气藏工程课件1

1 气田开发与气藏工程研究 2 地层天然气的物理性质 气藏烃类体系的相态特性 天然气高压物性 3 气藏的物质平衡方程式 常压系统气藏的物质平衡方程式 异常高压气藏的物质平衡方程式 凝析气藏的物质平衡方程式 4 气井产量递减分析 递减类型的判断 递减规律的预测 5 天然气储量计算 天然气储量的定义和分级 天然气储量计算 气藏采收率和废弃压力的确定 6 气井产能分析 指示曲线分析 无阻流量的确定 井底压力计算 单井产量预测 参考书1 气藏工程 王鸣华 石油工业出版社 19972 气藏工程原理 荷 J Hagoort 石油工业出版社 19923 石油及天然气储量计算方法 杨通佑 石油工业出版社 19914 天然气藏工程 美 C U 伊克库 92 科普出版社5 气藏开发模式 丛书 石油工业出版社 1997 引言 一地层中天然气的状态伴生气 和原油伴生的油田气 包括溶解气和气顶气 非伴生气 单独存在 例CO2 煤层气二成分 以甲烷为主的挥发性石蜡族烃 主要 甲烷其余 不同含量的较重的烃类气体 乙烷 丙烷 丁烷 另外 非烃类 CO2 N2 H2S He Hr 三用途工业民用燃料化工原料饮食四能源1 五大能源分配比例2 天然气储量1985年底 证实天然气储量为9 8 1013m3按目前开采速度 气藏在60年衰竭 而原油储量为9 6 1010t 35年衰竭 所以预计在今后几十年中 天然气将占有显著地位 3 天然气资源概况中国石油已探明气层气地质储量1 559 1012m3 表1 溶解气储量0 7612 1012m3 天然气田主要分布在中西部地区 表2 4 天然气的生产概况截止1999年底 中国石油已开发气田94个 试采11个 投入开发储量0 8269 1012m3 可采储量0 5377 1012m3 开发井数1971口 年产气层气110 5 108m3 年产溶解气79 3 108m3 合计年产天然气189 8 108m3 其中工业产气量162 6 108m3 中国石油拥有天然气输送管道长度11515 87km 年输气118 927 108m3 石油37 9 煤30 7 天然气20 1 水力6 7 核能4 5 图1五大能源分配表 1985 表11999年底气层气探明资源状况表 表2中国陆上中西部主要盆地天然气资源统计 图2中国石油年产气量曲线 第一章气田开发与气藏工程研究第一节气田开发一 气田开发地质特征二 气田开发与油田开发区别三 勘探开发程序 开发部署 四 气田开发方案五 气田开发监测和开发动态分析六 气田开发调整 一 气田开发地质特征1 气田小 而且比较分散前苏联 1500个 G 1000 108m3 51个我国 G 1000 108m3 2个G 300 500 108m3 6个G 100 108m3 14个2 气层物性差 孔 渗等 前苏联 孔 渗 100 10 3我国 孔5 渗 5 10 33 多裂缝 多断块 复杂岩性气藏为主四川 低孔低渗致密气田占51 裂缝发育 气藏埋藏深古生界预测的天然气资源量约占62 而世界天然气资源量中 古生界不到30 地层越老 埋藏越深 我国已探明的气田其埋藏深度大多在3000 6000m之间 埋深大于3500m的天然气资源为58 39 而美国有近70 的天然气资源埋藏在3000m以内 前苏联有60 的天然气资源埋藏在2000m以内 开发埋藏较深的气田必须要有水平较高的采气工程技术 5含硫气藏多 0 1 井下容易腐蚀 井口脱硫装置设备易污染据统计 仅四川盆地气田的硫化氢含量大于200mg m3的天然气储量就占探明储量的70 需脱硫处理后才能外输的气量占总气量的64 左右 四川盆地卧龙河气田嘉五1 嘉四3气藏硫化氢含量的体积比为5 92 9 55 中坝气田雷口坡气藏为5 67 10 11 都属于硫化氢含量在5 以上的高含硫气田 华北油田赵兰庄特高含硫气藏 含硫高达92 吉林油田万金塔气藏的万2 2井 二氧化碳和硫化氢合计含量高达99 77 四川盆地威远气田几乎两至三年必须更换一次井下油管 川中磨溪气田雷一1气藏及川东地区部分石炭系气藏也连续发现井下管串严重腐蚀的情况 从而给采气工程作业及配套装备提出了苛刻的要求 二 气田开发与油田开发的区别天然气比重小 比油小2 3倍天然气粘度小 比油小2 