彭昱強,何順利,鞠秀娟,張 歧

(1.中國石油大學(xué)石油工程教育部重點實驗室,北京 102249; 2.石油勘探開發(fā)研究院 廊坊分院,河北 廊坊065007; 3.長慶油田分公司第一采氣廠,陜西靖邊 718500)

氣田壓力系統(tǒng)的劃分方法

彭昱強1,何順利1,鞠秀娟2,張 歧3

(1.中國石油大學(xué)石油工程教育部重點實驗室,北京 102249; 2.石油勘探開發(fā)研究院 廊坊分院,河北 廊坊065007; 3.長慶油田分公司第一采氣廠,陜西靖邊 718500)

為了探求合理的氣田壓力系統(tǒng)劃分方法、促進現(xiàn)場技術(shù)人員準確而快速地劃分氣田壓力系統(tǒng),根據(jù)氣田實際情況,探討氣田壓力系統(tǒng)劃分原則、思路和步驟.結(jié)果表明:劃分氣田壓力系統(tǒng)時,低滲氣田宜遵循“就近、同層、同時、同流體、宜粗不宜細”原則,而中高滲氣田宜遵循“就近、同層、同時、同流體、同壓降”原則;劃分時應(yīng)按照投產(chǎn)順序,由單井、井組、區(qū)塊和氣田的順序依次展開.低滲氣田的地質(zhì)特點決定了其壓力系統(tǒng)劃分的復(fù)雜性,需參考多方面資料且隨開發(fā)資料豐富后逐步調(diào)整和完善.

壓力系統(tǒng);氣田;儲層連通;地層壓力;靖邊氣田

0 引言

“壓力是氣田開發(fā)的靈魂”,氣田壓力系統(tǒng)的正確劃分有助于氣藏動態(tài)分析和開發(fā)調(diào)整等工作的順利開展[1].按照石油工業(yè)標(biāo)準SY/T 6365-1998[2]中的定義,壓力系統(tǒng)是指受同一壓力源控制的、能相互影響和傳遞壓力的儲集層統(tǒng)一體.在實際應(yīng)用中,目前國內(nèi)存在多種不同氣田壓力系統(tǒng)劃分方法和思路.

石油標(biāo)準SY/T 6365-1998指出在同一壓力系統(tǒng)內(nèi),原始地層壓力與氣藏埋深應(yīng)具有良好的線性關(guān)系:pi=αH+β,其中:pi為氣藏中部原始地層壓力;H為氣藏中部海拔;α為氣藏壓力梯度;β為截距.根據(jù)氣藏工程基本理論可知,α取決于天然氣密度;β決定氣藏是否為同一壓力系統(tǒng),即β不同,壓力系統(tǒng)不同.當(dāng)缺乏這種關(guān)系式時,各井折算到同一基準面深度的原始地層壓力值、壓力因數(shù)相同或接近也是重要的判斷依據(jù).此外,標(biāo)準指出判斷壓力系統(tǒng)還須考慮儲層地質(zhì)連通性、流體性質(zhì)和流體界面深度等3個方面.裘懌楠等[3]提出屬于同一壓力系統(tǒng)的油氣層須滿足處于同一構(gòu)造單元,且儲層縱橫方向連通、各井原始折算壓力相等、各壓力梯度曲線重合和各井壓降速度一致等4個條件;識別壓力系統(tǒng)時應(yīng)分析地質(zhì)條件、油氣層壓力和井間干擾等3個方面.王鳴華等[1]認為應(yīng)通過氣層溫度和地溫梯度、氣層壓力和壓力梯度、氣層折算壓力、壓力因數(shù)和氣藏連通性分析等4個方面判斷壓力系統(tǒng).張宗林等[4]提出劃分氣田壓力系統(tǒng)要同時考慮儲層地質(zhì)、氣層溫度和地溫梯度、流體性質(zhì)等9種因素,并遵循“宜粗不宜細”和“就近”原則.現(xiàn)有文獻在主要依據(jù)方面也存在差異,標(biāo)準[2]把原始地層壓力與氣藏埋深具有良好的線性關(guān)系或壓力因數(shù)作為主要依據(jù),而文獻[1,5-6]把井間干擾作為氣田壓力系統(tǒng)劃分的主要判斷依據(jù).

