袁　權(quán)張友彩陳　偉歐家強(qiáng)易　勁（.中國石油西南油氣田公司川中油氣礦　.西南石油大學(xué)）

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啟動壓力梯度對低滲氣藏氣井開發(fā)影響研究*——以合川氣田須二氣藏為例

袁權(quán)1張友彩1陳偉2歐家強(qiáng)1易勁1
（1.中國石油西南油氣田公司川中油氣礦2.西南石油大學(xué)）

摘要合川氣田須二氣藏屬于低滲高含水氣藏，通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)存在啟動壓力梯度。應(yīng)用滲流力學(xué)、單井?dāng)?shù)值模擬等手段對氣井的流場、供給半徑、采收率等進(jìn)行研究，結(jié)果表明：啟動壓力梯度減小供給范圍并產(chǎn)生附加壓降，導(dǎo)致流壓快速下降，形成錐形壓降剖面；采收率隨井距增大而減小，極限供給半徑外的儲量完全不能動用。根據(jù)相似原理建立了低滲氣藏氣井極限供給半徑、可采儲量、采收率估算的一套新方法，該方法簡單快捷，考慮了啟動壓力梯度、最低（廢棄）壓力、井距等因素的影響。合川須二氣藏的應(yīng)用結(jié)果與實(shí)際動態(tài)監(jiān)測、實(shí)鉆新井的資料吻合，驗(yàn)證了該套方法的有效性，為確定低滲氣藏合理井距及下步開發(fā)部署具有積極指導(dǎo)意義。圖4表2參12

關(guān)鍵詞啟動壓力梯度低滲氣藏壓降剖面供給半徑采收率合理井距

合川氣田須二氣藏位于四川盆地中部，隸屬于川中古隆中斜平緩構(gòu)造帶，氣藏構(gòu)造平緩，斷層不發(fā)育，儲層平均孔隙度8.53%，平均滲透率0.418 mD，氣井普遍產(chǎn)水，屬于低滲含水氣藏。通過長巖心高壓衰竭開采模擬實(shí)驗(yàn)[1-2]，證實(shí)了合川須二氣藏啟動壓力梯度的存在，同時受滲透率及含水飽和度的影響，滲透率越低啟動壓力梯度越大，含水飽和度越高啟動壓力梯度越大[3-4]。那么低滲氣藏啟動壓力梯度的存在，會對氣井那些方面產(chǎn)生影響呢？本文從流場、供給半徑及采收率等方面開展了研究[5]。

1　啟動壓力梯度對壓力場影響

根據(jù)合川氣田須二氣藏基礎(chǔ)參數(shù)（表1），利用單井?dāng)?shù)值模擬器分別模擬計算啟動壓力梯度在0～0.05 MPa/m下，合川須二氣藏儲層氣井的定產(chǎn)壓降動態(tài)，可見隨壓降漏斗的擴(kuò)展，因啟動壓力梯度產(chǎn)生附加壓降（沿程屈服應(yīng)力=θR）增加，同時受啟動壓力梯度限制又減少了供給范圍，導(dǎo)致井底流壓快速下降（圖1）。

表1　合川須二低滲氣藏氣井考慮啟動壓力梯度單井?dāng)?shù)值模擬參數(shù)

圖1　啟動壓力梯度對流壓的影響

根據(jù)穩(wěn)態(tài)滲流關(guān)系[6-7]：

壓力梯度為：

式中：

θ—啟動壓力梯度，Pa/m；

R—半徑，m；

P—壓力，Pa；

K—滲透率，D；

μ—黏度，Pa·s；

h—產(chǎn)層厚度，m；

qsc—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)體積流量，m3/s；

Bg—體積系數(shù)。

由公式（2）可知，近井處的壓力梯度受產(chǎn)量、儲層物性和半徑影響，遠(yuǎn)井處1/R→0，壓力梯度主要受啟動壓力梯度控制。利用單井?dāng)?shù)值模擬器模擬無啟動壓力梯度及存在啟動壓力梯度情況下氣井流場變化，從壓力剖面形態(tài)圖可見，常規(guī)氣藏壓降剖面為喇叭形（圖2a），而啟動壓力梯度影響顯著時，壓降剖面變?yōu)閳A錐形（圖2b）。

圖2　壓力剖面形態(tài)對比

2　啟動壓力梯度對供給半徑影響

2.1供給半徑計算方法

基于滲流力學(xué)理論，建立受啟動壓力梯度控制的單井供給半徑的計算方法[8-10]。根據(jù)徑向穩(wěn)態(tài)流動關(guān)系，對（2）式積分：

得出含啟動壓力梯度的產(chǎn)量關(guān)系：

式中：

Pi—原始地層壓力，Pa；

Pwf—井底流壓，Pa；

Re—供給邊界半徑，m；

Rwe—考慮表皮系數(shù)影響的等效井筒半徑，Rwe= Rwe-s；

S—機(jī)械表皮系數(shù)，對于直井為徑向流表皮，對于壓裂井為擬徑向流表皮。

在無限導(dǎo)流裂縫條件下取等效井徑為1/2裂縫半長Rwe= Xf/2，對應(yīng)的擬徑向流表皮為S=-1n（Xf/2Rw）。

若取Pe=Pi-（Re-Rwe）θ為有效驅(qū)動壓力，則式（5）與常規(guī)產(chǎn)量公式形式完全相同。當(dāng)有效驅(qū)動壓差（Pe-Pwf）＞0時才有產(chǎn)出，得出最低井底壓力下的極限供給半徑：

