宣 濤 朱建英 蘇 展 蔡振華 李建榮

(①中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司；②中海石油氣電集團(tuán)技術(shù)研發(fā)中心)

0 引 言

自2000年大張坨儲(chǔ)氣庫(kù)投產(chǎn)運(yùn)行以來(lái)，國(guó)內(nèi)儲(chǔ)氣庫(kù)目前已進(jìn)入快速發(fā)展期。儲(chǔ)氣庫(kù)設(shè)計(jì)方案各參數(shù)論證技術(shù)逐漸成熟，在儲(chǔ)氣庫(kù)庫(kù)容設(shè)計(jì)方面提出了可動(dòng)用庫(kù)存量的概念，分析不同氣水分布區(qū)帶有效孔隙空間動(dòng)用程度，建立了以有效含氣孔隙為基礎(chǔ)的儲(chǔ)氣庫(kù)庫(kù)容量設(shè)計(jì)方法[1-8]。在注采能力方面已提出將地層、井筒限制條件分別耦合到流入、流出方程中的節(jié)點(diǎn)分析方法等[9-12]，但在工作氣量或下限壓力設(shè)計(jì)論證方面是考慮井口最低壓力、最低調(diào)峰能力、工作氣量規(guī)模，利用井筒模型反推下限地層壓力[13-14]。這種逆向思維下限壓力方案設(shè)計(jì)原則，理解起來(lái)較為晦澀，實(shí)操性、時(shí)效性較弱。

儲(chǔ)氣庫(kù)工作氣量是指儲(chǔ)氣庫(kù)在一個(gè)采氣周期內(nèi)從上限壓力至下限壓力采出的累計(jì)產(chǎn)氣量。而最低外輸井口壓力關(guān)系到采氣末期從井口流至外輸管網(wǎng)是否需要上壓縮機(jī)，若是在海上建設(shè)儲(chǔ)氣庫(kù)，則更關(guān)系到平臺(tái)大小。從工作氣量定義與外輸壓力意義上看，工作氣量大小與儲(chǔ)氣庫(kù)注采能力、井?dāng)?shù)、下限壓力、外輸最低井口壓力相關(guān)，而注采能力又與無(wú)阻流量、井徑等相關(guān)，是一個(gè)多因素優(yōu)化的結(jié)果。為使工作氣量設(shè)計(jì)論證方法具有合理的正向思維，且具有高效實(shí)操性，本文以海上H巖性氣藏改建儲(chǔ)氣庫(kù)為例，在井徑一定、下限壓力不同的條件下，通過(guò)采氣末期井口壓力、井?dāng)?shù)、采氣末期采氣能力等多個(gè)方案的對(duì)比，嘗試建立不同井徑下工作氣量-井?dāng)?shù)-外輸最低井口壓力圖板，最終依據(jù)氣藏及工程要求找到最優(yōu)全局參數(shù)。

1 H氣藏改建儲(chǔ)氣庫(kù)地質(zhì)氣藏條件

H氣藏位于瓊東南盆地西南部，構(gòu)造圈閉是無(wú)斷層發(fā)育的巖性圈閉。其主力層是一套分布穩(wěn)定的新近系砂巖，地層壓力約39 MPa，地層溫度175℃，平均氣層厚度32 m，平均孔隙度15.8%，滲透率500 mD以上，屬于中高孔特高滲儲(chǔ)層，圈閉充滿(mǎn)氣，無(wú)地層水及外來(lái)水能量。氣藏動(dòng)儲(chǔ)量約75×108m3，只有1口井生產(chǎn)，原始無(wú)阻流量達(dá)到1 000×104m3/d以上，投產(chǎn)20年，累產(chǎn)氣約69×108m3，目前地層壓力系數(shù)0.1。H氣藏是一個(gè)無(wú)可動(dòng)水、無(wú)外來(lái)水源的常壓高溫巖性氣藏，地質(zhì)儲(chǔ)量大，產(chǎn)能高，儲(chǔ)層連通性好，非常有利于建立儲(chǔ)氣庫(kù)。