縱觀目前國內(nèi)壓力系統(tǒng)劃分文獻提及的方法,影響壓力系統(tǒng)的各個因素沒有分類,部分因素的運用缺乏必要說明;氣藏物性對于壓力系統(tǒng)劃分的影響也不太受關(guān)注;現(xiàn)有劃分原則總結(jié)不夠全面.因現(xiàn)有壓力系統(tǒng)劃分方法比較散亂,劃分步驟尚無人明確提出,研究人員利用現(xiàn)有方法劃分氣田壓力系統(tǒng)時容易產(chǎn)生困惑.為此,筆者研究氣田壓力系統(tǒng)劃分方法,提出新的劃分原則和思路,并舉例說明其過程,力求把氣藏壓力系統(tǒng)劃分方法系統(tǒng)化和具體化,從而幫助技術(shù)人員快速準確地劃分氣田壓力系統(tǒng).

1 影響因素

影響氣田壓力系統(tǒng)的因素包括靜態(tài)和動態(tài)兩方面,其中以靜態(tài)因素居多,氣田壓力系統(tǒng)影響因素及其分類見表1.文獻[4]還列出單井影響半徑,但因其可從井間干擾分析獲得,且往往是根據(jù)動態(tài)數(shù)據(jù)求得的泄流面積的折算結(jié)果(估計數(shù)值),故表1未列出.由表1可見,井間干擾、儲層連通、地層壓力與氣藏埋深具有良好的線性關(guān)系是同一壓力系統(tǒng)的充要條件,而其他因素只是同一壓力系統(tǒng)的必要條件.

表1 氣田壓力系統(tǒng)劃分因素及其分類

此處井間干擾包括干擾試井和生產(chǎn)過程中通過周圍井觀察到的壓力干擾等.井間干擾在中高滲氣田試驗所需時間短、效果好,而在低滲氣田由于儲層物性差、非均質(zhì)性強導(dǎo)致壓力傳播緩慢、耗費時間很長、測試效果差等,應(yīng)用不多.在現(xiàn)實工作中,儲層連通往往是指主力產(chǎn)層在局部平面上連續(xù)存在,而不是氣井中所有產(chǎn)層連續(xù)存在.氣井原始地層壓力通常由現(xiàn)場實測得到,在壓力系統(tǒng)分析時需注意實際氣井往往同時開采多層,不同氣層合采時會對測試的地層壓力產(chǎn)生一定影響,加上測試儀器的誤差,使得實際數(shù)據(jù)點不能完全落在一條直線上,而是分布在直線兩旁一小條帶內(nèi).如果缺乏地層壓力數(shù)據(jù),可利用張繼成等[7]提出的方法計算或者反推.針對壓力系統(tǒng)劃分中存在的問題,莊惠農(nóng)[8]強調(diào)不能把氣井井筒靜壓梯度與氣藏壓力梯度混為一談.因氣藏溫度受其埋深制約,氣田局部區(qū)域內(nèi)氣藏埋深在平面上變化一般不大,且井底溫度測試一般用于判斷產(chǎn)氣層位,故氣層溫度和地溫梯度在壓力系統(tǒng)劃分中應(yīng)用不多.

2 劃分原則

從壓力系統(tǒng)的定義可知,地層壓力是劃分壓力系統(tǒng)的主要定量數(shù)據(jù);實際上,在考慮投產(chǎn)時間影響和其他井的干擾下,劃分壓力系統(tǒng)的核心在于確定臨近氣井間的地層壓力關(guān)系,而地層壓力變化受儲層物性影響很大.中高滲氣田和低滲氣田由于儲層物性的巨大差異,導(dǎo)致各自壓力系統(tǒng)內(nèi)壓力波的傳播和平衡時間存在顯著差異;且單井地層壓力極易受到氣井井口產(chǎn)量、井底滲流條件和井筒條件等因素的影響.因此,欲統(tǒng)一使用一種模式劃分壓力系統(tǒng)不符合實際情況.故宜首先根據(jù)儲層物性條件把氣田分為中高滲氣田、低滲氣田(包括致密氣藏,下同)兩類;然后針對不同類型的氣田,根據(jù)氣田壓力系統(tǒng)影響因素,使用相應(yīng)的原則劃分壓力系統(tǒng).

