不封閉氣藏建庫(kù)庫(kù)容設(shè)計(jì)

李季，張吉軍

（西南石油大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，四川 成都610500）

由于用戶(hù)的多樣化，天然氣消費(fèi)量存在著時(shí)間上的不均衡性。隨著天然氣工業(yè)的發(fā)展，天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)應(yīng)運(yùn)而生［1-2］。為滿足“周期性強(qiáng)注強(qiáng)采”原則，目前國(guó)內(nèi)外建設(shè)地下儲(chǔ)氣庫(kù)主要選擇構(gòu)造封閉、高孔高滲的氣藏。天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)的庫(kù)容是指儲(chǔ)氣庫(kù)達(dá)到最高允許壓力時(shí)儲(chǔ)存的天然氣量，是衡量天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)調(diào)峰能力的重要指標(biāo)，是儲(chǔ)氣庫(kù)工作氣量、單井能力等指標(biāo)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。若設(shè)計(jì)儲(chǔ)氣庫(kù)上限壓力為氣藏的原始地層壓力，則儲(chǔ)氣庫(kù)庫(kù)容即計(jì)算的氣藏動(dòng)儲(chǔ)量，一般采用壓降法等動(dòng)態(tài)方法來(lái)求取。

1 研究區(qū)概況

1.1 特點(diǎn)及范圍

經(jīng)過(guò)前期地質(zhì)論證，榆林氣田南區(qū)為低孔低滲、巖性氣藏，東、西、南部?jī)?chǔ)層封閉性較好，北部與長(zhǎng)北合作區(qū)交接處儲(chǔ)層相互連通。為處理好礦權(quán)，借鑒國(guó)外相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，臨近邊界處打監(jiān)測(cè)控制井，以監(jiān)測(cè)、優(yōu)化控制區(qū)范圍，并防止氣體溢漏（見(jiàn)圖1）。在確定榆林氣田南區(qū)動(dòng)儲(chǔ)量的基礎(chǔ)上，利用氣藏工程和數(shù)值模擬方法對(duì)巖性氣藏壓力傳播速度開(kāi)展研究，繪制了壓力波傳播理論圖版，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證了圖版的準(zhǔn)確性。在此基礎(chǔ)上，對(duì)不同注采周期庫(kù)區(qū)范圍及庫(kù)容進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，為榆林南儲(chǔ)氣庫(kù)防止氣體溢漏及相關(guān)指標(biāo)設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)依據(jù)。

圖1 榆林氣田南區(qū)地下儲(chǔ)氣庫(kù)庫(kù)區(qū)范圍示意

1.2 動(dòng)儲(chǔ)量計(jì)算

計(jì)算動(dòng)儲(chǔ)量的方法主要有壓降法、流動(dòng)物質(zhì)平衡法、產(chǎn)量不穩(wěn)定分析法等［3-12］。當(dāng)氣井測(cè)壓資料較多時(shí)，應(yīng)用壓降法計(jì)算；當(dāng)氣井測(cè)壓資料較少時(shí)，應(yīng)用流動(dòng)物質(zhì)平衡法、產(chǎn)量不穩(wěn)定分析法計(jì)算。3 種計(jì)算方法在理論上都是可行的，實(shí)際計(jì)算結(jié)果誤差均低于10%。壓降法為實(shí)測(cè)資料，具有更高的可信度，因此，壓降法計(jì)算的庫(kù)容更接近實(shí)際。

利用壓降法、流動(dòng)物質(zhì)平衡法及產(chǎn)量不穩(wěn)定分析法，對(duì)榆林南儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)區(qū)動(dòng)儲(chǔ)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果為317.2×108m3（見(jiàn)表1）。本文動(dòng)儲(chǔ)量的確定以壓降法計(jì)算結(jié)果為主要依據(jù)。

表1 儲(chǔ)氣庫(kù)區(qū)動(dòng)儲(chǔ)量計(jì)算結(jié)果 108 m3

2 庫(kù)區(qū)范圍及庫(kù)容優(yōu)化設(shè)計(jì)