3数量级天然气压缩性非常大 比油提高2个数量级不象一般商品 不能长期的大量储存1 储气层物性一般比油层差容易造成污染 认识水平低 气层不易被发现 2 气田井距较大 开发井数较少3 天然气既是驱动能源又是开采对象4 由于天然气具有可压缩性 粘度低 导致流速高 其渗流属于非达西流动 所以渗流方程为二项式和指数式 特别凝析气藏应考虑组分变化 5 要求更严格的气层保护措施 更强化的气层改造技术 6 气储存比较困难 市场的需求直接制约气田开发 三 勘探开发程序1 勘探程序2 开发程序指油气田从评价钻探到全面投入开发过程的工作程序和步骤 包括 祥探 试采 初步开发方案 正式开发方案 3 不同类型气藏 其开发程序不同 多裂缝系统 滚动式开发单一裂缝系统 相同于孔隙性裂缝 孔隙式 正规开发方案 四 气田开发方案 1 油田开发方案和气田开发方案2 气田开发的概念方案3 气田开发的初步方案4 气田开发的开发方案 开发概念设计研究 收集气藏地质 物探 测井 测试 分析化验 钻井采气 集输 经济参数等基础资料 地面建设工程研究 气藏工程研究 钻井工程研究 A B C 建立概念地质模型 确定开采规模 编制数个概念方案及开采指标预测 X Y 技术经济评价 气田开发的概念方案 A 1 天然气的集输2 原料气输送管道走向及设计3 天然气净化场的设计及场址选择4 自动控制5 通讯 供电 土建 给水 排水B 1 气藏的地质 构造 储层 储量综合评价研究2 气藏类型 流体性质 气水关系压力系统 驱动类型 地层压力温度分析3 进行单井动态分析 新井产能预测C 1 钻井 完井及油气层保护方法研究2 射孔工艺的选择3 气层改造 增产措施4 采气方式及工艺技术的选择5 井下作业 动态监测及技术装备计划等 3 气田开发初步方案1 进行气藏描述 建立初步地质模型构造 储层 储集空间 隔层 流体性质及分布 渗流特征 温度和压力系统 驱动能量及类型 气藏类型 估算分层和分块的地质储量和可采储量2 初步计算地质储量和可采储量3 根据地质特征 进行气藏工程的初步论证 气藏类型 驱动类型 层系划分 井网部署 开发阶段 单井产能 废弃压力4 提出有效可行的开采方式及采气工艺5 进行早期数值模拟初选开发方案 估算开发指标 作出经济技术评价 4 气田开发方案1 气田的地理地质位置 勘探简史及试采概况2 气田地质特征的详细论述 构造 储层 储集空间 流体分布 流体性质 压力温度系统 气藏类型 驱动类型 产能3 分层的天然气探明储量 可采储量 及凝析油的储量计算与评价4 开发部署论证设计原则及依据 层系划分 井网部署 开发方式 开发阶段 产能 开采程度 增压开采时间条件 废弃压力 稳产分析5 开发方案的优选多种方案的设想 特点及区别数模计算及动态预测技术经济指标的评价推荐方案达到要点及开发指标预测6 方案实施计划和要求产能建设步骤开发井的钻井 测井 录井 完井 射孔技术的要求采气工程及气层改造技术油气集输 净化及增压工程 五 气田动态监测和开发动态分析一 监测系统1 气藏动态监测2 井下技术状况监测3 油气水生产计量与设备运转状况监护手段 计量测压试井观察井测试生产测井 动态监测方案根据大牛地气田储层地质特征及气田开发需要 20口开发准备井动态监测内容主要包括压力温度监测 产能监测 流体性质监测 产出剖面监测等 采气井动态监测是科学管理气井的重要技术手段 它通过对气井在生产过程中的产量 压力 流体物性的变化 以及井下 地面工程的变化等的监测 及时有效地指导其合理开采 动态监测技术主要有测试技术和生产测井技术 1 测试技术通过试井测试确定气层的产出情况 地层压力 渗透率等储层参数 井筒污染情况 为增产措施的选择 气田动态分析和制定合理的开发方案提供依据 试井技术包括不稳定试井和稳定试井 1 不稳定试井技术 压力恢复测试 2 产能试井技术针对储层地质特征 主要采用修正等时试井和一点法试井 2 生产测井技术 1 生产测井技术大牛地气田采用产气剖面的测井方法为当气井稳定生产时 将流量 密度 持水率 温度 压力 自然伽玛 磁定位 WTC 多路遥测系统 等仪器组合起来一次下井 采取连续和定点测量的方式 测量气井的体积流量 持水率 流体密度 温度 压力等参数 2 生产动态监测方案设计与实施要求a 