徐 軒，朱華銀，徐 婷，郭 輝，閆永強(qiáng)

(1.中國礦業(yè)大學(xué)，北京 100083；2.中油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北 廊坊 065007；3.中油長慶油田分公司，陜西 靖邊 715800；4.中油大慶油田有限責(zé)任公司，黑龍江 大慶 163000)

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多層合采氣藏分層儲(chǔ)量動(dòng)用特征及判定方法

徐 軒1，2，朱華銀2，徐 婷3，郭 輝2，閆永強(qiáng)4

(1.中國礦業(yè)大學(xué)，北京 100083；2.中油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北 廊坊 065007；3.中油長慶油田分公司，陜西 靖邊 715800；4.中油大慶油田有限責(zé)任公司，黑龍江 大慶 163000)

針對(duì)多層氣藏合采過程中分層產(chǎn)氣量差異大、儲(chǔ)量動(dòng)用不均衡的問題，運(yùn)用物理實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，系統(tǒng)、定量地研究了層間非均質(zhì)性和壓力系統(tǒng)差異對(duì)分層產(chǎn)氣量和儲(chǔ)量動(dòng)用的影響，提出儲(chǔ)量動(dòng)用均衡性的界定方法，即分層累計(jì)產(chǎn)氣量貢獻(xiàn)率比值小于3∶2為儲(chǔ)量動(dòng)用較均衡；分層累計(jì)產(chǎn)氣量貢獻(xiàn)率比值大于3∶2而小于3∶1為儲(chǔ)量動(dòng)用欠均衡；分層累計(jì)產(chǎn)氣量貢獻(xiàn)率比值大于3∶1儲(chǔ)量動(dòng)用不均衡。以此為依據(jù)，獲得了多層氣藏氣井分層儲(chǔ)量動(dòng)用判定方法及判斷圖版。實(shí)例分析表明，利用此方法可在開發(fā)方案決策前對(duì)層間分層產(chǎn)氣量貢獻(xiàn)和儲(chǔ)量動(dòng)用均衡性進(jìn)行評(píng)估，為氣藏儲(chǔ)量動(dòng)用評(píng)價(jià)提供技術(shù)支持。

多層合采；數(shù)值模擬；物理模擬；分層產(chǎn)氣量；儲(chǔ)量動(dòng)用程度；分層累計(jì)產(chǎn)氣量貢獻(xiàn)率

1 研究方法

利用物理模擬方法獲得定性認(rèn)識(shí)，利用數(shù)值模擬方法進(jìn)行定量分析[1-5]。通過物理模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行趨勢(shì)性比較驗(yàn)證，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合2種研究成果，獲得規(guī)律性認(rèn)識(shí)。

物理模擬實(shí)驗(yàn)選取物性不同的2組全直徑巖心分裝入不同的巖心夾持器并飽和氣，形成不同滲透率儲(chǔ)層組合的模型，并聯(lián)后通過氣體流量控制器模擬多層氣藏定產(chǎn)氣量衰竭開采。

數(shù)值模型采用雙層無竄流均質(zhì)氣藏模型，模型的基本參數(shù)：孔隙度為8.5%，初始滲透率為0.1×10-3μm2，原始?jí)毫?0 MPa，儲(chǔ)層有效厚度均為20 m，儲(chǔ)層滲透率和地層壓力根據(jù)研究目的和考慮因素不同而設(shè)計(jì)不同組合。模型網(wǎng)格數(shù)為41×41×3，模型中只有上下2層為目的層，中間層為不滲透隔層，總儲(chǔ)量為1.71×108m3，設(shè)置氣井定產(chǎn)2×104m3/d進(jìn)行生產(chǎn)，生產(chǎn)年限為20 a。模擬先圍繞單一因素影響規(guī)律展開，在此基礎(chǔ)上綜合考慮多因素共同影響時(shí)的分層產(chǎn)氣量貢獻(xiàn)和儲(chǔ)量動(dòng)用特征[6-10]。

