氣藏動態(tài)儲量計(jì)算中的幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)探討

摘 要

摘要：傳統(tǒng)的計(jì)算方法以物質(zhì)平衡公式為基礎(chǔ)，利用關(guān)井測壓數(shù)據(jù)來計(jì)算動態(tài)儲量。現(xiàn)今以“氣井生產(chǎn)動態(tài)曲線特征圖版擬合法”為主的動態(tài)計(jì)算儲量方法，特點(diǎn)是利用流動壓力
摘要：傳統(tǒng)的計(jì)算方法以物質(zhì)平衡公式為基礎(chǔ)，利用關(guān)井測壓數(shù)據(jù)來計(jì)算動態(tài)儲量?，F(xiàn)今以“氣井生產(chǎn)動態(tài)曲線特征圖版擬合法”為主的動態(tài)計(jì)算儲量方法，特點(diǎn)是利用流動壓力計(jì)算氣井動態(tài)儲量。在對比分析這兩種方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)外已開發(fā)氣田動態(tài)儲量計(jì)算實(shí)例，研究了關(guān)井測壓數(shù)據(jù)和巖石有效壓縮系數(shù)對動態(tài)儲量計(jì)算的影響。結(jié)果表明，在沒有關(guān)井測壓資料的情況下，利用現(xiàn)今的方法可以計(jì)算動態(tài)儲量，并能夠準(zhǔn)確擬合生產(chǎn)歷史，但會使動態(tài)儲量計(jì)算結(jié)果存在很大的不確定性。因此關(guān)井測壓資料對動態(tài)儲量的準(zhǔn)確計(jì)算十分重要。對于異常高壓氣藏，儲層巖石有效壓縮系數(shù)對動態(tài)儲量計(jì)算結(jié)果的影響不可忽視，巖石有效壓縮系數(shù)取值越小，動態(tài)儲量計(jì)算結(jié)果越大，在開發(fā)早期計(jì)算動態(tài)儲量時(shí)應(yīng)該確定可靠的巖石有效壓縮系數(shù)值。
關(guān)鍵詞：異常高壓氣藏；儲量；動態(tài)；分析；計(jì)算；測試；巖石；壓縮系數(shù)
1 氣藏動態(tài)儲量計(jì)算方法概述
    針對不同的氣藏類型，以及不同的開發(fā)階段，都有與之相對應(yīng)的動態(tài)儲量計(jì)算方法。其中最常用的也是最傳統(tǒng)的方法就是以物質(zhì)平衡為基礎(chǔ)的計(jì)算方法。近期又出現(xiàn)了以“氣井生產(chǎn)動態(tài)曲線特征圖版擬合法”為主的動態(tài)計(jì)算儲量方法。
1.1 物質(zhì)平衡法
根據(jù)氣藏物質(zhì)平衡通式：
 
