1 概況
利用廢棄油氣藏改建地下儲氣庫是國內(nèi)外地下儲氣庫建設(shè)的主要類型，在國內(nèi)已建的地下儲氣庫中由水淹氣藏改建地下儲氣庫又是普遍現(xiàn)象。目前我國建成投產(chǎn)的用于商業(yè)性調(diào)峰的地下儲氣庫主要是大港地下儲氣庫群，共有6座，均為砂巖孔隙型，其分布如圖1所示。除大張坨地下儲氣庫外，其余5座地下儲氣庫均由水淹衰竭氣藏改建而成。
目前國內(nèi)對地下儲氣庫庫容的研究多集中于最大庫容量值的確定方法陋引。地下儲氣庫設(shè)計的庫容量是一個最大靜態(tài)值，也是需要多個注采運行周期才能逐漸達到的目標(biāo)最大值。因地質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、氣藏內(nèi)部流體的混雜性以及地下儲氣庫生產(chǎn)運行方式等方面的原因，地下儲氣庫達到設(shè)計庫容是一個長期、復(fù)雜的動態(tài)變化過程，業(yè)內(nèi)稱為“達容”過程。對于水淹教竭氣藏改建的地下儲氣庫其庫容動態(tài)變化過程中體現(xiàn)的驅(qū)水達容規(guī)律，是研究地下儲氣庫達到設(shè)計庫容時間以及最終能達到庫容量的重要依據(jù)，而目前國內(nèi)尚無進行此項理論研究的報道，更缺少相應(yīng)的實例研究。為此，以含水巖心氣驅(qū)擴容室內(nèi)實驗為基礎(chǔ)，以大港儲氣庫群達容實例為依據(jù)，系統(tǒng)闡述了水淹衰竭氣藏改建地下儲氣庫的達容規(guī)律及其影響因素。
2含水巖心氣驅(qū)擴容物理模擬實驗研究
選擇已建地下儲氣庫代表性的巖心，進行地下儲氣庫的注采機理物理模擬實驗研究，測試在不同實驗條件、不同注采周期下地下儲氣庫巖心注氣量、采氣量及產(chǎn)液量隨時間的變化規(guī)律。研究水淹型地下儲氣庫在多次循環(huán)注氣、采氣過程中氣、液間的相互作用、氣液滲流特征、采出程度及其對儲采氣能力的影響，為衰竭氣藏改建儲氣庫的達容變化規(guī)律提供實驗依據(jù)。
2．1 實驗過程
1)建立4塊巖心的原始含水氣藏模型，其中1-1、1—2號為低孔低滲巖心，2-1、2—2號為中高孔中高滲巖心。
2)針對4塊巖心分別進行了較低采氣速度下的3次采氣和2次注氣循環(huán)實驗，模擬地下儲氣庫低速注氣驅(qū)水的3次過程。
3)對低孑L低滲的巖心1 2和中孔中滲巖心2-2分別進行了較高采氣速度下的4次采氣和3次注氣循環(huán)實驗，模擬地下儲氣庫高速注氣驅(qū)水的4次過程。
4)4塊巖心的試驗壓力介于35～10 MPa，相當(dāng)于地下儲氣庫原始壓力的l00 0 0～29％。
2．2 實驗結(jié)果
實驗結(jié)果得出的地下儲氣庫巖心注氣驅(qū)水?dāng)U容變化曲線如圖2所示。
1)氣驅(qū)水效率與巖石的致密性有關(guān)：中高孔中高滲巖心的氣體驅(qū)水效率明顯高于低孔低滲巖心，第l次氣驅(qū)水效率可以達到34％～40％，經(jīng)過3～4次的驅(qū)替，氣驅(qū)水效率可以達到36％～46％。
2)氣驅(qū)水效率與驅(qū)替速度有關(guān)：低速注氣驅(qū)水?dāng)U容效率大于高速注氣驅(qū)水?dāng)U容效率，中高孔中高滲巖心擴容效率差異較大，可達4％，低孔低滲巖心達2％。
