低滲透巖性氣藏局部建設(shè)儲(chǔ)氣庫(kù)庫(kù)容量的確定

余淑明盧 濤劉志軍蘭義飛樊友宏

1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司蘇里格氣田研究中心 2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院3.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司氣田開(kāi)發(fā)處

低滲透巖性氣藏局部建設(shè)儲(chǔ)氣庫(kù)庫(kù)容量的確定

余淑明1盧 濤1劉志軍2蘭義飛2樊友宏3

1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司蘇里格氣田研究中心 2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院3.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司氣田開(kāi)發(fā)處

余淑明等.低滲透巖性氣藏局部建設(shè)儲(chǔ)氣庫(kù)庫(kù)容量的確定.天然氣工業(yè)，2012，32（6）：36-38.

庫(kù)容量是地下儲(chǔ)氣庫(kù)工作氣量設(shè)計(jì)的前提和基礎(chǔ)，根據(jù)國(guó)家能源戰(zhàn)略需求，計(jì)劃在鄂爾多斯盆地榆林氣田南區(qū)下二疊統(tǒng)山西組山2段氣藏建設(shè)地下儲(chǔ)氣庫(kù)。該氣藏的北部與榆林氣田長(zhǎng)北合作區(qū)儲(chǔ)層連通，榆林氣田南區(qū)山2段儲(chǔ)層則為大面積分布砂體的一部分，在此建設(shè)儲(chǔ)氣庫(kù)面臨兩個(gè)難點(diǎn)：①低滲透巖性氣藏動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量如何準(zhǔn)確評(píng)價(jià)；②榆林氣田南區(qū)局部建庫(kù)，為防止氣體外溢到長(zhǎng)北區(qū)，如何在邊界處設(shè)置緩沖區(qū)，從而確保南區(qū)儲(chǔ)氣庫(kù)的可用庫(kù)容量。為此，首先在獲取準(zhǔn)確的動(dòng)態(tài)資料基礎(chǔ)上，利用壓降法、物質(zhì)平衡法和產(chǎn)量不穩(wěn)定分析法等綜合評(píng)價(jià)了南區(qū)的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量，然后通過(guò)氣藏工程方法、數(shù)值模擬方法以及現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)研究了壓力傳播速度，明確了緩沖區(qū)距離及庫(kù)區(qū)范圍，最終確定了榆林南區(qū)儲(chǔ)氣庫(kù)庫(kù)容量：一年一周期建設(shè)儲(chǔ)氣庫(kù)容量×1，兩年一周期建設(shè)儲(chǔ)氣庫(kù)容量×2，三年一周期建設(shè)儲(chǔ)氣庫(kù)容量×3。

鄂爾多斯盆地 榆林氣田 地下儲(chǔ)氣庫(kù) 庫(kù)容量 低滲透巖性氣藏 局部建庫(kù) 壓力傳播速度

1 低滲透巖性氣藏動(dòng)態(tài)控制儲(chǔ)量的計(jì)算

針對(duì)鄂爾多斯盆地榆林氣田南區(qū)測(cè)壓資料少、氣井生產(chǎn)工作制度相對(duì)穩(wěn)定的特點(diǎn)，充分利用已有的動(dòng)態(tài)資料，采用多種方法綜合計(jì)算了南區(qū)的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量［1－4］，為儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)庫(kù)容量的確定奠定了基礎(chǔ)。

1.1 壓降法

該法要求關(guān)井測(cè)壓數(shù)據(jù)點(diǎn)盡可能多，壓力恢復(fù)平穩(wěn)。其基本原理為：

由式（2）可知，對(duì)于定容封閉氣藏，視地層壓力（p／Z）與累計(jì)采氣量（Gp）為直線關(guān)系。根據(jù)不同階段視地層壓力與相應(yīng)累計(jì)采氣量的回歸直線可求得氣井動(dòng)儲(chǔ)量。壓降法適合采出程度大于10%，且至少具有兩個(gè)關(guān)井壓力恢復(fù)數(shù)據(jù)點(diǎn)的井。采出程度過(guò)低，壓力、產(chǎn)量誤差對(duì)計(jì)算結(jié)果影響較大。