上式經(jīng)過變化后得到[1]：
 
Ep為變?nèi)菹禂?shù)，表示巖石和束縛水彈性膨脹所提供的能量，表達(dá)式為：
 
   定容封閉氣藏的壓降曲線法、水驅(qū)氣藏的視地質(zhì)儲量法(Havlena-Odeh法)、曲線擬合法以及異常高壓氣藏的視地層壓力校正法[2]、Hammmerlindl修正系數(shù)法[3]、求解圖法(Roach、Poston等)、Becerra-Arteaga壓力圖法等，都是基于上述物質(zhì)平衡基礎(chǔ)上得來的。物質(zhì)平衡法計(jì)算儲量的關(guān)鍵是能夠獲取氣藏(井)的平均地層壓力。
1.2 氣井生產(chǎn)動態(tài)曲線特征圖版擬合法[4～6]
    “氣井生產(chǎn)動態(tài)曲線特征圖版擬合法”又稱“產(chǎn)量不穩(wěn)定分析(rate transient analysis，RTA)”、“高級遞減分析(advanced decline analysis)”，是以氣井生產(chǎn)動態(tài)(產(chǎn)量、流動壓力等)為基礎(chǔ)，引入不穩(wěn)定試井分析的基本思想，對傳統(tǒng)的產(chǎn)量遞減法進(jìn)行了改進(jìn)，建立了氣井生產(chǎn)曲線特征圖版，把氣井早期的不穩(wěn)定流動段和后期的邊界流動段結(jié)合起來，通過特征圖版擬合計(jì)算儲層物性、表皮系數(shù)、井控半徑、動態(tài)儲量。主要分析特征圖版包括Arps圖版、Fetkovich圖版、Balasingame圖版、Agwarl-Gardner圖版、NPI(normalized pressure integrate)圖版、Transient圖版、流動物質(zhì)平衡(flowing material balance)等。
    氣井生產(chǎn)動態(tài)曲線特征圖版擬合法以氣井流壓和產(chǎn)量為基礎(chǔ)，除原始地層壓力外，不需要關(guān)井測壓數(shù)據(jù)。
2 關(guān)于動態(tài)儲量計(jì)算的幾個(gè)問題探討
2.1 準(zhǔn)確求取地層壓力是動態(tài)法儲量計(jì)算的關(guān)鍵
    壓力是氣藏能量大小的直接體現(xiàn)。最準(zhǔn)確的也是最傳統(tǒng)的確定方法是進(jìn)行全氣藏關(guān)井測壓，然后計(jì)算氣藏平均壓力。氣田開發(fā)歷史比較長的川渝氣區(qū)，基本上每個(gè)氣田在生產(chǎn)過程中都要安排數(shù)次全氣藏關(guān)井測壓求動態(tài)儲量。但隨著投入開發(fā)氣藏類型日趨復(fù)雜化，這一監(jiān)測方式也受到挑戰(zhàn)，比如對于主力氣藏由于供氣需要，全氣藏關(guān)井受到限制；對于異常高壓氣藏以及高含硫氣藏，由于井下監(jiān)測風(fēng)險(xiǎn)大，可能無法像常規(guī)氣井那樣進(jìn)行井下測靜壓；還有就是低滲透氣藏，需要長時(shí)間的關(guān)井地層壓力才能恢復(fù)，這些都會給氣藏壓力分析帶來影響。
    近期出現(xiàn)的“氣井生產(chǎn)動態(tài)曲線特征圖版擬合法”可以在不需要關(guān)井測壓的情況下計(jì)算氣井動態(tài)儲量，為復(fù)雜類型氣藏動態(tài)分析提供了有效手段，該方法的應(yīng)用也逐漸受到技術(shù)人員的關(guān)注。值得強(qiáng)調(diào)的是，通過關(guān)井進(jìn)行靜壓監(jiān)測是不可替代的。下面列舉墨西哥灣-氣井(G-111井，原始地層壓力122.7MPa，儲層溫度177℃)的實(shí)例來說明靜壓資料獲取對動態(tài)儲量計(jì)算的重要性。利用“氣井生產(chǎn)動態(tài)曲線特征圖版擬合法”中的“流動物質(zhì)平衡”計(jì)算井控儲量5.35×108m3(圖1)。根據(jù)這一儲量計(jì)算結(jié)果，建立單井模型擬合生產(chǎn)歷史，井底流壓擬合程度高(圖2)，如果沒有關(guān)井壓力作參照，可以認(rèn)為流動物質(zhì)平衡計(jì)算的井控儲量是可靠的。但如果參照關(guān)井壓力數(shù)據(jù)，就會發(fā)現(xiàn)模型計(jì)值靜壓值偏低，說明井控儲量計(jì)算存在誤差，根據(jù)這一情況，對模型中井控儲量進(jìn)行了調(diào)整，并考慮了滲透率的應(yīng)力敏感性，完全擬合后，得到井控儲量為8.5×108m3。由此可見靜壓數(shù)據(jù)的獲取對動態(tài)儲量計(jì)算的重要性。
 

2.2 異常高壓氣藏巖石有效壓縮系數(shù)對動態(tài)儲量計(jì)算影響
    對異常高壓氣藏，由于儲層的欠壓實(shí)作用，使得巖石有效壓縮系數(shù)(Cf)比常壓氣藏高一個(gè)數(shù)量級，在4×10-6×10-3MPa-1，而表征氣體彈性膨脹能力的壓縮系數(shù)Cg值遠(yuǎn)低于常壓情況，其數(shù)量級也在10-3MPa-1，也就是說在高壓階段Cg值與Cf值數(shù)量級相當(dāng)，因此在高壓階段不能忽略巖石孔隙壓縮所提供的彈性膨脹能量，這一特點(diǎn)使得高壓氣藏的壓降曲線出現(xiàn)兩段式(見圖3)，直接用高壓階段的壓降曲線計(jì)算動態(tài)儲量會導(dǎo)致結(jié)果偏高。針對這一情況，異常高壓氣藏物質(zhì)平衡法考慮到了巖石有效壓縮系數(shù)Cf影響，對壓降曲線進(jìn)行了修正。圖4就是A氣藏壓降曲線圖，根據(jù)壓降曲線回歸，傳統(tǒng)的p/Z-Gp曲線計(jì)算動態(tài)儲量為3616×108m3，是容積法儲量的1.3倍，考慮到巖石有效壓縮系數(shù)的情況下，經(jīng)過修正后的壓降曲線計(jì)算動態(tài)儲量為2412×108m3，與容積法儲量基本符合。由此可見對異常高壓氣藏，巖石彈性膨脹為氣體的采出提供了不可忽視的能量。
 