地下儲(chǔ)氣庫(kù)需進(jìn)行周期性強(qiáng)注強(qiáng)采，對(duì)圈閉的封閉條件要求高。由于地質(zhì)論證認(rèn)為榆林氣田南區(qū)與長(zhǎng)北合作區(qū)交接處相互連通，因此，榆林氣田南區(qū)建設(shè)地下儲(chǔ)氣庫(kù)，需要通過(guò)壓力傳播速度研究以確定庫(kù)區(qū)范圍，并通過(guò)庫(kù)容優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)控制氣體溢漏。

2.1 壓力傳播速度研究

根據(jù)榆林氣田南區(qū)地質(zhì)特征，采用氣藏工程和數(shù)值模擬方法研究?jī)?chǔ)氣庫(kù)建設(shè)區(qū)壓力傳播速度。

2.1.1 氣藏工程方法

當(dāng)氣井的產(chǎn)量瞬時(shí)改變以后，在某一給定的時(shí)間內(nèi)壓力擾動(dòng)前緣所達(dá)到的距離，稱(chēng)為探測(cè)半徑（即壓力影響半徑），其大小由壓降測(cè)試時(shí)間和氣藏巖石及流體的性質(zhì)決定。根據(jù)前人研究結(jié)果［13-14］，對(duì)于一口均質(zhì)圓形氣藏井的情況，壓力影響半徑與壓力傳播時(shí)間有如下關(guān)系：

式中：r 為壓力影響半徑，m；K 為儲(chǔ)層滲透率，10-3μm2；t 為壓力傳播時(shí)間，h；φ 為儲(chǔ)層孔隙度；μ 為天然氣黏度，mPa·s；Ct為綜合壓縮系數(shù)，MPa-1。

根據(jù)式（1），取榆林南儲(chǔ)氣庫(kù)儲(chǔ)層孔隙度為0.06，天然氣黏度為0.02 mPa·s，綜合壓縮系數(shù)為0.02 MPa-1，分別對(duì)滲透率為2.00×10-3，4.00×10-3，6.00×10-3μm2條件下不同傳播時(shí)間的壓力影響半徑進(jìn)行計(jì)算（見(jiàn)圖2）。

圖2 壓力傳播時(shí)間與影響半徑的關(guān)系

由圖2可知，當(dāng)儲(chǔ)層滲透率為4.00×10-3μm2（接近榆林南區(qū)試井分析平均滲透率4.85×10-3μm2）時(shí)，在1，2，3 a 后，壓力影響半徑分別為4.2，5.9，7.2 km。

2.1.2 數(shù)值模擬方法

為論證庫(kù)區(qū)與長(zhǎng)北邊界的合理距離，利用榆林南地質(zhì)模型，設(shè)置虛擬水平井，分析壓力波波及速度（南區(qū)壓力為20.0 MPa，長(zhǎng)北壓力為10.0 MPa）。

根據(jù)數(shù)值模擬軟件運(yùn)算結(jié)果，繪制不同時(shí)刻壓力差剖面（見(jiàn)圖3）。由圖3可知，當(dāng)長(zhǎng)北地層壓力為10.0 MPa（對(duì)應(yīng)目前系統(tǒng)集輸最低井口壓力6.4 MPa 及論證的榆林廢棄地層壓力10.0 MPa） 時(shí)，在注氣周期為1，2，3 a 時(shí)，壓力波傳播距離分別為4.3，6.1，7.6 km。

綜合氣藏工程及數(shù)值模擬方法研究結(jié)果，在1，2，3 a 注氣周期時(shí)，壓力分別傳播到距離長(zhǎng)北邊界的第3，4，5 排生產(chǎn)井附近，因此1，2，3 a 注氣周期下，需分別距離長(zhǎng)北第2，3，4 排氣井建設(shè)儲(chǔ)氣庫(kù)注采井。

