同流體,則為地層流體密度ρf(g/cm3)。

對于地層溫度系統(tǒng)常用 (靜)地層溫度 (T)和(靜)地溫梯度 (GT)參數(shù)表示。地層溫度是指實際地層的溫度數(shù)值,也稱為梯度地溫。地溫梯度是指單位垂直深度上的溫度變化量大小。對于經(jīng)典的地層溫度與地溫梯度關(guān)系,有如下公式:

式中:T為地層實際溫度,℃;T0為區(qū)域恒溫層地層溫度,℃;Hc為恒溫層以下地層垂直深度 (地層埋深與恒溫層埋深差),m;GT為區(qū)域地溫梯度常數(shù),℃/m。

對于連續(xù)沉積地層,一般具有穩(wěn)定的地溫梯度,地層溫度可用 (4)式計算。對于火山巖、變質(zhì)巖、多期次構(gòu)造升降沉積地層等復(fù)雜結(jié)構(gòu)地層,地溫梯度常表現(xiàn)為隨巖性和深度變化而變化,這種條件下不能用統(tǒng)一的地層溫度計算公式計算地層溫度,需要分段給出符合線性變化的地溫梯度和地層溫度計算公式。地溫梯度的變化在一定程度上反映了溫度系統(tǒng)的變化,由于地層內(nèi)部熱對流傳熱遠(yuǎn)高于巖石熱傳導(dǎo)傳熱,因此,同一壓力系統(tǒng)常具有統(tǒng)一的溫度梯度,不同的溫度梯度反映不同的溫度、壓力系統(tǒng)。

2 溫度壓力測量及分析方法

溫度和壓力常用井下溫度壓力儀器測量得到。由于井下環(huán)境復(fù)雜多變,壓力場、溫度場的平衡需要很長的時間,如何準(zhǔn)確測量地層原始靜態(tài)溫度和壓力,一直存在不少困難[2-9]。

對于深埋地下數(shù)千米的地層溫度和壓力測量,主要圍繞鉆井井眼開展,不同階段有不同的測量方法,如鉆井階段的隨鉆地層壓力溫度測試 (DFT)、鉆桿地層測試 (DST),完井階段的電纜地層測試(FMT)、重復(fù)式地層測試 (RFT),模塊式地層動態(tài)測試(MDT),試油階段的試井溫度壓力測試、生產(chǎn)測井溫度壓力測量等。由于受井眼測量環(huán)境、測量儀器、井下溫度壓力場平衡時間等影響,不同的壓力溫度測量結(jié)果可能存在較大的誤差。

隨鉆地層壓力溫度測試(DFT)、鉆桿地層測試(DST)壓力和溫度資料較粗,由于井下泥漿循環(huán),地層壓力溫度難以恢復(fù)到平衡狀態(tài),因此測量結(jié)果主要用來確定地層流體性質(zhì),壓力、溫度近似結(jié)果;試井和生產(chǎn)測井都是可下入高精度壓力計,可以在地層壓力、溫度平衡后測量,測量精度高,地層溫度壓力代表性強,但是需要時間長,多數(shù)只能測量儲層的宏觀壓力溫度參數(shù),如油層中部溫度壓力;電纜地層測試(如MDT)能夠直接測量地層內(nèi)部流體溫度、壓力,可以進(jìn)行取樣分析,能夠得到縱向上高分辨率的溫度壓力測量結(jié)果,其測量精度較高,占井時間較少,一直是確定流體密度、砂層連通性、流體接觸關(guān)系的主要測量方法。但是,其壓力測試或多或少的存在一定的增壓量,滲透率越小,增壓量越大,要獲得代表地層壓力的真實地層壓力需要的流體擾動量越大,壓力恢復(fù)的時間越長。對于火山巖地層MDT測試存在嚴(yán)重的測量失敗風(fēng)險。研究表明,低滲透率 (<10×10-3μm2)地層中,先進(jìn)的MDT測試,將出現(xiàn)增壓效應(yīng)壓力測井結(jié)果偏大,在特低滲透率 (<1×10-3μm2)地層測量失敗率很高,新疆克拉美麗氣田石炭系火山巖氣藏MDT測井統(tǒng)計顯示測量成功率不足 5%,多數(shù)火山巖氣層滲透率很低,不適于進(jìn)行MDT測試。電纜地層測試資料主要用于確定地層流體性質(zhì),地層滲透率、地層壓力、地層連通性等,其優(yōu)點在于比試井方便、測量縱向分辨率高,便于快速認(rèn)識地層溫度壓力特征。

在進(jìn)行壓力、溫度分析前,首先要依據(jù)研究目的,對各種測量來源的溫度壓力測量資料加以甄別選擇,盡量采用同類型溫度壓力測試的資料進(jìn)行組合分析,剔除隨機誤差和系統(tǒng)誤差較大的資料點后再進(jìn)行統(tǒng)計分析。

