異常高壓含水凝析氣藏有效庫容影響因素

范家偉，伍藏原，余松，周代余，閆更平，王超

（1.中國石油 塔里木油田分公司 勘探開發(fā)研究院，新疆 庫爾勒 841000；2.北京奧能恒業(yè)能源技術(shù)有限公司，北京 100083）

地下儲氣庫相對于地面管線和儲氣罐有成本低、安全、高效等優(yōu)點，是儲集天然氣的有效方法之一。儲氣庫作為季節(jié)性及事故調(diào)峰的手段，具有強注和強采的特點[1-5]，因此，分析儲氣庫的有效庫容非常重要。但中國不同類型儲氣庫方案設(shè)計中，庫容計算方法多數(shù)只考慮水侵對庫容的影響，未考慮凝析油及異常高壓對庫容的影響[6-13]。本文主要針對異常高壓凝析氣藏轉(zhuǎn)儲氣庫過程中，水侵、異常高壓、凝析氣等對有效庫容的影響進行探索，確定該類型氣藏轉(zhuǎn)儲氣庫的有效儲集空間。輪南59石炭系氣藏中部原始地層壓力為71.59 MPa，壓力系數(shù)為1.361，露點壓力為66.29 MPa，氣油比為9 932 m3/m3，凝析油含量為78.23 g/m3，屬于受構(gòu)造和巖性控制的層狀邊水砂巖低含凝析油異常高壓凝析氣藏，主體為低幅度背斜構(gòu)造，低孔中—低滲儲集層，具有儲集層異常高壓、含邊水及反凝析的特點，開發(fā)上具有以下3 個特征：初期產(chǎn)量高，開發(fā)過程產(chǎn)量遞減快；地層壓力下降幅度大，單井壓力下降趨勢基本一致；地層壓力低于露點壓力后，氣油比明顯上升。本文以輪南59 石炭系氣藏為例，通過改進的物質(zhì)平衡模型和數(shù)值模擬模型，評價氣藏動態(tài)儲量，考慮影響有效庫容的多種因素，全面評價輪南59石炭系氣藏改建儲氣庫的有效庫容。

1 動態(tài)儲量評價

1.1 改進的物質(zhì)平衡模型建立

根據(jù)物質(zhì)守恒原理，在氣藏開發(fā)任意時刻，氣藏流體的采出體積加地下剩余體積必須與原始體積相等，依據(jù)此原則建立方程。

物質(zhì)平衡基本方程為：

即：采出氣體積+采出水體積=氣體膨脹體積+孔隙彈性體積+水侵體積。

氣藏任何驅(qū)動類型的物質(zhì)平衡方程，都可以寫為：

即：地下采出量=原始地質(zhì)儲量×總膨脹系數(shù)+水侵量。

在油氣藏研究過程中，物質(zhì)平衡模型存在多種表達方式，如赫邁爾林德爾方法、陳元千方法、拉馬戈斯特和法爾沙德方法、魯奇-波斯通-陳方法等。主要從物質(zhì)平衡一般方程出發(fā)，對油氣藏進行部分參數(shù)的假設(shè)，將物質(zhì)平衡方程簡化為線性方程，均是基于理論方程的計算，只能表征驅(qū)動能量，計算出單點的動態(tài)儲量和水侵量，無法檢驗計算數(shù)據(jù)的準確性。

改進的物質(zhì)平衡模型從氣藏的基本地質(zhì)特征出發(fā)，將油田實際數(shù)據(jù)加載到模型中，通過調(diào)整水體模型參數(shù)（水體半徑、水體厚度、儲集層滲透率、綜合壓縮系數(shù)）和動態(tài)儲量來擬合地層壓力與累計產(chǎn)氣量變化，進行多次迭代計算，評價氣藏的動態(tài)儲量、水侵量、驅(qū)動機制等（圖1）。

改進的物質(zhì)平衡模型對物質(zhì)平衡方程得到了拓展，模型提供4 種方法進行歷史擬合：圖解法、解析法、能量圖法和無因次水體函數(shù)圖法，不僅能對氣藏進行常規(guī)的儲量和壓力復算，還能基于歷史擬合對未來的注水、注氣、虧空填充等進行動態(tài)預測，具有較強的適用性。