圖3 不同注氣周期壓力差剖面

2.2 井間干擾測(cè)試

對(duì)預(yù)設(shè)庫(kù)址區(qū)進(jìn)行干擾測(cè)試，確定壓力傳播速度。測(cè)試時(shí)間以能觀測(cè)到明顯的壓力干擾現(xiàn)象為止，若無(wú)任何干擾反映，可延長(zhǎng)測(cè)試時(shí)間［15-17］。

井間干擾試驗(yàn)共進(jìn)行了3 組，大部分井在一定時(shí)間內(nèi)見(jiàn)到干擾，結(jié)果表明該地區(qū)儲(chǔ)層在平面上相互連通（見(jiàn)表2）。

表2 干擾試井井組試驗(yàn)結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)3 井組干擾試驗(yàn)的分析，修正了壓力波傳播理論圖版，為儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)區(qū)范圍的確定提供了基礎(chǔ)依據(jù)（見(jiàn)圖4）。

圖4 壓力傳播速度圖版

2.3 不同注采周期庫(kù)區(qū)范圍及庫(kù)容優(yōu)化設(shè)計(jì)［5］

根據(jù)1，2，3 a 不同注采周期，依據(jù)上述論證的壓力傳播速度，分別需在長(zhǎng)北第2，3，4 排氣井一定距離建設(shè)儲(chǔ)氣庫(kù)注采井。在上述論證的有利區(qū)域基礎(chǔ)上，儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)尚需分別扣除對(duì)應(yīng)井排面積，以便有效控制不同注采周期氣體向長(zhǎng)北外溢的速度。扣除后，計(jì)算不同注采周期儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)區(qū)范圍內(nèi)單井累加庫(kù)容為：1 a 周期建庫(kù)容207.5×108m3；2 a 周期建庫(kù)容152.2×108m3；3 a 周期建庫(kù)容121.4×108m3。同時(shí)利用測(cè)試資料，建立了不同注采周期要求情況下建庫(kù)區(qū)的整體壓降曲線（見(jiàn)圖5）。從圖5可以看出：1 a 周期整體壓降庫(kù)區(qū)庫(kù)容為200.3×108m3，2 a 周期整體壓降庫(kù)區(qū)庫(kù)容為146.1×108m3，3 a 周期整體壓降庫(kù)區(qū)庫(kù)容為116.3×108m3，其結(jié)果與單井累加庫(kù)容基本一致。

圖5 不同注采周期下建庫(kù)區(qū)整體壓降曲線

因單井累加結(jié)果存在部分重復(fù)，故以整體壓降庫(kù)區(qū)動(dòng)儲(chǔ)量為計(jì)算榆林南儲(chǔ)氣庫(kù)庫(kù)容的依據(jù)。由于榆林南儲(chǔ)氣庫(kù)設(shè)計(jì)上限壓力為原始?jí)毫?，因此整體壓降庫(kù)區(qū)動(dòng)儲(chǔ)量與儲(chǔ)氣庫(kù)庫(kù)容相等。

3 結(jié)論

1）根據(jù)壓降法、流動(dòng)物質(zhì)平衡法、產(chǎn)量不穩(wěn)定分析法，計(jì)算得到榆林南區(qū)儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)有利區(qū)庫(kù)容為317.3×108m3。

2）建立榆林氣田南區(qū)壓力傳播速度圖版，并通過(guò)3 組井間干擾試驗(yàn)證實(shí)了榆林氣田南區(qū)儲(chǔ)層的連通性，驗(yàn)證了壓力傳播速度圖版的準(zhǔn)確性，為儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)區(qū)范圍的確定提供了基礎(chǔ)依據(jù)。

3）在一定的注采周期要求下，計(jì)算了儲(chǔ)氣庫(kù)注采井與長(zhǎng)北邊界的距離，并以此為基礎(chǔ)，優(yōu)化設(shè)計(jì)儲(chǔ)氣庫(kù)的庫(kù)容為：1 a 周期整體壓降庫(kù)區(qū)庫(kù)容為200.3×108m3，2 a 周期整體壓降庫(kù)區(qū)庫(kù)容為146.1×108m3，3 a 周期整體壓降庫(kù)區(qū)庫(kù)容為116.3×108m3。

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