范家偉，伍藏原，余松，周代余，閆更平，王超

（1.中國石油 塔里木油田分公司 勘探開發(fā)研究院，新疆 庫爾勒 841000；2.北京奧能恒業(yè)能源技術(shù)有限公司，北京 100083）

地下儲(chǔ)氣庫相對(duì)于地面管線和儲(chǔ)氣罐有成本低、安全、高效等優(yōu)點(diǎn)，是儲(chǔ)集天然氣的有效方法之一。儲(chǔ)氣庫作為季節(jié)性及事故調(diào)峰的手段，具有強(qiáng)注和強(qiáng)采的特點(diǎn)[1-5]，因此，分析儲(chǔ)氣庫的有效庫容非常重要。但中國不同類型儲(chǔ)氣庫方案設(shè)計(jì)中，庫容計(jì)算方法多數(shù)只考慮水侵對(duì)庫容的影響，未考慮凝析油及異常高壓對(duì)庫容的影響[6-13]。本文主要針對(duì)異常高壓凝析氣藏轉(zhuǎn)儲(chǔ)氣庫過程中，水侵、異常高壓、凝析氣等對(duì)有效庫容的影響進(jìn)行探索，確定該類型氣藏轉(zhuǎn)儲(chǔ)氣庫的有效儲(chǔ)集空間。輪南59石炭系氣藏中部原始地層壓力為71.59 MPa，壓力系數(shù)為1.361，露點(diǎn)壓力為66.29 MPa，氣油比為9 932 m3/m3，凝析油含量為78.23 g/m3，屬于受構(gòu)造和巖性控制的層狀邊水砂巖低含凝析油異常高壓凝析氣藏，主體為低幅度背斜構(gòu)造，低孔中—低滲儲(chǔ)集層，具有儲(chǔ)集層異常高壓、含邊水及反凝析的特點(diǎn)，開發(fā)上具有以下3 個(gè)特征：初期產(chǎn)量高，開發(fā)過程產(chǎn)量遞減快；地層壓力下降幅度大，單井壓力下降趨勢(shì)基本一致；地層壓力低于露點(diǎn)壓力后，氣油比明顯上升。本文以輪南59 石炭系氣藏為例，通過改進(jìn)的物質(zhì)平衡模型和數(shù)值模擬模型，評(píng)價(jià)氣藏動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量，考慮影響有效庫容的多種因素，全面評(píng)價(jià)輪南59石炭系氣藏改建儲(chǔ)氣庫的有效庫容。

1 動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量評(píng)價(jià)

1.1 改進(jìn)的物質(zhì)平衡模型建立

根據(jù)物質(zhì)守恒原理，在氣藏開發(fā)任意時(shí)刻，氣藏流體的采出體積加地下剩余體積必須與原始體積相等，依據(jù)此原則建立方程。

物質(zhì)平衡基本方程為：

即：采出氣體積+采出水體積=氣體膨脹體積+孔隙彈性體積+水侵體積。

氣藏任何驅(qū)動(dòng)類型的物質(zhì)平衡方程，都可以寫為：

即：地下采出量=原始地質(zhì)儲(chǔ)量×總膨脹系數(shù)+水侵量。

在油氣藏研究過程中，物質(zhì)平衡模型存在多種表達(dá)方式，如赫邁爾林德爾方法、陳元千方法、拉馬戈斯特和法爾沙德方法、魯奇-波斯通-陳方法等。主要從物質(zhì)平衡一般方程出發(fā)，對(duì)油氣藏進(jìn)行部分參數(shù)的假設(shè)，將物質(zhì)平衡方程簡化為線性方程，均是基于理論方程的計(jì)算，只能表征驅(qū)動(dòng)能量，計(jì)算出單點(diǎn)的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量和水侵量，無法檢驗(yàn)計(jì)算數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

改進(jìn)的物質(zhì)平衡模型從氣藏的基本地質(zhì)特征出發(fā)，將油田實(shí)際數(shù)據(jù)加載到模型中，通過調(diào)整水體模型參數(shù)（水體半徑、水體厚度、儲(chǔ)集層滲透率、綜合壓縮系數(shù)）和動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量來擬合地層壓力與累計(jì)產(chǎn)氣量變化，進(jìn)行多次迭代計(jì)算，評(píng)價(jià)氣藏的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量、水侵量、驅(qū)動(dòng)機(jī)制等（圖1）。

改進(jìn)的物質(zhì)平衡模型對(duì)物質(zhì)平衡方程得到了拓展，模型提供4 種方法進(jìn)行歷史擬合：圖解法、解析法、能量圖法和無因次水體函數(shù)圖法，不僅能對(duì)氣藏進(jìn)行常規(guī)的儲(chǔ)量和壓力復(fù)算，還能基于歷史擬合對(duì)未來的注水、注氣、虧空填充等進(jìn)行動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)，具有較強(qiáng)的適用性。

1.2 驅(qū)動(dòng)機(jī)制分析及動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量計(jì)算