2 多層合采氣藏儲(chǔ)量動(dòng)用特征

2.1 層間非均質(zhì)性對(duì)儲(chǔ)量動(dòng)用的影響

物理模擬實(shí)驗(yàn)過程中分別測(cè)量各小層瞬時(shí)產(chǎn)氣量，得到合采生產(chǎn)曲線及分層累計(jì)產(chǎn)氣量貢獻(xiàn)率，如圖1、2所示。

圖1 不同物性氣層合采時(shí)生產(chǎn)曲線

圖2 不同物性氣層合采時(shí)累計(jì)產(chǎn)氣量貢獻(xiàn)率

由圖1可知，當(dāng)存在物性差異的氣層合采時(shí)，初期高滲層產(chǎn)氣量遠(yuǎn)高于低滲層，隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，高滲層產(chǎn)氣量逐漸下降而低滲層產(chǎn)氣量逐漸上升，說明初期低滲層受到抑制。由圖2可知，高滲層產(chǎn)氣量貢獻(xiàn)率始終高于低滲層，穩(wěn)產(chǎn)期末(約70 min時(shí))低滲層產(chǎn)氣量貢獻(xiàn)率為35%，達(dá)到廢棄產(chǎn)氣量(30 mL/min)停止實(shí)驗(yàn)時(shí)其產(chǎn)氣量貢獻(xiàn)率也僅為41%。由于2塊巖心儲(chǔ)量接近，表明存在物性差異產(chǎn)層合采時(shí)，低滲層儲(chǔ)量難以有效動(dòng)用，動(dòng)用程度明顯較高滲層差。

物理模擬實(shí)驗(yàn)周期長，難于展開大量系統(tǒng)的研究，為此需結(jié)合數(shù)值模擬的方法進(jìn)行進(jìn)一步研究。通過大量的模擬計(jì)算，統(tǒng)計(jì)得到不同物性氣藏合采時(shí)累計(jì)產(chǎn)氣量貢獻(xiàn)率與儲(chǔ)層滲透率級(jí)差的關(guān)系，如圖3所示。第2層滲透率K2為0.1×10-3μm2不變時(shí)，隨著第1層滲透率K1的增大，第2層的產(chǎn)氣貢獻(xiàn)率逐漸減小，第1層產(chǎn)氣貢獻(xiàn)率逐漸增大，曲線以等值滲透率點(diǎn)為交點(diǎn)形成“剪刀形”，滲透率級(jí)差越大，層間產(chǎn)氣量貢獻(xiàn)率差異越大。

圖3 不同物性氣層合采時(shí)累計(jì)產(chǎn)氣量貢獻(xiàn)率

比較相同參數(shù)下數(shù)模與物理模擬實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果(圖2對(duì)應(yīng)于圖3中K1/K2=2.5情形)，可見2者模擬結(jié)果雖然數(shù)值上不完全相同，但在總體趨勢(shì)上具有一致性，表明利用數(shù)值模擬方法進(jìn)行多層合采氣藏儲(chǔ)量動(dòng)用特征研究是合理、可行的。

以穩(wěn)產(chǎn)期層間累計(jì)產(chǎn)氣量貢獻(xiàn)率為依據(jù)，進(jìn)行如下界定：

(1) 儲(chǔ)量動(dòng)用較均衡。分層累計(jì)產(chǎn)氣量貢獻(xiàn)率比值小于3∶2(圖3中區(qū)域Ⅰ)，此時(shí)層儲(chǔ)量動(dòng)用均衡，合采效果較好。

(2) 儲(chǔ)量動(dòng)用欠均衡。分層累計(jì)產(chǎn)氣量貢獻(xiàn)率比值大于3∶2而小于3∶1(圖3中區(qū)域Ⅱ)，此時(shí)儲(chǔ)量動(dòng)用欠均衡，合采效果一般。

