海上異常高溫高壓氣藏產(chǎn)能評價(jià)方法

成濤 陳建華 阮洪江 劉凱 李佳 馮燕嫻

中海石油（中國）有限公司湛江分公司

海上異常高溫高壓氣藏產(chǎn)能評價(jià)方法

成濤 陳建華 阮洪江 劉凱 李佳 馮燕嫻

中海石油（中國）有限公司湛江分公司

儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性對氣藏開發(fā)具有一定的影響，隨著敏感性的增強(qiáng)，產(chǎn)能表現(xiàn)出明顯降低的趨勢。目前關(guān)于海上高溫高壓氣藏考慮應(yīng)力敏感性的產(chǎn)能研究較少，且海上氣田受制于生產(chǎn)平臺(tái)的限制，生產(chǎn)井一般為大斜度井，井斜產(chǎn)生擬表皮因數(shù)對產(chǎn)能也有較大影響。從滲流力學(xué)的基本理論出發(fā)，建立了綜合考慮應(yīng)力敏感性和高速非達(dá)西效應(yīng)的大斜度井穩(wěn)態(tài)產(chǎn)能方程，并對中海油某高溫高壓氣藏進(jìn)行了實(shí)例分析，驗(yàn)證了產(chǎn)能方程的可靠性。通過研究可知，高溫高壓氣藏在開發(fā)初期應(yīng)盡量降低采氣速度，保持地層壓力，防止產(chǎn)能過快下降。

高溫高壓；氣藏；應(yīng)力敏感；大斜度井；產(chǎn)能方程

隨著天然氣工業(yè)的不斷發(fā)展，我國發(fā)現(xiàn)并開發(fā)了大量的高溫高壓氣藏，陸上高溫高壓氣藏主要集中在塔里木盆地和四川盆地，海上目前發(fā)現(xiàn)并投入開發(fā)的高溫高壓氣藏較少，開發(fā)經(jīng)驗(yàn)相對缺乏。在高溫高壓氣藏開發(fā)過程中，隨著地層壓力不斷降低，儲(chǔ)層巖石承受的有效應(yīng)力不斷增強(qiáng)，從而導(dǎo)致巖石發(fā)生明顯變形，導(dǎo)致儲(chǔ)層滲透率降低，即產(chǎn)生應(yīng)力敏感性［1-5］。通過對陸上高溫高壓氣藏開發(fā)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，儲(chǔ)層應(yīng)力敏感對氣井產(chǎn)能帶來不利影響，應(yīng)力敏感性越強(qiáng)，產(chǎn)能越低，因此產(chǎn)能計(jì)算過程中必須考慮儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性的影響。目前很多文獻(xiàn)對直井或水平氣井考慮應(yīng)力敏感性的產(chǎn)能方程進(jìn)行了相關(guān)研究，但關(guān)于大斜度井這方面的文獻(xiàn)相對較少［6］。從滲流力學(xué)的基本理論出發(fā)，建立了綜合考慮應(yīng)力敏感性和高速非達(dá)西效應(yīng)的大斜度井穩(wěn)態(tài)產(chǎn)能方程，對中海油首個(gè)開發(fā)的高溫高壓氣藏產(chǎn)能的計(jì)算及產(chǎn)能的影響因素進(jìn)行了相關(guān)研究，為海上其它高溫高壓氣藏開發(fā)積累了一定經(jīng)驗(yàn)。

1 應(yīng)力敏感性評價(jià)方法

Stress sensitivity evaluation method

隨著開發(fā)的進(jìn)行，孔隙壓力逐漸降低，巖石原有受力平衡被改變，巖石產(chǎn)生壓縮，從而導(dǎo)致巖石孔隙度、滲透率等物性參數(shù)發(fā)生變化。這種儲(chǔ)層物性隨著有效應(yīng)力的改變而發(fā)生變化的特征稱為儲(chǔ)層的應(yīng)力敏感性。對應(yīng)力敏感性的評價(jià)，目前常用的有滲透率損害系數(shù)法和應(yīng)力敏感性系數(shù)法［7-8］。

1.1 滲透率損害系數(shù)法

Permeability damage coefficient method

石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5358—2010 《儲(chǔ)層敏感性流動(dòng)實(shí)驗(yàn)評價(jià)方法》中采用滲透率損害系數(shù)法對應(yīng)力敏感性指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)，滲透率損害系數(shù)計(jì)算表達(dá)式為［9］

