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        蘇里格氣田氣井產(chǎn)能評價新方法

        2019-07-24 01:35:38同昕鑫
        石油化工應用 2019年4期
        關鍵詞:試井里格氣井

        同昕鑫

        (1.西安石油大學,陜西西安 710065;2.中國石油長慶油田蘇里格南作業(yè)分公司,陜西西安 710018)

        經(jīng)典的產(chǎn)能試井方法在現(xiàn)場已經(jīng)得到了廣泛應用,目前仍然是現(xiàn)場確定氣井產(chǎn)能的主要方法。但是對于一些復雜條件下的氣藏,經(jīng)典產(chǎn)能試井方法遇到了很多問題,比如地層中氣、水層交互存在,井筒積液使得產(chǎn)能測試時壓力計不能下到積液液面以下,導致很多氣井的產(chǎn)能測試資料建立不起正常的產(chǎn)能方程。還有一些氣田,利用氣井的產(chǎn)能測試資料在形式上可以建立產(chǎn)能方程,但對比氣井投產(chǎn)后的實際情況,推算的無阻流量與正常值偏差太大,可信度低。

        蘇里格氣田屬于河流相沉積的巖性致密氣田,也是典型的三低(低滲透、低壓力、低豐度)氣田,不僅單井產(chǎn)量低,產(chǎn)量遞減快,壓力下降快,而且單井控制的區(qū)塊面積小,控制可采儲量低。對于這種特殊的巖性氣田,經(jīng)典的產(chǎn)能試井方法在應用上也遇到了很多問題。綜合前人的研究[1-3]以及現(xiàn)場的產(chǎn)能測試資料,分析了修正等時試井在蘇里格氣田應用中存在的主要問題,另外從低滲透氣藏的滲流機理出發(fā),對氣井建立了一種穩(wěn)定點(擬穩(wěn)定)產(chǎn)能方程,不僅對蘇里格氣田的各種氣井普遍適用,而且可以追蹤氣井的動態(tài)產(chǎn)能變化,在現(xiàn)場應用簡單,便于操作。

        1 低滲透氣井穩(wěn)定點產(chǎn)能方程

        1.1 穩(wěn)定點產(chǎn)能方程的提出

        對蘇里格氣田這樣的低滲透氣藏,利用修正等時試井資料做出的二項式產(chǎn)能曲線有時表現(xiàn)出斜率為負值,導致產(chǎn)能測試資料無法分析,這說明采用修正等時試井分析方法處理這種低滲透氣藏產(chǎn)能試井資料有時并不合適。分析其原因,一是修正等時試井方法本身存在一定誤差,另一個重要原因是蘇里格氣田屬于超低滲致密砂巖氣田,氣藏的滲透率極低,壓力下降快,而且關井后壓力恢復緩慢。所以可以說在氣井投產(chǎn)以后進行的修正等時試井測試得到的氣井產(chǎn)能只能反映氣井在生產(chǎn)初期一個很短階段內(nèi)的產(chǎn)能,對于氣井以后的產(chǎn)能衰減和變化并沒有做出預測和評價,因此修正等時試井對氣井產(chǎn)能快速下降的蘇里格氣田來說,其應用受到了很大的局限性。

        為了解決以上提到的問題,參考莊惠農(nóng)教授的研究成果[1],從考慮啟動壓力梯度的低滲透氣藏氣井的穩(wěn)定產(chǎn)能方程出發(fā),提出了一種應用穩(wěn)定點(擬穩(wěn)定點)建立氣井產(chǎn)能方程的方法,該方法不僅適用于氣田開發(fā)初期的評價井,而且對于絕大多數(shù)生產(chǎn)井都可以應用,同時新方法不僅可以建立氣井的初始產(chǎn)能方程,而且在初始產(chǎn)能方程的基礎上,還可以進一步建立氣井的動態(tài)產(chǎn)能方程,推算氣井在不同生產(chǎn)階段的動態(tài)無阻流量以及動態(tài)的IPR曲線。

        1.2 氣井穩(wěn)定點產(chǎn)能方程的推導及建立

        研究成果表明[4],當考慮低滲透氣藏滲流中的啟動壓力梯度,當氣體滲流進入擬穩(wěn)定流動狀態(tài)時,低滲透氣井的穩(wěn)定產(chǎn)能方程為:

        以上產(chǎn)能方程(2)中,只要A、B、C三個數(shù)值確定下來,氣井的產(chǎn)能方程就可以建立。由公式(3)、(4)和(5)可知,影響 A、B、C 數(shù)值的主要參數(shù)如下:(1)地層的產(chǎn)能系數(shù)Kh;(2)原始地層壓力PR和生產(chǎn)壓差,原始地層壓力是決定氣井產(chǎn)能的關鍵因素,是現(xiàn)場必須準確測定的值;(3)地層以及天然氣的物性參數(shù),如地層溫度T,天然氣的黏度μg,天然氣的壓縮因子Z,這些參數(shù)可以在取樣后進行室內(nèi)實驗測定,對一個已開發(fā)的氣田,這些參數(shù)也是已知的;(4)氣井的完井系數(shù),通常表示為視表皮系數(shù)S,包括兩部分,一是機械表皮系數(shù)S,可以用壓力恢復曲線分析方法確定,對于同一個氣田,在特定的完井工藝下,是一個大致相同的數(shù)值,還有非達西流系數(shù)D,這個參數(shù)也可以通過壓力恢復曲線分析回歸得到;(5)氣井的供氣半徑re及井底折算半徑rw,供氣半徑取決于單井控制的區(qū)塊面積,對于一個復雜的巖性區(qū)塊,往往不能直接確定氣井的控制面積,但供氣半徑在公式中處于對數(shù)位置,對結果的影響不大,可以選取500 m~1 000 m的經(jīng)驗值,而井底折算半徑一般取為儲層套管半徑;(6)啟動壓力梯度λ,通過大量的室內(nèi)實驗表明,儲層的啟動壓力梯度和儲層的滲透率存在較好的相關性,可以根據(jù)相關經(jīng)驗公式得到。

        通過以上的分析可以知道,決定產(chǎn)能方程系數(shù)的各種參數(shù)中,只有地層的產(chǎn)能系數(shù)是未知的,因為產(chǎn)能系數(shù)Kh不能簡單的根據(jù)地質或者測井解釋中得到的K和產(chǎn)層厚度h簡單相乘得到,它是表征產(chǎn)層在生產(chǎn)中的動態(tài)生產(chǎn)能力。

        前面提到的各種參數(shù)選定以后,產(chǎn)能方程中待定的參數(shù)就只有產(chǎn)能系數(shù),產(chǎn)能方程可以表示為:

        A1、B1和C1都可以根據(jù)選定的參數(shù)按照以上公式計算得到。

        將式(6)進行變換可以得到:

        選取一個初始的穩(wěn)定產(chǎn)能點(Pwfo,qgo)和原始地層壓力PR,代入方程(10)就可以求得產(chǎn)能系數(shù)的Kh值。再將產(chǎn)能系數(shù)代入方程(6)中,就可以得到氣井的初始穩(wěn)定點產(chǎn)能方程,從而可以計算出初始的無阻流量qAOF,根據(jù)產(chǎn)能方程還可以做出氣井初始的IPR曲線。

        應用產(chǎn)能試井資料建立的是氣井的初始產(chǎn)能方程,表征了氣井在投產(chǎn)初期的生產(chǎn)能力。對于蘇里格氣田這樣的封閉性致密砂巖氣藏,氣井的產(chǎn)能衰減變化很快,具有很強的時效性,在不同的開發(fā)階段氣井所表現(xiàn)出來的動態(tài)產(chǎn)能也是不同的。氣井初始產(chǎn)能只能反映氣井在投產(chǎn)初期很短一個階段內(nèi)的產(chǎn)氣能力,隨著地層壓力的下降,氣井的產(chǎn)能也會很快衰減,因此預測氣井在不同生產(chǎn)階段的動態(tài)產(chǎn)能具有重要的現(xiàn)實意義。從新方法建立的初始產(chǎn)能方程出發(fā),可以繼續(xù)建立氣井的動態(tài)產(chǎn)能方程,建立動態(tài)方程的步驟如下:

        (1)首先建立氣井初始穩(wěn)定點產(chǎn)能方程:

        (2)根據(jù)區(qū)塊或者氣井的PVT測試資料,得到該區(qū)塊或氣井的天然氣壓縮因子和黏度與壓力的關系式(可以通過PVT測試資料回歸分析得到):

        (3)氣井生產(chǎn)到某一階段,產(chǎn)能出現(xiàn)了衰減,選取這個階段內(nèi)生產(chǎn)處于相對穩(wěn)定狀態(tài)的點(Pwfw,qgw),代入初始產(chǎn)能方程初步計算目前地層壓力:

        (4)地層壓力下降引起天然氣的物理性質也會發(fā)生變化,按照計算的當前地層壓力求出此壓力下的天然氣壓縮因子和黏度,代入式(6)、式(7)計算得到新的產(chǎn)能方程系數(shù)Aw和Bw(認為C和Kh的數(shù)值保持不變)。

        (5)利用新的動態(tài)產(chǎn)能方程反求目前地層壓力值:

        比較前后計算得到目前地層壓力PRw1和PRw2,如果二者相差較大,繼續(xù)(4)~(5)過程迭代計算目前地層壓力,直到兩個計算結果相近為止。

        (6)最后可以得到氣井對應階段的動態(tài)產(chǎn)能方程:

        從動態(tài)產(chǎn)能方程可以獲得目前階段的地層壓力,計算動態(tài)無阻流量,繪制對應階段的IPR曲線。只要獲取不同生產(chǎn)階段氣井一個相對穩(wěn)定的流壓和對應產(chǎn)量,就可以求得該階段的氣井動態(tài)產(chǎn)能方程、動態(tài)無阻流量和IPR曲線,從而預測氣井在不同生產(chǎn)階段的生產(chǎn)能力,如果把各個不同階段的IPR曲線繪制在一張圖上,就可以很明顯看出氣井產(chǎn)能的衰減過程,從而為不同生產(chǎn)階段氣井的合理配產(chǎn)提供指導和依據(jù)。

        1.3 現(xiàn)場應用實例

        應用蘇里格氣田的產(chǎn)能試井資料[5]以及生產(chǎn)動態(tài)監(jiān)測資料,可以對絕大多數(shù)氣井的產(chǎn)能做出動態(tài)預測,根據(jù)現(xiàn)場測試資料的錄取情況,分類對一些典型井的產(chǎn)能進行評價,并驗證新方法的合理性。

        1.3.1 有產(chǎn)能試井資料井的產(chǎn)能評價 這些井是蘇里格氣田開發(fā)前期的預探井或者評價井,投產(chǎn)前期就進行了產(chǎn)能試井,如果處理產(chǎn)能試井資料沒有異常,就可以直接應用產(chǎn)能試井資料建立氣井的初始產(chǎn)能方程,如蘇X井,2001年3月到7月對該井進行了修正等時試井,得到的測試數(shù)據(jù)(見表1)和壓力產(chǎn)量歷史圖(見圖1)。

        圖1 蘇X井壓力產(chǎn)量歷史圖

        表1 蘇X井修正等時試井測試數(shù)據(jù)

        應用表1的數(shù)據(jù)通過直線回歸以及計算,可以得到蘇X井的初始產(chǎn)能方程為:

        初始絕對無阻流量:qAOF=17.42×104m3/d。

        應用新方法建立蘇X井的初始產(chǎn)能方程,根據(jù)蘇X井的資料,建立穩(wěn)定點產(chǎn)能方程的相關參數(shù):地層溫度T=376 K,天然氣壓縮因子Z=0.98,天然氣地下黏度μg=0.02 mPa·s,機械表皮系數(shù)S=-5.2,氣井供氣半徑re=500 m,井底折算半徑rw=0.07 m,非達西流系數(shù)D=0.001(104m3/d)-1,啟動壓力梯度 λ=0.005 MPa/m,選取修正等時試井的延時生產(chǎn)點作為穩(wěn)定點(19.28 MPa,10×104m3/d),計算可得:

        初始絕對無阻流量:qAOF=16.8×104m3/d。

        兩種方法計算的結果相差不大,說明新方法具有較高的可信度,可以在蘇里格氣田應用。新方法還可以預測氣井的動態(tài)產(chǎn)能,以氣井的初始產(chǎn)能方程為基礎,在不同的生產(chǎn)階段選取一個生產(chǎn)相對穩(wěn)定的點,按照新方法可以依次建立各個生產(chǎn)階段的動態(tài)產(chǎn)能方程,比如在2008年3月選一個生產(chǎn)相對穩(wěn)定的時間段,按照井口壓力折算井底流壓為12.4 MPa,平均產(chǎn)氣量為1.59×104m3/d,計算出該階段的地層壓力為15.05 MPa,絕對無阻流量4.32×104m3/d,同時可以得到這個階段的IPR曲線(見圖2)。把各個階段的IPR曲線放在同一張圖上,可以看出蘇X井產(chǎn)能逐漸衰減的過程,到2012年1月,可以預測蘇X井的地層壓力7 MPa左右,絕對無阻流量1.5×104m3/d左右。

        圖2 蘇X井動態(tài)IPR曲線圖

        通過以上的動態(tài)IPR曲線可以看出,蘇X井在生產(chǎn)的各個不同階段,井底流壓一直相對較高,生產(chǎn)壓差小,該井的生產(chǎn)能力沒有得到充分發(fā)揮,分析原因可能是該井的井底積液比較嚴重,抑制了正常產(chǎn)能的發(fā)揮,從蘇X井的生產(chǎn)動態(tài)曲線(見圖3)上也可以看出油套壓差一直相對較高,井筒積液嚴重,這也驗證了從動態(tài)IPR曲線得出的認識。

        圖3 蘇X井生產(chǎn)動態(tài)曲線圖

        1.3.2 無產(chǎn)能試井資料生產(chǎn)井的產(chǎn)能評價 對于投產(chǎn)相對較晚的多數(shù)生產(chǎn)井來說,大都沒有開展產(chǎn)能試井,只是在試氣階段進行一點法測試求產(chǎn),求出一個大致的無阻流量,對于這種生產(chǎn)井就無法用產(chǎn)能試井資料建立該井的初始產(chǎn)能方程,新方法對這種井也是適用的。

