一种新的计算油气界面移动距离的方法

摘 要

摘要：判断油气界面移动状况，对于确定开发方案、保护好气顶、防止油田开发中油气互窜等均具有十分重要的意义。以气体状态方程为基础，推导出了一种估算油气界面下移距离的计算方
摘要：判断油气界面移动状况，对于确定开发方案、保护好气顶、防止油田开发中油气互窜等均具有十分重要的意义。以气体状态方程为基础，推导出了一种估算油气界面下移距离的计算方法，通过定义并计算气体体积综合膨胀系数来计算油气界面的下移距离。现场实例表明，该方法不仅计算简单，而且具有实用性和一定的可靠性，适用于气顶油藏。
关键词：气顶油藏；油气界面；开发方案；移动距离；状态方程；膨胀系数；方法
    气顶油藏投入开发后，就会破坏原有的平衡状态，当气区压力高于油区压力时，气顶气就会向外扩张，并依靠气顶前缘的推进而驱油，在油井井底附近形成气锥或气舌，随之油井发生气窜，导致油气界面参差不齐，油井减产；气顶减压，开发工作陷于被动，当油区压力高于气区压力时，油会侵入气顶，造成回采困难而损失资源。因此及时判断油气界面移动状况，对于确定开发方案、保护好气顶、防止油田开发中油气互窜等均具有十分重要的意义。笔者以气体状态方程为基础，推导了一种油气界面下移距离的估算方法[1～3]。
1 油气界面下移距离计算方法
    让纳若尔油田是目前中国海外拥有的最大碳酸盐岩油气田，让纳若尔油气藏分为南北两高点，均有气顶和油环，并具有统一的油气界面和油水界面，原始油气界面为-2560m，属于饱和油气藏。由于让纳若尔油气藏的气顶和油区是一个统一的水动力系统，开发前处在一种压力平衡状态。当油藏含油区投入生产以后，由于气顶与油区形成了一定的压降，气顶气向外扩张，油气界面产生了下移。
   现以气体状态方程为基础，推导气体体积综合膨胀系数表达式。
   已知气体状态方程：
    pV=ZnRT    (1)
    考虑油气藏开采过程为等温降压过程，则得：
 
式中：p1、p2分别为状态1和状态2下的地层压力，MPa；V1、V2分别为状态1和状态2下气顶的体积，m3；Z1、Z2分别为状态1和状态2下天然气的压缩因子。
式(2)中的Z值可由下式求得[4]：
 
式中：ppr为拟对比压力，MPa，ppr=p/ppr；Tpr为拟对比温度，K，Tpr=T/Tpr；ppr为天然气的拟临界压力，MPa，ppr=∑yipci；Tpc为天然气的拟临界温度，K，Tpr=∑yiTci；pci为组分i的临界压力，MPa；Tci为组分i的临界温度，K；yi为天然气中组分i的摩尔分数。
    根据让纳若尔A层气顶试井资料可知，自油气藏投入开发以来，气顶压力由原始29.15MPa下降为目前的23.5MPa。在原始状态即p1=29.15MPa时，ppr=6.415，Tpr=1.38，将ppr、Tpr值带入上式计算，可得Z1=0.8628；当p2=23.5MPa时，ppr=5.062，Tpr=1.38，同理计算得到Z2=0.7598。将Z1、Z2值代入式(2)即可计算出由于气顶压力的变化而引起的气顶体积膨胀倍数。
在气顶区降压过程中考虑到孔隙体积随气顶压力降低孔隙体积收缩，因此还需引入孔隙体积压缩系数[5～6]：
 
式中：p1、p2分别为状态1和状态2下的净上覆压力，MPa；φ1、φ2分别为状态1和状态2下的孔隙度；cp为孔隙压缩系数，MPa-1。
    根据让纳若尔气藏已有数据可计算得：
    cp=6.654×10-4MPa-1
定义k为气顶体积综合压缩系数。将孔隙膨胀公式代入式(2)，即可得到压力变化时k值。即
 
故    V2=1.121V1    (5)
    也就是说气顶压力由原始29.15MPa下降为目前的23.5MPa时，气顶体积膨胀了1.121倍。下面分别计算让纳若尔A南和A北油气界面下移距离。
    A南构造是个穹隆，因此假设A南气顶为一个圆锥体，则气顶体积可表示为：
 
    已知A南气顶的原始气藏高度为230m(2560～2330m)，含气面积48.43km2，则
 
    假设气顶体积膨胀后气藏高度下降了h(m)，根据地层倾角α=10°，可得气顶膨胀后的半径为：
    r2=r1+h/(tgα)    (8)
式中：r1为原始气顶半径。
    膨胀后气顶高度为：h2=h1+h，则目前压力下膨胀后的体积V2可表示为：
 
    由式(5)、(7)和式(9)即可计算得A南气顶体积膨胀后气藏高度下降了15.99m。同理可计算A北气顶体积膨胀后气藏高度下降了15.67m。
    综上所述，A层油气界面平均下移了约16m，即估算目前油气界面约为-2576m。
2 应用效果分析
    现在将该估算法与压力参数法进行比较[1]，图1为让纳若尔测得的压力梯度图，由于压力梯度反映流体密度，因此不同流体所测的压力梯度存在不同的斜率，这样在某一深度就会出现折点，该点即为两种流体的界面位置。由图1可以看出，油气界面深度约为-2574m，与估算法计算值较接近，该估算方法具有一定的可靠性。
 
3 结论
    通过及时判断油气界面移动状况，对保护气顶、及时发现油气互窜具有十分重要的意义。笔者以气体状态方程为基础，根据气体综合膨胀系数推导油气界面的下移距离，具有很好的实际意义，通过实例计算，所采用的油气界面下移距离估算法不仅计算简单，而且具有一定的实用性，适用于气顶油藏。
参考文献
[1] 大庆石油管理局勘探开发研究院.SY/T 6313.1-1998油气水界面确定方法——油气、油水界面[S]∥中国石油天然气总公司，北京：[出版者不详]，1998.
[2] 华永川.川东北飞仙关组鲕滩气藏气水界面预测方法[J].天然气工业，2004，24(8)：76-78.
[3] 冯青平，宋朝辉.同向斜域水井资料在确定气水界面中的应用[J].天然气工业，2003，23(9)：26.
[4] 袁自学.计算偏差系数经验公式的优化选择[J].新疆石油地质，1996，27，(6)：163-168.
[5] 高博禹，周涌沂，彭仕宓.储层孔隙度应力敏感性研究[J].石油实验地质，2005，43(4)：197-202.
[6] 郭平.张俊.杜建芬.等.采用两种实验方法进行气藏岩心应力敏感研究[J].西南石油大学学报，2007，29(2)：7-9.
 
(本文作者：赵晓亮1 廖新维1 赵伦2 李捷2 1.中国石油大学石油工程教育部重点实验室；2.中国石油勘探开发研究院)