根據(jù)滲透率損害系數(shù)法進(jìn)行應(yīng)力敏感程度評價(jià)結(jié)果見表1。

表1 滲透率損害程度評價(jià)指標(biāo)Table 1 Evaluation index of permeability damage degree

1.2 應(yīng)力敏感系數(shù)法

Stress sensitivity coefficient method

應(yīng)力敏感系數(shù)表達(dá)式為

根據(jù)式（2）對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到巖石應(yīng)力敏感系數(shù)，每一巖樣對應(yīng)著唯一的應(yīng)力敏感系數(shù)，該系數(shù)的大小就代表了巖石應(yīng)力敏感性的強(qiáng)弱程度（表2），而滲透率損害率在不同有效應(yīng)力測點(diǎn)對應(yīng)著不同的值，不便于工程應(yīng)用，建議采用應(yīng)力敏感系數(shù)法對應(yīng)力敏感性進(jìn)行評價(jià)。

表2 巖石應(yīng)力敏感程度評價(jià)指標(biāo)Table 2 Evaluation index of stress sensitivity degree of rocks

2 大斜度井考慮應(yīng)力敏感及高速非達(dá)西效應(yīng)的穩(wěn)態(tài)產(chǎn)能方程

Steady-state deliverability equation of highly deviated well including stress sensitivity and high-velocity non-Darcy effect

2.1 考慮應(yīng)力敏感

Stress sensitivity included

假設(shè)有一水平均質(zhì)各向同性的圓形等厚儲(chǔ)層，儲(chǔ)層正中有一口定產(chǎn)量的直井，氣體滲流服從線性滲流規(guī)律，根據(jù)氣體滲流達(dá)西方程和考慮滲透率應(yīng)力敏感公式［10］，通過積分后整理得到如下方程

將psc、Tsc等具體數(shù)值代入式（3）計(jì)算并換算成現(xiàn)場實(shí)用單位可以得到

考慮井筒由垂直變?yōu)榻咏蕉a(chǎn)生的擬表皮因數(shù)，并用有效半徑rwe-S代替rw，則對于大斜度井則有

2.2 考慮高速非達(dá)西效應(yīng)

High-velocity non-Darcy effect included

基于高速非達(dá)西二項(xiàng)式方程，通過積分整理后得到式（6）

將psc、Tsc、R等具體數(shù)值代入式（6）中進(jìn)行計(jì)算并換算成現(xiàn)場實(shí)用單位可以得到

式（5）和式（7）等號左邊的表達(dá)式雖然形式不同，但實(shí)質(zhì)上都為壓差項(xiàng)，因而可疊加。為了統(tǒng)一格式，此處均用式（5）等號左邊的表達(dá)式來表示壓差項(xiàng)。考慮應(yīng)力敏感和近井高速非達(dá)西滲流的大斜度井穩(wěn)態(tài)產(chǎn)能方程為［11］

3 M氣田產(chǎn)能評價(jià)

Productive evaluation of M Gas Field

M氣田位于南海北部大陸架西區(qū)的鶯歌海盆地，埋深2 800～2 900 m，原始地層壓力53.5～54.1 MPa，壓力系數(shù)1.90～1.94，地層溫度138～143 ℃，屬于異常高溫高壓氣藏。主力氣組巖性主要為細(xì)砂巖、粉細(xì)砂巖、粉砂巖及泥質(zhì)粉砂巖，平均孔隙度為17.7%，平均測井滲透率為8.91 mD。M氣田于2015年投產(chǎn)，為中海油第一個(gè)投入開發(fā)的高溫高壓氣田。

3.1 應(yīng)力敏感實(shí)驗(yàn)結(jié)果

Results of stress sensitivity experiment

通過應(yīng)力敏感測試方法對M氣田主力氣組5塊巖心進(jìn)行了應(yīng)力敏感性實(shí)驗(yàn)研究［12］。k0為地層初始滲透率（地層壓力55 MPa、溫度138 ℃），ki為某一地層壓力下的滲透率。5塊巖心滲透率損失率與凈有效上覆壓力之間關(guān)系如圖1所示。

由圖1可以看出，5塊巖心的滲透率損失率隨著凈有效上覆壓力的升高而逐漸增加，即在降內(nèi)壓過程中，巖心的滲透率相對值逐漸減小。其中，1號巖心在降內(nèi)壓過程中滲透率下降最快，當(dāng)凈有效上覆壓力增加到65 MPa時(shí)，與原始地層條件下的滲透率相比，滲透率損失率高達(dá)40%，表現(xiàn)出中等強(qiáng)度應(yīng)力敏感性。2號、3號、4號和5號等4塊巖心的滲透率下降程度基本是一致的。當(dāng)凈有效上覆壓力增加到65 MPa時(shí)，滲透率與原始地層條件下的滲透率相比，損失率為10%左右，巖心表現(xiàn)為弱敏感性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明，隨著地層壓力恢復(fù)，5塊巖心滲透率也在恢復(fù)，但是即使壓力恢復(fù)到原始地層壓力，滲透率仍然達(dá)不到原始地層滲透率值。這是由于降內(nèi)壓過程中巖石發(fā)生了不可恢復(fù)的塑性變形，導(dǎo)致應(yīng)力恢復(fù)后滲透率也無法恢復(fù)到初始值。因此，滲透率應(yīng)力敏感傷害是不可逆的。