(3) 儲(chǔ)量動(dòng)用不均衡。分層累計(jì)產(chǎn)氣量貢獻(xiàn)率比值大于3∶1(圖3中區(qū)域Ⅲ)，此時(shí)儲(chǔ)量動(dòng)用非常不均衡，合采效果較差。

這里對(duì)貢獻(xiàn)率比值范圍的劃定只是一種研究方法的探索，具體應(yīng)用中比值范圍可以根據(jù)實(shí)際情況如氣井廢棄產(chǎn)氣量、開發(fā)成本等因素靈活取值。

2.2 壓力系統(tǒng)差異對(duì)儲(chǔ)量動(dòng)用的影響

合采氣井由于隔層的封隔作用，不同產(chǎn)層屬于不同的壓力系統(tǒng)。合采層間壓力差異雖然不可能像滲透率比值那么大，但其分層產(chǎn)氣量貢獻(xiàn)和儲(chǔ)量動(dòng)用均衡性的影響仍然不可忽略。為了研究地層壓力差異對(duì)合采氣藏儲(chǔ)量動(dòng)用的影響程度，進(jìn)行如下模擬：設(shè)置無串流雙層地層滲透率均為0.1×10-3μm2，固定第1層原始地層壓力p1為20 MPa不變，改變第2層地層壓力p2，模擬不同壓力倍比條件下的氣層合采。通過模擬，統(tǒng)計(jì)得到產(chǎn)氣量貢獻(xiàn)率與壓力倍比關(guān)系曲線如圖4所示。

圖4 相同滲透率不同壓差氣層合采時(shí)產(chǎn)氣貢獻(xiàn)率

對(duì)比發(fā)現(xiàn)，滲透率相同時(shí)，高低壓氣層進(jìn)行合采，穩(wěn)產(chǎn)期內(nèi)高壓氣層對(duì)低壓氣層具有抑制作用，其產(chǎn)氣量貢獻(xiàn)率總是大于低壓氣層。曲線以等壓力比值點(diǎn)為交點(diǎn)形成“剪刀形”，2層間壓力差異越大，產(chǎn)氣貢獻(xiàn)率的剪刀差也越大。采用上文的界定條件，對(duì)于滲透率相同而壓力系統(tǒng)存在差異的氣層合采時(shí)，儲(chǔ)量動(dòng)用界定條件為：當(dāng)p1/p2介于0.8～1.2之間時(shí)，層間儲(chǔ)量動(dòng)用均衡(圖4區(qū)域Ⅰ)；p1/p2差異較大，達(dá)到0.7或1.3時(shí)，層間儲(chǔ)量動(dòng)用也屬于欠均衡(圖4區(qū)域Ⅱ)，仍可以合采。

2.3 層間非均質(zhì)性和壓力差異正交分析

考慮合采層同時(shí)存在滲透率和壓力差異，用正交方法對(duì)滲透率和壓力引起的產(chǎn)氣量差異進(jìn)行分析。

設(shè)置第1層滲透率K1為0.10×10-3μm2，第2層滲透率分別為0.04×10-3、0.02×10-3μm2，使得K1/K2分別為2.5、5.0，研究不同滲透率比值時(shí)壓力差異對(duì)分層產(chǎn)氣量貢獻(xiàn)和儲(chǔ)量動(dòng)用的影響。與上文相同，第1層原始地層壓力p1為20 MPa不變，改變第2層地層壓力p2，模擬得到的不同壓力倍比下各氣層產(chǎn)氣量貢獻(xiàn)率，如圖5所示。比較圖4、5可知，隨著滲透率差異的增加，相同的壓差條件下，層間貢獻(xiàn)率的差異趨于增加。儲(chǔ)量動(dòng)用較均衡區(qū)域Ⅰ范圍迅速減小，而儲(chǔ)量動(dòng)用不均衡區(qū)域Ⅲ