張宗林等[4]根據(jù)靖邊氣田地質(zhì)狀況,提出低滲氣田壓力系統(tǒng)劃分應(yīng)遵循“宜粗不宜細”和“就近”2個原則,這合乎實際情況,因為低滲氣田物性差、儲層非均質(zhì)性強——氣田內(nèi)部致密帶分布廣泛,且常與局部物性好的區(qū)域交互分布,因此氣井投產(chǎn)后,壓力波傳播慢,短時期內(nèi)往往無法探測.這2個原則,尤其是“宜粗不宜細”原則只適于低滲氣田,中高滲氣田由于壓力波傳播快、平衡時間短,容易判斷是否為同一壓力系統(tǒng),故不宜采用這個原則.張宗林等提出的“宜粗不宜細”原則是針對“大部分氣井在累計產(chǎn)氣量較小時其連通不明顯”而言,這種說法并不全面.筆者認為“宜粗不宜細”原則的內(nèi)涵主要包括兩方面:一是針對沒有地層壓力數(shù)據(jù)的井和沒有投產(chǎn)的井,只要有主力產(chǎn)層(測井解釋結(jié)果),就應(yīng)暫時劃入臨近壓力系統(tǒng);二是有地層壓力數(shù)據(jù)的井,但是其數(shù)值和臨近井存在一定差異,目前還無法確定歸屬的井,可暫時劃入臨近壓力系統(tǒng),以方便現(xiàn)場管理.此外,低滲氣田還常把一些單井控制點歸入臨近壓力系統(tǒng),這種做法符合該原則.“就近”原則相對于臨近氣井和局部含氣區(qū)域而言,適合不同類型的氣田劃分壓力系統(tǒng),這是因為氣田內(nèi)部往往存在溝槽、斷層和巖性變化等情況,從而在氣田內(nèi)部產(chǎn)生不同壓力系統(tǒng),故判斷壓力系統(tǒng)應(yīng)在局部區(qū)域進行.此外,一些氣田報告中提出壓力系統(tǒng)劃分應(yīng)遵循“局部、就近、外延”原則,筆者認為“就近”實質(zhì)上已包含“局部、外延”之意,不需重復(fù)指出.

“宜粗不宜細”和“就近”2個原則只是部分反映壓力系統(tǒng)劃分方法,并不全面.根據(jù)實際情況,筆者認為氣田壓力系統(tǒng)劃分還應(yīng)遵循“同層、同時、同流體”原則.“同層”是指臨近氣井存在相同主力產(chǎn)層且在區(qū)域內(nèi)連續(xù)存在.“同時”即在分析地層壓力(尤其是投產(chǎn)前地層壓力)、壓力因數(shù)或折算地層壓力時測試時間要相近,凡是相隔時間較長必須考慮時間差異的影響,應(yīng)按時間分部分分析.“同流體”是同一壓力系統(tǒng)內(nèi)各井在生產(chǎn)層位基本相同時,流體組分相同且各組分含量相近.此外,中高滲氣田還應(yīng)遵循“同壓降”原則,它指同一壓力系統(tǒng)內(nèi)各井在生產(chǎn)過程中地層壓力下降速度相近、各井同期測得的地層壓力(折算到同一深度)數(shù)值相同或接近.

中高滲氣田和低滲氣田壓力系統(tǒng)劃分原則存在一定差異,氣田壓力系統(tǒng)劃分原則可總結(jié)為:低滲氣田遵循“就近、同層、同時、同流體、宜粗不宜細”原則;而中高滲氣田遵循“就近、同層、同時、同流體、同壓降”原則.