1.2 流動(dòng)物質(zhì)平衡法

根據(jù)滲流力學(xué)理論，對(duì)于封閉氣藏中定產(chǎn)生產(chǎn)井，當(dāng)處于擬穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，在任意一點(diǎn)處有：

若考慮流體物性不隨時(shí)間t變化，則上式對(duì)時(shí)間t求導(dǎo)可得：

由式（4）可知，當(dāng)氣井進(jìn)入擬穩(wěn)定滲流狀態(tài)時(shí)，地層各點(diǎn)壓降速率相同，即在不同時(shí)刻壓降漏斗是一系列平行曲線，近似認(rèn)為視井口壓力與視地層壓力變化特征相同，則根據(jù)視井口壓力與累計(jì)產(chǎn)氣量的關(guān)系曲線可確定直線段斜率，然后平移至視原始地層壓力點(diǎn)，該直線與橫軸的交點(diǎn)即為單井控制儲(chǔ)量。此方法對(duì)榆林氣田的適應(yīng)性強(qiáng)，滿足榆林氣田測(cè)壓資料少，井口生產(chǎn)相對(duì)穩(wěn)定的特點(diǎn)。

1.3 產(chǎn)量不穩(wěn)定分析法

封閉氣藏單項(xiàng)氣體擬穩(wěn)定狀態(tài)流動(dòng)時(shí)，有

根據(jù)氣井的原始地層壓力、井底流壓及相對(duì)應(yīng)的產(chǎn)量數(shù)據(jù)，就可以根據(jù)式（5）作Δpp／q－tca的關(guān)系曲線，可見(jiàn)兩者為線性關(guān)系，斜率為ma，利用斜率可以求解氣井動(dòng)態(tài)控制儲(chǔ)量。即

目前已有軟件能夠?qū)崿F(xiàn)圖版擬合，從而可以計(jì)算氣井的控制半徑、控制儲(chǔ)量、滲透率等參數(shù)。

對(duì)于低滲透氣藏，當(dāng)氣井生產(chǎn)達(dá)到一定階段后，利用產(chǎn)量不穩(wěn)定分析法計(jì)算的結(jié)果是可靠的，即該時(shí)刻氣井進(jìn)入了擬穩(wěn)定狀態(tài)，壓力波波及了氣井所能控制的全部范圍。該方法對(duì)氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)要求不高，適合于工作制度不穩(wěn)定的氣井，具備廣泛使用的條件，但該方法實(shí)質(zhì)是通過(guò)分析確定氣井控制半徑，利用容積法計(jì)算氣藏儲(chǔ)量，對(duì)非均質(zhì)氣藏存在一定的誤差。

2 壓力傳播速度研究

國(guó)內(nèi)外常規(guī)儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)是以氣藏具有圈閉性為前提。經(jīng)過(guò)地質(zhì)論證，榆林氣田南區(qū)與長(zhǎng)北合作區(qū)交接處相互連通，為防止氣體外溢到長(zhǎng)北區(qū)，需要在邊界處留出緩沖區(qū)，因此榆林氣田南區(qū)地下儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)必須考慮與長(zhǎng)北合作區(qū)連通處的控制問(wèn)題。通過(guò)調(diào)研及分析，借鑒國(guó)外關(guān)于礦權(quán)處理經(jīng)驗(yàn)，可在邊界處打監(jiān)測(cè)控制井，同時(shí)根據(jù)儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)注采周期長(zhǎng)短，庫(kù)區(qū)邊界距離長(zhǎng)北邊界處保持一定距離，以控制氣體外溢。筆者采用氣藏工程和數(shù)值模擬方法，對(duì)榆林南儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)區(qū)壓力傳播速度進(jìn)行研究，得到不同注采周期條件下壓力波傳播的距離，由此明確了庫(kù)區(qū)實(shí)際范圍，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)驗(yàn)證了研究的準(zhǔn)確性。

