蘇里格氣田致密砂巖氣藏效益開發(fā)含水飽和度上限

肖峰，岳君，李志超，劉莉莉，張吉，范繼武，張濤

（中國石油 長慶油田分公司a.勘探開發(fā)研究院；b.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室，西安 710018）

致密砂巖儲集層孔喉細(xì)小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成藏后通常具有較高的束縛水飽和度和一定的可動水飽和度[1-6]。研究表明，儲集層物性對含水飽和度具有較強的控制作用。氣井儲集層產(chǎn)水與含水飽和度密切相關(guān)，氣井產(chǎn)水，開采效益將較大幅度降低[7-16]。當(dāng)儲集層含水飽和度達(dá)到某一數(shù)值時，儲集層失去開采價值[17-21]。前人依據(jù)氣水兩相相對滲透率曲線，實現(xiàn)了對產(chǎn)水氣井產(chǎn)能、產(chǎn)量、最終累計采氣量和采收率的定量評價[4]。本文基于此，對產(chǎn)水氣井開采特征進(jìn)行研究，以投入和產(chǎn)出的平衡點求取氣井經(jīng)濟(jì)最低累計采氣量，利用蘇里格氣田典型氣井氣水兩相相對滲透率曲線確定儲集層含水飽和度上限，在明確產(chǎn)水氣井累計采氣量和含水飽和度變化規(guī)律的基礎(chǔ)上，以氣井經(jīng)濟(jì)最低累計采氣量為判識標(biāo)準(zhǔn)，將測井解釋結(jié)論劃分為氣層、氣水層和含氣水層3 類，建立儲集層定量解釋標(biāo)準(zhǔn)，為含水儲集層經(jīng)濟(jì)動用提供依據(jù)。

1 產(chǎn)水氣井開采特征

隨著蘇里格氣田開發(fā)范圍擴(kuò)大和氣井生產(chǎn)時間延長，氣井產(chǎn)水問題日益嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為產(chǎn)量降低。氣井產(chǎn)水后，其產(chǎn)能、累計采氣量和采收率的表達(dá)式分別為[4]：

已知不產(chǎn)水氣井累計采氣量，依據(jù)對應(yīng)的氣水兩相相對滲透率曲線，利用（4）式確定不同含水飽和度下氣相相對滲透率與a的乘積，利用（2）式求得不同含水飽和度下氣井累計采氣量。

本文依據(jù)穩(wěn)態(tài)方法獲得氣水兩相相對滲透率，其接近蘇里格氣田中區(qū)平均值，束縛水飽和度為41.0%，等滲點含水飽和度為62.0%，束縛氣飽和度為12.0%，得到儲集層滲透率大于0.5 mD 時氣水兩相相對滲透率與含水飽和度的關(guān)系（圖1a）。

蘇里格氣田中區(qū)不產(chǎn)水氣井的累計采氣量為2 350×104m3，氣井累計采氣量和采收率與含水飽和度的關(guān)系分別如圖1b和圖1c所示。含水飽和度小于束縛水飽和度時，氣井累計采氣量不變，隨著含水飽和度增大，氣井累計采氣量減小。等滲點含水飽和度62.0%對應(yīng)的氣井累計采氣量為960×104m3。

當(dāng)含水飽和度小于束縛水飽和度時，氣井不產(chǎn)水，累計采氣量與采收率不變。反之氣井產(chǎn)水，累計采氣量與采收率隨含水飽和度增大而下降。說明儲集層含水飽和度越大，氣井產(chǎn)水越多，氣井累計采氣量越少、采收率越低，開采效果越差。

2 氣井經(jīng)濟(jì)最低累計采氣量確定

從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，氣井在整個生命周期內(nèi)，當(dāng)累計采氣量的銷售價格超過氣井的投資及生產(chǎn)期間產(chǎn)生的各種費用時，氣井為效益開采[22-23]。因此，將投入和產(chǎn)出平衡點的累計采氣量定義為氣井的經(jīng)濟(jì)最低累計采氣量。即效益開采氣井累計采氣量需大于氣井經(jīng)濟(jì)最低累計采氣量。

氣井銷售收益可表達(dá)為

當(dāng)L=0 時，對應(yīng)的累計采氣量為氣井經(jīng)濟(jì)最低累計采氣量，即：

由此，可推導(dǎo)出氣井經(jīng)濟(jì)最低累計采氣量為

利用蘇里格氣田相關(guān)經(jīng)濟(jì)參數(shù)，獲得不同投資條件下氣井經(jīng)濟(jì)最低累計采氣量與天然氣銷售價格的關(guān)系（圖2）。

