低渗气藏多层合采技术界限图版法.pdf

2 0 1 2年 8月 第 3 1卷第 4期 大庆石油地质与开发 P e t r o l e u m Ge o l o g y a n d Oil fi e l d De v e l o p me nt in Da q in g Au g ， 2 01 2 V0 1 31 No 4 DOI ：1 0 3 9 6 9 J I S S N 1 0 0 0 3 7 5 4 2 0 1 2 0 4 0 1 8 低 渗气藏 多层合采技术界 限图版法 4 x-? - 曾 焱 卜 淘 陈中华 ( 1 中石化西南油气分公司勘探开发研究院，四川 成都6 1 0 0 8 6 ； 2 中石油西南油气田分公司 勘探开发研究院 ，四川 成都6 1 0 0 5 1 ) 摘要：中国西部的气藏大多为低渗致密的多层气藏 ，由于其 自身复杂的地质特征 ，采用单层开采效果差。而采 用多层合采开采方式能有效地提高气井产能，延长稳产期。但多层合采使得气藏及井底渗流特征复杂化，层间 干扰现象将影响气井的开采效果，而对于气井多层合采的技术界限目前却鲜有研究。在建立层间无窜流的单井 多层气藏双孔介质模型基础上，利用数值模拟方法，从气藏压力和储层物性参数方面进行大量的计算分析 ，获 得了低渗气藏多层合采的技术界限图版。分析表明多层合采的有利区域为近似菱形的狭窄区域，合采产层的压 力系数比和渗透率比必须处于合采有利区域才能进行合层开采 ，并通过实例应用表明该方法是合理可行的，对 开发层系划分与组合、单井采气方式的确定以及气井开采后期实施调转层措施都具有重要的指导意义。 关键词：低渗气藏；多层合采；技术界限；图版法 ；压力系数比；渗透率比 中图分类号：T E 3 7 5 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 0 - 3 7 5 4 ( 2 0 1 2 )0 4 - 0 0 8 8 -05 CHART BoARD M ETHoD oF THE TECHNI CAL LI M I T FoR THE COM M I NGLED PRoDUCTI oN oF LOW PERM EABI LI TY GAS FI ELD XI ANG Z u pin g ， Z ENG Ya n ， BU T a o ， CHEN Zh o n g hu a ( 1 S in o p e c R e s e a r ch I n s t i t u t e o f E x p l o r a t i o n a n d D e v e l o p m e n t of S o u t h w e s t P e t r o l e u m B r a n ch C o m p a n y ， C h e n g d u 6 1 0 0 8 6 ，C h i n a；2 P e t r o C h in a R e s e a r ch I n s t i t u t e o f E x p l o r a t io n a n d D eve l o p m e n t o f S o u t h w e s t P e t r o l e u m B r a n ch C o m p a n y ，C h e n g d u 6 1 0 0 5 1 ，C h in a ) Ab s t r a ct ：F o r t h e mo s t g a s fie l d s in We s t C h in a，ma n y r e s e r v o i r s a r e ch a r a ct e r iz e d b y l o w p e r me a b i l it y a n d t i g h t l a y e r s ，d u e t o t h e i r co mpl ica t e d g e o l o g ica l f e a t u r e s a n d po o r p r o d uct io n e f f e ct s b y s in g l e r e s e rvo ir ，o n t h e co n t r a r y， t h e ir co mmin g l e d p r o d u ct io n ca n e f f e ct iv e l y in cr e a s e t he g a s p r o d u ct i o n a n d f u r t h e rm o r e e x t e n d t h e s t a b l e pr o d u c t i o n p e r io dBu t t h e l a t e r p r o d u ct i o n p r o ce s s ca n ma ke t h e ch a r a ct e ri s t ics o f t he g a s fi e l d a n d we l l b o t t o m f l o