黃 昕，劉思良，岳三琪，付 玉，朱澤正，薦小純

（1.中國石油化工股份有限公司天然氣分公司，北京 100000；2.油氣藏地質及開發(fā)工程國家重點實驗室·西南石油大學，四川成都 610500；3.中石化重慶天然氣管道有限責任公司，重慶 408001）

地下儲氣庫地層壓力影響因素灰色關聯分析

黃 昕1，劉思良1，岳三琪2，3，付 玉2，朱澤正2，薦小純2

（1.中國石油化工股份有限公司天然氣分公司，北京 100000；2.油氣藏地質及開發(fā)工程國家重點實驗室·西南石油大學，四川成都 610500；3.中石化重慶天然氣管道有限責任公司，重慶 408001）

地下儲氣庫注氣過程中地層壓力不斷升高，過高的地層壓力可能導致斷層封閉性遭到破壞而發(fā)生天然氣泄漏事故。需要分析各影響因素對地層壓力的影響程度，得到影響地層壓力的主要因素，為儲氣庫安全運行提供參考。利用灰色系統(tǒng)理論的關聯度分析法分析各影響因素與地層壓力的關聯度，通過關聯度反映各影響因素對地層壓力的影響程度。分析表明影響程度由大到小依次為注氣速度、儲層厚度、滲透率、孔隙度、井距、注采井到斷層距離、運行井數。由關聯度分析結果可知為保證儲氣庫安全運行應合理選擇注氣速度和運行井數。

儲氣庫；地層壓力；影響因素；關聯度；灰色關聯分析

儲氣庫是重要的天然氣調峰手段，其中枯竭氣藏型儲氣庫是目前世界范圍內使用最廣泛的地下儲氣庫，目前國內超過90%的地下儲氣庫為枯竭油氣藏型儲氣庫[1，2]。在儲氣庫的一個運行周期的注氣末期地層壓力很大，氣井附近的斷層有破裂風險，從而發(fā)生天然氣泄漏事故[3]。因此需要從地層壓力的影響因素著手，分析各影響因素對地層壓力的影響程度，為儲氣庫的安全合理運行提供參考。本文以國內X儲氣庫為基礎，使用灰色關聯度分析法分析注氣速度、注采井之間的井距、注采井到斷層距離、運行井數這4個運行參數和儲層厚度、孔隙度、滲透率3個地質參數對地層壓力的影響程度。

1 灰色關聯分析法簡介

地下儲氣庫的地層壓力受到多個注采參數和地質參數的綜合影響，可以使用灰色系統(tǒng)理論中關聯度分析法[4-6]，此方法可以分析各影響因素與地層壓力之間的關聯度，找出對地層壓力影響較大的因素，并對各影響因素即各注采、地質參數按其對地層壓力的影響程度排序。關聯度可以表示發(fā)展過程中影響因素與研究對象間相對變化的情況，因此關聯度可以表示研究對象與其影響因素中間的關聯性大小，如果影響因素與研究對象在發(fā)展過程中相對變化保持基本一致，則兩者之間關聯度大，反之則小。理清影響因素與研究對象之間的關聯關系，能夠對系統(tǒng)認識更加清楚，從而找出主要影響因素和潛在的影響因素?；疑P聯分析法計算較為簡便，不需要呈現典型的分布規(guī)律，對于樣本數量也沒有嚴格的要求。

灰色關聯分析法分析步驟如下[7，8]：

（1）確定反映系統(tǒng)行為特征的參考序列和影響系統(tǒng)行為的比較序列；

（2）對參考數列和比較數列進行無量綱化處理；

（3）求參考數列和比較數列的絕對差序列；

（4）計算參考數列和比較數列的灰色關聯系數；

（5）計算關聯度；

（6）依據關聯度排關聯序。

2 儲氣庫概況及地層壓力影響因素

2.1 儲氣庫概況

X儲氣庫有4條邊界斷層，邊界斷層主要對儲氣庫起封閉作用，儲層深度在2 259 m～2 743 m。儲氣庫存在弱邊水但并不活躍，儲層由8個砂組組成，分別是S2X1-S2X4、S2X8、S3S1-S3S3。儲層巖石應力敏感指數在0.09～0.11，為弱應力敏感。X儲氣庫的構造高部位有6口注采井，構造低部位有7口注采井，13口注采井集中在其中一條斷層附近。儲氣庫單井注氣速度為10×104m3/d～50×104m3/d，平均孔隙度是 0.2，平均滲透率為58.5 mD，儲層平均有效厚度為50 m，因為孔隙度、滲透率變化范圍很小，可近似看成均質儲層，13口井的井距平均值為159 m，各井到斷層的垂直距離的平均值為90 m。X儲氣庫運行和地質參數變化范圍（見表1）。

表1 X儲氣庫運行和地質參數表

2.2 地層壓力影響因素

地下儲氣庫注氣階段，隨天然氣不斷注入地層壓力升高，運行參數和地質參數均會影響到地層壓力大小。對于均質地層，高壓氣藏注氣過程中（地層壓力大于15 MPa）地層中任意一點的壓力計算公式[9]為：

由式（1）看出注氣速度、注采井之間的井距、注采井到斷層距離、運行井數等運行參數和儲層厚度、孔隙度、滲透率等地質參數對地層壓力均有影響。對以上7個影響因素進行關聯度分析，得到各影響因素對地層壓力的影響程度大小。