压力温度监测气藏开发初期 地层压力变化较大 应对气藏分区块进行连续压力 温度跟踪测试 在气藏的稳产阶段和中后期开发阶段 选择气藏不同构造部位的井 每半年测试一次地层压力 流动压力 井底温度和井温梯度 b 产能监测气井须进行产能测试 投产后每两年进行一次产能测试 当预计无阻流量大于50 104m3 d时 进行系统试井 当预计无阻流量在10 50 104m3 d时 进行修正等时试井 预计无阻流量小于10 104m3 d时 进行一点法试井 c 不稳定试井针对不同需要对生产井进行不稳定试井 其中包括地层测试 压恢测试 压降测试和干扰试井 d 流体性质监测所有生产井每天应监测并记录井流物性质变化 每日进行氯根滴定 油 水产量及性质发生突变时应及时取样并进行分析 每月对各生产井井流物进行一次全分析 净生产时间达半年后改为每季度进行一次全分析 e 产出剖面选择部分多层合采井进行DDL III生产测井 了解出气层位及各层产气情况 七种测井曲线的主要用途1 自然伽马曲线主要与完井组合图的自然伽马曲线相比较 来划分岩性层并进行深度校深 2 磁定位曲线主要用来测定井下工具位置并追踪管柱接箍深度 3 压力曲线主要用于测试井筒中不同深度处的压力变化 4 井温曲线主要反映井筒中不同井段或层位的温度变化和温场分布情况 5 流体密度曲线主要用来区分流体性质 并确定流体产出位置 6 持水率曲线主要确定出水和出气层位 7 流量曲线主要确定产液或产气位置 计算流量 判断是否有倒灌现象 运用压力 流体密度 井温 持水率 流量等曲线进行综合分析解释 就可准确地确定产液和产水层位并求出产水和产气量 评价层段数据表 解释成果表 解释结论1 测井资料综合解释分析认为 在多层合采的情况下 盒2组 14号层 盒1组 16号层 和山2组 22 25号层 都是产气层 其中盒1组 16号层 产气最少 2 在低产气量的条件下 通过各个气层的产出状况来分析 认为该井多层合采时 各个产层都有气体产出 没有发现倒灌现象 说明各个气层之间相互干扰的程度较小 不会影响全井总的产气量 可见该井适合多层合采的开发生产 二 动态分析任何类型的气藏当钻开第一口井投产后 就失去了原来的静止平衡状态 转变为运动状态 定义1 气藏内部很多因素都要发生变化 这些变化都将通过气井产量 压力 产出物性质的变化表现出来 这就是气藏的动态特征 定义2 不同的气藏有不同的动态表现 同一气藏不同的开采时期也有不同的动态特征 通过对这些特征的动态分析 可以掌握气藏在开采过程中的变化和规律 达到合理开发气藏的目的 1 矿场上工作报告1 月 季度 的动态分析报告气田产量变化的分析目前地层压力 水气比对生产形式的影响保持高产 稳产和改善生产形式要采取那些基本措施2 年度气藏动态分析报告生产任务的完成情况及主要开发指标的变化 分析变化原因进行的各项工艺措施情况 分析效果及有效期 以及对气田稳产和控制递减的影响 产量构成 老井自然递减率 综合递减率及变化趋势 分析原因能量利用程度和地下油气水在纵向和平面的分布状况对现有工艺技术的开发作用进行评价 气层温度和地温梯度气层压力和压力梯度气层折算压力压力系数气藏连通性分析 2 气藏动态分析主要方法 1 压力系统的划分压力系统又称水动力系统 对裂缝性气藏叫做裂缝系统 在同一个压力系统内压力可以相互传递 任一点压力变化将传播到整个系统 在一个气田中常常包含许多气层 当各个气层互相隔绝时 每一个气层各自成为独立的压力系统 同一个气层在横向上也可能因为断层 岩性尖灭 渗透性变化以及裂缝发育不均匀等原故 被分成几个独立的压力系统 每一个独立的压力系统即为一个气藏 因而正确划分压力系统是气田开发的首要问题 压力系统的划分 压力系统的划分 气水界面计算方法 气藏驱动类型的判断 气藏水侵量的计算 水驱气藏气井临界产量确定 气层温度和地温梯度 1 天然气性质受温度影响很大2 气层温度在气藏开发过程中变化很小 可以认为是恒定的 仅仅随埋藏深度而变化 3 地热增温率 温度每增高1摄氏度所增加的深度 倒数为地温梯度 4 在同一压力系统中 具有相同的温度场和同样的地温梯度气层压力和压力梯度气层压力随深度的变化率为压力梯度 在同一压力系统中 具有相同的气层压力和同样的压力梯度气层折算压力通常选用原始气水界面为折算时的基准面 