w co rn p l i ca t e d，a n d mo r e s e r io u s l y t he i n t e r l a y e r e d in t e r f e r e n ce s ca n in flu e n ce t h e p r o d uct io n e f f e ct s o f t h e g a s we l l s Bu t u p t o n 0 Wt h e t e ch n ica ll imit o f t h e p r o d u ct i o n me t h o d i S s e l d o m s t u d ie d On t h e b a s is o f t h e e s t a b l is h e d d u a l p o r o s it y me d ia mo d e l f o r t h e i n d iv id u a l - we l l a n d mu l t il a y e d g a s r e s e r v o i r wit h o u t a n y cr o s s flo w a mo n g t he l a y e r s，wi t h t h e he l p o f n u me r i ca l s i mul a t i o n me t h o d，a g r e a t a mo u n t o f ca l cu l a t io n a n d a n a l y s e s a r e co n d u ct e d f r o m t h e a s p e ct s 收稿 日期 ：2 0 1 1 1 0 1 1 改回 日期 ：2 0 1 2 -02 - 2 5 基金项目：中国石油科技创新基金 “ 含 C O 高含硫气藏硫沉积预测模型及应用研究” ( 2 0 0 8 D - 5 0 0 6 - 0 2 -0 9 )和中国石油天 然气集团公司中青年创新基金项目 “ 注 N ：开发有水气藏中基于分形理论的气水两相微观渗流机理及其应用 研究”( 0 7 E 1 0 1 6 )联合资助。 作者简介：向祖平 ，男，1 9 7 8年生，博士后 ，主要从事油气藏工程及数值模拟研究。 E ma il ：z up in g 1 6 3 t o m 第 3 1 卷第4期 向祖平等：低渗气藏多层合采技术界限图版法 8 9 o f t h e g a s r e s e r v o i p r e s s u r e s a n d t h e p a r a me t e r s o f t h e p h y s ica l p r o p e r t ie s I n a w o r d，t h e ch a rt b o a r d o f t h e t e ch n ica l l imi t for t h e co mmin g l e d p r o d u ct io n o f t h is l o w p e r me a b i l it y g a s r e s e r v o ir is o b t a in e d Th e a n a l y s e s s ho w t h a t t h e f a v 0 r it e r e g i0 n f o r t h e co mmin g l e d p r o d u ct i o n is l o ca t e d in t h e n a r r o w b l o ck wit h n e a r d ia mo n d s h a pe，a nd f u r t h e 珊 0 r e t h e p r o d u ct io n ca n b e o n l y 0 p cr a t e d in t h e co n d it io n o f t h e r a t i o s o f b o t h t h e ir mu l t ip l ie d p r e s s u r e co e f f i。 cie n t s a n d mu l t ip l ie d p e r me a b i l it ie s wit hin t h e f a v o r i t e r e g io n s At t h e s a me t ime，b y t h e ca s e s t u d y，t he p r a ct i ce D mv e s t h a t t h e me t h o d is r e a s o n a b l e a n d p r a ct ica l ，a n d mo r e o v e r i t p o s s e s s e s imp o r t a n t g u i d i n g s ig n i fi ca n ce f o r t h e d i v is io n a n d co mb i n a t i0 n o f t h e d e v e l o p e d s e ri e s o f s t r a t a 。