曹赟

(中石化華北油氣分公司采氣一廠，河南 鄭州 450006)

增壓開采技術(shù)在大牛地氣田的應(yīng)用

曹赟

(中石化華北油氣分公司采氣一廠，河南 鄭州 450006)

[摘要]隨著氣田開采的不斷深入，氣井壓力和產(chǎn)能逐漸降低，為了充分發(fā)揮氣井產(chǎn)能，滿足氣田開發(fā)需要，需要進(jìn)行增壓開采。通過軟件模擬和增壓前后氣井生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析，明確了單井壓力下降規(guī)律和產(chǎn)量遞減規(guī)律，確定了增壓開采期合理配產(chǎn)原則、廢棄壓力和采收率。通過軟件模擬分析管網(wǎng)的集輸氣能力，確定管網(wǎng)的增壓時(shí)機(jī)，制定了增壓運(yùn)行方案。

[關(guān)鍵詞]氣田開采；增壓開采；廢棄壓力；采收率；增壓時(shí)機(jī)；大牛地氣田

大牛地氣田位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡北部，屬于致密低滲巖性圈閉氣藏。自2003年開始進(jìn)行天然氣開發(fā)先導(dǎo)性試驗(yàn)以來，隨著氣田開采的不斷深入，氣井壓力和產(chǎn)能逐漸降低。為了充分發(fā)揮氣井產(chǎn)能，滿足氣田開發(fā)需要，需要進(jìn)行增壓開采。筆者通過增壓前后氣井生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析，明確了單井壓力下降規(guī)律和產(chǎn)量遞減規(guī)律，確定了增壓開采期合理配產(chǎn)原則、廢棄壓力和采收率，最終形成了增壓開采技術(shù)，提高采收率4.84%。

1增壓氣井生產(chǎn)規(guī)律及穩(wěn)產(chǎn)技術(shù)

1.1氣藏產(chǎn)能遞減規(guī)律分析

在單井分析的基礎(chǔ)上，通過對單井生產(chǎn)數(shù)據(jù)做歸一化處理，按投產(chǎn)年份的不同分別計(jì)算了各投產(chǎn)年份氣井的遞減速率。以2005年投產(chǎn)氣井為例，由圖1可見，2005年投產(chǎn)氣井在2010年開始進(jìn)入定壓生產(chǎn)階段，產(chǎn)氣量開始遞減，其遞減特征符合指數(shù)遞減，根據(jù)指數(shù)遞減方程求得該年份井月遞減速率為12.4%。

圖1　2005年投產(chǎn)氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)曲線圖

投產(chǎn)年份井?dāng)?shù)/口遞減率/%2003158.4220042014.36200520012.37200614411.4020071429.43200810210.422009705.3520109417.96

根據(jù)上述分析方法，完成2003～2013年各年份投產(chǎn)直井的遞減速率分析，結(jié)果如表1所示。由表1可見，2003～2010年投產(chǎn)的直井均出現(xiàn)不同程度的遞減，2013年總計(jì)遞減產(chǎn)量3×108m3，而2011～2013年投產(chǎn)的氣井由于尚在穩(wěn)產(chǎn)期未出現(xiàn)遞減。

1.2增壓合理配產(chǎn)及穩(wěn)產(chǎn)期預(yù)測

為了氣田長期穩(wěn)定生產(chǎn)，增壓開采條件下氣井合理配產(chǎn)應(yīng)遵循以下原則[1，2]：①配產(chǎn)能夠保證合理的采氣速度，獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益；②配產(chǎn)能保證氣井有較長的穩(wěn)產(chǎn)期；③配產(chǎn)能在較長時(shí)期內(nèi)滿足氣井正常攜液需求。

該次直井的合理配產(chǎn)研究是以不穩(wěn)定流動(dòng)理論為基礎(chǔ)，根據(jù)當(dāng)時(shí)的油壓及模擬后的井口壓力和設(shè)計(jì)穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間計(jì)算合理壓降控制范圍，并根據(jù)單井壓力情況反算出其理論上的穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間，建立單井Topaze模型進(jìn)行單井模擬和預(yù)測。合理壓降范圍即：按照穩(wěn)產(chǎn)2.5年(壓降>0.004MPa)確定增壓后最小產(chǎn)氣量，按照穩(wěn)產(chǎn)1年(壓降<0.01MPa)確定增壓后最大產(chǎn)氣量。最后，將模擬結(jié)果與實(shí)際進(jìn)行對接并修正后得到單井配產(chǎn)方案。

