大牛地氣田液氮伴注效果分析及優(yōu)化研究

林彥兵 劉艷

(中國石油化工股份有限公司華北分公司，鄭州 450006)

近年來，水力壓裂已經(jīng)成為大牛地氣田有效建產(chǎn)的開發(fā)方式，壓裂井壓后快速返排、減小壓裂液對地層污染是壓后獲得高產(chǎn)的重要條件。然而目前大牛地氣田壓裂井出現(xiàn)液氮伴注比例差異較大、伴注比例偏小的現(xiàn)象。通常在施工條件允許的情況下，液氮伴注量越多越好，但是生產(chǎn)成本也隨液氮伴注量提高而加大。如何確定合理的液氮伴注量是生產(chǎn)當中需要研究的一項內(nèi)容。本文通過研究大牛地盒1氣層啟動壓力對壓裂液返排造成的影響，提出確定大牛地氣田氣井壓后自噴條件下的最小液氮伴注比例的確定方法，為壓裂施工液氮伴注液氮量的確定提供理論依據(jù)。

1 大牛地氣田液氮伴注現(xiàn)狀分析

1.1 液氮伴注原理

液氮助排技術(shù)主要通過延遲交聯(lián)技術(shù)在壓裂液中加入氮氣，形成均勻泡沫凍膠，以撐開地層，減少壓裂液濾失，并在壓裂后靠釋放出的氮氣反推破膠水化液排出地層，與液體混合形成混氣水，降低了液體的比重，減少井筒靜水柱壓力，使入井液體能夠順利地排出［1］。

1.2 大牛地氣田液氮伴注現(xiàn)狀分析

對大牛地氣田74口裸眼水平井液氮伴注情況及壓后放噴效果進行統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果見表1。

表1 大牛地氣田裸眼水平井液氮伴注及壓后返排情況

從表1可以看出，大牛地氣田裸眼水平井液伴注比例差別較大，最小為4.3%，最大達到7%，并且壓后的自然噴通率較低。以盒1氣層為例統(tǒng)計的50口壓裂水平井中，其中有23口井自然噴通，有27口井沒有自然噴通，自然噴通率僅為47%，這不僅使壓裂液長時間滯留在地層中，對地層造成污染，而且延長了試氣時間，增大了生產(chǎn)成本。另外，從表1可以看出，較高的液氮伴注比例的壓裂層位，有著較高的自然噴通率。

圖1為大牛地氣田裸眼水平井液氮伴注比例與壓裂液返排率關(guān)系。從圖中可以看出，壓裂液返排率隨著單位體積壓裂液攜帶液氮體積的增大而增大。因此，在保證施工安全的情況下，要盡量提高液氮伴注比例，提高壓裂液的返排率，減少壓裂液對地層的污染。

圖1 大牛地氣田裸眼水平井液氮伴注比例與返排率關(guān)系

2 大牛地氣田啟動壓力梯度研究

低滲透油氣藏具有孔喉微細、比表面大、滲流速度小的特點，其與常規(guī)滲透率油藏的滲流規(guī)律不同，在低速滲流時不再符合線性滲流規(guī)律，而是存在一個明顯的啟動壓力梯度。這個啟動壓力梯度的存在為油氣流體在儲層中的流動帶來了額外的阻力，這也為在相關(guān)開發(fā)指標的計算中不得不考慮啟動壓力梯度的影響［2－3］。典型的非線性滲流曲線見圖2。

圖2 特低滲透油田流體非線性滲流曲線

其滲流速度與壓力梯度的關(guān)系用式(1)表示:

式中:V—流速，m/s;

K —滲透率，10－3μm2;

μ —黏度，mPa·s;

▽P—壓力梯度，MPam;

Ga—真實啟動壓力梯度，MPam;

Gb—臨界壓力梯度，MPam;