在氣藏開發(fā)過程中，不同時(shí)期的驅(qū)動(dòng)方式可能不同，在水驅(qū)氣藏的開發(fā)初期，水壓驅(qū)動(dòng)的影響可能不明顯，此時(shí)可認(rèn)為生產(chǎn)是在氣驅(qū)方式下進(jìn)行，氣藏驅(qū)動(dòng)方式是編制氣藏開發(fā)方案的重要依據(jù)，文獻(xiàn)［14］提出了對(duì)非均質(zhì)高壓氣藏動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量評(píng)價(jià)方法。

文獻(xiàn)［15］、文獻(xiàn)［16］和文獻(xiàn)［17］提出了對(duì)異常高壓及凝析氣藏改建儲(chǔ)氣庫水侵量的評(píng)價(jià)方法，但均是通過理論方程計(jì)算的方法，無法直觀確定，本文改進(jìn)的物質(zhì)平衡模型有2 種方法判斷氣藏是否存在外來能量補(bǔ)給。

第一種為圖解法，提供了多種油氣藏驅(qū)動(dòng)機(jī)理方法診斷，如（2）式所示，定容封閉氣藏?zé)o水體時(shí)，視地質(zhì)儲(chǔ)量是一條直線，如存在水體，則視地質(zhì)儲(chǔ)量曲線呈遞增趨勢(shì)，輪南59 石炭系氣藏視地質(zhì)儲(chǔ)量曲線如圖2所示，說明存在水體為氣藏補(bǔ)充能量。

第二種為應(yīng)用氣藏物質(zhì)平衡模型解析法，用（1）式擬合回歸實(shí)際地層壓力與累計(jì)產(chǎn)氣量變化，視地層壓力曲線上翹（圖3），說明存在外來能量（水體）為氣藏補(bǔ)充能量，因而確定輪南59石炭系氣藏存在水體。

考慮水體的影響，解析法非線性擬合回歸確定輪南59 石炭系氣藏建庫前動(dòng)用儲(chǔ)量54.67×108m3，儲(chǔ)量動(dòng)用程度92.19%，折算凝析油動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量35.77×104t。

確定存在水體后，模型可以通過能量圖（圖4）展示不同時(shí)期地下驅(qū)動(dòng)能量的變化，輪南59 石炭系氣藏建庫前水體、孔隙彈性和流體膨脹能量分別占比為3.2%、7.7%和89.1%，流體膨脹能量是主要的驅(qū)動(dòng)能，水體驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定，水體能量有限。

2 有效庫容影響因素評(píng)價(jià)

一般來說，儲(chǔ)氣庫庫容與該氣藏動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量相當(dāng)。由于研究區(qū)為邊底水異常高壓凝析氣藏改建地下儲(chǔ)氣庫，水侵量、凝析油及異常高壓對(duì)庫容有較大影響，本次研究利用改進(jìn)的物質(zhì)平衡及數(shù)值模擬方法分別計(jì)算輪南59 石炭系儲(chǔ)氣庫受水侵量、凝析油及異常高壓影響的地下孔隙體積，進(jìn)而計(jì)算出各因素影響的庫容，以動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量為基礎(chǔ)，去除各項(xiàng)因素影響的庫容即為有效庫容。

2.1 水侵量

儲(chǔ)氣庫高速注采運(yùn)行過程中，水體往復(fù)運(yùn)移對(duì)儲(chǔ)集空間動(dòng)用效率具有較大的影響，通過改進(jìn)的物質(zhì)平衡模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，量化分析水侵對(duì)地下儲(chǔ)集空間動(dòng)用的影響。

改進(jìn)的物質(zhì)平衡模型計(jì)算氣藏水體0.540 3×108m3，由于冬季和夏季用氣需求不同，夏季關(guān)井期間水侵量基本保持不變，生產(chǎn)期間水侵量穩(wěn)步上升，累計(jì)水侵量為53.11×104m3，折算動(dòng)態(tài)水體倍數(shù)3.01倍。

物質(zhì)平衡模型預(yù)測(cè)儲(chǔ)氣庫10 個(gè)注采周期，運(yùn)行壓力為25.00～58.00 MPa，水侵量在15.50×104m3～54.60×104m3波動(dòng)，注氣末期仍無法驅(qū)替的水侵量為15.50×104m3，這部分水體占用的孔隙體積使有效庫容減少，計(jì)算影響地下孔隙體積0.001 6×108m3，計(jì)算影響庫容0.49×108m3（圖5）。

2.2 凝析油

儲(chǔ)氣庫運(yùn)行過程中，當(dāng)?shù)貙訅毫Φ陀诼饵c(diǎn)壓力時(shí)，凝析油析出對(duì)儲(chǔ)氣庫運(yùn)行具有較大的影響，包括相態(tài)、滲流、擴(kuò)散等方面，從而影響儲(chǔ)氣庫有效庫容，通過建立儲(chǔ)氣庫數(shù)值模擬模型，量化凝析油對(duì)庫容的影響。

