有水氣藏改建地下儲氣庫運行下限壓力的確定

姜鳳光 王皆明 胡永樂 韓冰潔

1．中國石油勘探開發(fā)研究院 2．中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院

氣藏型地下儲氣庫是目前國內(nèi)最主要的地下儲氣庫類型［1－2］。但對于大多數(shù)氣藏而言，普遍存在邊底水［3］，因此，有水氣藏在改建為地下儲氣庫的過程中，如何合理確定其運行下限壓力，最大限度地減少水侵對地下儲氣庫運行的影響，是決定該類氣藏建庫成敗的關鍵因素之一。目前國內(nèi)對此主要采用氣藏工程方法，該方法的局限性在于主要反映了地下儲氣庫在采氣末期受水侵影響較小條件下的運行情況，無法真實反映采氣末期水侵對地下儲氣庫運行的影響。為此，運用數(shù)值模擬方法，利用產(chǎn)水量、氣水比、氣水界面和含氣飽和度等指標的變化，來表征不同下限壓力下水侵對地下儲氣庫運行的影響。

1 氣藏基本概況

某氣藏四周被斷層切割，構造形態(tài)東高、西低，埋深為4 400m，原始氣水界面深度為4 954m；自上而下劃分為峰峰組、上馬家溝組和下馬家溝組共14個小層。儲層物性差，孔隙度低，滲透率低，高角度微細裂縫相對發(fā)育，部分處于裂縫發(fā)育區(qū)的氣井明顯受到底水水竄的影響。原始地層壓力為47．9MPa，經(jīng)過20多年衰竭式開采，目前地層壓力為29．9MPa。為了較準確地模擬底水沿裂縫的水侵狀況以及改建地下儲氣庫后底水水侵對地下儲氣庫運行的總體影響，采用E300雙重介質(zhì)組分模型進行指標預測。

2 地下儲氣庫運行下限壓力確定

2．1 氣藏工程方法

在氣藏物質(zhì)平衡方法的基礎上［4－6］，將原始含氣孔隙體積扣除建庫前的水侵影響，并引入注氣項，建立地下儲氣庫注采動態(tài)平衡預測模型，表達式為：

氣藏改建地下儲氣庫前未經(jīng)過注氣開發(fā)，通過回歸氣藏歷年累積產(chǎn)氣量、累積產(chǎn)水量和地層壓力的關系曲線，可以預測氣藏繼續(xù)降壓開采到不同壓力下的累積產(chǎn)氣量及累積產(chǎn)水量。根據(jù)式（1）可求得氣藏在不同壓力下改建地下儲氣庫前的水侵量（We）。將We設為定值，代入式（1）即可求得氣藏改建地下儲氣庫后在不同運行壓力下的工作氣量。但要指出的是：由式（1）確定的We值是通過對氣藏歷年累積產(chǎn)氣量、累積產(chǎn)水量回歸預測得到的，與建庫后實際的水侵量存在一定的偏差。

利用注采氣井節(jié)點壓力分析方法［7－14］，假定地層氣體單相流動，確定在不同地層壓力下的單井平均產(chǎn)能（qg），即可得到地下儲氣庫在不同運行壓力下的工作井數(shù)。地下儲氣庫在高壓期（即采氣初期）運行時所需工作井數(shù)表達式為：

地下儲氣庫在低壓期（即采氣末期）運行時所需工作井數(shù)表達式為：

由于qg1＞qg2，所以n1＜n2。為了保證地下儲氣庫正常穩(wěn)定運行，工作井數(shù)采用最大值（即n2）。

該氣藏改建地下儲氣庫運行上限壓力為原始地層壓力（47．9MPa），下限壓力分別為29．9MPa、28．0 MPa和26．0MPa時，利用式（1）和式（3）計算對應下限壓力下地下儲氣庫的工作氣量和工作井數(shù)（圖1）。

圖1 不同下限壓力下地下儲氣庫的工作氣量和工作井數(shù)變化曲線圖

由圖1可知，在上限壓力保持定值的條件下，隨著下限壓力的降低，地下儲氣庫的工作氣量逐步上升、工作井數(shù)逐步增加。當下限壓力為28．0MPa時，地下儲氣庫的工作井數(shù)及工作氣量曲線存在明顯突變拐點，因此，確定下限壓力為28．0MPa。

2．2 數(shù)值模擬方法

以精細氣藏數(shù)值模擬歷史擬合數(shù)據(jù)為基礎，在構造中、高部位布井，注采井距為300m，采氣120d，采氣井數(shù)為43口，單井最大產(chǎn)氣量為20×104m3／d，最低井口壓力為10MPa。

運用數(shù)值模擬方法，利用產(chǎn)水量、氣水比、含氣飽和度及氣水界面等指標的變化，表征不同下限壓力水侵量對地下儲氣庫運行的影響。

2．2．1 產(chǎn)水量和氣水比變化

利用數(shù)值模擬方法預測得到不同下限壓力下地下儲氣庫采氣末期產(chǎn)水量和氣水比的變化情況（圖2）。

圖2 不同下限壓力下地下儲氣庫采氣末期產(chǎn)水量和氣水比變化曲線圖

由圖2可知，隨著下限壓力的降低，產(chǎn)水量逐步上升，氣水比逐步降低。當壓力低于29MPa時，產(chǎn)水量和氣水比發(fā)生明顯變化，產(chǎn)水量急劇上升，氣水比急劇下降，表明地下儲氣庫受水侵的影響較大。當?shù)貙訅毫Ρ３衷?9．9MPa時，地下儲氣庫受水侵的影響較小，產(chǎn)水量很低，氣水比維持在一個較高的水平。