3 灰色關聯分析

利用灰色系統(tǒng)理論中的關聯度分析法，結合X儲氣庫實際地質資料和生產運行數據分析7個影響因素對地層壓力的影響程度，按照關聯度分析的6個步驟進行分析。

（1）確定參考序列和比較序列。儲氣庫運行過程中的地層壓力構成參考序列：x0=（x01，x02，x03，x04，x05）；7 個影響因素構成比較序列：xi=（xi1，xi2，xi3，xi4，xi5），i=1，2，…，7。xi表示7個影響因素（見表2）。

根據表1中的X儲氣庫實際生產數據和地質資料，將每個影響因素設置5組不同值，利用式（1）計算出每組數據的地層壓力，每組設置值和地層壓力計算值（見表3）。

（2）無量綱化處理。對表3中的數據進行無量綱處理，得到無因次數據（見表4）。

表2 比較序列表

表3 計算數據表

表4 無因次數據表

（3）求參考數列和比較數列的絕對差序列。分別用表4中的參考序列和比較序列做差后取絕對值而得到絕對差序列，絕對差數據（見表5）。

（4）計算關聯系數。由表5中的最小和最大絕對差分別為0.024 4和0.8，取分辨系數ρ=0.5，關聯系數[8]計算公式為：

利用式（2）結合表5得到關聯系數（見表6）。

（5）計算關聯度。因為設置的每組數據都是隨機的，互不影響，因此各因素在不同的設置方案中等權，所以權重 ω1=ω2=ω3=ω4=ω5=0.2，關聯度[8]計算公式為：

利用式（3）和表6得到各影響因素與地層壓力之間的關聯度（見表7）。

（6）依據關聯度排關聯序。關聯度的大小反映了各影響因素對地層壓力的影響程度，由表7各影響因素對地層壓力的影響程度由大到小依次為：注氣速度>儲層厚度>滲透率>孔隙度>井距>注采井到斷層距離>運行井數。從關聯度看出，注采井到斷層距離、井距、運行井數的關聯度差距較小，說明對地層壓力的影響程度差別不大。

表5 絕對差數據表

表6 關聯系數表

表7 關聯度數據表

4 結論

（1）利用灰色系統(tǒng)理論中的關聯度分析法可以對地層壓力的影響因素進行分析，關聯度大小反映了各影響因素對地層壓力的影響程度，利用關聯度分析法結合X儲氣庫運行和地質資料得到各影響因素的影響程度由大到小依次為：注氣速度>儲層厚度>滲透率>孔隙度>井距>注采井到斷層距離>運行井數。

（2）儲氣庫的注氣階段地層壓力逐漸升高，注氣速度對地層壓力影響最大，同時雖然運行井數的關聯度相對較小，但從關聯度數值在0.6以上說明對地層壓力的影響依然較大，所以在儲氣庫注氣階段應選擇合理的注氣速度和運行井數。

（3）儲氣庫的儲層厚度、滲透率、孔隙度、井距、注采井到斷層距離均可看作是固定值，但可以通過運行不同的注氣井使實際運行井的井距發(fā)生變化，從而達到減緩地層壓力迅速升高的目的。

符號注釋：

p-t時刻與井底徑向距離r處的地層壓力，MPa；p0-開始生產時地層壓力，MPa；qSC-地面流量，m3/ks；pSC-地面壓力，MPa；T-地層溫度，℃；TSC-地面溫度，℃；μ0-開始注氣時天然氣黏度，mPa·s；Z0-開始注氣時天然氣偏差因子，dless；ZSC-地面條件下天然氣偏差因子，dless；k-地層滲透率，D；h-地層厚度，m；η-氣體滲流導壓系數，m3/ks；t-注氣時間，ks；r-計算點到井底徑向距離，m。

［1］殷建平，湯妍姣.歐洲6國及美國國家天然氣儲備狀況［J］.天然氣地球科學，2014，25（5）：783-790.

［2］張剛雄，李彬，鄭得文，等.中國地下儲氣庫業(yè)務面臨的挑戰(zhàn)及對策建議［J］.天然氣工業(yè)，2017，37（1）：57-59.

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Grey relational analysis to influencing factors of formation pressure of underground gas storage

HUANG Xin1，LIU Siliang1，YUE Sanqi2，3，FU Yu2，ZHU Zezheng2，JIAN Xiaochun2
（1.Natural Gas Branch，SINOPEC，Beijing 100000，China；2.State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation，Southwest Petroleum University，Chengdu Sichuan 610500，China；3.Sinopec Chongqing Natural Gas Piping Co.，Ltd.，Chongqing 408001，China）

In the process of gas injection in underground gas storage,the formation pressure is rising continuously,and the high formation pressure may lead to the damage of fault sealing and the occurrence of natural gas leakage.It is necessary to analyze the influence degree of each influence factor on formation pressure,and get the main factors that affect formation pressure,so as to provide reference for safe operation of gas storage.The correlation degree of each influence factor and formation pressure is analyzed by the method of correlation analysis of grey system theory,and the influence degree of each influence factor on formation pressure is expressed by correlation degree.The analysis shows that the influence degree from large to small is gas injection velocity,reservoir thickness,permeability,porosity,well spacing,injection production well to fault distance,and operation well number.According tothe correlation analysis,the gas injection rate and the number of operation wells should be selected reasonably in order to ensure the safe operation of the gas storage.

underground gas storage；formation pressure；influence factor；relational grade；grey relation analysis

TE822

A

1673-5285（2017）08-0050-05

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.08.012

2017－07-19

黃昕，男（1982-），工程師，本科畢業(yè)于西安石油大學石油工程專業(yè)，中國石油大學（北京）工商管理碩士研究生，現主要從事天然氣項目管理與安全生產運行工作，郵箱：hx_218@163.com。