Gc—擬啟動壓力梯度，MPam。

對大牛地氣田盒1氣層巖心樣品進行啟動壓力梯度測試實驗，其氣層滲透率與啟動壓力梯度關(guān)系曲線如圖3所示。

實驗認為大牛地氣田盒1氣層在流體滲流過程中存在啟動壓力梯度，經(jīng)回歸，其啟動壓力梯度與滲透率之間的關(guān)系如式(2)所示:

圖3 大牛地氣田盒1氣層滲透率與啟動壓力梯度

則大牛地氣田盒1氣層壓裂后氣體泄流半徑范圍內(nèi)的啟動壓差為:

式中，Re為氣井壓裂后的有效泄流半徑，在致密砂巖儲層中，經(jīng)過長期的壓裂實踐認為，Re取50 m較合適。

3 大牛地氣田液氮伴注比例優(yōu)化

假設(shè)壓裂過程中氣液兩相流體混合均勻，要使壓裂的井能夠自噴，井筒內(nèi)混合流體的液注壓力必須小于地層克服啟動壓差后的生產(chǎn)壓力。井筒內(nèi)液注壓力:

若要使壓裂井壓后自然噴通，則應(yīng)滿足式(5):

井筒中任意一點處的混合液注密度ρ是溫度和壓力的函數(shù)。為了計算方便，以混合液體的平均密度ρmix代替式(5)中的積分部分。

為了計算混合流體的平均密度，取井筒平均壓力和平均溫度進行計算。

則式(5)可轉(zhuǎn)化為:

由式(8)可得出若使壓裂井壓后自噴，需要的最小氮氣體積為:

其中K為考慮了返排摩阻、液氮損失及滑脫效應(yīng)影響的經(jīng)驗系數(shù)，可以根據(jù)具體區(qū)塊經(jīng)驗總結(jié)得出，一般取2～3，壓裂規(guī)模越大其數(shù)值越大［4］。

式中:ρL—壓裂液密度，g·cm－3;

ρN2—在 P、T條件下氮氣密度，g·cm－3;

ρ液氮—液氮密度，0.80823 gcm3;

H—儲層深度，m;

Pe—儲層壓力，MPa;

ΔP—流體啟動壓差，MPa。

以D115井盒1氣層壓裂施工為例，其地層及流體各項參數(shù)見表2。

根據(jù)大牛地氣田盒1層壓裂井壓后自然噴通液氮伴注比例模型算得，最低液氮伴注比例為7%～10.5%(取經(jīng)驗系數(shù)2～3)，而實際液氮伴注比例為6%，該井壓后未能自然噴通，建議大牛地氣田盒1氣層液氮伴注比例至少提高至7%以上。

表2 D115井盒1地層及流體各項參數(shù)表

4 結(jié)語

本次研究統(tǒng)計分析了大牛地氣田目前液氮伴注現(xiàn)狀及壓后返排情況。認為壓后返排率隨著液氮比例的增大而增大，較高的液氮伴注比例有著較高的自然噴通率。

通過大牛地氣田盒1氣層巖心樣品進行啟動壓力梯度測試，認為大牛地氣田盒1氣層在流體滲流過程中存在啟動壓力梯度，并計算出啟動壓力梯度與滲透率之間的關(guān)系。

建立了考慮儲層啟動壓力梯度存在情況下的壓裂井壓后自然噴通所需最小液氮伴注比例模型，并根據(jù)模型計算結(jié)果給出大牛地氣田盒1氣層壓裂井壓后自噴的最小液氮伴注比例。

［1］羅小軍，潘春，郭建偉.蘇里格氣田液氮助排工藝技術(shù)［J］.石油天然氣學報，2012，34(9):291.

［2］李道品，黃延章，羅迪強，等.低滲透砂巖油田開發(fā)［M］.北京:石油工業(yè)出版社，1997:38-57.

［3］吳柏志.低滲透油藏高效開發(fā)理論與應(yīng)用［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2009:80-83.

［4］Hans-Heinrich Waskoenig，Miljenko Cimic.A Method for Real-Time Clean-up Optimization［G］.SPE 77409:18-22.