氣井經(jīng)濟(jì)最低累計采氣量受氣價的影響最為顯著。目前蘇里格氣田銷售氣價為1.252 元/m3，建井投資為800×104元/口、操作成本為0.140 元/m3，內(nèi)部收益率達(dá)到10%時，蘇里格氣田氣井經(jīng)濟(jì)最低累計采氣量為1 260×104m3（圖3），即最低累計采氣量達(dá)到1 260×104m3時，為效益開采。

3 儲集層含水飽和度上限

隨著儲集層含水飽和度增大，氣井累計采氣量不斷減少，當(dāng)儲集層含水飽和度增大到某一數(shù)值時，氣井累計采氣量等于經(jīng)濟(jì)最低累計采氣量[24-26]。選取蘇里格氣田典型氣井，其含水飽和度定義為儲集層含水飽和度上限。若儲集層含水飽和度大于該上限，氣井經(jīng)濟(jì)壽命周期內(nèi)的累計采氣量將小于經(jīng)濟(jì)最低累計采氣量，則氣井為無效益開采。

利用求得的經(jīng)濟(jì)最低累計采氣量，得到對應(yīng)的蘇里格氣田中區(qū)儲集層含水飽和度上限為48.2%（圖1b）。即對于蘇里格氣田中區(qū)儲集層，氣井建井投資為800×104元/口，含水飽和度大于48.2%時，氣井由于產(chǎn)水將失去開采效益。同理，根據(jù)不同的氣井經(jīng)濟(jì)最低累計采氣量，便可得到不同的含水飽和度上限，且隨著氣井經(jīng)濟(jì)最低累計采氣量的增大，所對應(yīng)的儲集層含水飽和度上限在減?。▓D4）。

因此，對應(yīng)含水飽和度較大的儲集層，降低氣井經(jīng)濟(jì)最低累計采氣量是必然的選擇。

4 測井解釋定量評價

目前，對含水儲集層的測井解釋基本處于定性階段，常見的解釋結(jié)論為氣水層、含氣層及含氣水層。

在明確產(chǎn)水氣井累計采氣量變化規(guī)律的基礎(chǔ)上，以氣井經(jīng)濟(jì)最低累計采氣量為判識標(biāo)準(zhǔn)，將測井解釋結(jié)論劃分為3類：氣層、氣水層和含氣水層（圖5）。

氣層含水飽和度接近上限時，氣井不產(chǎn)水或產(chǎn)水量很低；氣水層含水飽和度小于上限時，氣井氣水同產(chǎn)，但氣井在整個生命周期內(nèi)的累計采氣量大于氣井經(jīng)濟(jì)最低累計采氣量，即氣井為效益開采；含氣水層含水飽和度大于上限時，氣井產(chǎn)水多，氣井在整個生命周期內(nèi)的累計采氣量小于氣井經(jīng)濟(jì)最低累計采氣量，氣井為無效益開采。

上文僅給出了含水儲集層定量化解釋的標(biāo)準(zhǔn)，但對于具體一定厚度的含水儲集層如何量化解釋仍未得到解決。為此還需厘清氣井累計采氣量的來源及影響參數(shù)，進(jìn)而實現(xiàn)更精確的測井定量解釋。

氣井的累計采氣量為

地質(zhì)儲量為

（11）式變形可以得到單儲系數(shù)：

利用已知參數(shù)繪制不同儲集層孔隙度條件下的單儲系數(shù)圖版（圖6）。不同的儲集層孔隙度及單儲系數(shù)隨儲集層含水飽和度變化而不同，但共同的特征是隨著儲集層含水飽和度增大，單儲系數(shù)降低。

通過測井解釋可得到儲集層孔隙度和含水飽和度，將蘇里格氣田中區(qū)平均地層壓力、溫度等相關(guān)參數(shù)代入（11）式，得到儲集層在不同含水飽和度及孔隙度條件下的單儲系數(shù)（圖6）。

氣井累計采氣量為

結(jié)合（5）式得：

在蘇里格氣田，開發(fā)井網(wǎng)的合理密度為3 口/km2，單井控制面積為0.33 km2。在開發(fā)井網(wǎng)密度為3 口/km2的條件下，文獻(xiàn)［5］得到無水儲集層的采收率為50%。同樣以氣井經(jīng)濟(jì)最低累計采氣量為標(biāo)準(zhǔn)，利用（14）式得到最小儲集層厚度。若實際存在的儲集層厚度小于最小儲集層厚度，則氣井無法獲得經(jīng)濟(jì)最低累計采氣量，測井解釋時應(yīng)將此儲集層降一個級別解釋。