1.2 驅(qū)動機制分析及動態(tài)儲量計算

在氣藏開發(fā)過程中，不同時期的驅(qū)動方式可能不同，在水驅(qū)氣藏的開發(fā)初期，水壓驅(qū)動的影響可能不明顯，此時可認為生產(chǎn)是在氣驅(qū)方式下進行，氣藏驅(qū)動方式是編制氣藏開發(fā)方案的重要依據(jù)，文獻［14］提出了對非均質(zhì)高壓氣藏動態(tài)儲量評價方法。

文獻［15］、文獻［16］和文獻［17］提出了對異常高壓及凝析氣藏改建儲氣庫水侵量的評價方法，但均是通過理論方程計算的方法，無法直觀確定，本文改進的物質(zhì)平衡模型有2 種方法判斷氣藏是否存在外來能量補給。

第一種為圖解法，提供了多種油氣藏驅(qū)動機理方法診斷，如（2）式所示，定容封閉氣藏無水體時，視地質(zhì)儲量是一條直線，如存在水體，則視地質(zhì)儲量曲線呈遞增趨勢，輪南59 石炭系氣藏視地質(zhì)儲量曲線如圖2所示，說明存在水體為氣藏補充能量。

第二種為應用氣藏物質(zhì)平衡模型解析法，用（1）式擬合回歸實際地層壓力與累計產(chǎn)氣量變化，視地層壓力曲線上翹（圖3），說明存在外來能量（水體）為氣藏補充能量，因而確定輪南59石炭系氣藏存在水體。

考慮水體的影響，解析法非線性擬合回歸確定輪南59 石炭系氣藏建庫前動用儲量54.67×108m3，儲量動用程度92.19%，折算凝析油動態(tài)儲量35.77×104t。

確定存在水體后，模型可以通過能量圖（圖4）展示不同時期地下驅(qū)動能量的變化，輪南59 石炭系氣藏建庫前水體、孔隙彈性和流體膨脹能量分別占比為3.2%、7.7%和89.1%，流體膨脹能量是主要的驅(qū)動能，水體驅(qū)動穩(wěn)定，水體能量有限。

2 有效庫容影響因素評價

一般來說，儲氣庫庫容與該氣藏動態(tài)儲量相當。由于研究區(qū)為邊底水異常高壓凝析氣藏改建地下儲氣庫，水侵量、凝析油及異常高壓對庫容有較大影響，本次研究利用改進的物質(zhì)平衡及數(shù)值模擬方法分別計算輪南59 石炭系儲氣庫受水侵量、凝析油及異常高壓影響的地下孔隙體積，進而計算出各因素影響的庫容，以動態(tài)儲量為基礎(chǔ)，去除各項因素影響的庫容即為有效庫容。

2.1 水侵量

儲氣庫高速注采運行過程中，水體往復運移對儲集空間動用效率具有較大的影響，通過改進的物質(zhì)平衡模型進行預測，量化分析水侵對地下儲集空間動用的影響。

改進的物質(zhì)平衡模型計算氣藏水體0.540 3×108m3，由于冬季和夏季用氣需求不同，夏季關(guān)井期間水侵量基本保持不變，生產(chǎn)期間水侵量穩(wěn)步上升，累計水侵量為53.11×104m3，折算動態(tài)水體倍數(shù)3.01倍。

物質(zhì)平衡模型預測儲氣庫10 個注采周期，運行壓力為25.00～58.00 MPa，水侵量在15.50×104m3～54.60×104m3波動，注氣末期仍無法驅(qū)替的水侵量為15.50×104m3，這部分水體占用的孔隙體積使有效庫容減少，計算影響地下孔隙體積0.001 6×108m3，計算影響庫容0.49×108m3（圖5）。

2.2 凝析油

儲氣庫運行過程中，當?shù)貙訅毫Φ陀诼饵c壓力時，凝析油析出對儲氣庫運行具有較大的影響，包括相態(tài)、滲流、擴散等方面，從而影響儲氣庫有效庫容，通過建立儲氣庫數(shù)值模擬模型，量化凝析油對庫容的影響。

借鑒大張坨地下儲氣庫研究[18]，建立輪南59石炭系儲氣庫數(shù)值模擬模型，預測儲氣庫3 套方案5 輪運行周期，第2 輪運行周期后攜油量趨于平穩(wěn)，平均攜油量為2 398 m3，影響地下孔隙體積875 m3，影響庫容0.002 87×108m3。隨著注采周期延長，注入干氣量增加，地下凝析氣組分發(fā)生變化，重質(zhì)組分含量下降，單周期攜油量下降（圖6）。