3 劃分方法

3.1 思路

劃分壓力系統(tǒng)時要堅持從小到大(平面區(qū)域)、從前到后(氣井投產(chǎn)時間)的順序,即從第1批投產(chǎn)的單口氣井出發(fā),先分析臨近氣井,再逐漸向周圍延伸,分析井組或井區(qū)后,再分析區(qū)塊、直至整個氣田,從而劃分出氣田的不同壓力系統(tǒng).劃分壓力系統(tǒng)時,應(yīng)在主力產(chǎn)層連通的前提下,以井間干擾、原始地層壓力與埋深關(guān)系、投產(chǎn)前地層壓力等定量數(shù)據(jù)為主展開.

實際工作中,開發(fā)早期現(xiàn)場提供的有效數(shù)據(jù)不充分,甚至缺失,尤其是低滲氣田常遇此情況.對于低滲氣田,常存在相鄰氣井之間多年不見壓力干擾的現(xiàn)象,給壓力系統(tǒng)劃分帶來極大麻煩,因此低滲氣田的地質(zhì)條件決定其壓力系統(tǒng)劃分不能短期完成,需要在開發(fā)資料豐富后及時進行調(diào)整和完善.

3.2 步驟

(1)分析地質(zhì)連通性和流體界面.根據(jù)地質(zhì)研究資料,分析臨近氣井的主力氣層在平面上的地質(zhì)連通性,確定氣層在局部區(qū)域平面上是否連續(xù),有無溝槽、斷層、巖性突變.局部區(qū)域是否存在統(tǒng)一流體界面.

(2)分析干擾試井資料.研究局部區(qū)域的井間干擾資料,根據(jù)試井成果確定測試井中哪些井屬于同一壓力系統(tǒng).

(3)初步劃分壓力系統(tǒng).分析第1批投產(chǎn)井的原始地層壓力與產(chǎn)層中部海拔關(guān)系,計算壓力因數(shù)、折算地層壓力,根據(jù)地質(zhì)成果,初步劃分區(qū)塊中各個壓力系統(tǒng).計算各壓力系統(tǒng)的平均原始地層壓力.

(4)細化壓力系統(tǒng).按照投產(chǎn)先后順序,根據(jù)各井投產(chǎn)前地層壓力,參考平均原始地層壓力,判斷各臨近井的連通性.一種實用方法是作出井間連通線,標(biāo)出臨近井連通線可以幫助人們清楚壓力系統(tǒng)內(nèi)各井間連通關(guān)系,方法是按照投產(chǎn)順序,從臨近氣井開始逐漸擴大.隨著劃分的細化,有時還需利用生產(chǎn)動態(tài)資料,計算氣井在不同開發(fā)時間的地層壓力,通過分析、比較確定井間連通性.

(5)分析標(biāo)志組分含量.以天然氣中的某些組分(如酸性氣體 H2S、CO2)作標(biāo)志組分[9],分析各井含量關(guān)系.除少數(shù)氣田外,實際氣田中氣井一般有多個產(chǎn)層且各井氣層不完全一致,故各井組分含量必定在一定區(qū)間變化.當(dāng)?shù)貙訅毫σ罁?jù)不足時,組分含量可能是重要的判斷依據(jù).但是,如果氣田產(chǎn)層復(fù)雜、局部區(qū)域內(nèi)氣井標(biāo)志組分含量變化太大(最大值與最低值之比超過一定數(shù)值,由具體氣田而定)且毫無規(guī)律,該步驟只能作參考.

(6)最終確定壓力系統(tǒng).綜合各步驟分析結(jié)果,劃分當(dāng)前狀況下的各個壓力系統(tǒng).