    實(shí)驗(yàn)分析表明，對于同一個(gè)氣藏，Cf值與其他物性參數(shù)一樣，也同樣具有非均質(zhì)性。圖5為A氣藏巖心分析結(jié)果，從中可以看出，Cf與儲層滲透率有關(guān)，高滲儲層Cf值低，低滲儲層Cf值高，對于該氣田不同滲透率巖樣，Cf的變化范圍為2×10-3～10×10-3MPa-1。針對不同的Cf值，動態(tài)儲量計(jì)算結(jié)果也不同，Cf值越大，動態(tài)儲量計(jì)算結(jié)果越??；Cf值越小，動態(tài)儲量計(jì)算結(jié)果越大。
 

   在數(shù)值模擬中，巖石壓縮系數(shù)作為已知參數(shù)輸入到模型中，其取值會給歷史擬合過程中儲量的擬合帶來影響，在其他參數(shù)相向、流壓和關(guān)井壓力完全擬合的情況下，不同的Cf值對應(yīng)不同擬合儲量(見圖6)，從另一個(gè)角度來看，對于一個(gè)未投入開發(fā)異常高壓氣藏，以容積法儲量為基礎(chǔ)進(jìn)行生產(chǎn)動態(tài)預(yù)測時(shí)，不同的Cf值會得到不同的早期壓力變化趨勢。由此可見，對于異常高壓氣藏，獲得可靠的巖石壓縮系數(shù)值對早期動態(tài)儲量計(jì)算和生產(chǎn)特征認(rèn)識非常重要。
 

2.3 動態(tài)儲量發(fā)生變化的情況
   由于動態(tài)儲量代表的是參與流動的地質(zhì)儲量。在有些情況下，氣藏中的流動供給發(fā)生了變化，也會導(dǎo)致動態(tài)法計(jì)算的儲量發(fā)生變化，比較常見的是非均質(zhì)性很強(qiáng)的低滲氣藏和具有邊底水的氣藏。
    對于非均質(zhì)性比較強(qiáng)的低滲氣藏，儲層中的流動存在著啟動壓力。在開采初期，參與流動的主要是滲透率相對較高的或縫洞比較發(fā)育的儲層中的氣體，隨著天然氣的采出，儲層中的壓降漏斗進(jìn)一步增大，低滲儲層中的天然氣也開始參與流動。這類氣藏的壓降曲線(p/Z-Gp曲線)具有多段特征[7～8](見圖7)。如果利用早期的壓降曲線，會導(dǎo)致動態(tài)儲量計(jì)算結(jié)果偏低。
 

    對于具有邊底水氣藏，地層水沿裂縫或高滲層侵入氣藏(氣井)后，占據(jù)了流動通道，封存了部分天然氣儲量，使參與流動的天然氣儲量降低，從而導(dǎo)致動態(tài)儲量減少[9]。
3 結(jié)論
    1) 動態(tài)儲量計(jì)算方法在傳統(tǒng)的物質(zhì)平衡方法的基礎(chǔ)上，近期又出現(xiàn)了以單井生產(chǎn)歷史為基礎(chǔ)的“流動物質(zhì)平衡法”和“氣井生產(chǎn)動態(tài)曲線特征圖版擬合法”動態(tài)儲量計(jì)算方法，針對日趨復(fù)雜的氣藏類型，新方法的出現(xiàn)提供了有利的分析手段。
    2) 要獲得可靠的動態(tài)儲量計(jì)算結(jié)果，關(guān)井測壓資料是必不可少的。
    3) 針對異常高壓氣藏進(jìn)行動態(tài)法儲量計(jì)算時(shí)，必須獲得準(zhǔn)確的巖石有效壓縮系數(shù)值。
    4) 氣藏的流動供給發(fā)生變化會導(dǎo)致動態(tài)儲量發(fā)生變化。
符號說明
    pi為原始地層壓力，MPa；p為地層壓力，MPa；△p為地層壓降，MPa；pwf為井底流運(yùn)壓力，MPa；G為原始地質(zhì)儲量，104m3；Gp為累產(chǎn)氣量，104m3；Bgi、Bi分別為對應(yīng)壓力pi和p時(shí)氣體體積系數(shù)；Bw為地層水體積系數(shù)；We為累積水侵量，104m3；Wp為累產(chǎn)水量，104m3；Zi、Z分別為對應(yīng)壓力pi和p時(shí)氣體壓縮因子；Cf為巖石有效壓縮系數(shù)，MPa-1；Cg、Cw分別為天然氣、地層水壓縮系數(shù)，MPa-1；Swi為原始含水飽和度，小數(shù)。
參考文獻(xiàn)
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(本文作者：劉曉華1，2 1.中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院；2.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院)