致密砂巖氣藏井網(wǎng)加密潛力快速評價方法

嚴(yán)　謹(jǐn)，史云清，鄭榮臣，王樹平

(1.中國石化 海相油氣田開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗室，北京 100083；　2.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

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致密砂巖氣藏井網(wǎng)加密潛力快速評價方法

嚴(yán)謹(jǐn)1，2，史云清1，2，鄭榮臣1，2，王樹平1，2

(1.中國石化 海相油氣田開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗室，北京 100083；2.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

致密砂巖氣藏地質(zhì)條件復(fù)雜，采收率較低，國內(nèi)外開發(fā)實(shí)踐表明井網(wǎng)加密已成為此類氣田提高采收率的關(guān)鍵技術(shù)。針對致密砂巖氣藏開發(fā)井?dāng)?shù)多、快速評價井網(wǎng)加密潛力數(shù)值模擬方法不經(jīng)濟(jì)、地質(zhì)統(tǒng)計法和移動窗口法評價結(jié)果與實(shí)際差異較大等問題，綜合地質(zhì)研究與氣井動態(tài)資料，采用不穩(wěn)定流動分析方法，建立井網(wǎng)密度與單井增加可采儲量的關(guān)系。從加密井單井增加可采儲量出發(fā)，結(jié)合經(jīng)濟(jì)學(xué)原理，建立了加密效益函數(shù)，能夠快速準(zhǔn)、確預(yù)測出開發(fā)區(qū)是否具有加密潛力及加密潛力大小，為氣田調(diào)整挖潛決策提供可靠依據(jù)。實(shí)例應(yīng)用結(jié)果表明，大牛地氣田DK13井區(qū)山西組1段天然氣在目前成本和價格下，經(jīng)濟(jì)最佳井網(wǎng)密度為2.2口/km2，經(jīng)濟(jì)極限井網(wǎng)密度為7.06口/km2，加密潛力較大。

動態(tài)分析；井網(wǎng)密度；可采儲量；采收率；致密砂巖氣藏

致密砂巖氣藏儲層物性差、非均質(zhì)性強(qiáng)、砂體規(guī)模較小、單層儲量豐度低[1-7]，采收率一般較低[8-9]。美國致密砂巖氣開發(fā)經(jīng)驗表明：加密鉆井可以增加波及面積、提高儲量動用程度、提高氣井的采收率，井網(wǎng)加密已經(jīng)成為開發(fā)致密砂巖氣藏的主要技術(shù)之一[10-12]。但實(shí)際操作過程中面臨的最大難題是如何優(yōu)化井網(wǎng)井距，一方面是氣田開發(fā)要獲得較高的采收率，另一方面是經(jīng)營者要取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。油藏開發(fā)井網(wǎng)加密潛力評價方法較多，主要是在謝爾卡喬夫公式的基礎(chǔ)上建立的，根據(jù)井網(wǎng)密度與采收率關(guān)系確定加密潛力；致密氣藏開發(fā)井?dāng)?shù)多，目前主要采用數(shù)值模擬方法[13-15]、地質(zhì)統(tǒng)計法和移動窗口法評價加密潛力[16-22]，這些方法對于擁有數(shù)以千計開發(fā)井的大型致密砂巖氣田而言，不經(jīng)濟(jì)也不適用。

本文在氣藏地質(zhì)研究及氣井動態(tài)分析的基礎(chǔ)上[23]，建立氣井儲層、井筒模型，引入物質(zhì)平衡擬時間，采用產(chǎn)量不穩(wěn)定法和動態(tài)物質(zhì)平衡法，建立氣井不穩(wěn)定流動和邊界流動階段的圖版，進(jìn)行生產(chǎn)歷史擬合，評價氣井動態(tài)儲量和泄氣半徑，在此基礎(chǔ)上建立井網(wǎng)密度與單井增加可采儲量的關(guān)系，以加密井增加可采儲量的投入產(chǎn)出情況為分析對象，從加密井單井增加可采儲量的角度建立加密效益函數(shù)，得到井網(wǎng)密度與經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)系式，快速預(yù)測氣田加密潛力大小，為氣田加密調(diào)整決策提供可靠依據(jù)。

1　井網(wǎng)密度與單井增加可采儲量的關(guān)系

對于一個定容封閉氣藏來說，在整個開發(fā)過程中氣體體積變化服從物質(zhì)守恒原理，其壓降可表示為：

(1)