4 應(yīng)用實例

靖邊氣田處于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡中段,是典型的低滲、低豐度、低產(chǎn)的大型復(fù)雜地層-巖性圈閉氣藏,下古生界馬五1+2氣藏是氣田的主力氣藏[4],氣田內(nèi)部沒有明顯的氣水界面,只是存在“相對富水區(qū)”[10].研究表明,氣田北部某區(qū)塊儲層物性差,內(nèi)部地層保持完整、沒有古溝槽剝蝕和斷層,尚未發(fā)現(xiàn)“相對富水區(qū)”存在.截至目前,該區(qū)沒有進行井間干擾測試,區(qū)塊井位分布32口生產(chǎn)井(見圖1),井位近東南-西北方向分布.

針對該區(qū)資料,以儲層連通、原始地層壓力與氣藏中部深度的關(guān)系、動態(tài)地層壓力、流體組分(使用H2S做標(biāo)志組分)含量為主進行壓力系統(tǒng)劃分.認為該區(qū)可分為 G15-G22-G31-G24、G1-G3-G9和 G11-G16等3個壓力系統(tǒng)及3個單井控制點.

圖1 靖邊氣田某區(qū)塊井位分布

4.1 G15-G22-G31-G24壓力系統(tǒng)

G15-G22-G31-G24區(qū)域有15口生產(chǎn)井,區(qū)內(nèi)氣井生產(chǎn)層位主要為馬五1和馬五2,部分氣井(G19、G25、G27)存在盒8地層.研究表明該區(qū)域馬五13儲層在平面上連續(xù)展布.除 G25、G27、G28、G30井原始地層壓力未知外,各井地層壓力、壓力因數(shù)和折算地層壓力見表2,2003年投產(chǎn)的第1批氣井地層壓力與其對應(yīng)中部深度關(guān)系見圖2,H2S質(zhì)量濃度見圖3.由圖2可知,數(shù)據(jù)點基本分布在同一直線周圍,壓力梯度為0.001 8 M Pa/m.后期投產(chǎn)井的地層壓力符合同一壓力系統(tǒng)的變化規(guī)律,且生產(chǎn)過程中各井地層壓力平面上具有可比性.由圖3可知,除 G27口井異常外,其余各井 H2S質(zhì)量濃度相差在2.5倍以內(nèi).由于氣井生產(chǎn)層位較多,且部分井同時開發(fā)下古和上古(盒8)氣藏,下古氣藏含 H2S,而上古氣藏基本不含 H2S,根據(jù)本氣田的特點,規(guī)定各井 H2S質(zhì)量濃度相差3倍以內(nèi)屬于正常.該區(qū)為獨立的壓力系統(tǒng).

表2 G15-G22-G31-G24區(qū)域各井原始地層壓力

4.2 G1-G3-G9壓力系統(tǒng)

G1-G3-G9區(qū)域包括9口生產(chǎn)井,該區(qū)下古奧陶系馬家溝組的主力氣層是馬512和馬513,平面上連通.除 G6、G9原始地層壓力未知外,該區(qū)測試地層壓力的井有7口.G1-G3-G9區(qū)域各井地層壓力見表3.由表3可知,該區(qū)各井地層壓力測試時間相差較長,早期的2口井——G4和 G8折算地層壓力很接近,后期投產(chǎn)井投產(chǎn)前地層壓力符合壓力下降變化規(guī)律,各井在不同年份的折算地層壓力相關(guān)性好.該區(qū)各井 H2S質(zhì)量濃度在1 500～3 000 mg/m3之間.認為該區(qū)為獨立的壓力系統(tǒng).

4.3 G11-G16壓力系統(tǒng)

G11-G16區(qū)域包括 5口氣井(G11、G12、G13、G14和 G16),位于 G15-G22-G31-G24、G1-G3-G9兩個壓力系統(tǒng)之間,該區(qū)在2006年10月投產(chǎn),各井原始折算地層壓力在29.5～29.7 M Pa之間,壓力因數(shù)為0.96,氣井 H2S質(zhì)量濃度平均為5 540 mg/m3,含量明顯高于周圍區(qū)域.綜合地質(zhì)條件、地層壓力和流體性質(zhì)等資料,認為該區(qū)是獨立的壓力系統(tǒng).