2 H氣藏改建儲(chǔ)氣庫(kù)注采能力分析

儲(chǔ)氣庫(kù)設(shè)計(jì)要求以最少的井?dāng)?shù)滿(mǎn)足庫(kù)容參數(shù)設(shè)計(jì)，即要求注采井在不同生產(chǎn)階段地層壓力均以最大注采能力生產(chǎn)。氣井注采能力應(yīng)采用氣井生產(chǎn)系統(tǒng)的綜合分析方法，即生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)分析法，選擇井底為節(jié)點(diǎn)，采出能力應(yīng)綜合流體從儲(chǔ)層流向井底的流入能力與流體從井底流向井口的流出能力，注入能力則是與采氣能力氣體流向相反的過(guò)程，再以臨界攜液氣量、氣體臨界沖蝕氣量、臨界出砂氣量等為約束，可以得到氣井在不同階段地層壓力下最大的合理采氣量[15]。計(jì)算過(guò)程是地層產(chǎn)能方程、管流方程、臨界沖蝕流量方程、臨界出砂流量方程計(jì)算結(jié)果結(jié)合的過(guò)程。

本文借助Pipesim軟件，以H氣藏為例，采取相同井徑下，變地層壓力與變井口壓力情況下，節(jié)點(diǎn)分析過(guò)程計(jì)算節(jié)點(diǎn)產(chǎn)量；同時(shí)以不同井口壓力下臨界攜液氣量及不同井底流壓下臨界沖蝕流量限制，建立一定井徑下氣井最大合理產(chǎn)能圖板(圖1、圖2)。變井口壓力設(shè)計(jì)圖板與常用的定末期最小井口壓力圖板相比[16]，變井口壓力考慮沖蝕流量的變化，計(jì)算合理產(chǎn)氣量也更合理。圖1與圖2分別為7 in(177.8 mm)管柱下最大合理采氣量圖板與最大合理注氣量圖板，黃色線(xiàn)為合理注采產(chǎn)能曲線(xiàn)。可以看出，單井在7 in油管，地層壓力23～37.9 MPa下節(jié)點(diǎn)法計(jì)算產(chǎn)氣量(240.5～650.4)×104m3/d，受沖蝕流量限制，最大合理產(chǎn)氣量(240～401)×104m3/d。單井注氣能力在地層壓力23～34.5 MPa下節(jié)點(diǎn)法計(jì)算注氣量(203.4～702.2)×104m3/d，受沖蝕流量限制，合理注氣量(203～439.4)×104m3/d。

圖1 考慮沖蝕、臨界攜液流量下最大合理采氣量圖板

圖2 考慮沖蝕下最大合理注氣量圖板

3 H氣藏改建儲(chǔ)氣庫(kù)庫(kù)容量評(píng)價(jià)

氣藏在生產(chǎn)階段內(nèi)部可動(dòng)水、外來(lái)邊底水、地層凝析油等都將進(jìn)一步減小原始?xì)獠赜行Э紫扼w積，儲(chǔ)氣庫(kù)庫(kù)容量小于動(dòng)儲(chǔ)量[17-18]。

H氣藏是低含凝析油的巖性氣藏，凝析油含量?jī)H為27 g/m3，地露壓力差10 MPa，從等容衰竭實(shí)驗(yàn)分析來(lái)看(圖3)，最高返凝析液占比約占原始含氣孔隙體積的0.8%，占比極低，換算成地面體積約0.6×108m3，可忽略不計(jì)。

圖3 H氣藏定容衰竭壓力與返凝析液量變化曲線(xiàn)

另外，氣藏生產(chǎn)井生產(chǎn)過(guò)程中不產(chǎn)地層水，無(wú)外來(lái)水源，不考慮水的影響。綜上分析，庫(kù)容量?jī)?chǔ)層含氣孔隙體積與原動(dòng)儲(chǔ)量一致，則H氣藏改建儲(chǔ)氣庫(kù)庫(kù)容量為75.4×108m3?；跉獠赜行Э紫扼w積，采用物質(zhì)平衡法，建立注氣過(guò)程中地層壓力與庫(kù)存量關(guān)系的預(yù)測(cè)模型(圖4)，為后續(xù)工作氣量?jī)?yōu)化奠定基礎(chǔ)。

圖4 H氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)地層壓力與庫(kù)存量關(guān)系

4 多因素影響下工作氣量?jī)?yōu)化論證

在注采能力及庫(kù)容量研究的基礎(chǔ)上，為建立工作氣量條件與井?dāng)?shù)、采氣末期采氣能力、最低外輸井口壓力關(guān)系，采用注采周期平均產(chǎn)量法，需建立多個(gè)變井?dāng)?shù)、變工作氣量條件下各參數(shù)優(yōu)化對(duì)比方案，最終優(yōu)化出能兼顧最低外輸井口壓力、井?dāng)?shù)、工作氣量規(guī)模、調(diào)峰能力的下限壓力。

