涩北气田气井合理配产的综合技术对策

摘 要

摘要:柴达木盆地涩北气田具有岩性疏松易出砂、多层、气水关系复杂易出水、储量动用程度不均衡等开发技术难题。为了确保气田的稳产及合理高效开发,在制订开发技术对策时单井的

摘要:柴达木盆地涩北气田具有岩性疏松易出砂、多层、气水关系复杂易出水、储量动用程度不均衡等开发技术难题。为了确保气田的稳产及合理高效开发,在制订开发技术对策时单井的合理配产非常关键。针对该气田气井出水、储层岩性疏松应力敏感及多层合采等特点,常规的气藏气井配产方法已不适用,从出水气井无阻流量的评价、抑制地层出砂的临界产量计算、多层多气水系统抑制边水推进的平衡采气等角度出发,探讨了涩北气田气井合理配产的综合技术对策。运用气藏数值模拟技术,对涩北一号气田典型层组的合理配产方案进行了开采指标预测,模拟结果显示所提出的以动态配产为技术特点的配产策略能够达到稳气控水、最大限度地提高天然气采出程度的目的。
关键词:涩北气田;气井;无阻流量;出砂;采气;动态;配产
    涩北气田气井配产面临以下技术难题[1~3]:①出水气井产能测试数据异常;②岩性疏松应力敏感;③出水降低气相流动能力;④储层易出砂;⑤多层合采;⑥边水。因此,一方面要尽可能全面地评价疏松砂岩气藏出水气井产能的各种主要影响因素及其影响程度;同时还必须意识到,在不同开采阶段,这些因素对产能的影响程度将发生变化,实际配产时,在不同时期要抓住其主要矛盾。
1 气井配产的综合技术对策
1.1 出水气井产能测试数据的校正
   气井的二项式拟压力产能方程为:
   ψewf=Aqg+Bqg2    (1)
根据(ψewf)/qg-qg的直线关系处理产能测试数据,得到方程系数A与B,无阻流量的计算公式为:
 
   产能方程计算的流入曲线应该是一条规则的抛物线,但实际上由于各种因素的影响,许多试井资料出现异常,继续采用常规的她理方法得出的结果将是错误的,系数A或B可能为负数。因此,应分析数据异常的原因,对其进行处理和校正,使其回归正常。造成系统试井数据异常的原因主要有以下几种:①测试时间短,井底压力不稳定;②井筒携液;③钻井液浸泡或井底有堵塞物;④底水的影响;⑤层间干扰;⑥测试期间地层渗流条件变化等。
    对于涩北气田,井筒携液是造成初期产能测试数据异常的主要原因。由于很难估算井筒中的真实携液量,利用常规管柱流体力学模型计算的井底压力(pwf′)比真实井底压力(pwf)偏小。设
    △ψwfwfwf    (3)
    故二项式产能方程变为:
    ψe-(ψwf′+△ψwf)=Aqg+Bqg2    (4)
    首先作(ψewf′)/qg-qg关系曲线,按趋势外推到与纵轴的交点作为△ψwf初值。不断调整△ψwf,直到二项式产能方程出现正常曲线且相关系数值最大(图1)。
 

    涩北一号气田统计了64口产能测试井,其中27口出现数据异常,需要进行携液校正,说明出水对涩北气田无阻流量的计算影响较大,不可忽略。
1.2 考虑应力敏感的产能方程
    涩北气田储层岩石的成岩程度差,岩性疏松,随着地层压力的下降,储层岩石承受的净上覆压力增大,引起岩石产生较大的形变,孔喉收缩,岩石渗透率迅速下降。对于疏松砂岩气藏,应力敏感对开发的影响不容忽视[4]
    涩3-15井岩心上覆压力实验(图2)表明,至气藏废弃时,储层渗透率将降至原始值的1/5~1/2。
 

    渗透率下降幅度较大,除与该类岩性疏松有关外,还与岩石的孔隙结构和泥质含量有关,对一些泥质含量高、以晶间孔为主和微裂缝发育的岩样,其渗透率随上覆压力下降的程度要比以粒间孔为主的粉砂岩更大,其关系式为:
    Kp=K/Ks=e-γ(pi-p)    (5)
地层渗透率是影响气井产能的主要因素,对真实气体的拟压力引入渗透率变形因子(Kp),即
 
    储层岩石的应力随着地层压力的衰竭和有效应力的增大,储层岩石变形而导致渗透率降低、渗流阻力增加等的影响,气井生产中后期的产能将与生产初期存在较大的差距。涩3-1井在不同地层有效应力下的产能方程如下:
    pr2-pwf2=7.74qg+0.16qg2   (3MPa) (7)
    pr2-pwf2=8.69qg+0.18qg2  (4MPa) (8)
    pr2-pwf2=12.90qg+0.27qg2 (5MPa) (9)
    pr2-pwf2=17.20qg+0.36qg2 (8MPa) (10)
1.3 考虑地层出水的气井产能评价
    从气水相渗曲线可以看出,随着含水的增加,气相相对渗透率将急剧降低。在生产中后期,地层束缚水膨胀,将逐渐汇集形成可动水;另外,泥质夹层的层间水在一定压差下突进生产层,加上边水的入侵,都将显著降低气在储层中的渗流能力。
    预测涩3-17井在不同地层含水饱和度时的流入曲线如图3所示。
 