t h e d e t e rm in a t io n o f in d iv i d u a l we l l g a s p r o d u ct i o n a n d t h e l a t e r a d j u s t m e n t o f t h e g a s w e l l - l a y e r p r o d u ct i o n Ke y wor ds ： l o w p e rm e a b il i t y g a s r e s e r v o ir ；mu hil a y e r co mmin g l e d p r o d uct io n；t e ch n ica l l imit ；ch a r t b o a r d me t h o d；mu l t ip l ie d p r e s s u r e co e ffi cie n t r a t io ；mu l t ip l ie d p e rm e a b i l it y r a t io 目 前，在我国西部发现的气藏中大多为低渗 透 、致密 的多层气 藏，如 四川 的磨溪气 田嘉 二气 藏 、马井气田蓬莱镇组气藏 、洛带气 田遂宁组气藏 等 ，这类气藏 由于其 自身的地质特征 ，如果采用单 层开采方式 ，即使经过加砂压裂 ，所获得的单井产 能和稳产能力也是相当有限的，并且有很大一部分 气井难以形成工业气流 ；而通过开采实践证 明，采 用一井多层合采 的开采方式能有效地提 高气井产 能 、延长稳产期 。 J ，因此 ，低渗气藏 中的多数气 井都采用多层合采开采方式，并且配套技术及工艺 上也有较大发展 ，比如多层分压合采工艺技术 已在川西洛带蓬莱镇组气藏和新场沙溪庙组等气藏 开发 中得到了较好 的推广应用。但是 ，由于多层低 渗气藏各层地质条件存在较大差异 ，多层合采方式 下 ，气藏及井底的渗流特征将更加复杂化 ，开采 中 不可避免的层间干扰现象将不同程度地影响气井的 开采效果。因此 ，搞清低渗气藏多层合采的技术界 限 ，对多层气藏的开发层系划分 、单井采气方式的 确定以及气井开采后期实施调转层措施都具有重要 的指导意义 I ，对于减少钻井投资 ，合理高效地 开发气藏具有明显的现实意义。 1多层合采技术界限 本文在马井气 田蓬莱镇组气藏的实例基础上简 化出无层间窜流的单井 多层气藏 双孔介质地质模 型 ，以适合并推广到其他类 似的多层低渗气藏。 气藏模型的基本参数为 ：埋深 1 5 0 0 m，地层有效 厚度 1 2 m，地层 渗透率 0 1 51 0 m ，裂缝渗 透率 2 51 0一 m ，孔隙度 0 1 0 ，原始地层压力 l 9 5 MP a ，网格 大 小 1 2 01 2 03 ，网格 步 长 1 0 m。 模型中上下 2层为 目的层 ，中间层为不渗透 隔层 ，模型储量 2 8 01 0 m ，给定合采井的配产 量为2 5 1 0 m d 。在此模型基础上研究低渗气 藏的多层合采技术界限 ，主要针对压力 ( 压力 系 数比)和物性 ( 渗透率 比)参数所要满足的技术 界限进行 了分析。 在模型预测 中，适 当将合层 开采 时的产 量提 高 ，单层开采的稳产期控制在 6个月以上 ，合采开 采的稳产期控制 3年以上 ( 当p ：1且 K s ： 1时) ，单层产量 贡献率主要取稳产期 内各层累产 气量 占稳产期总累产气量 的比例 ( 产 量贡献率 低 于 1 5 则认 为该层被完全抑 制) 。设计 了1 0 0 0 余 个不 同压力系数 比和渗透率比的预测方案 ，通过数 模方法大量计算分析 ，制定了多层合采的技术界限 图版( 图 1 ) 。 渗透率比 图l多层合采技术界限图版 Fig 1 C ha r t o f t h e t ech nical limit fo r t h e co m ming l ed p ro d uct ion ( 1 )合采产层的压力和渗透率必须满足一定 条件才能进行合层开采。合采产层的压力系数比和 渗透率 比必须处于合采有利区域时才能进行合层开 采 ( 图 1 ) 。预测计算表 明，合采有利区域 内的渗 透率 比 ( )变化范围在 0 0 4 2 0 ，对应 的压 力系数 比 ( P p )变化范围在 0 6 01 6 5 。产层 的压力系数比和渗透率比越靠近合采有利 区域的上 部曲线 ，则上产层就越受到抑制；反之，若越靠近 9 0 大庆石油地质与开发 2 0 1 2焦 有利区域的下部 曲线 ，则下产层就越受到抑制。 ( 2 )地质条件差 异较 大的多层气藏 不宜实施 多层合采。 通过计算分析可知 ，气井合采后稳产期增加 ， 但也存在产量被完全抑制而无稳产期。 无论下产层渗透率是大于还是小于上产层渗 透率 ，合采后气井 的稳产期均增加 ；但 当 K Y K 小 于 0 2或者大于 4 0时 ， 气井将无稳产期( 图 2 ) 。 