2.3 異常高壓

在異常高壓氣藏開發(fā)初期，隨著天然氣從氣藏中采出和地層壓力的下降，將引起天然氣的膨脹、儲集層的壓實、巖石顆粒的彈性膨脹、地層束縛水的彈性膨脹以及周圍泥巖在壓實作用下所引起的水侵作用，從而減小了地層壓力的下降速率，導致異常高壓氣藏初期視地層壓力下降較緩；當?shù)貙訅毫Φ扔诨蛐∮陟o水柱壓力時，氣藏的壓實作用影響基本結(jié)束，氣藏的開發(fā)主要是依靠天然氣的膨脹作用，表現(xiàn)為定容封閉性氣藏正常壓力系統(tǒng)的衰竭式動態(tài)特征。為探究異常高壓對氣藏開發(fā)的影響，本文應用不同地層壓力下天然氣體積系數(shù)這一指標。

隨著地層壓力增大，氣體體積系數(shù)呈下降趨勢（圖7），輪南59 石炭系儲氣庫因受到地面壓縮機限制，設(shè)計上限壓力為58.00 MPa，遠低于原始地層壓力（71.59 MPa），因氣體體積系數(shù)的不同，對儲氣庫庫容具有較大的影響。

不同地層壓力下氣體體積系數(shù)不同，將動態(tài)儲量乘以原始地層壓力下氣體體積系數(shù)，得到該壓力下地下孔隙體積，用該孔隙體積除以58.00 MPa 下氣體體積系數(shù)，得到58.00 MPa地層壓力下的氣藏動態(tài)儲量，兩動態(tài)儲量的差值即為異常高壓影響庫容（表1）。

表1 輪南59石炭系儲氣庫異常高壓影響庫容Table 1.Storage capacity affected by abnormal high pressure in Lunnan-59 Carboniferous UGS

2.4 有效庫容評價

輪南59 石炭系儲氣庫屬于邊底水異常高壓凝析氣藏改建的地下儲氣庫，通過上述定量計算，儲氣庫因水侵、凝析油和異常高壓影響的庫容折算地下孔隙體積為0.018 2×108m3，影響庫容5.96×108m3。以動態(tài)儲量為基礎(chǔ)，去除各項因素影響的庫容，計算有效庫容為48.71×108m3（表2）。

表2 輪南59石炭系儲氣庫有效庫容計算Table 2.Factors influencing the effective storage capacity of Lunnan-59 Carboniferous UGS

3 結(jié)論

（1）應用圖解法物質(zhì)平衡模型，通過擬合回歸實際地層壓力與累計產(chǎn)氣量變化，可確定氣藏生產(chǎn)過程中驅(qū)動能量變化，從而確定氣藏轉(zhuǎn)儲氣庫前動態(tài)儲量。

（2）應用改進的物質(zhì)平衡和數(shù)值模擬模型，可預測多輪運行周期水侵量和攜油量變化，定量計算水侵及反凝析影響的庫容；考慮地面壓縮機限制及地層異常高壓，可定量計算異常高壓對庫容的影響。

（3）應用圖解法物質(zhì)平衡模型及數(shù)值模擬模型能夠直觀的確定氣藏驅(qū)動方式的變化，確定儲氣庫建庫動態(tài)儲量；定量表征影響庫容的主控因素，明確建庫有效庫容，研究成果可為同類型邊底水異常高壓凝析氣藏改建儲氣庫提供借鑒。

符號注釋

Bg——平均地層氣體體積系數(shù)，m3/m3；

Bgi——原始地層氣體體積系數(shù)，m3/m3；

Bw——平均地層水體積系數(shù)，m3/m3；

Cf——平均巖石壓縮系數(shù)，MPa-1；

Cw——平均地層水壓縮系數(shù)，MPa-1；

Et——總膨脹系數(shù)，m3/m3；

F——地下采出量，104m3；

G——凝析氣原始地質(zhì)儲量，108m3；

GP——累計產(chǎn)氣量，108m3；

N——凝析油地質(zhì)儲量，104m3；

P——某時刻地層壓力，MPa；

Pi——初始地層壓力，MPa；

Swi——平均束縛水飽和度，%；

We——水侵量，104m3；

WP——累計產(chǎn)水量，104m3。