    当含水饱和度分别为30%、45%和60%时,可动水饱和度为0、15%和30%,对应的无阻流量为35×104m3/d、29×104m3/d和11×104m3/d。
在气井配产时,必须考虑该井的出水风险,并预估不同含水饱和度下气井的无阻流量。同时,根据多相流管流模型计算气井的最小携液产量,以此作为合理配产的产量底限。
1.4 地层出砂临界压差的估算
    控制涩北气田生产压差是最合理的主动防砂方式。根据纵波、横波和密度测井曲线计算岩石的强度和内摩擦角,然后再根据Mohr-Coulomb破坏准
则计算出砂的临界生产井底压力。
对涩北一号气田48口井的出砂临界压差进行了计算。对比实际出砂压差与预测结果,大部分数值比较接近(图4)。说明该出砂临界条件计算模型是可靠的,可满足生产设计的需要。
 

1.5 多层合采的气井配产方法
    涩北气田的气井井段长、生产层段多,各小层由于物性的差异而对气井产量贡献不一。投产初期以流动性好的Ⅰ、Ⅱ类储层产出为主,差储层几乎没有贡献。随着气井生产的继续,好储层压力逐渐降低,对气井的贡献由物性导向转变为压力导向,差气层开始供气,并且在气井产量中的比例逐渐增大,直到与好储层达成一种平衡。
    尽管总量上气井产量并无明显变化,但供气层位、供气层物性的差异将导致产气动态的不一致性。如果沿用一致的配产,则供气主力层位的转换将导致产量的波动和后期出现明显的产量递减与含水大幅度上升。因此,应根据层系压力及产出剖面的测试结果,利用气藏数值模拟技术,在不同时期制订相应的合理配产,最大限度地动用好储层和差储层。
1.6 多气水系统的均衡采气配产原则
    涩北气田具有多个气水系统,各个气水系统的地质储量、可采储量、流动物性、地层能量均存在差异。最佳的开发效果是保持在各个气水系统内气水界面均匀推进,要达到这一目标的途径是加强储层地质特征研究,根据物性与边水水体能量的大小,选择合理的布井方式,并根据对边水运动规律的预测,在各个开发阶段及时进行产量调整,达到水线的均匀移动。
2 合理配产方案的数值模拟指标预测
    以数据资料最全、生产历史最长的涩北一号气田Ⅲ层系作为典型层组,进行了合理配产方案的数值模拟研究。按照以下步骤进行配产:①对系统试井数据进行井筒携液校正,得到各井的无阻流量;②根据渗透率应力敏感实验回归的关系式以及气水两相渗透率测试数据,预测在不同地层压力和含水饱和度下的气井无阻流量,作为各个开发阶段气井配产的参考;③根据测井曲线计算各井的出砂临界生产压差,作为配产的产量上限;④根据目前的气井出水动态、井位,预测气井未来的出水规律,根据多相流管流模型计算气井的最小携液产量,作为合理配产的下限;⑤利用数值模拟的历史拟合技术,模拟气藏从投产到目前各个小层的含气边界变化情况,根据各井到边水的距离,结合以上原则,制订目前气井的合理配产方案;⑥模拟气藏的开采,以3a为一个周期,评价气水边界在各个小层的推进状态,以稳气控水为原则,调整各井的配产。
数值模拟计算结果显示,动态合理配产方案的稳产期由目前配产的4a增加到14a(图5);模拟生产25a,累计产量增加20×108m3,采出程度提高8%;由于关闭了高出水井,整个开采阶段的出水量大大降低。
 

3 结论与建议
    笔者针对涩北气田气井配产所面临的技术难题,首先分析了疏松砂岩出水气井的地质与工程特点,并从出水气井产能测试数据的校正、无阻流量的计算、疏松砂岩渗透率的应力敏感、出水对气相相对渗透率的影响、地层临界出砂生产压差、多层合采、抑制边水水窜的均衡采气等多个技术关键角度,深入分析了涩北气田疏松砂岩气藏气井产能的各种主要影响因素,提出了涩北气田疏松砂岩多层气藏气井配产的综合技术对策。
    运用气藏数值模拟技术,基于典型层组的地质模型,模拟预测并对比分析了目前气井配产方案与多因素综合配产方案的开采指标。模拟结果显示,动态配产方案的开采效果明显得以改善。
符号说明
    ψe为地层流体平均压力的拟压力,MPa/(mPa·s);ψwf为气井井底流动压力的拟压力,MPa/(mPa·s);qg为气井日产气量,104m3/d;qAOF为气井无阻流量,104m3/d;Kp为净上覆压力变化后渗透率,10-3μm2;Ks为原始净上覆压力下的渗透率,10-3μm2;μg为气体黏度,mPa·s;Z为气体偏差系数;pr为地层流体平均压力,MPa;pwf为气井井底流动压力,MPa。
参考文献
[1] 青海油田天然气开发公司.涩北气田气藏地质与气藏工程可行性研究报告[R].格尔木:[出版者不详],2001.
[2] 青海油田天然气开发公司.青海柴达木盆地涩北气田产能下降分析及目前面临的问题[R].格尔木:[出版者不详],2001.
[3] 青海油田公司勘探开发研究院,中国石油勘探开发研究院廊坊分院[R].涩北一号气田开发实施方案[R].敦煌:[出版者不详],2004.
[4] 胡才志,李相方,王辉.疏松砂岩储层防砂方法优选实验评价[J].石油钻探技术,2003,37(6):53-55.
 
(本文作者:范新文 杨桂珍 段国禄 周依群 严晓兰 中国石油青海油田公司勘探开发研究院)