2.1 氣藏工程方法

一口油氣井開(kāi)井生產(chǎn)后，井底壓力開(kāi)始下降，壓力降向地層深部逐漸擴(kuò)展，形成一個(gè)壓降漏斗，隨著時(shí)間的推移，壓降漏斗不斷擴(kuò)大。按照影響半徑的定義，在ti時(shí)刻，壓降漏斗的邊界擴(kuò)展到ri位置，當(dāng)r＜ri時(shí)，地層中的這些部位已受到生產(chǎn)井的擾動(dòng)；而對(duì)于r＞ri的部位，地層尚未受到任何擾動(dòng)，壓力未發(fā)生變化。

計(jì)算影響半徑的公式［5］為：

根據(jù)影響半徑計(jì)算公式，取榆林南儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)區(qū)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0.5～6.0 mD等不同條件下傳播時(shí)間與壓力影響半徑進(jìn)行計(jì)算，繪制壓力傳播時(shí)間與距離關(guān)系圖版（圖1）。

圖1 壓力傳播時(shí)間與影響半徑關(guān)系圖

為研究壓力傳播速度，榆林南儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)前期評(píng)價(jià)部署4組干擾試驗(yàn)。資料分析表明，其中5口觀測(cè)井可以明確干擾時(shí)間（表1）。利用試井解釋儲(chǔ)層物性滲透率［6］、井距及觀察井干擾時(shí)間等資料，將干擾試驗(yàn)分析點(diǎn)繪制在理論關(guān)系圖版上，從試驗(yàn)分析結(jié)果可以看出，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試點(diǎn)基本都落于圖版區(qū)域，滲透率區(qū)間與實(shí)際儲(chǔ)層特征相符，說(shuō)明該圖版可靠性高，滿足工程精度（圖1）。

表1 榆林氣田干擾測(cè)試中不同觀測(cè)井距離及干擾時(shí)間表

基于理論圖版的可靠性，取南區(qū)與長(zhǎng)北邊界處儲(chǔ)層滲透率為4.0 m D時(shí)（榆林南區(qū)試井解釋及巖性分析平均滲透率），在不同的儲(chǔ)氣庫(kù)注采周期條件下，得到了緩沖區(qū)合理設(shè)置距離。在1、2、3年注采周期下，壓力影響半徑分別為4.2 km、5.9 km和7.2 km，這即為合理的緩沖距離（圖2）。

2.2 數(shù)值模擬方法

圖2 不同注采周期下合理緩沖距離圖

利用榆林氣田參數(shù)建立數(shù)值模擬模型，在離邊界4.5 km處設(shè)置虛擬水平井，通過(guò)向水平井注入氣體，運(yùn)行模型，觀察壓力傳播情況。為了放大觀察效果及模擬儲(chǔ)氣庫(kù)運(yùn)行狀況，設(shè)置南區(qū)壓力注入前地層初始?jí)毫?0 MPa，長(zhǎng)北區(qū)地層初始?jí)毫?0 MPa。

根據(jù)數(shù)值模擬軟件運(yùn)算結(jié)果，繪制典型剖面壓力分布圖，當(dāng)注入7個(gè)月后井底壓力達(dá)到28 MPa，壓力逐漸向外為擴(kuò)散，若假設(shè)不注條件下，由于南區(qū)和長(zhǎng)北合作區(qū)壓力差的存在，壓力波也會(huì)隨時(shí)間的延長(zhǎng)向外擴(kuò)散。用以上兩個(gè)壓力剖面相減，即可得到壓力剖面上注采過(guò)程中不同距離與壓力差之間的關(guān)系（圖3）。設(shè)置可以觀察的基準(zhǔn)壓力值，即可得到不同注采周期下，壓力波的傳播距離在1、2、3年的注氣周期下壓力波傳播距離分別為4.3 km、6.1 km和7.6 km。