以D-X1井為例，該井預(yù)測時(shí)油壓6.58MPa、套壓6.92MPa，位于X號集氣站，目前X號站出站壓力4.75MPa，考慮二級節(jié)流壓差以及管線壓力損耗，計(jì)算D-X1井所需最低井口壓力為5.35MPa，一期增壓最低井口限壓為2.6MPa，二期增壓最低井口限壓為0.5MPa。擬合該井生產(chǎn)歷史，并按照增壓前產(chǎn)量(2.3×104m3/d)進(jìn)行定產(chǎn)降壓預(yù)測，當(dāng)生產(chǎn)416d后，也就是2013年10月21日，井口壓力降至5.35MPa，達(dá)到井口限壓，需要進(jìn)行一期增壓開采，否則需下調(diào)配產(chǎn)。增壓后繼續(xù)按2.3×104m3/d進(jìn)行生產(chǎn)。當(dāng)生產(chǎn)630d后，也就是2015年7月13日，井口壓力降至2.6MPa，需要進(jìn)行二期增壓開采。

該次共研究1121口井(其中945口直井)增壓后的合理配產(chǎn)，匯總單井配產(chǎn)預(yù)測結(jié)果得到了所有直井在最大和最小壓降下的配產(chǎn)值，如表2所示。

表2　氣井在最大、最小壓降下產(chǎn)量調(diào)整情況

由表2可見，在最小壓降下可上調(diào)的井有79口，上調(diào)量為18.09×104m3/d，下調(diào)井?dāng)?shù)為412口，下調(diào)量為151.08×104m3/d，在0.004MPa/d壓降速率條件下，采氣速度偏低。

在最大壓降下可上調(diào)的井有369口，上調(diào)量為126.84×104m3/d，下調(diào)井?dāng)?shù)為124口，下調(diào)量為43.55×104m3/d。由于直井壓力整體較低，因此0.01MPa/d的壓降速率過快，增壓后穩(wěn)產(chǎn)期縮短近60%。因此，綜合上述研究結(jié)果，建議增壓后直井配產(chǎn)保持增壓前水平，穩(wěn)產(chǎn)期為1.5a左右。

1.3一期增壓采收率預(yù)測

1.3.1一期增壓開采下廢棄壓力的確定

氣藏廢棄壓力的計(jì)算方法較多，綜合考慮大牛地氣田開發(fā)階段、資料狀況及各計(jì)算方法適用條件，確定采用垂直管流法。

增壓后集輸管線出站壓力限制為2.6MPa。在計(jì)算過程中，井口油壓取2.6MPa，通過計(jì)算確定了實(shí)施增壓后DKX1井區(qū)廢棄地層壓力為5.32MPa，DKX2井區(qū)和DKX3井區(qū)均為5.29MPa，DKX4井區(qū)廢棄地層壓力為5.17MPa，大牛地氣田平均廢棄地層壓力為5.27MPa，平均可降低廢棄地層壓力2.71MPa。

1.3.2一期增壓開采下采收率的確定

1)物質(zhì)平衡法確定由于大牛地氣田為巖性控制氣藏，無邊底水，驅(qū)動(dòng)能量主要為彈性氣驅(qū)，適用于定容封閉氣藏物質(zhì)平衡方程。物質(zhì)平衡方程方法計(jì)算的采收率為動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量采收率。

2)不穩(wěn)定流動(dòng)法確定利用井口壓力隨生產(chǎn)時(shí)間的變化情況，結(jié)合PVT(壓力-體積-溫度)參數(shù)，通過重整流量或壓力及積分，繪制雙對數(shù)曲線、Blasingame曲線，與典型圖版擬合，確定儲(chǔ)層裂縫半長、滲透率等參數(shù)，最后通過生產(chǎn)壓力、產(chǎn)量歷史擬合所建模型的可靠性，在模型檢驗(yàn)的基礎(chǔ)上預(yù)測生產(chǎn)動(dòng)態(tài)。該方法所需的數(shù)據(jù)主要包含：生產(chǎn)時(shí)間、油壓、套壓、日產(chǎn)氣量、日產(chǎn)水量、日產(chǎn)油量、流體分析數(shù)據(jù)、儲(chǔ)層基本參數(shù)等。

根據(jù)現(xiàn)有實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，對單井遞減規(guī)律的分析采用如下思路[4]：①收集整理單井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)并繪制采氣曲線，從中挑選出盡可能以自然規(guī)律為主，人為干擾因素少的氣井，排除因油套不連通或者未完全連通等原因造成的壓力數(shù)據(jù)異常氣井；②根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并結(jié)合儲(chǔ)層參數(shù)、PVT參數(shù)，通過專業(yè)動(dòng)態(tài)分析軟件繪制特征曲線；③選擇相應(yīng)的井筒、儲(chǔ)層模型，將繪制的特征曲線和雙對數(shù)/Blasingame標(biāo)準(zhǔn)曲線圖版擬合，通過匹配點(diǎn)數(shù)據(jù)和相關(guān)公式計(jì)算儲(chǔ)層參數(shù)，最后根據(jù)分析公式預(yù)測未來生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，結(jié)果見表3。