具體的溫度壓力參數(shù)分析方法已有很多研究成果,如壓力分析中的當(dāng)量深度法、比率法、伊頓法為異常壓力的定量評價方法;單井溫度分析中,主要運用全井溫度線性擬合法、分段線性擬合法等。多井溫度壓力分析中,主要運用統(tǒng)計分析法、概率誤差評估法等[10-12]。溫度分析中主要分析地層靜止溫度梯度,確定恒溫層溫度,只要測量的井溫能代表原始地溫,單井分析、多井分析結(jié)果相同即可。

同一壓力系統(tǒng)內(nèi),氣層具有單一的壓力梯度曲線,原始地層壓力與儲層埋藏深度呈良好的線性關(guān)系,且其直線斜率 (壓力梯度)與氣體的地下密度相對應(yīng)。與氣層接觸的氣水層,水層有不同的壓力梯度,水層壓力梯度大;氣水層的壓力梯度呈現(xiàn)漸變或不穩(wěn)定的變化狀態(tài)。

圖 1 試井法壓力測量多井統(tǒng)計地層靜壓力梯度分析

利用多井試井壓力測量資料可以采用統(tǒng)計分析和最小二乘擬合分析法獲得壓力參數(shù),壓力梯度分析結(jié)果不隨深度參考系統(tǒng)改變,但是,壓力系數(shù)分析必須采用垂直埋深與測量壓力參數(shù)分析才符合標(biāo)準(zhǔn) (圖 1)。

從試井壓力測量結(jié)果分析確定的氣層壓力梯度相當(dāng)?shù)奶烊粴饷芏确謩e為 0.292、0.291 g/cm3,在誤差范圍內(nèi)可以認(rèn)為兩者分析結(jié)果相同。但是,對壓力系數(shù)分析必須建立在垂直埋深與埋深點測量壓力數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上,盡管利用海拔深度、測量深度(MD)、真深度(TVD)等確定壓力系數(shù)常常誤差不大,但是對地面起伏落差較大的地區(qū),誤差可能較大。

吉林英臺氣田實測壓力分析表明,用地層埋深-壓力分析法確定的氣層流體密度為 0.279 g/cm3,氣水界面為地層埋深 3782.2 m;測點海拔深度 -壓力分析法確定的氣層密度為 0.286 g/cm3,氣水界面為深度海拔 -3 616.2 m。天然氣壓力深度擬合線性相關(guān)系數(shù)R2=0.989,說明該氣藏天然氣組分有所變化,與實際取樣分析結(jié)果符合較好。如果在多井試油結(jié)論相同的壓力測量結(jié)果擬合分析中,壓力與深度關(guān)系的擬合線性不好 (R2>0.95為好),只要確認(rèn)壓力測量結(jié)果可靠,便可斷定測量結(jié)果來自不同的天然氣組分或不同的壓力系統(tǒng)。

3 溫度壓力參數(shù)應(yīng)用

溫度壓力參數(shù)是油氣勘探開發(fā)中必須測量并需要持續(xù)測量的關(guān)鍵性參數(shù),在油氣藏勘探開發(fā)研究中具有廣泛的應(yīng)用[13]。諸如:①疑難儲層流體類型快速識別技術(shù);②壓力剖面氣、油、水界面識別技術(shù);③油氣藏類型快速識別技術(shù);④高壓流體物性分析;⑤油氣藏的類型和油氣藏的性質(zhì)等。

火山巖氣藏分類研究中,溫度壓力是關(guān)鍵性要素。參照油氣開發(fā)溫度壓力劃分標(biāo)準(zhǔn),對火山巖氣藏的溫度壓力分類進(jìn)行研究,建立了火山巖氣藏溫度壓力分類指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)(表 1)。

表 1 火山巖油氣藏分類中的溫度壓力參數(shù)分類指標(biāo)

在火山巖氣藏溫度壓力分類標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用中,考慮到鉆井、測量和開發(fā)管柱設(shè)計等均受溫度壓力參數(shù)制約,從安全性出發(fā),一般采用苛刻分類限制,即只要有一項高溫高壓指標(biāo)達(dá)到分類標(biāo)準(zhǔn),就屬于高溫高壓氣藏。

對于復(fù)雜多變的火山巖氣藏,利用溫度壓力測量資料進(jìn)行儲層連通性分析尤為重要。在火山巖氣藏連通性分析中關(guān)鍵要把握兩點:一是靜態(tài)上地質(zhì)體具有巖性連續(xù)性,溫度系統(tǒng)具有統(tǒng)一性,流體組分有一致性;二是動態(tài)上要確定存在井間壓力干擾,溫度干擾。滿足上述 2個條件即可判定火山巖氣藏存在連通性。

利用本文溫度壓力分析評價方法和建立的火山巖氣藏溫度壓力分類標(biāo)準(zhǔn),對我國大慶徐深、吉林長嶺和新疆克拉美麗火山巖氣藏進(jìn)行溫度壓力分類評價。

克拉美麗石炭系火山巖氣藏地溫梯度為0.023 1℃/m,恒溫層溫度為 14.25℃,地層溫度110℃,地層壓力系數(shù) 1.19,氣層壓力梯度 0.002 49 MPa/m,地層絕對壓力大于 30 MPa。在氣藏溫度壓力參數(shù)分類中定為正常溫度壓力系數(shù)的高壓氣藏。壓力 -深度分析顯示克拉美麗氣田具有顯著的火山體控制氣藏特征,不同的井區(qū)地層壓力系數(shù)不同,同一井區(qū)壓力梯度近似但壓力不同,表明氣藏不連通,單個火山體氣藏的規(guī)模有所降低。