3)氣驅(qū)水效率與驅(qū)替次數(shù)有關(guān)：隨驅(qū)替次數(shù)的增加，巖心每次采氣的產(chǎn)水量逐漸減少，巖心增容能力逐漸減弱并趨于最大值，中高孔中高滲巖心的氣體驅(qū)水最高效率可達46％，低孔低滲巖心氣體驅(qū)水最高效率可達36％。
2．3實驗規(guī)律
實驗結(jié)果揭示：地下儲氣庫內(nèi)的含水區(qū)可以實現(xiàn)較高的氣體驅(qū)替，4塊巖心的氣驅(qū)試驗壓力降落區(qū)間為地下儲氣庫原始壓力的100％～29％時，第l次氣體驅(qū)替效率可達到34％～40％，第2、3次累加氣驅(qū)效率可達36％～46％；地下儲氣庫實際注采生產(chǎn)過程中隨多周期的注采驅(qū)替，氣驅(qū)水達容效率是逐步增加的過程，或者說若要實現(xiàn)地下儲氣庫較高的氣體驅(qū)替效率，則需要多年的注采周期。
3 已建水淹衰竭型地下儲氣庫的庫容
變化規(guī)律
5座水淹衰竭氣藏地下儲氣庫都是由帶邊水的衰竭開發(fā)至廢棄的凝析氣藏改建而成，盡管注采周期不同，但都體現(xiàn)了相同的庫容變化規(guī)律。各地下儲氣庫
注采時的庫容變化曲線如圖3～7所示。
1)地下儲氣庫庫容量呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，并最終趨于最大庫容量。以注氣期結(jié)束時的庫容量為地下儲氣庫的當(dāng)期庫容量，采氣期結(jié)束時的庫容量為地下儲氣庫的當(dāng)期墊氣量，庫容量與墊氣量之差即為當(dāng)期工作氣量(采氣量)。從地下儲氣庫的實際庫容量變化曲線看(圖3～7)，隨著地下儲氣庫注采周期的增加，庫容曲線普遍右移，地下儲氣庫庫容明顯增大，而且注采周期越多，庫容增加愈多。板876地下儲氣庫運行5～8個注采周期時，庫容變化曲線基本重疊，表明地下儲氣庫已達到最大庫容量。由此也說明地下儲氣庫達容是一個長期的過程。從已建地下儲氣庫的達容特征看，水淹型地下儲氣庫的達容周期超過5年。
2)地下儲氣庫投產(chǎn)初期庫容增速快，后期增速變緩。從地下儲氣庫庫容增量與注采周期關(guān)系曲線看(圖8)，盡管地下儲氣庫不同、注采周期不同，但基本遵循了早期擴容多、后期擴容少、庫容逐漸增加的規(guī)律。水淹衰竭型氣藏改建地下儲氣庫后，第1注采周期由于地層壓力低，地下儲氣庫虧空大，注入氣以彌補空余的孑L隙空間為主，庫容增加快。一旦第1注采周期補虧庫容之后，隨著地下墊氣量增多和地層壓力水平的提高，第2注采周期達容主要體現(xiàn)在以氣驅(qū)水置換水體孔隙空間為主，驅(qū)水?dāng)U容成為主要增容方式，增容難度增大，增容幅度變小。同時此階段也真實反映了地下儲氣庫地層水體對庫容的影響效果。
盡管地下儲氣庫的達容過程具有前快后慢的特點，但地下儲氣庫從第2注采周期開始，單位壓力下庫容的變化量即彈性庫容率卻基本維持在一個穩(wěn)定值，盡管不同地下儲氣庫的該數(shù)值不同，但同一地下儲氣庫彈性庫容率基本穩(wěn)定的規(guī)律相同。地下儲氣庫單位壓力庫容變化曲線圖9所示。同理，在圖3～7中每個地下儲氣庫不同注采周期的曲線斜率也基本相同，反映每一個地下儲氣庫在壓力運行區(qū)間內(nèi)單位壓力變化所波及的有效孔隙空間容積基本不變。由此推測，實際上地下儲氣庫內(nèi)的氣水與地下儲氣庫外部的弱水體總體上組成了同一氣水系統(tǒng)，類似于定容氣水系統(tǒng)的特征。以板876地下儲氣庫為例，在地下儲氣庫生產(chǎn)運行的8個注采周期中，除第5注采周期生產(chǎn)管理因素外，其余各注采周期的彈性庫容率基本相同，無論庫容增速快慢或庫容量大小變化，但彈性庫容率卻基本不變。但板中北地下儲氣庫卻是個特例，其具有較強的邊部水體，在地下儲氣庫生產(chǎn)運行的7個注采周期中，隨著注采周期增加庫容量逐漸增大，同期彈性庫容率也逐漸增大，反映了強邊水地下儲氣庫的庫容率變化規(guī)律。