圖2 G15-G22-G31-G24區(qū)域原始地層壓力與其海拔深度關(guān)系

圖3 G15-G22-G31-G24區(qū)域各井 H2 S質(zhì)量濃度

表3 G1-G3-G9區(qū)域各井地層壓力

4.4 單井控制點

對于不能劃入壓力系統(tǒng)內(nèi)的氣井,將其作為單井控制點,該區(qū)塊的單井控制點包括 G10、G18和 G32.G10于2006年9月投產(chǎn),主要開采下古馬五14,地質(zhì)研究成果表明該層局部存在,投產(chǎn)前壓力因數(shù)為0.92,折算地層壓力為29.2 M Pa,H2S質(zhì)量濃度為640 mg/m3,這些數(shù)據(jù)與周圍壓力系統(tǒng)內(nèi)臨近氣井明顯不同,故屬于一個單獨的封閉系統(tǒng),成為單井控制點.G18和 G32與之類似,不再贅述.參照該氣田常用做法,可把 G10劃入4.2所在壓力系統(tǒng),而把 G18劃入4.3所在壓力系統(tǒng),這符合“宜粗不宜細”原則.G32因缺失下古地層,故不劃入臨近壓力系統(tǒng).

5 結(jié)論

(1)劃分壓力系統(tǒng)時,低滲氣田宜遵循“就近、同層、同時、同流體、宜粗不宜細”原則,而中高滲氣田宜遵循“就近、同層、同時、同流體、同壓降”原則.

(2)氣田壓力系統(tǒng)劃分應(yīng)首先考慮氣藏物性,然后是儲層連通、井間干擾、氣藏壓力與埋深關(guān)系、生產(chǎn)動態(tài)、流體性質(zhì)和氣水界面等方面.劃分壓力系統(tǒng)時,應(yīng)按照投產(chǎn)順序,由單井、井組、區(qū)塊和氣田的順序依次展開.

(3)低滲氣田和致密氣田地質(zhì)特點決定了其壓力系統(tǒng)劃分的復(fù)雜性,即不能在短時間內(nèi)完成劃分,需參考多方面資料且隨開發(fā)資料豐富后逐步調(diào)整和完善.

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Pressure system division in gas fields/2011,35(2):56-61

PENG Yu-qiang1,HE Shun-li1,JV Xiu-juan2,ZHANG Qi3

(1.MOE Key Laboratory of Petroleum Engineering,China University of Petroleum,Beijing 102249,China;2.Langfang B ranch of Research Institute of Petroleum Exp loration and Development,PetroChina,L angfang,Hebei 065007,China;3.Gas Recovery Plant N o.1,PetroChina Changqing Oilfield Com pany,Jingbian,Shanxi 718500,China)

In order to find out better method of p ressure system division and help technicians to divide p ressure system s in gas field,the p rincip les fo r p ressure system division w ere established on the basisof performance data in gas fields.Itwas show n that the p rincip lesof p ressure system division could be simp ly stated as“l(fā)ocal region,similar subzone,sim ilar period,sim ilar fluid,p referential sketchy rather than fine”in low-permeability gas fields,and“l(fā)ocal region,similar subzone,similar period,similar fluid,sim ilar p ressure drop rate”in medium-high permeability gas fields.It should be wo rked acco rding to commission time of gas wells at first,and then started from single wells to well groups,then to blocks,and last to gas fields in sequence to analyze the p ressure system s in gas fields.The characteristic determines the comp lexity of itsp ressure system in low-permeability gas fields,and it should bemade full use of different data at one period and adjusted after the data is gradual p lenty w hen the p resser system is divided.

p ressure system;gas fields;subzone connectivity;reservoir p ressure;Jingbian gas field

TE271

A

1000-1891(2011)02-0056-06

2010-11-30;審稿人:曹廣勝;編輯:關(guān)開澄

國家科技重大專項(2008ZX05043)

彭昱強(1975-),男,博士后,工程師,主要從事油氣藏工程方面的研究.