借鑒大張坨地下儲(chǔ)氣庫研究[18]，建立輪南59石炭系儲(chǔ)氣庫數(shù)值模擬模型，預(yù)測(cè)儲(chǔ)氣庫3 套方案5 輪運(yùn)行周期，第2 輪運(yùn)行周期后攜油量趨于平穩(wěn)，平均攜油量為2 398 m3，影響地下孔隙體積875 m3，影響庫容0.002 87×108m3。隨著注采周期延長，注入干氣量增加，地下凝析氣組分發(fā)生變化，重質(zhì)組分含量下降，單周期攜油量下降（圖6）。

2.3 異常高壓

在異常高壓氣藏開發(fā)初期，隨著天然氣從氣藏中采出和地層壓力的下降，將引起天然氣的膨脹、儲(chǔ)集層的壓實(shí)、巖石顆粒的彈性膨脹、地層束縛水的彈性膨脹以及周圍泥巖在壓實(shí)作用下所引起的水侵作用，從而減小了地層壓力的下降速率，導(dǎo)致異常高壓氣藏初期視地層壓力下降較緩；當(dāng)?shù)貙訅毫Φ扔诨蛐∮陟o水柱壓力時(shí)，氣藏的壓實(shí)作用影響基本結(jié)束，氣藏的開發(fā)主要是依靠天然氣的膨脹作用，表現(xiàn)為定容封閉性氣藏正常壓力系統(tǒng)的衰竭式動(dòng)態(tài)特征。為探究異常高壓對(duì)氣藏開發(fā)的影響，本文應(yīng)用不同地層壓力下天然氣體積系數(shù)這一指標(biāo)。

隨著地層壓力增大，氣體體積系數(shù)呈下降趨勢(shì)（圖7），輪南59 石炭系儲(chǔ)氣庫因受到地面壓縮機(jī)限制，設(shè)計(jì)上限壓力為58.00 MPa，遠(yuǎn)低于原始地層壓力（71.59 MPa），因氣體體積系數(shù)的不同，對(duì)儲(chǔ)氣庫庫容具有較大的影響。

不同地層壓力下氣體體積系數(shù)不同，將動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量乘以原始地層壓力下氣體體積系數(shù)，得到該壓力下地下孔隙體積，用該孔隙體積除以58.00 MPa 下氣體體積系數(shù)，得到58.00 MPa地層壓力下的氣藏動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量，兩動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量的差值即為異常高壓影響庫容（表1）。

表1 輪南59石炭系儲(chǔ)氣庫異常高壓影響庫容Table 1.Storage capacity affected by abnormal high pressure in Lunnan-59 Carboniferous UGS

2.4 有效庫容評(píng)價(jià)

輪南59 石炭系儲(chǔ)氣庫屬于邊底水異常高壓凝析氣藏改建的地下儲(chǔ)氣庫，通過上述定量計(jì)算，儲(chǔ)氣庫因水侵、凝析油和異常高壓影響的庫容折算地下孔隙體積為0.018 2×108m3，影響庫容5.96×108m3。以動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量為基礎(chǔ)，去除各項(xiàng)因素影響的庫容，計(jì)算有效庫容為48.71×108m3（表2）。

表2 輪南59石炭系儲(chǔ)氣庫有效庫容計(jì)算Table 2.Factors influencing the effective storage capacity of Lunnan-59 Carboniferous UGS

3 結(jié)論

（1）應(yīng)用圖解法物質(zhì)平衡模型，通過擬合回歸實(shí)際地層壓力與累計(jì)產(chǎn)氣量變化，可確定氣藏生產(chǎn)過程中驅(qū)動(dòng)能量變化，從而確定氣藏轉(zhuǎn)儲(chǔ)氣庫前動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量。

（2）應(yīng)用改進(jìn)的物質(zhì)平衡和數(shù)值模擬模型，可預(yù)測(cè)多輪運(yùn)行周期水侵量和攜油量變化，定量計(jì)算水侵及反凝析影響的庫容；考慮地面壓縮機(jī)限制及地層異常高壓，可定量計(jì)算異常高壓對(duì)庫容的影響。

（3）應(yīng)用圖解法物質(zhì)平衡模型及數(shù)值模擬模型能夠直觀的確定氣藏驅(qū)動(dòng)方式的變化，確定儲(chǔ)氣庫建庫動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量；定量表征影響庫容的主控因素，明確建庫有效庫容，研究成果可為同類型邊底水異常高壓凝析氣藏改建儲(chǔ)氣庫提供借鑒。

符號(hào)注釋

Bg——平均地層氣體體積系數(shù)，m3/m3；

Bgi——原始地層氣體體積系數(shù)，m3/m3；

Bw——平均地層水體積系數(shù)，m3/m3；

Cf——平均巖石壓縮系數(shù)，MPa-1；

Cw——平均地層水壓縮系數(shù)，MPa-1；

Et——總膨脹系數(shù)，m3/m3；

F——地下采出量，104m3；

G——凝析氣原始地質(zhì)儲(chǔ)量，108m3；

GP——累計(jì)產(chǎn)氣量，108m3；

N——凝析油地質(zhì)儲(chǔ)量，104m3；

P——某時(shí)刻地層壓力，MPa；

Pi——初始地層壓力，MPa；

Swi——平均束縛水飽和度，%；

We——水侵量，104m3；

WP——累計(jì)產(chǎn)水量，104m3。