渗透率比 图2渗透率比与气井稳产关系曲线 Fig 2 Re l at ie n b et we e n th e mul t ipl ie d pe r me a bilit y r a tio s a n d g as w el l S s t ab l e p r od u c t io n 无论下产层的压力是高于还是低于上产层 压力， 合采后气井的稳产期均增加；但当p 小 于 0 7或者大于 1 4时， 气井将无稳产期 ( 图3 ) 。 躁 L 癯 压 力系数比 图3压力系数比与气井稳产关系曲线 Fig 3 R el a tion be t w ee n t h e m ul tipl ie d p re s s ur e co e ffic ie nt a nd ga s wel l S s t a bl e p ro d uction ( 3 )合层开采后气井产能可大幅提升。 根据大量的预测分析表明，若气井生产保持相 同稳产期 ，合层开采时的稳产期产量是单层开采时 的 2倍 以上 ，气井单井产能得到大幅提升 ，可使低 产能气井重获工业气流。 ( 4 )合采的上下产层在一定的压力系数比下 ， 要减少层间的干扰作用 ，需要调整改造储层物性 ， 使得上下产层的渗透率比在合理的技术界限之内。 总体来说 ，随着某一单层渗透率增加 ，该层的产量 贡献增加 ；但存在一个较小 的渗透率 比，使该层大 部分气体产 出受到抑制；同时存在一个较大的渗透 率比，使另一产层 大部分气体产出受到抑制 ( 图 4 ) 。 糌 l 耳 嘲 |L 噬 k 渗透率比 图4不同渗透率比下的下层产量贡献率 P ig 4 P ro d uctio n cO nt ribu ti0 n o f t h e l o we r l ay e r u n d e r t h e co n d it io n s o f d if f e r e n t m u l t ip l ie d pe r me a bil it y ra tios ( 5 )当上下产层 的地层压力存在一定 的差异 时 ，要减少层间的干扰作用 ，需要适 当调整上下产 层的地层压力系数 比，使其在合采的技术界限范围 之内，此时 2层产气量才较为合理。总体来说 ，当 上下 2层层间渗透率 比值 固定不变时，随着某一层 地层压力增加 ，该层的产量贡献增加 ；但存在一个 较小的地层压力系数比值 ，使该层大部分气体产出 受到抑制；同时存在一个较大的地层压力系数比 值 ，使另一产层大部分气体产出受到抑制 ( 图 5 ) 。 图5不同压力系数比下的下层产量贡献率 F ig 5 P r o d u c t io n co n t r ib u t io n o f t h e l o w e r l a y e r u nd e r t h e con dit io ns of dif fe r e nt mul tipl ie d pr es s u re c o e ff ic ie nt r at ios 第 3 l 卷第 4期 向祖平等：低渗气藏多层合采技术界限图版法 。 9 1 2实例分析 马井气 田蓬莱镇组构造位于 四川盆地西部龙门 山中段前缘彭县断层下盘北部 ，为一 N E走 向的低 幅度隐伏背斜构造 ，其西侧为彭县向斜 ，北侧为德 阳向斜 ，东侧 为仁 和场 向斜 ，南为该构造 的倾 没 端。气藏 内共有 3个独立 的含气单元 ，共划分 2 1 个小层 ，其中9个工业气层 。储集空间以中、4 , T L 隙型为主 ，属于低渗 、致密的砂岩储层 ；在气藏的 测试和试采过程中，主要以产优质天然气为主，以 及微量凝析油和少量残余地层： 水。气藏地层压力在 1 5 3 2 MI，压力系数 I 3I 7 4 ，气藏具超压特 征。本次研 究 中主要 分 析 MP 3 8 、MP 5 4 D、MP 4 5 和 MP 5 6井 的多层合采问题 ，4口井的基本参数见 表 1 。 将 4口井原始状态下和 目前状态下的基本参数 表1 单井基本 参数 Ta bl e 1 Bas ic pa r a me t e r s of t he ind iv idu al we l l s 绘制到合采技术界限图版上 ，分别可得图 6和图 7 所示的开采方式分析图。从 图中可以看 出，在原始 状态下 ( 图 6 ) ，4口井中只有 MP 5 4 D井 的 J 和 J 层 由于渗透率差异太大不宜进行合采 ，其他井 是适宜 进 行 合采 的。但 在 目前 状 态 下 ( 图 7 ) ， MP 4 5井 的 J 与 J 层 、MP 3 8井、M P 5 4 D井 的各 层之间由于开采使得地层压力差异太大 ，不宜进行 籁 惴 出 丑 囊 蕞 出 渗透率 比 图7单井 目前状态下的开采方式分析图 Fig 7 A n al ys e s of t h e p r od u c t io n p ro ces s es in t h e cu rr e nt s t at e fo r t h e ind ivid u al w el l s 合层开采 。