圖5 不同滲透率和壓差氣層合采時(shí)產(chǎn)氣貢獻(xiàn)率

明顯增加；當(dāng)K1/K2=2.5時(shí)，p1/p2應(yīng)控制在1.2以內(nèi)才適合合采；當(dāng)K1/K2=5.0時(shí)，p1/p2必須控制在0.9以內(nèi)才適合合采。研究表明，高滲層具有低壓力時(shí)，2小層均有各自的產(chǎn)氣有利條件，此時(shí)高滲層對(duì)低滲層的抑制作用減小，層間干擾變?。桓邼B層具有高壓力時(shí)，產(chǎn)氣有利條件都集中于高滲層，此時(shí)高滲層對(duì)低滲層抑制作用加強(qiáng)，層間干擾變大。

3 氣井分層儲(chǔ)量動(dòng)用判斷圖版

實(shí)際氣藏中，儲(chǔ)層滲透率和壓力對(duì)氣層儲(chǔ)量動(dòng)用的影響是相互作用的，正交方法分析研究表明，滲透率差異越大，氣藏合采的壓力條件要求越苛刻。根據(jù)上文對(duì)儲(chǔ)量動(dòng)用均衡性的界定方法可以確定不同滲透率比值條件下合采的壓力界限。根據(jù)這一思路，進(jìn)行大量的模擬計(jì)算和分析，得到氣井儲(chǔ)量動(dòng)用均衡性判斷圖版，如圖6所示。

由圖6可知，當(dāng)氣藏儲(chǔ)層之間的物性和壓力參數(shù)比值位于曲線上方時(shí)，若進(jìn)行合采，低產(chǎn)層將被嚴(yán)重抑制，儲(chǔ)量難以有效動(dòng)用，數(shù)據(jù)點(diǎn)離曲線越遠(yuǎn)，儲(chǔ)量動(dòng)用越不均衡；當(dāng)氣藏儲(chǔ)層之間的物性和壓力參數(shù)比值位于曲線下方，則儲(chǔ)量動(dòng)用較均衡，表明合采條件較優(yōu)越。因此，在劃分氣藏合采層系時(shí)，應(yīng)盡量優(yōu)選物性和壓力參數(shù)比值落在合采圖版中曲線下方的氣層進(jìn)行合采。

圖6 合采氣井分層儲(chǔ)量動(dòng)用判斷圖版

4 實(shí)例分析

國內(nèi)某氣田縱向上由多個(gè)砂層組疊置而成，測(cè)井解釋結(jié)果表明氣田層間非均質(zhì)性較強(qiáng)，各砂組內(nèi)小層滲透率級(jí)差平均為5.7。同時(shí)氣田含氣層數(shù)多，頂部氣層壓力與底部氣層壓力差最多可達(dá)10 MPa，氣田實(shí)際開發(fā)中，為避免壓差過大引起的儲(chǔ)量動(dòng)用不均衡，采用了劃分層系開發(fā)，使得縱向?qū)娱g壓差得到了一定的控制。選取3口井為例，闡述氣井分層儲(chǔ)量動(dòng)用判斷圖版的應(yīng)用方法。3口井目的層為4-1砂層組，射開小層數(shù)2～6層不等，井段跨度約為50 m，壓力差異可以忽略。為研究的針對(duì)性，選取層厚基本一致，射開時(shí)間相同的小層進(jìn)行分析，3口井的基本物性參數(shù)見表1。

表1 3口合采井小層物性參數(shù)和分層產(chǎn)氣量

經(jīng)過計(jì)算，3口實(shí)例井層間非均質(zhì)性強(qiáng)弱不等，將3口井的參數(shù)投影到氣井多層合采判斷圖版圖7可以對(duì)其分層產(chǎn)氣量貢獻(xiàn)和儲(chǔ)量動(dòng)用情況進(jìn)行初步判斷。由圖7可知，實(shí)例井1層間干擾不突出，可以合采；實(shí)例井2位于曲線上方，表明合采干擾較強(qiáng)，但數(shù)據(jù)點(diǎn)離曲線較接近，產(chǎn)氣量貢獻(xiàn)率比值應(yīng)略大于3∶1；實(shí)例井3位于曲線上方，且數(shù)據(jù)點(diǎn)離曲線較遠(yuǎn)，表明其層間干擾突出，合采效果很差，儲(chǔ)量動(dòng)用極不均衡。