同一压力系统在原始状态具有相同的折算压力压力系数气藏压力系数是指气藏原始地层压力与同深度的静水柱压力的比值同一压力系统在原始状态具有相同的压力系数气藏连通性分析在气藏连通范围内应属同一压力系统 因此判断气藏连通性是划分气藏压力系统的最直接的方法 井间干扰分析 包括干扰试井 脉冲试井 2 气水界面的计算方法气水界面位置对确定气藏的含气面积 确定含气高度 测算地质储量是极为重要的 主要方法 测井解释 地震推算 岩芯含量测定 试井分析 压力测试 3 气藏水侵量的计算气层水驱特征曲线分析天然水侵量计算 We GpBg WpBw G Bg Bgi 4 水驱气藏气井临界产量确定水驱气藏气井开采存在三个阶段 气井出水过程分为三个阶段 显示 气井氯根含量上升 而井口压力 气水产量无明显变化干扰 气井氯根含量继续上升 而井口压力 气产量有所下降 水产量上升出水 气井氯根含量接近纯地层水 而井口压力 气产量大幅度下降 水产量大幅度上升 关于临界产量的确定 至今缺少较为确切的定量算法 这里借用底水气藏的Dupuit计算模型 这个极限产量解析表达式是基于理想流态情况下 如图所示 一底水气藏 中心一口完善井的径向流 当以极限产量生产时 水锥顶部刚好与套管接触 但不产水 同时 假设 1 稳定流动 2 气藏性质均匀 3 忽略毛管力 气水间有明显界面 4 气水密度粘度为常数 水锥是粘滞力和重力相互竞争的结果 在极限产量下 粘滞力刚好与重力平衡 这样可推导出极限产量计算公式 式中 标准条件下极限产气量 m3 d 气体粘度 mPa s Bg 气体体积系数 m3 m3 K 气层渗透率 水气密度差 kg m3 g 重力加速度 m s2 hge 外边界气层厚度 m hgw 井筒处气层厚度 m re 外边界半径 m rw 井半径 m 水 气 hgw hge re rw B A D C 在靖边气田北二区马五1气藏主要产水井中 目前试井资料比较齐全的只有G3 9 G7 8 G6 9 G7 11四口井 搜集了有关参数 依据上述方法计算了这四口井的极限产量 计算结果如表 其中 G7 8 G6 9的极限产量比较符合生产动态 G7 8经过压裂 极限产量不能太大 其值为17094 472m3 d 而G6 9是一高产井 平均日产气13 028 104m3 d最高日产气是30 21 104m3 d 计算的极限产量13 0017 104m3 d 结合其生产动态是比较合理的 但是 另外两口井G3 9 G7 11计算结果有点偏大 将前两口井G7 8 G6 9的极限产量与产能系数做回归 求出回归方程 qsc cr 106966kh 471 88利用已求的回归方程 将G3 9 G7 11井的产能系数kh代入方程分别求得G3 9 G7 11井的极限产量为17 4826 104m3 d 3 6412 104m3 d 表1某气藏气井极限产量参数计算 图9G7 11井采气曲线 图1G3 9井采气曲线 1 气田开发的现状及开发效果分析2 利用开采资料来验证地质特征 加深认识 修正地质模型3 开发调整的主要对象和目的4 调整后 对气藏的可采储量及采收率的预测分析5 对调整后的开采规模 稳产年限及产量变化趋势进行预测分析6 调整的主要工作量 采取的主要技术措施及科研攻关项目7 调整方案技术经济指标的计算及评价8 调整中的主要技术政策界限的评述9 调整方案的实施步骤及要求 六 气田开发调整 第二节气藏工程研究 一 气藏描述和储量计算构造储层隔层夹层流体性质及分布温度压力变化气藏类型驱动类型渗流特征产能储量气藏类型 1 按烃类体系分 干气湿气凝析气藏天然气按地层原始状态和生产过程中的相态特征 可分为干气 湿气 凝析气 水溶气水合物等五种类型 当前开采利用的主要是前三种 特别是干气 湿气藏是天然气藏中大量的 最常见的类型 凝析气藏常与挥发油伴生 除纯凝析气藏外 在地层条件下亦常与油环 底油共存 在开采方式上有别于普通气藏2 按地质构造特征和压力系统分 多裂缝单一裂缝裂缝 孔隙型单孔隙型3 按非烃含量分 4 按气水分布分 5 按压力系数分 6 按驱动能量分 驱动类型 气藏的驱动方式大多数为衰竭式气驱 也常出现弹性水驱 表3是中国陆上己开发和试采气田按储集类型 圈闭类型和储集层岩性统计的储量分布 1 弹性驱动 气驱