此外，為了明確與氣井產(chǎn)水量的關(guān)系，可建立含水飽和度與氣井水氣比的關(guān)系[4]：

利用（15）式，結(jié)合氣水兩相相對滲透率曲線，可得到含水飽和度與水氣比的關(guān)系（圖7）。

至此，可建立儲集層測井定量解釋的標(biāo)準(zhǔn)。本文提出的水氣比量化指標(biāo)，對含水飽和度具有一定的校正和補充，使儲集層的測井解釋結(jié)果更可靠。

（1）氣層 含水飽和度等于束縛水飽和度，束縛水飽和度對應(yīng)的氣井水氣比保持在凝析水氣比附近（蘇里格氣田凝析水氣比為0.28 m3/104m3）。如果僅從儲集層的含氣性分析，測井解釋為氣層；但如果從氣井經(jīng)濟(jì)最低累計采氣量分析，還應(yīng)該考慮氣層厚度，當(dāng)測井解釋的氣層厚度大于最小儲集層厚度，單獨開采該層才有效。

（2）氣水層 含水飽和度大于束縛水飽和度且小于上限，測井解釋的氣層厚度大于最小儲集層厚度，氣井的水氣比介于束縛水飽和度與含水飽和度上限對應(yīng)的氣井水氣比之間。若測井解釋的氣水層厚度小于最小儲集層厚度，無法獲得氣井經(jīng)濟(jì)最低累計采氣量，則此層解釋為含氣水層。

（3）含氣水層 含水飽和度大于上限，束縛水飽和度對應(yīng)的氣井水氣比大于含水飽和度上限對應(yīng)的氣井水氣比。若測井解釋的含氣水層厚度大到足以保證氣井在整個生命周期內(nèi)的累計采氣量達(dá)到氣井經(jīng)濟(jì)最低累計采氣量，則此層解釋為氣水層。

5 結(jié)論

（1）儲集層含水飽和度越大，氣井產(chǎn)水越嚴(yán)重，氣井累計采氣量越少，采收率越低，開采效果越差。

（2）在目前經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下，氣井生命周期內(nèi)的經(jīng)濟(jì)最低累計采氣量為1 260×104m3時，氣井為效益開采。

（3）儲集層含水飽和度增大，氣井累計采氣量減少，當(dāng)儲集層含水飽和度增大到上限時，氣井累計采氣量等于經(jīng)濟(jì)最低累計采氣量。蘇里格氣田中區(qū)儲集層含水飽和度上限為48.2%。

（4）孔隙度越大，相同含水飽和度下的單儲系數(shù)越大；含水飽和度越大，單儲系數(shù)越小。

符號注釋

a——二項式產(chǎn)能方程中A、B系數(shù)及原始地層壓力計算得出的參數(shù)；

A、B——不產(chǎn)水氣井二項式產(chǎn)能方程系數(shù)；

A1、B1——產(chǎn)水氣井二項式產(chǎn)能方程系數(shù)；

Ag——氣井控制面積，km2；

Bg——天然氣體積系數(shù)；

Bw——地層水體積系數(shù)；

C——總成本（可變成本與固定成本之和），元；

CF——固定成本總額，元；

CV——單位產(chǎn)量的可變成本，元/m3；

ER——氣井采收率，%；

ER1——產(chǎn)水氣井采收率，%；

Ewg——水氣比，m3/104m3；

Ewgr——凝析水氣比，m3/104m3；

Gp——氣井累計采氣量，108m3；

Gp1——不產(chǎn)水氣井累計采氣量，108m3；

Gp2——產(chǎn)水氣井累計采氣量，108m3；

Gpmin——經(jīng)濟(jì)最低累計采氣量，108m3；

h——儲集層厚度，m；

IN——單儲系數(shù)，108m3/（km2·m）；

Krg——氣相相對滲透率；

Krw——水相相對滲透率；

L——銷售收益，元；

N——氣井控制地質(zhì)儲量，108m3；

p——地層壓力，MPa；

pR——平均地層壓力，MPa；

psc——地面標(biāo)準(zhǔn)壓力，MPa；

P——天然氣售價，元/m3；

qAOF——氣井無阻流量，104m3/d；

qAOF1——產(chǎn)水氣井無阻流量，104m3/d；

RTAX——單位產(chǎn)量綜合稅率；

Sw——儲集層含水飽和度；

Swc——儲集層束縛水飽和度；

T——地層溫度，K；

Tsc——地面標(biāo)準(zhǔn)溫度，K；

Z——天然氣偏差因子；

η——商品率；

μg——天然氣黏度，mPa·s；

μw——地層水黏度，mPa·s；

φ——儲集層孔隙度。