3)地下儲氣庫的墊氣量與工作氣量系，但增長不同步。地下儲氣庫的每一注量都在增加，由于儲層物性的非均質(zhì)性及地下儲氣庫內(nèi)侵入水體的存在，導(dǎo)致水淹型地下儲氣庫注氣階段會有一部分氣體向邊部水體突進，在采氣階段由于水的阻隔作用，造成部分氣體成為死氣區(qū)無法采出，顯示為盡管地下的存氣量不斷增加，庫容量不斷增加，但工作氣量卻比庫容增加得緩慢(圖10、11）
4影響地下儲氣庫達容的主要因素
目前，大港水淹衰竭型氣藏改建的地下儲氣庫經(jīng)過5～8個注采周期的運行，庫容達容率為70％～90％，影響水淹衰竭型地下儲氣庫達容的主要因素有以下5點：
4．1 地下儲氣庫構(gòu)造特征對達容的影響
地下儲氣庫的構(gòu)造特征影響著達容的速度。對于完整的背斜或單斜構(gòu)造型地下儲氣庫，邊部水體在建庫前的氣藏開采階段，由低向高的水侵結(jié)果通常使低部位含水多高部位含水少，流體分布遵循上輕下重的重力分異規(guī)律。當(dāng)?shù)叵聝鈳觳扇∮筛呦虻偷淖怛?qū)水達容方案時，這種規(guī)律性表現(xiàn)得更突出，這是由實踐證實的普遍性規(guī)律。板中北高點地下儲氣庫7個注采周期后的流體分布狀態(tài)如圖l2所示。對于內(nèi)部存在較多斷層的破碎型地下儲氣庫，由于斷層的阻隔作用，只能形成局部性的小單元注氣驅(qū)水達容過程，通常由于范圍小、井?dāng)?shù)少，無法實現(xiàn)高部位注氣向低部位驅(qū)水的理想過程，造成小單元內(nèi)氣水分布混雜、驅(qū)水達容效果差，進而影響到整個地下儲氣庫驅(qū)水達容的效果。如板中南地下儲氣庫整體形態(tài)為一背斜構(gòu)造(見圖12)，但由于內(nèi)部發(fā)育有5條小斷層，造成多個小單元自成系統(tǒng)，難以實現(xiàn)完善的氣體驅(qū)水注采關(guān)系，影響了達容效率，延長了達容時問。板中南地下儲氣庫5個注采周期后的流體分布狀態(tài)如圖l2所示。
4．2地下儲氣庫儲層物性對達容的影響
儲層物性的好壞和非均質(zhì)性的強弱直接影響著地下儲氣庫的達容效果。由于水淹衰竭型氣藏改建的地F儲氣庫實現(xiàn)庫容主要依靠注氣驅(qū)水?dāng)U容，因此儲層物性較好的地下儲氣庫注氣驅(qū)水速度快、效果好，而儲層物性較差的地下儲氣庫注氣驅(qū)水速度慢、效果差，這已為室內(nèi)巖心實驗和開采實踐所證實。
儲層非均質(zhì)性強弱對地下儲氣庫驅(qū)水?dāng)U容效率的影響較大，在注氣和采氣過程中，儲層高滲透帶氣驅(qū)水速度快，低滲透帶氣驅(qū)水速度慢，非均質(zhì)性強弱造成氣水移動界面不會呈活塞式移動，而是出現(xiàn)舌進、指進等現(xiàn)象。其中板中南高點地下儲氣庫除內(nèi)部斷層影響外，儲層非均質(zhì)性強也是造成達容效果差的重要原因。
4．3地下儲氣庫注采能力對達容的影響