表1為H氣藏7 in管柱下設(shè)計(jì)多個(gè)工作氣量對(duì)比方案，圖5為基于表1建立的H氣藏7 in管柱下變工作氣量下最低井口壓力與井?dāng)?shù)的關(guān)系圖板。通過(guò)圖板可以直觀看出，工作氣量一定時(shí)，隨著井?dāng)?shù)增加，單井日均產(chǎn)氣量減小，采氣末期井口壓力呈增大趨勢(shì)，但采氣末期井口壓力增加的幅度呈減小趨勢(shì)，由井?dāng)?shù)9口時(shí)的4.7%到21口時(shí)的0.6%。

表1 變井?dāng)?shù)、變工作氣量下各參數(shù)優(yōu)化對(duì)比方案

H氣藏為海上巖性氣藏，若采氣末期不上壓縮機(jī)，則直接外輸?shù)疥懙毓芫W(wǎng)所需最低井口壓力為15 MPa，為保證大工作氣量，井?dāng)?shù)在海上平臺(tái)設(shè)計(jì)的要求范圍內(nèi)，從圖5中優(yōu)選出當(dāng)區(qū)塊注采井井?dāng)?shù)為10口時(shí)，工作氣量為26.1×108m3，工作氣比例為34.7%，采氣末期井口壓力約15.3 MPa。結(jié)合采氣期120 d庫(kù)存量與地層壓力預(yù)測(cè)模型，區(qū)塊采氣量2 179.1×104m3/d，單井采氣量217.9×104m3/d，運(yùn)行下限壓力為23 MPa。同時(shí)，基于H氣藏采出能力，建立大直徑9.625 in(244.475 mm)管柱變工作氣量下最低井口壓力與井?dāng)?shù)的關(guān)系圖板，對(duì)比工作氣量為26.1×108m3下，其與小直徑(7 in)管柱采氣末期井口壓力與井?dāng)?shù)對(duì)比(圖6)可以發(fā)現(xiàn)：隨著井?dāng)?shù)增加，單井日產(chǎn)氣量降低，采氣末期兩者井口壓力差逐漸減小，井?dāng)?shù)達(dá)到19口以上時(shí)，井徑對(duì)井口壓力敏感性減??；當(dāng)井?dāng)?shù)為10口時(shí)，大直徑僅比小直徑管柱井口壓力大1 MPa左右；井口壓力為15 MPa時(shí)，大直徑比小直徑管柱井?dāng)?shù)減少3～4口。以上三點(diǎn)說(shuō)明H氣藏產(chǎn)能大，9.625 in管柱能夠明顯減少井?dāng)?shù)，但由于海上9.625 in鉆完井工藝要求高，設(shè)計(jì)最終采用7 in管柱。本文設(shè)計(jì)圖板與常規(guī)工作氣量分析優(yōu)勢(shì)明顯，可對(duì)比井?dāng)?shù)、井徑、采氣末期井口壓力、單井日產(chǎn)氣量、工作氣量等參數(shù)，直觀分析各參數(shù)關(guān)系。

圖5 注采井?dāng)?shù)與采氣末期井口壓力關(guān)系圖板

5 結(jié) 論

(1)海上H氣藏是一個(gè)砂體分布穩(wěn)定、儲(chǔ)層內(nèi)部連通性好、高滲-特高滲氣藏，也是無(wú)地層水與外來(lái)水、產(chǎn)能大的巖性氣藏，非常有利于改建地下儲(chǔ)氣庫(kù)。

(2)儲(chǔ)氣庫(kù)多因素影響下工作氣量?jī)?yōu)化方法能夠同時(shí)優(yōu)化井?dāng)?shù)、井徑、最低外輸井口壓力等參數(shù)，可作為儲(chǔ)氣庫(kù)方案參數(shù)論證依據(jù)之一，結(jié)合數(shù)模模擬儲(chǔ)層敏感性變化，可進(jìn)一步提高論證結(jié)果。

(3)采用該技術(shù)，以海上H氣藏為例，采用7 in管柱，當(dāng)區(qū)塊注采井井?dāng)?shù)為10口，運(yùn)行下限壓力為23 MPa時(shí)，工作氣量為26.1×108m3，工作氣比例為34.7%，采氣末期井口壓力約15.3 MPa，可滿(mǎn)足在海上外輸壓力與井口數(shù)量限制下，工作氣量最大化運(yùn)行要求。