式中：

p——地層壓力，MPa；

pi——原始地層壓力，MPa；

Z——真實(shí)氣體偏差系數(shù)，無量綱；

Zi——原始地層壓力條件下的真實(shí)氣體偏差系數(shù)，無量綱；

G——原始天然氣地質(zhì)儲量，108m3；

Gp——天然氣累計產(chǎn)量，108m3。

方程(1)求導(dǎo)得：

(2)

式中：

qg——?dú)饩a(chǎn)量，m3/d；

t——時間，d。

為了使氣井的生產(chǎn)動態(tài)分析不受生產(chǎn)條件(變產(chǎn)量或變壓力)限制，Blasingame等人提出了物質(zhì)平衡擬時間，將其定義為：

(3)

式中：

tca——物質(zhì)平衡擬時間，d;

μi——原始地層壓力條件下的天然氣粘度，mPa·s；

μ——天然氣粘度，mPa·s；

Ct——綜合壓縮系數(shù)，1/MPa；

Cti——原始地層壓力條件下的綜合壓縮系數(shù)，1/MPa。

(4)

則(2)式可表示為：

(5)

將(5)式與單相氣體流動方程聯(lián)立，得到單相氣體流動方程為：

(6)

式中：

K——?dú)庀嘤行B透率，10-3μm-2；

Bi——地層體積系數(shù)，無量綱；

h——?dú)鈱雍穸龋琺；

γ——?dú)W拉常數(shù)，0.577 216；

CA——?dú)獠匦螤钜蜃樱瑹o量綱；

渠道預(yù)制混凝土板襯砌糙率取0.017，沿線土質(zhì)多為粉土、黏土、粉質(zhì)黏土，當(dāng)渠道設(shè)計水深在小于1m時，填方渠道的內(nèi)邊坡需≥1.25［3］。結(jié)合渠道土質(zhì)及項目區(qū)的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗，確定渠道內(nèi)外邊坡系數(shù)均取1.5。按照設(shè)計流量，本次渠堤寬度取1.0m。4、5級渠道岸頂超高計算如式（1）：

pp——規(guī)整化擬壓力，psi；

ppi——原始地層壓力條件下的規(guī)整化擬壓力，psi;

A——泄氣面積，ft2。

公式(3)與公式(6)相加得到變流量后瞬變流氣體流動方程：

(7)

其中：

(8)

(9)

該公式綜合了氣體滲流的不穩(wěn)定早期和擬穩(wěn)定流動晚期，并通過物質(zhì)平衡方法修正了擬時間函數(shù)和擬壓力函數(shù)，可以進(jìn)行單井長期的生產(chǎn)動態(tài)分析。

(10)

其中Qn規(guī)整化累積產(chǎn)量，定義為：

(11)

以規(guī)整化流量qg/Δpp和規(guī)整化累積產(chǎn)量Qn線性回歸獲得直線，外推獲得天然氣地質(zhì)儲量Gi，再通過迭代修正，最終確定該井的井控儲量和井控半徑。

圖1　DK13井區(qū)井網(wǎng)密度與單井增加可采儲量關(guān)系

通過氣田氣井不穩(wěn)定流動分析，可得到該氣田井網(wǎng)密度與單井增加可采儲量關(guān)系曲線(圖1)。從大牛地氣田DK13井區(qū)的分析結(jié)果可以看出，加密井平均單井增加可采儲量與井網(wǎng)密度呈指數(shù)關(guān)系，隨著井網(wǎng)密度的增大，加密井平均單井增加可采儲量逐漸減小。不同井網(wǎng)密度下加密井平均單井增加可采儲量可表示為：

(12)

式中：Ndj——單井增加可采儲量，104m3；

S——井網(wǎng)密度，口/km2；

a，b——系數(shù)，無量綱。

2　井網(wǎng)加密潛力評價方法

設(shè)目前井網(wǎng)密度為S0，加密后的井網(wǎng)密度為S，根據(jù)公式(12)，加密后氣田增加的可采儲量為：

(13)

用Pro表示銷售收入，用Inv表示油田平均單井開發(fā)建設(shè)投資，則井網(wǎng)加密后，氣田的經(jīng)濟(jì)效益函數(shù)f(S)可表示為：