由此可知 ，单井在后期进行调转层措施 时，要根据合采技术界限来进行相应 的开采方式调 整 ，否则会使调整措施达不到预期效果。 渗透率比 Fig 6 An 图 al 6 y s 单 es 井 。 原 f 始 t h 状 e 态 p r 下 。 的 d u 开 c t 采 io 方 n 式 pr 分 o c 析 es 图 s e s in 3结 论 6 ， ； 日 匕 t h e o rigin al s t a t e f or t he in divid ual wel l s ( i)本文提出 了一种可快速 、准确 地判断多 9 2 大庆石油地质与开发 2 0 1 2拄 层气藏是否可以合层开采的技术界限新方法 ，并制 定了多层合采技术界 限图版；对于层系较多 的气 藏 ，需根据不同层间组合并结合合采技术界限图版 来确定是否适合多层合采。 ( 2 )低渗气藏合采 的有利 区域为渗透率 比 ( )在 0 0 42 0 、压力 系 数 比 ( P x p )在 0 61 6 5的一个近似菱形 的狭窄区域 ；合采气层 的压力和渗透率必须处于有利 区域才能进行合层开 采；当差异较大时 ，压力低和渗透率差的产层会被 完全抑制 ，不宜实施多层合采 。 ( 3 )通过 制定多层合采技术界 限方法可 以估 算各合采产层 的产量贡献率 ，并能正确反映合采产 层层间干扰的情况 。 ( 4 )实例应用 表明本文提 出的低渗气藏多层 合采的技术界限图版是合理可行的，对多层气藏的 开发层系划分与组合 、单井采气方式的确定以及气 井开采后期实施调转层措施都具有重要 的指导 意 义。 参考文献 ： 1 单钰铭 ，童凯军 ，黄敏 ，等 川 西深层气藏岩石应力 敏感特征 及对产能影响 J 大 庆石 油地 质 与开 发 ，2 0 0 9，2 8 ( 3 ) ： 49 44 2 j朱炬辉， 胡永全， 赵金洲，等 凝析气井凝析液析出的动态行 为 J 大庆石油地质与开发 ， 2 0 0 4， 2 3( 4 ) ： 2 2 - 2 3 3 康 晓东 ， 李 相方 ，冯 国智 凝 析气非平衡 相变模 型研究 J 大庆石油地质与开发， 2 0 0 7， 2 6 ( 6 ) ： 7 1 - 7 3 4 刘华，钟宝武， 李秀娟，等 考虑凝析气藏相变作用的数学模 型 【 J ， 大庆石油地质 与开发 ， 2 0 0 5 ， 2 4 ( 2 )： 4 6 49 5 陈安乐，李笑萍 ，赵子刚 凝析气井的动态参数分析方法 J 大庆石油地质与开发 ， 2 0 04 ， 2 3 ( 6 ) ： 3 3 G5 6 石军太， 李相方， 周建睿 凝析气藏各区渗透率及半径确定方 法 J 大庆石油地质与开发 ， 2 0 1 2 ，3 1( 1 ) ：8 0 4 4 7 石军太 ，李相方 ，吴克柳 基于统计 的凝析气井产能预测新方 法 J 大庆石油地质与开发， 2 0 1 1 ， 3 0( 6 ) ：1 0 7 一 l 1 1 8 尹邦堂 ，李相方 ，李骞 基于模糊理论 的凝析气藏反凝 析程度 评价 J 大庆石油地质与开发 ， 2 0 1 1 ，3 0 ( 6 ) ：1 1 2 - 1 1 6 9 朱义东，黄炳光，章彤，等 异常高压气藏地质储量计算新方 法 J 大庆石油地质与开发， 2 0 0 5 ， 2 4( 1 ) ：1 0 - 1 2 1 0 吴 晓东 ，吕彦平 ，马焕英 ，等 多孔介质对凝 析气露点压 力 影 响研 究 J 大 庆 石 油 地 质 与 开 发 ，2 0 0 7，2 6 ( 2) ： 6 7 - 7 0 1 1 陈安乐，李笑萍 多层凝析气藏渗流模型及其在试井分析中 的应用 J 大庆石油地质与开发 ，2 0 0 5 ，2 4 ( 3 ) ：5 1 _ 5 4 1 2 朱炬辉， 胡永全，赵金洲，等 相态变化影响下的凝析气井 井筒压力变 化计算 分析 J 大 庆石 油地质 与开发 ，2 0 0 6 ， 2 5 ( 6 ) ：5 O 4 2 1 3董平川 ，江同文 ，唐明龙 ，等 牙哈 5凝 析气藏开 发方式优 化 J 大庆石油地质与开发 ，2 0 0 7 ，2 6 ( 3 ) ：5 l _ 5 4 1 4董平J iI ，侯庆英 ，江同文 ，等 基于人工 神经 网络 的凝析气 藏动态预测 J 大 庆 石 油 地 质 与 开发 ，2 0 0 8，2 7 ( 2)： 7 3 - 7 5 1 5 刘东 ，张久存 ，王永红凝析气井 气窜后 的产能变化特 征及 调整 效 果 J 大 庆 石 油 地 质 与 开 发 ，2 0 0 9 ，2 8 ( 3) ： 7 O 3 1 6 李勇 ，李保柱 ，胡永乐 ，等 三 重介质凝析 气藏等效数 值模 拟 方 法 J 大 庆 石 油 地 质 与 开 发 ，2 0 0 9，2 8 ( 6) ： 1 6 0 1 6 3 1 7李汝勇 ，李中锋 ，何顺 利，等 气井产能 的影响参数 敏感性 分析 J 大庆石油地质与开发 ，2 0 0 6，2 5 ( 2 ) ：3 4