表3　不同時(shí)期各盒子組三段采收率的預(yù)測

考慮單井定壓降產(chǎn)后的產(chǎn)量，單井最終采收率的計(jì)算取小于1300m3/d產(chǎn)量為廢棄產(chǎn)量，通過累計(jì)已經(jīng)生產(chǎn)的產(chǎn)量加上預(yù)測的產(chǎn)量，計(jì)算最終的采收率。因此，綜合物質(zhì)平衡法和不穩(wěn)定流動(dòng)法分析認(rèn)為：增壓后采收率可達(dá)35.73%，提高采收率4.84%(表4)。

表4　采收率綜合取值

2集輸管網(wǎng)增壓運(yùn)行優(yōu)化研究

2.1集輸管網(wǎng)增壓時(shí)機(jī)和增壓方式確定

2.1.1增壓前輸氣能力

按照增壓前的管網(wǎng)結(jié)構(gòu)，增壓前管網(wǎng)的最大輸氣能力如表5所示。

表5　增壓前管網(wǎng)最大輸氣能力

表6　增壓后管網(wǎng)最大輸氣能力預(yù)測

2.1.2增壓后輸氣能力預(yù)測

由于X2線內(nèi)有積液，增壓后X2線上游集氣站出站壓力依然較高，在保證增壓效果的情況下，模擬管網(wǎng)輸氣能力時(shí)需要限定集氣站出站壓力。設(shè)置壓縮機(jī)入口壓力為2MPa，出站壓力限壓3.5MPa，預(yù)測得到目前管網(wǎng)結(jié)構(gòu)下最大集輸氣能力，結(jié)果見表6。

2.1.3增壓時(shí)機(jī)和增壓方式確定

如果不增壓管網(wǎng)將無法完成1100×104m3/d的輸氣任務(wù)，部分集氣站出現(xiàn)超壓情況，所以在此之前必須增壓。增壓方案如下：①僅X1線和X3線增壓，X2線不增壓；②壓縮機(jī)進(jìn)口壓力2MPa，集氣站限壓3.5MPa；③X號站投運(yùn)，進(jìn)入X2線補(bǔ)充產(chǎn)量。

至于X2線的增壓時(shí)機(jī)，要考慮X2線的輸氣能力和給X7線供氣提出相應(yīng)的解決方案。通過模擬得知，當(dāng)X站投產(chǎn)后輸氣量超過50×104m3/d、X2線輸量超過185×104m3/d時(shí)，X2線即開始出現(xiàn)超壓情況。X2線增壓后壓力降低，將無法滿足X7線要求，屆時(shí)將有X10號站給X7線供氣。

2.2管網(wǎng)適用性分析

2.2.1分析指標(biāo)

結(jié)合大牛地氣田管道運(yùn)行現(xiàn)狀，選擇合適的評價(jià)指標(biāo)，從而形成適合于大牛地氣田管網(wǎng)的管道運(yùn)行能效評價(jià)指標(biāo)體系。由于影響因素較多，為方便指標(biāo)的建立，將天然氣管網(wǎng)分為站場和管段兩大類，評價(jià)指標(biāo)如表7所示[5，6]。

表7　集輸管網(wǎng)分析指標(biāo)

根據(jù)實(shí)際情況，針對大牛地氣田集輸管網(wǎng)的適用性分析，其主要特點(diǎn)如下：①假定大牛地氣田管網(wǎng)為等溫輸氣管道，因此不考慮溫度指標(biāo)；②采用仿真模擬，假定管網(wǎng)輸送過程中不存在損耗，因此不考慮管線損輸比和站內(nèi)壓降；③主要目的是對管網(wǎng)適用性進(jìn)行分析，因此不考慮人員生活能耗；④無法測得增壓后壓縮機(jī)的實(shí)際能耗等數(shù)據(jù)，因此不考慮壓縮機(jī)效率、站場運(yùn)行效率。

綜合考慮確定以單位長度壓力降、干線壓降、集氣站出站壓力、管網(wǎng)集輸氣能力4個(gè)指標(biāo)為例來說明集輸管網(wǎng)適用性分析的主要思路。