圖3 不同時(shí)間壓力差剖面圖

氣藏工程及數(shù)值模擬研究結(jié)果基本一致（表2），表明其研究結(jié)果可靠。

表2 不同方法研究結(jié)果對(duì)比表

3 不同注采周期下實(shí)際庫(kù)容量

根據(jù)動(dòng)儲(chǔ)量評(píng)價(jià)方法，多方法綜合計(jì)算得出榆林南區(qū)動(dòng)儲(chǔ)量，再根據(jù)壓力傳播速度研究結(jié)論，得到不同注采周期條件下的實(shí)際庫(kù)容量。

在1、2、3年的注氣周期下，壓力分別傳播到距離長(zhǎng)北邊界的第三排、第四排和第五排井附近。為有效控制不同注采周期下氣體向長(zhǎng)北外溢，扣除相應(yīng)井面積內(nèi)控制儲(chǔ)量，得到不同注采周期下儲(chǔ)氣庫(kù)實(shí)際庫(kù)容量：一年一周期建設(shè)儲(chǔ)氣庫(kù)庫(kù)容量×1，兩年一周期建設(shè)儲(chǔ)氣庫(kù)庫(kù)容量×2，三年一周期建設(shè)儲(chǔ)氣庫(kù)庫(kù)容量×3。

4 結(jié)論

1）分析了適合低滲透氣藏的多種動(dòng)儲(chǔ)量計(jì)算方法，并評(píng)價(jià)了榆林氣田的動(dòng)態(tài)控制儲(chǔ)量，結(jié)果可信度高。

2）針對(duì)榆林南區(qū)局部建儲(chǔ)氣庫(kù)的特殊性性，利用氣藏工程及數(shù)值模擬兩種方法進(jìn)行了壓力波傳播速度研究，明確了緩沖區(qū)距離。

3）在落實(shí)緩沖區(qū)基礎(chǔ)上，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)了榆林氣田局部建庫(kù)的庫(kù)容量，為儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)工作氣量等參數(shù)設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

符 號(hào) 說(shuō) 明

G為氣井控制動(dòng)儲(chǔ)量，108m3；pi、p分別為原始?jí)毫湍壳暗貙訅毫?，MPa；Zi、Z分別為原始條件下的偏差系數(shù)和目前壓力下的偏差系數(shù)；Gp為累計(jì)采氣量，108m3；qsc為氣井標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)量，104m3／d；珔μ為地層氣體黏度，mPa·s；K為有效滲透率，m D；h為有效厚度，m；Ct為綜合壓縮系數(shù)，MPa－1；Bg為體積系數(shù)，小數(shù)；re為供給半徑，m；r為井徑，m；φ為孔隙度；Δpp為擬壓力；tca為擬等效時(shí)間；t為壓力傳播時(shí)間，h。

［1］王鳴華.一種計(jì)算氣井控制儲(chǔ)量的新方法［J］.天然氣工業(yè)，1996，16（4）：50-53.

［2］劉曉華.氣藏動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量計(jì)算中的幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)探討［J］.天然氣工業(yè)，2009，29（9）：71-74.

［3］張明祿.長(zhǎng)慶氣區(qū)低滲透非均質(zhì)氣藏可動(dòng)儲(chǔ)量評(píng)價(jià)技術(shù)［J］.天然氣工業(yè)，2010，30（4）：50-53.

［4］鄧惠，馮曦.復(fù)雜氣藏開(kāi)發(fā)早期計(jì)算動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量方法及其適用性分析［J］.天然氣工業(yè)，2012，32（1）：61-63.

［5］莊惠農(nóng).氣藏動(dòng)態(tài)描述和試井［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2008.

［6］劉能強(qiáng).實(shí)用現(xiàn)代試井解釋方法［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2002.

（修改回稿日期 2012-04-01 編輯 韓曉渝）

10.3787／j.issn.1000-0976.2012.06.008

余淑明，女，1959年生，高級(jí)工程師；主要從事天然氣開(kāi)發(fā)管理工作。地址：（710018）陜西省西安市未央?yún)^(qū)長(zhǎng)慶蘇里格大廈。電話：（029）86978868。E-mail：ysm＿cq＠petrochina.com.cn