水淹衰竭型氣藏改建的地下儲氣庫，改建地下儲氣庫前的氣藏內(nèi)部均有不同程度的水淹，且通常氣水分布復(fù)雜，往往出現(xiàn)新鉆井井底氣水混雜分布的現(xiàn)象，導(dǎo)致地下儲氣庫井開始生產(chǎn)就見水。氣井含水降低了氣井的產(chǎn)能，進而降低了地下儲氣庫的采氣量；同時氣井井底地層含水，增大了地層流體的滲流阻力，影響了累計注氣量。地層含水對氣井注氣、采氣能力的雙向影響，降低了地下儲氣庫每個生產(chǎn)周期的注氣量與采氣量，致使氣驅(qū)水達容速度降低。
4．4地下儲氣庫地層水體對達容的影響
水體對地下儲氣庫達容的影響主要表現(xiàn)在以下3個方面：①地下儲氣庫的快速采氣生產(chǎn)導(dǎo)致邊水侵入地下儲氣庫內(nèi)部，邊部水體能量愈強則侵入地下儲氣庫的程度越強，而退出地下儲氣庫的程度越弱，達容難度越大；②地下儲氣庫內(nèi)存在的水體(尤其是井底附近的水體)封堵了氣體滲流通道，降低了注入氣的滲流能力和散布范圍，使注氣井少量注氣就會造成井區(qū)壓力快速升高，迅速達到地下儲氣庫上限壓力，使得注氣過程被迫停止，降低注氣量，導(dǎo)致井區(qū)壓力達到地下儲氣庫上限壓力，但整個地下儲氣庫實際的平均地層壓力明顯小于設(shè)計的運行上限壓力；③水體的影響導(dǎo)致氣井含水后出現(xiàn)高壓停采，使得地下儲氣庫運行的下限壓力高于設(shè)計的下限壓力，縮小了地下儲氣庫運行的真實運行區(qū)間，嚴重影響了地下儲氣庫的達容速度和工作氣量。
4．5 地下儲氣庫擴容方式對達容的影響
地下儲氣庫達容的途徑有2種：①注入氣驅(qū)替庫內(nèi)水體外移實現(xiàn)驅(qū)液達容；②通過氣井采液來增加庫容。從地下儲氣庫實際生產(chǎn)效果分析，水淹衰竭型氣藏改建地下儲氣庫的達容規(guī)律以驅(qū)液達容為主、采液達容為輔。板876地下儲氣庫運行8個注采周期驅(qū)液和采液增加的庫容量數(shù)值如表1所示。
表1 板876地下儲氣庫不同注采周期庫容量的變化情況表
板876地下儲氣庫庫容量從投產(chǎn)運行前的1.530×108 m3上升到第8注采周期的4.005×108 m3，累計增加了2.475×108 m3，其中驅(qū)替累計增加2.385×108 m3，占總庫容增量的96.36%，采液累計增加0.090×108 m3，占總庫容增量的3．64％。可見水淹衰竭型地下儲氣庫庫容的增加量以注氣驅(qū)替水體為主，氣井采液增加的庫容量比例較小。其他水淹衰竭型氣藏改建地下儲氣庫的達容規(guī)律也基本相同。
5 結(jié)論
大港地下儲氣庫是國內(nèi)最早一批建成投產(chǎn)的地下儲氣庫，其庫容的變化規(guī)律及其影響因素對目前國內(nèi)正在建設(shè)或待建的地下儲氣庫有著重要的借鑒意義。地下儲氣庫的注采機理物理模擬實驗研究規(guī)律表明：地下儲氣庫內(nèi)的含水區(qū)可以實現(xiàn)較高的氣體驅(qū)替，但氣驅(qū)水達容效率是逐步增加的過程，需要多年的注采周期才能實現(xiàn)。以大港水淹型地下儲氣庫為例，總結(jié)了地下儲氣庫擴容規(guī)律及影響庫容的主要因素：
1)地下儲氣庫庫容量呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，并最終趨于最大庫容量。
2)地下儲氣庫投產(chǎn)初期庫容增速快，后期增速變緩。
3)地下儲氣庫地下墊氣量與工作氣量呈正增長關(guān)系，但增長不同步。
4)影響地下儲氣庫達容的主要因素包括：構(gòu)造特征、儲層物性、注采能力、水體分布以及擴容方式。
參 考 文 獻
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