圖1 5塊巖心滲透率損失率與有效覆蓋壓力關(guān)系Fig.1 Relationship of permeability loss rate vs.effective overburden pressure of 5 cores

滲透率的傷害程度主要與巖心初始滲透率有關(guān)，與有效應(yīng)力呈冪函數(shù)關(guān)系，5塊巖心的冪函數(shù)關(guān)系見表3。

在佛教中，“坐化”是指坐姿逝去。這種背景信息對英語讀者來說很陌生，所以譯者最好加上解釋。這里譯者用普通英語單詞來表達(dá)文化負(fù)載詞“坐化”，使讀者對中國佛教文化有一個(gè)簡單的了解。

表3 5塊巖心應(yīng)力敏感傷害與有效應(yīng)力的冪函數(shù)關(guān)系Table 3 Power function relationship of stress sensitivity damage vs.effective stress of 5 cores

3.2 產(chǎn)能計(jì)算及影響因素分析

Productivity calculation and its influential factor analysis

根據(jù)滲透率應(yīng)力敏感性實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合M氣田投產(chǎn)時(shí)壓力恢復(fù)試井解釋成果，采用建立的考慮應(yīng)力敏感及近井高速非達(dá)西滲流的大斜度井穩(wěn)態(tài)產(chǎn)能方程對M氣田4口定向井無阻流量進(jìn)行了計(jì)算。從圖2中可以看出根據(jù)產(chǎn)能公式計(jì)算的無阻流量與投產(chǎn)時(shí)產(chǎn)能測試結(jié)果相差不大，計(jì)算結(jié)果略低于實(shí)測結(jié)果，由此證明推導(dǎo)的產(chǎn)能計(jì)算公式比較可靠，可以應(yīng)用于海上高溫高壓氣藏大斜度井產(chǎn)能計(jì)算。

圖2 M氣田產(chǎn)能公式計(jì)算無阻流量與產(chǎn)能測試結(jié)果對比Fig.2 Comparison between the no-resistance flow calculated from M Gas Field deliverability equation and the productivity testing result

從產(chǎn)能方程可以看出，影響產(chǎn)能的因素較多，下面以M1井為例，分析應(yīng)力敏感大小、地層壓力衰竭對產(chǎn)能的影響。如圖3所示，應(yīng)力敏感系數(shù)對氣井的產(chǎn)能有明顯影響，隨著應(yīng)力敏感系數(shù)的增大，氣井的產(chǎn)能逐漸減小。在原始地層壓力52.4 MPa條件下，當(dāng)應(yīng)力敏感系數(shù)從0增大到0.05 MPa-1時(shí)，氣井的無阻流量由221.5×104m3/d下降為117.3×104m3/d，產(chǎn)能下降了47%。

圖3 應(yīng)力敏感大小對氣井流入動(dòng)態(tài)的影響Fig.3 Effect of stress sensitivity on inflow performance of gas well

不同供給壓力下應(yīng)力敏感效應(yīng)對氣井產(chǎn)能的影響關(guān)系如圖4所示。應(yīng)力敏感效應(yīng)的存在會(huì)降低氣井產(chǎn)能，并且在不同開發(fā)階段應(yīng)力敏感效應(yīng)對氣井產(chǎn)能的影響程度存在差異。隨著地層壓力的增加，考慮了應(yīng)力敏感的無阻流量變化曲線與不考慮應(yīng)力敏感的無阻流量變化曲線之間的偏離程度越來越大，這表明異常高壓氣藏在開發(fā)初期受應(yīng)力敏感影響最大，因此在開發(fā)初期要盡量降低采氣速度，保持地層壓力，防止產(chǎn)能過快下降。

圖4 不同開發(fā)階段應(yīng)力敏感效應(yīng)對氣井產(chǎn)能的影響Fig.4 Effect of stress sensitivity on gas well deliverability at different development stages

4 結(jié)論

Conclusions

（2）建立了考慮應(yīng)力敏感性、近井高速非達(dá)西滲流的大斜度井穩(wěn)態(tài)產(chǎn)能方程，通過對M氣田4口定向井無阻流量進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果驗(yàn)證了產(chǎn)能公式的可靠性，可以應(yīng)用于海上高溫高壓氣藏大斜度井產(chǎn)能計(jì)算。