2．2．2 含氣飽和度變化

利用數(shù)值模擬方法預測得到不同下限壓力下地下儲氣庫采氣末期各小層的平均含氣飽和度值（表1）。當下限壓力為29．9MPa時，地下儲氣庫采氣末期峰峰組各小層的含氣飽和度保持較高值，未出現(xiàn)明顯水侵，僅在上馬家溝組Ⅰ小層出現(xiàn)局部水侵；當下限壓力為28．0MPa時，峰峰組Ⅳ、Ⅴ小層和上馬家溝組Ⅰ小層出現(xiàn)較大面積水侵，平均含氣飽和度已低于0．6；當下限壓力為26．0MPa時，峰峰組Ⅲ和Ⅳ小層出現(xiàn)大面積的水侵，平均含氣飽和度已降至0．55，峰峰組Ⅴ小層和上馬家溝組Ⅰ小層已基本水淹，含氣飽和度分別為0．48、0．42。

表1 不同下限壓力下地下儲氣庫采氣末期平均含氣飽和度預測值表

2．2．3 氣水界面變化

當下限壓力為29．9MPa時，氣水前緣位置為4 730m左右，氣水界面上移224m，采氣末期頂部峰峰組各小層未出現(xiàn)明顯水侵，僅上馬家溝組Ⅰ小層出現(xiàn)局部水侵（圖3－a）；當下限壓力為28．0MPa時，氣水前緣位置為4 700m，氣水界面上移250m左右，頂部峰峰組Ⅲ小層沒有出現(xiàn)明顯水侵，但峰峰組Ⅳ、Ⅴ小層和上馬家溝組Ⅰ小層已出現(xiàn)較大面積水侵（圖3－b）；當?shù)貙訅毫抵?6．0MPa時，氣水前緣位置上移至4 640m，氣水界面上移314m，峰峰組Ⅲ小層和Ⅳ小層已出現(xiàn)局部水侵，峰峰組Ⅴ小層和上馬家溝組Ⅰ小層已基本水淹（圖3－c）。

圖3 裂縫系統(tǒng)氣水前緣推進距離變化圖

2．3 綜合對比分析

利用氣藏工程方法確定有水氣藏改建地下儲氣庫的下限壓力為28．0MPa，但該方法主要反映了地下儲氣庫在采氣末期受水侵影響較小條件下的運行情況，不能真實反映采氣末期水侵對地下儲氣庫運行的影響，確定的下限壓力相對較低，存在一定的風險。

利用數(shù)值模擬方法確定有水氣藏改建地下儲氣庫的下限壓力為29．9MPa，該方法利用產(chǎn)水量、氣水比、含氣飽和度及氣水界面等指標變化來反映不同下限壓力下水侵對地下儲氣庫運行的影響，模擬結果更為真實可靠。綜合考慮水侵量和地下儲氣庫的工作氣量規(guī)模，確定該有水氣藏改建地下儲氣庫運行下限壓力為29．9MPa。

3 結論

1）有水氣藏改建地下儲氣庫，其下限壓力的確定是一個至關重要的參數(shù)。下限壓力過高，會降低工作氣量規(guī)模，影響地下儲氣庫運行效率；下限壓力過低，地下儲氣庫采氣末期則會造成地層水大量侵入，影響地下儲氣庫安全穩(wěn)定運行。

2）對于有水氣藏改建地下儲氣庫，利用氣藏工程方法確定下限壓力具有一定局限性；數(shù)值模擬方法更為真實地反映了采氣末期水侵對地下儲氣庫的影響，其確定的下限壓力更為真實可靠。

3）有水氣藏改建地下儲氣庫下限壓力的確定，需要考慮多方面因素的影響，首先應考慮水侵的影響，其次應根據(jù)地下儲氣庫工作氣量規(guī)模和工作井數(shù)來綜合確定下限壓力。

符 號 說 明

Ggt為凝析氣地質(zhì)儲量，m3；Bgti為原始地層壓力時的氣體體積系數(shù)；We為累積水侵量，m3；Wp為累積產(chǎn)水量，m3；Bw為地層水體積系數(shù)；Gpt為累積產(chǎn)凝析氣量，m3；Bgt為任意地層壓力時的氣體體積系數(shù)；Gi為氣藏累積注入干氣量，m3；Bgz為注入干氣體積系數(shù)；pi為原始地層壓力；Cw為地層水壓縮系數(shù)；Cf為巖石壓縮系數(shù)；Swi為束縛水飽和度；qg1、qg2分別為采氣初期和末期單井平均產(chǎn)氣量，104m3／d；n1、n2分別為采氣初期和末期工作井數(shù)，口；t為調(diào)峰時間，d。

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