大慶徐深氣田火山巖氣藏地層靜溫梯度0.041℃/m,井底溫度大于 150℃。氣藏壓力系數(shù)變化大,平均壓力系數(shù)為 1.03,壓力梯度 0.002 65 MPa/m,氣層絕對平均壓力大于 30 MPa。屬于正常壓力系數(shù)的高溫高壓氣藏。實測壓力 -深度關(guān)系復(fù)雜凌亂,反映了大慶徐深火山巖氣藏具有壓力變化快、氣藏規(guī)模大小不一特征,多個火山體氣藏之間不連通。

長嶺氣田火山巖氣藏地層靜溫梯度 0.028 99℃/m,恒溫層溫度為 10.12℃,井底溫度小于 150℃,壓力系數(shù)為 1.142,氣層壓力梯度為 0.002 8MPa/m,氣層絕對壓力大于 30 MPa。屬于正常溫度、壓力系數(shù)的高壓氣藏。長嶺氣田壓力 -深度分析顯示為各測量點壓力擬合相關(guān)性好,表明氣藏規(guī)模較大,局部儲層具有一定的低滲區(qū)域,但整體上具有較好的連通性。

4 結(jié) 論

(1)火山巖氣藏溫度壓力參數(shù)分析以溫度壓力分析理論為基礎(chǔ),必須按照規(guī)范要求進(jìn)行。

(2)單井分析和多井分析適用性不同,單井分析有利于確定單井流體性質(zhì)、流體界面、溫度壓力剖面特征,多井分析有利于確定氣藏規(guī)模、儲層連通性、流體界面宏觀特征。

(3)依據(jù)火山巖氣藏溫度壓力特征建立了火山巖氣藏溫度壓力分類規(guī)范,在我國火山巖氣藏開發(fā)分類中進(jìn)行了應(yīng)用,也為火山巖氣藏溫度壓力分類提供了分析評價標(biāo)準(zhǔn)。

[1]李士倫 .天然氣工程 [M].北京:石油工業(yè)出版社, 2000:161-163.

[2]中國石油天然氣總公司 .氣藏分類 SY/T 6168-1995 [S].1996:1-8.

[3]郭永峰,等 .新的地層壓力系數(shù)預(yù)測方法及在板深 7井的應(yīng)用[J].鉆井液與完井液,2001,18(5):1-7.

[4]宋長偉,吳秀田,李剛,等 .RFT在二連油田油水層系識別中的應(yīng)用[J].測井技術(shù),2001,25(3):235-238.

[5]渠波,滿麗,張海燕,等 .RFT資料監(jiān)測地層壓力在雙河油田的應(yīng)用[J].石油天然氣學(xué)報,2005,27(6):739 -740.

[6]王杰堂 .RFT測井資料解釋處理方法與軟件應(yīng)用[J].勘探地球物理進(jìn)展,2007,30(4):301-305.

[7]陸大衛(wèi),寧從前 .MDT測井技術(shù)在我國陸上油氣勘探中的應(yīng)用[J].中國石油勘探,2003,8(1):58-66.

[8]陳育勤,張樹東 .MDT測井技術(shù)在川東北地區(qū)多井解釋中的應(yīng)用[J].天然氣工業(yè),2006,(7):1-7.

[9]張宗林,汪關(guān)鋒,晏寧平,等 .低滲透氣藏壓力系統(tǒng)劃分技術(shù)[J].天然氣工業(yè),2007,27(5):104-105.

[10]劉巖生,蘇義腦 .探井地層孔隙壓力計算 [J].石油鉆采工藝,2000,22(5):6-9.

[11]禹榮,曾喜生,許慶國 .地層異常壓力的定量評價方法[J].斷塊油氣田,2001,8(3):25-27.

[12]高玉紅,于士泉,崔紅霞,等 .升平氣田火山巖氣藏廢棄地層壓力研究[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā),2006,25 (4):51-54.

[13]Charles Collins,等 .對壓力梯度應(yīng)用統(tǒng)計分析估計儲層連通性和流體接觸面的綜合研究方法[J].國外油氣地質(zhì)信息,2008,37(1):70-84.

編輯 王 威 孟凡勤

TE133.1

A

1006-6535(2010)05-0044-04

20100518;改回日期:20100610

國家“973”項目“火山巖氣藏有效儲層內(nèi)部結(jié)構(gòu)及滲流規(guī)律”(2007CB209507),國家重大專項“含 CO2天然氣藏開發(fā)技術(shù)與技術(shù)示范”(2008ZX05016-001)

陳福利 (1971-),男,高級工程師,1994年畢業(yè)于江漢石油學(xué)院測井專業(yè),現(xiàn)在中國石油勘探開發(fā)研究院博士后工作站,主要從事火山巖氣藏開發(fā)和儲層評價研究工作。