（3）應(yīng)力敏感效應(yīng)的存在會(huì)降低氣井產(chǎn)能，并且在不同開發(fā)階段應(yīng)力敏感效應(yīng)對氣井產(chǎn)能的影響程度存在差異，異常高壓氣藏在開發(fā)初期受應(yīng)力敏感影響最大，因此在開發(fā)初期要盡量降低采氣速度，保持地層壓力，防止產(chǎn)能過快下降。

符號說明：

Symbol description:

Dk為巖心滲透率損害率，%；kl為初始應(yīng)力點(diǎn)下的巖心滲透率，mD；kmin為凈應(yīng)力增加過程中巖心滲透率的最小值，mD；Ss為應(yīng)力敏感系數(shù)；ΔP為有效應(yīng)力，MPa；Peff為原始有效應(yīng)力，MPa；k為有效應(yīng)力下的巖心滲透率，mD；k'為原始有效應(yīng)力Peff下的巖心滲透率，mD；α為應(yīng)力敏感系數(shù)，MPa-1；pe為供給壓力，MPa；pw為井底壓力，MPa；μ為天然氣黏度，mPa·s；k0為原始地層壓力下地層滲透率，mD；psc為地面標(biāo)準(zhǔn)壓力，0.1031 MPa；Tsc為地面標(biāo)準(zhǔn)溫度，K；Z為天然氣偏差因子；T為儲(chǔ)層溫度，K；h為儲(chǔ)層厚度，m；qsc為地面產(chǎn)氣量，m3；re為泄流半徑，m；rw為井半徑，m；S為表皮因數(shù)；Sθ為擬表皮因數(shù)；β'為紊流系數(shù)，m-1；γg為天然氣相對密度；R為理想氣體常數(shù)；M為氣體相對分子質(zhì)量；q1為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)氣體流量，m3/d；L為大斜度井井段長度，m；θ為大斜度井井斜角，°；m2為回歸相關(guān)系數(shù)。

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（修改稿收到日期 2016-09-10）

〔編輯 李春燕〕

Productivity evaluation method for offshore abnormal HTHP gas reservoirs

CHENG Tao,CHEN Jianhua,RUAN Hongjiang,LIU Kai,LI Jia,FENG Yanxian
CNOOC China Limited Zhanjiang Branch,Zhanjiang 524057,Guangdong,China

The development of gas reservoirs is,in a way,affected by stress sensitivity of the reservoirs.With the increasing of sensitivity,the productivity follows obvious decline tendency.At present,stress sensitivity is less considered when the deliverability of highly deviated wells in offshore HTHP (high temperature/high pressure) gas reservoirs is studied.In offshore gas fields,production wells are mostly highly deviated wells due to the restriction of production platforms,and the deliverability is aslo significantly affected by the pseudo-skin coefficient induced by the well deviation.A steady-state deliverability equation of highly deviated wells,which takes stress sensitivity and high-velocity non-Darcy effect into consideration comprehensively,was developed based on the basic theories of seepage mechanics.Then,a field case study was conducted on a HTHP gas reservoir of CNOOC to verify the reliability of the deliverability equation.It is concluded that at the early development stage of HTHP gas reservoirs,it is necessary to reduce gas production rate as much as possible to keep the reservoir pressure and avoid fast productivity decline.

high temperature and high pressure;gas reservoir;stress sensitivity;highly deviated well;deliverability equation

成濤，陳建華，阮洪江，劉凱，李佳，馮燕嫻.海上異常高溫高壓氣藏產(chǎn)能評價(jià)方法［J］.石油鉆采工藝，2016，38（6）：832-836.

TE533

A

1000-7393（ 2016 ） 06-0832-05

10.13639/j.odpt.2016.06.023

:CHENG Tao,CHEN Jianhua,RUAN Hongjiang,LIU Kai,LI Jia,FENG Yanxian.Productivity evaluation method for offshore abnormal HTHP gas reservoirs［J］.Oil Drilling &Production Technology,2016,38(6):832-836.

“十三五”國家科技重大專項(xiàng)“鶯-瓊盆地高溫高壓天然氣富集規(guī)律與勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)”（編號：2016ZX05024005）部分研究成果。

成濤（1969-），1990年畢業(yè)于西南石油學(xué)院獲學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)主要從事油氣田開發(fā)的研究工作。通訊地址：（524057）廣東省湛江市坡頭區(qū)22號信箱。電話：0759-3900547。E-mail:chengt@cnooc.com.cn