(14)

當(dāng)f(S)<0時，代表加密井增加的可采儲量的銷售收入小于成本，油田加密無效益。當(dāng)f(S)>0時，代表加密井增加的可采儲量的銷售收入大于成本，井網(wǎng)加密有經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)f(S)=0時對應(yīng)的井控面積即為經(jīng)濟(jì)極限井控面積。

(15)

圖2　DK13井區(qū)經(jīng)濟(jì)效益與井網(wǎng)密度關(guān)系

經(jīng)濟(jì)最佳井網(wǎng)密度為：

(16)

3　應(yīng)用實(shí)例

大牛地氣田DK13井區(qū)山1段含氣面積為161.5 km2，地質(zhì)儲量135.49×108m3,井網(wǎng)密度為0.6口/km2。該區(qū)塊平均單井增加可采儲量與井網(wǎng)密度的關(guān)系(圖1)為：

Ndj=11 389S-0.968

(17)

根據(jù)區(qū)塊的投資和天然氣銷售價格，計算不同井網(wǎng)密度下的加密效益評價函數(shù)值，作f(S)與井網(wǎng)密度的關(guān)系圖(圖2)。從圖2可以看出，當(dāng)井網(wǎng)密度為2.2口/km2時，氣田開發(fā)經(jīng)濟(jì)效益最大，此時的井網(wǎng)密度即為經(jīng)濟(jì)最佳井網(wǎng)密度。而如果井網(wǎng)密度大于7.06口/km2時，開發(fā)經(jīng)濟(jì)小于0，氣田開發(fā)是虧本的，因此，氣田開發(fā)的經(jīng)濟(jì)極限井網(wǎng)密度為7.06口/km2。

4　結(jié)論

1) 采用不穩(wěn)定流動分析方法建立了致密氣藏單井增加可采儲量與井網(wǎng)密度關(guān)系的計算模型，以加密井增加可采儲量的投入產(chǎn)出情況為分析對象，從加密井單井增加可采儲量的角度建立加密效益函數(shù)，得到的井網(wǎng)密度與經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)系公式，能夠快速預(yù)測氣田加密潛力大小，為氣田加密調(diào)整及潛力測算提供了依據(jù)。

2) 氣田開發(fā)是一個不斷調(diào)整完善的問題，加密潛力計算也是階段性調(diào)整的結(jié)果。受市場和物價因素的影響，天然氣價格及開發(fā)成本一直處于變化過程，氣田開發(fā)決策應(yīng)緊密聯(lián)系市場變化。

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(編輯董立)

Quick evaluation methodology of infill drilling potential in tight sandstone gas reservoirs

Yan Jin1，2,Shi Yunqing1，2,Zheng Rongchen1，2,Wang shuping1，2

(1.SIINOPECKeyLaboratoryforMarineOilandGasExploration,Beijing100083,China;2.PetroleumExploration&ProductionResearchInstitute,SINOPEC,Beijing100083,China)

Recovery factor of tight sandstone gas reservoir is low due to disadvantageous geological condition.Domestic and overseas development practices indicate the importance of infill drilling for EOR.Several methods including numerical simulation,geostatistical analysis and moving split-window are available for rapid evaluation of in-fill drilling potential.However,the numerical simulation method is high in cost,and the geostatistical analysis and moving split-window methods are not accurate.In this paper,a functional relationship is established between well spacing density and incremental recoverable reserve of single well based on geological data and dynamic behavior analysis.The infill drilling profit function is developed based on economic principles.The proposed quick evaluation method can be used to evaluate the potential of infill drilling and support decision making in development adjustment and potential tapping of tight gas reservoirs.Case study result shows great infill drilling potential in DK13 Block in Daniudi gas field, the optimal economic well spacing density is 2.2 wells/km2, the economic limit well spacing density is about 7.06 wells/km2under current oil price and operation cost.

dynamic analysis,recoverable reserve,well spacing density,recovery,tight sandstone gas reservoir

2015-04-24;

2015-12-25。

嚴(yán)謹(jǐn)(1973—)，女，高級工程師，氣藏工程研究。E-mail:yanjin.syky@sinopec.com。

國家科技重大專項(2011ZX05045)；中國石化科技攻關(guān)項目(P12101)。

0253-9985(2016)01-0125-04

10.11743/ogg20160117

TE348

A