式（6）展現(xiàn)出氣井供給半徑與是啟動壓力梯度的倒數(shù)線性相關(guān)，不存在啟動壓力梯度情況下，氣井供給半徑為無限大，說明啟動壓力梯度對氣井供給半徑影響大。

2.2合川須二氣井供給半徑計算

結(jié)合巖心衰竭實(shí)驗(yàn)結(jié)果及氣井累積產(chǎn)量情況，利用式（6）計算出合川須二氣藏3類儲層氣井的供給半徑（表2），從計算結(jié)果來看，Ⅰ類儲層氣井的極限控制半徑較大，Ⅱ、Ⅲ類儲層相對較小，僅能達(dá)到200 m左右。

表2　合川須二氣藏氣井極限控制半徑計算結(jié)果

3　啟動壓力梯度控制下井距對采收率影響

3.1采收率計算模型

當(dāng)井距大于2倍極限半徑時，氣井供給邊界上的壓力為原始地層壓力，當(dāng)井底壓力下降為最低流壓Pw后，開始定壓生產(chǎn)，產(chǎn)量遞減至0，表皮影響消失，壓降漏斗由喇叭形轉(zhuǎn)變?yōu)閳A錐形。當(dāng)井距小于2倍極限半徑時，出現(xiàn)井間干擾，相鄰單井的錐形壓降漏斗邊界交會，使供給邊界壓力Pe下降，形成各自的衰竭區(qū)域，井距越小、采收率越高。如圖3所示，采用圓形封閉氣藏模型化單井控制區(qū)，產(chǎn)出量包含兩部分：①邊界壓力下降部分（對應(yīng)圓柱體A體積）；②從邊界下降到井底壓力部分（對應(yīng)圓錐體B體積）。

圖3　存在啟動壓力梯度的封閉氣藏壓力剖面示意圖

井區(qū)總儲量（104m3）

邊界壓力下降部分的產(chǎn)出量（104m3）

圓錐剖面部分的產(chǎn)出量（104m3）

總產(chǎn)出量（104m3）

采收率

式中：

Re—井控區(qū)泄流半徑，m；

φ—孔隙度；

Swi—原始含水飽和度；

（h-he）—井控區(qū)邊界壓力下降部分的圓柱體高度，m；

（he-hw）—啟動壓力梯度控制的圓錐體高度，m。

3.2實(shí)例分析

針對合川須二氣藏Ⅱ類儲層基礎(chǔ)參數(shù)（儲層厚度取20 m，其它參數(shù)見表2），預(yù)測出不同井距下氣井的可采儲量及采收率見圖4。從計算結(jié)果來看，在極限供給半徑內(nèi)，隨著氣井動用半徑增大，控制儲量及采出量增加，但采收率逐漸降低，當(dāng)達(dá)到極限供給半徑時降至最低為30%，并且大于供給半徑外的儲量無法動用。當(dāng)供給半徑在極限半徑的0.85～1倍之間時采收率在44%～30%，符合一般低滲氣藏開發(fā)認(rèn)識[11-12]。

圖4　啟動壓力梯度影響下井距與采收率關(guān)系

4　加密井實(shí)鉆效果分析

合川001-77-H1井為須二氣藏構(gòu)造主體區(qū)一口加密水平井，完鉆層位在須二段，水平段長776.8 m，儲層鉆遇率94.59%，與周圍鄰井的距離為500～700 m，從儲層反演剖面上看該井區(qū)儲層連通。該井鄰近的6口井從2009年開始生產(chǎn)，截止2014年4月，累計采出氣581～2278×104m3，采出水0～4487 m3，已經(jīng)進(jìn)入低壓小產(chǎn)階段。

合川001-77-H1井在2014年4月完井測試，實(shí)測地層壓力26.74 MPa，測試產(chǎn)量10.22×104 m3/d，該井地層壓力只比鄰井原始地層壓力低1～3 MPa，并且獲得較高產(chǎn)量，說明該井區(qū)在原有井距條件下受鄰井的干擾十分有限。該區(qū)域情況與本文估計的供給半徑（Ⅱ、Ⅲ類儲層極限供給半徑小于250 m，井距為500 m）及采收率的認(rèn)識比較吻合。

5　結(jié)論

（1）啟動壓力梯度的存在產(chǎn)生附加壓降，導(dǎo)致流壓快速下降，形成錐形壓降剖面，不同于常規(guī)氣藏的喇叭形剖面；受啟動壓力梯度的限制，低滲氣井供給范圍小，存在極限供給半徑。

（2）利用體積相似原理，本文建立起低滲氣藏極限供給半徑、可采儲量、采收率估計的解析方法，該方法簡單快捷，考慮了最低（廢棄）壓力、井距影響，極限供給半徑下氣藏的采收率僅為30%，采收率隨井距減小而增加。

（3）通過合川須二氣藏的供給半徑及采收率研究，經(jīng)實(shí)鉆井測試資料的檢驗(yàn)，進(jìn)一步證實(shí)本文研究方法的合理性，可以指導(dǎo)類似低滲氣藏的開發(fā)部署。

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（修改回稿日期2015-06-30編輯文敏）

作者簡介袁權(quán)，男，1982年出生，四川儀隴人，碩士研究生，工程師；主要從事油氣田開發(fā)研究工作。地址：（629000）四川省遂寧市西南油氣田公司川中油氣礦勘探開發(fā)研究所。電話：（0825）2516695。E-mail: yuanquan01@petrochina.com.cn

*基金項(xiàng)目：中國石油西南油氣田公司項(xiàng)目（編號20120305-01-01）《合川須二氣藏低滲儲層滲流機(jī)理及儲量可采性研究》。