        以蘇14-X-Y井為例說明這類氣井產(chǎn)能評價的過程,首先收集該井的原始地層壓力測試數(shù)據(jù),蘇14-XY井的原始地層壓力為32.54 MPa,在該井投產(chǎn)后不久選取一個生產(chǎn)相對穩(wěn)定的階段,由井口壓力折算井底流壓并計算平均產(chǎn)氣量,對于蘇14-X-Y井,選取的初始穩(wěn)定生產(chǎn)點:

        井底流壓:30.63 MPa,平均產(chǎn)氣量:3.01×104m3/d。

        根據(jù)其他相關參數(shù)(不再詳述)計算初始產(chǎn)能方程的系數(shù),得到蘇14-X-Y井的初始產(chǎn)能方程:

        初始絕對無阻流量:26.21×104m3/d。

        取2011年11月15日左右的生產(chǎn)穩(wěn)定點,從初始產(chǎn)能方程計算出蘇14-X-Y井在該階段的地層壓力為20.19 MPa,動態(tài)產(chǎn)能方程:

        動態(tài)無阻流量:11.26×104m3/d。

        2011年11月15日對蘇14-X-Y井實施了靜壓測試,測試得到該井的目前地層壓力為19.12 MPa,與計算得到的20.19 MPa誤差不大,再次驗證了新方法的合理性。

        取2013年3月的一個相對穩(wěn)定生產(chǎn)點,求得蘇14-X-Y井的動態(tài)產(chǎn)能方程及IPR曲線,最后把各個生產(chǎn)階段的動態(tài)IPR曲線繪制在一張圖(見圖4)上,也可以看出該井產(chǎn)能衰減的過程,從投產(chǎn)到2013年3月為止,蘇14-X-Y井的原始地層壓力從30.63 MPa降低到7.13 MPa,無阻流量從26.21×104m3/d衰減到3.1×104m3/d,到 2013年 3月該井以 0.8×104m3/d左右的氣量生產(chǎn),該井已經(jīng)到了生產(chǎn)后期階段,攜液能力減弱,井筒可能出現(xiàn)積液,如果采取排水采氣工藝措施可能還可以繼續(xù)挖掘氣井生產(chǎn)潛力。

        圖4 蘇14-X-Y井動態(tài)IPR曲線圖

        2 結論

        根據(jù)以上的研究分析可以得出以下結論:

        (1)根據(jù)建立穩(wěn)定點產(chǎn)能方程的方法,只要取得氣井延時開井后一個較為穩(wěn)定的生產(chǎn)點,取得穩(wěn)定點的產(chǎn)氣量和對應的井底流動壓力,就可以建立起該井的初始穩(wěn)定點產(chǎn)能方程,推算出初始無阻流量,新方法適用性強,適用于大多數(shù)生產(chǎn)井,而且可以應用于動態(tài)產(chǎn)能預測,簡單可靠,便于推廣。

        (2)對于蘇里格氣田,只要取得該氣田主要產(chǎn)氣井物性參數(shù)和其他參數(shù)的平均值,就可以建立適合本氣田的穩(wěn)定點產(chǎn)能方程,取得單井的一個穩(wěn)定生產(chǎn)點,就可以計算出該井的初始無阻流量,這相對于開展規(guī)范的修正等時試井測試產(chǎn)能,不僅大大減少了測試時間,而且大幅度降低了開發(fā)成本,這對于走低成本開發(fā)戰(zhàn)略的蘇里格氣田來說,更具有現(xiàn)實意義。

        (3)建議對蘇里格氣田強化動態(tài)壓力監(jiān)測,對原始地層壓力測試,測試數(shù)量至少達到當年新鉆井的50%,對于井底流壓測試,建議開展流壓連續(xù)監(jiān)測實驗,下節(jié)流器前把壓力計下入氣層中部,再下入節(jié)流器,連續(xù)監(jiān)測流壓變化,時間2~3個月,流壓連續(xù)監(jiān)測可以獲取氣井一定階段內(nèi)較為準確的壓力信息,對預測氣井的動態(tài)產(chǎn)能有重要意義。

        符號說明:

        qg-氣井產(chǎn)量,104m3/d;T-地層溫度,K;PR和 Pwf-原始地層壓力和井底流壓,MPa;K-地層滲透率,mD;t-生產(chǎn)時間,h;PSC-標準狀況壓力,0.101 MPa;TSC-標準狀況溫度,273 K;μg-氣體黏度,mPa·s;Φ-地層孔隙度;re和rw-供給邊界半徑和井底半徑,m。

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