2.2.2增壓后集輸管網(wǎng)適應(yīng)性分析

1)單位長度壓降2014年清管后增壓模型根據(jù)2014年2月5日生產(chǎn)數(shù)據(jù)，計(jì)算2014年增壓管網(wǎng)的分析指標(biāo)，對清管后增壓模型的適應(yīng)性進(jìn)行分析。壓縮機(jī)入口壓力為2.09MPa，首先計(jì)算單位長度管線的壓降，找出壓降較大的管線。部分管線尚未采取優(yōu)化措施，仍存在問題的管線需要采取進(jìn)一步優(yōu)化措施，主要有X10-X12線、X13-X14線、X15-X16線、X17-X1號閥室、X18-X19線、X20-X21線。

2)干線壓降基于2014年清管后增壓模型的模擬結(jié)果，計(jì)算了干線壓降及單位長度輸量的壓降，結(jié)果見表8。

表8　增壓后干線壓降及單位長度輸量壓降計(jì)算結(jié)果(壓縮機(jī)入口壓力2.09MPa)

從表8可以看出，清管增壓后壓縮機(jī)入口壓力為2.09MPa，相比于增壓預(yù)測管網(wǎng)運(yùn)行壓力大，輸量大，而干線壓降及單位長度輸量壓降明顯降低，說明優(yōu)化措施效果顯著，而X2線在單位長度輸量下的壓降最大，說明清管后X2線部分管線摩阻仍相對較大，需進(jìn)一步采取優(yōu)化措施。

3)集氣站出站壓力運(yùn)行2014年清管后增壓模型，壓縮機(jī)進(jìn)口壓力為2.09MPa下的集氣站出站壓力分干線統(tǒng)計(jì)。壓縮機(jī)入口壓力為2.09MPa時(shí)，X3線集氣站最大出站壓力為2.63MPa，X1線集氣站最大出站壓力為2.58MPa，而X2線集氣站最大出站壓力為3.06MPa，均滿足管網(wǎng)承壓要求。

2.3增壓集輸管網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化建議

2.3.1存在問題的管線

根據(jù)增壓后干線壓降計(jì)算結(jié)果，X2線和X3線中部分管線摩阻較大，考慮到X2線超壓的可能性，主要對單位長度壓降較大和對X2線集氣站出站壓力影響較大的管線進(jìn)行優(yōu)化。根據(jù)集輸管網(wǎng)模型模擬結(jié)果，管線粗糙度較大的主要原因是管中積液，而管徑小、輸量大則導(dǎo)致“瓶頸效應(yīng)”的產(chǎn)生，確定的單位長度壓降較大管線和對X2線集氣站出站壓力影響較大的管線如表9所示。

表9　存在問題的管線及原因

2.3.2集輸管網(wǎng)優(yōu)化方案

根據(jù)氣田特點(diǎn)，對于干線可行的優(yōu)化方法有：清管、調(diào)整管線布局；對于集氣站管線，可行的優(yōu)化方法有：清管、敷設(shè)副管及調(diào)整管線布局[7～9]?？紤]到氣田管網(wǎng)優(yōu)化時(shí)要盡可能不新建管線，因此，根據(jù)管線存在的問題及原因，確定的優(yōu)化方案為：干線采取清管措施，集氣站管線采取清管、敷設(shè)副管或調(diào)整布局措施。

對于“積液”管線，通過清管來降低摩阻。針對“瓶頸效應(yīng)”的管線，X10-X11和X12-X13號站管線敷設(shè)副管，新建X5-X2號站管線?；谠鰤汗芫W(wǎng)預(yù)測模型，根據(jù)方案調(diào)整管線進(jìn)行模擬，優(yōu)化后管線參數(shù)如表10所示。

表10　優(yōu)化后管線單位長度壓降

3結(jié)論

1)增壓后保持定產(chǎn)生產(chǎn)的機(jī)制，平均穩(wěn)產(chǎn)期可以延長1.5a左右。

2)增壓后大牛地氣田平均廢棄地層壓力降為5.27MPa，采收率可達(dá)35.73%，提高采收率4.84%。

3)增壓后管網(wǎng)的輸送能力從1051×104m3/d增加到了1248×104m3/d，增加了197×104m3/d。對于管網(wǎng)摩阻增大、“瓶頸效應(yīng)”等問題可以通過清管、敷設(shè)副管或調(diào)整布局等措施予以解決。

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[編輯]黃鸝

[收稿日期]2016-03-25

[作者簡介]曹赟(1981-)，男，工程師，現(xiàn)主要從事天然氣開采與地面工程方面的工作，272307290@qq.com。

[中圖分類號]TE375

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[文章編號]1673-1409(2016)20-0062-06

[引著格式]曹赟.增壓開采技術(shù)在大牛地氣田的應(yīng)用[J].長江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版), 2016,13(20):62～67.