圖7 合采氣井分層儲(chǔ)量動(dòng)用分析圖

5 結(jié) 論

(1) 物理模擬和數(shù)值模擬均表明層間非均質(zhì)性差異會(huì)引起分層產(chǎn)氣量不均，差異越大，產(chǎn)氣貢獻(xiàn)率差值也越大。

(2) 合采氣層分層累計(jì)產(chǎn)氣量貢獻(xiàn)率比值小于3∶2，儲(chǔ)量動(dòng)用均衡，合采效果較好；分層累計(jì)產(chǎn)氣量貢獻(xiàn)率比值大于3∶2而小于3∶1，儲(chǔ)量動(dòng)用欠均衡，合采效果一般；分層累計(jì)產(chǎn)氣量貢獻(xiàn)率比值大于3∶1，儲(chǔ)量動(dòng)用非常不均衡，合采效果較差。

(3) 通過正交分析，得到了氣藏合層開采儲(chǔ)量動(dòng)用判斷圖版，可正確預(yù)測(cè)合采層間分層產(chǎn)氣量貢獻(xiàn)，評(píng)估分層儲(chǔ)量動(dòng)用均衡性。

[1] 馬力寧.澀北氣田開發(fā)中存在的技術(shù)難題及其解決途徑[J].天然氣工業(yè)，2009，29(7)：55-57.

[2] 萬玉金，孫賀東，黃偉崗，等.澀北氣田多層氣藏儲(chǔ)量動(dòng)用程度分析[J].天然氣工業(yè)，2009，29(7)：58-60.

[3] 范新文，劉波，保吉成，等.澀北一號(hào)氣田動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量影響因素分析[J].天然氣地球科學(xué)，2012，23(5)：939-943.

[4] 熊鈺，張烈輝，陽仿勇，等.多層氣藏一井多層開采技術(shù)界限研究[J].天然氣工業(yè)，2005，25(7)：81-83.

[5] 劉啟國，王輝，王瑞成，等.多層氣藏井分層產(chǎn)量貢獻(xiàn)計(jì)算方法及影響因素[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，32(1)：80-84.

[6] 郭平，劉安琪，朱國金，等.多層合采凝析氣藏小層產(chǎn)量分配規(guī)律[J].石油鉆采工藝，2011，33(2)：120-123.

[7] 胡勇，李熙喆，萬玉金，等.高低壓雙氣層合采產(chǎn)氣特征[J].天然氣工業(yè)，2009，29(2)：89-91.

[8] 徐獻(xiàn)芝，況國華，陳峰磊，等.多層合采試井分析方法[J].石油學(xué)報(bào)，1999，20(5)：43-47.

[9] 張望明，韓大匡，連淇祥，等.多層油藏試井分析[J].石油勘探與開發(fā)，2001，28(3)：63-66.

[10] 鮮波，熊鈺，石國新，等.薄層油藏合采層間干擾分析及技術(shù)對(duì)策研究[J].特種油氣藏，2007，14(3)：51-54.

編輯 張耀星

20140805；改回日期：20141126

國家科技重大專項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”(2011ZX05015)子課題“多層疏松砂巖氣藏開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)”(2011ZX05015-004)

徐軒(1984-)，男，工程師，2007年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)海洋地質(zhì)專業(yè)，2012年畢業(yè)于中國科學(xué)院流體力學(xué)專業(yè)，獲博士學(xué)位，現(xiàn)主要從事天然氣滲流實(shí)驗(yàn)與氣藏開發(fā)研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.01.025

TE341

A

1006-6535(2015)01-0111-04