秦 莎，廖凱飛

（長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢430100）

超深高壓氣藏是典型的非常規(guī)氣藏。2008年，我國探明該類氣藏儲量占總儲量的10%，發(fā)展前景十分可觀。對該類做氣藏產(chǎn)能測試時，其開井期井底壓力容易上升，有時甚至出現(xiàn)井底流壓隨產(chǎn)量增加而升高的現(xiàn)象，致使建立的產(chǎn)能方程出現(xiàn)異常，無法得到無阻流量［1］。由于該類氣藏中砂巖氣藏埋藏深、地層溫度及壓力高，天然裂縫發(fā)育，且多采用衰竭式開采，生產(chǎn)壓差變化幅度大，因而在開發(fā)過程中，應(yīng)力敏感及高速非達西是這類氣藏的主要特征，許多學(xué)者對其進行了大量研究工作。下面，筆者對超深高壓裂縫性砂巖氣藏產(chǎn)能預(yù)測研究情況進行闡述。

1 儲層應(yīng)力敏感性研究

1.1 儲層物性參數(shù)應(yīng)力敏感性研究

從20世紀50年代開始，很多國外學(xué)者對儲層的滲透率、孔隙度和孔隙壓縮系數(shù)隨有效應(yīng)力的變化規(guī)律進行了研究。Hall［2］根據(jù)砂巖和石灰?guī)r的巖樣分析結(jié)果制作了孔隙壓縮系數(shù)隨孔隙度的變化關(guān)系，得到了著名的Hall圖版，在油藏工程中廣泛應(yīng)用。Fatt［3］用砂巖巖心進行覆壓孔滲實驗，定性分析了壓縮系數(shù)與滲透率隨有效覆壓的變化關(guān)系。Jose G［4］建立了三維全隱式有限差分數(shù)學(xué)模型，由此描述致密氣藏滲透率隨有效應(yīng)力顯著變化的特性。Latchie等［5］用實驗對泥質(zhì)砂巖和純砂巖巖樣先增壓后減壓，研究了2組巖樣的滲透率隨壓力的變化曲線，得到高滲透純砂巖儲層滲透率損失率為4%，而低滲透泥質(zhì)砂巖的滲透率不可逆損失高達60%，這表明巖心的變形既有彈性變形，又有彈塑性變形和塑性變形，對此前蘇聯(lián)石油工作者的相關(guān)研究也證實了上述結(jié)論的正確性［6］。

近年來，國內(nèi)石油工作者對于儲層的應(yīng)力敏感性也進行了大量研究。阮敏等［7］通過試驗分析，認為低滲透油藏中應(yīng)力敏感的存在會導(dǎo)致井筒附近滲透率降低45%，產(chǎn)量降低13%。張新紅等［8］通過圍壓試驗，得到低滲透巖心滲透率、孔隙度和壓縮系數(shù)均隨有效應(yīng)力呈指數(shù)式變化，并建立了考慮應(yīng)力敏感的低滲儲層近井地帶一維兩相流數(shù)學(xué)模型。黃繼新等［9］基于巖石力學(xué)理論，經(jīng)理論推導(dǎo)，得到了異常高壓氣藏巖石變形規(guī)律及變形方程，并通過試驗證實了理論推導(dǎo)的合理性。孫龍德等［10］將克拉2氣田應(yīng)力敏感性儲層劃分成4個滲透率區(qū)間，通過試驗得到了各區(qū)間內(nèi)滲透率隨有效應(yīng)力變化的關(guān)系式。王峰等［11］對造成儲層應(yīng)力敏感的因素進行了分析，指出水的存在及泥化現(xiàn)象是造成應(yīng)力敏感的主要原因。薛永超等［12］用對不同滲透率儲層的應(yīng)力敏感模式進行分析，認為隨著有效覆壓增加，中高滲油藏的滲透率變化比較平緩，低滲透油藏的滲透率前期迅速下降，而后逐漸平緩。

1.2 應(yīng)力敏感性儲層滲流規(guī)律研究

隨著地層壓敏性的研究的深入，壓敏地層的流體滲流方面的研究也成為研究熱點。Raghavan等［13］提出了巖石和流體物性均隨壓力變化的變形介質(zhì)氣藏二階非線性數(shù)學(xué)模型，并分別得到了滲流解析解和數(shù)值解。Pedr osa［14］通過引入滲透率隨壓力變化的變異關(guān)系，用小擾動方法計算了應(yīng)力敏感性儲層非線性滲流一階近似解。

2 儲層高速非達西效應(yīng)研究

自20世紀初期，國內(nèi)外許多學(xué)者發(fā)現(xiàn)達西定律在描述氣體滲流時存在局限性。為此，F(xiàn)orchheimer［15］首先提出了二項式滲流定律，對氣體滲流過程中慣性力的影響加以修正。Ramey［16］借助于修正解引入了視表皮和包含慣性－紊流效應(yīng)的流動系數(shù)的概念。不久，Al－Hussainy等［17］又引入了真實氣體的擬壓力函數(shù)，消除了流動方程的非線性，避免了數(shù)學(xué)上的復(fù)雜性。

2.1 高速非達西系數(shù)研究

對高速非達西效應(yīng)的研究，最重要的內(nèi)容是確定紊流系數(shù)。針對這一問題，F(xiàn)redrick［18］提出了2種方法來確定高速非達西系數(shù)，而王新海等［19］通過巖樣的覆壓孔滲試驗分析，得到更適用于克依構(gòu)造帶的紊流系數(shù)求解式。

2.2 高速非達西滲流模型研究

對裂縫性氣藏高速非達西流的研究首先由Millhei m等［20］發(fā)起，選用徑向流模型分析了均質(zhì)氣藏中的高速非達西效應(yīng)。Wattenbar ger等［21］用有限差分法分析了無限導(dǎo)流縫中的高速非達西問題，認為短小裂縫中的高速非達西效應(yīng)更加明顯。Guppy等［22］通過考慮裂縫中的高速非達西效應(yīng)，引入了有限導(dǎo)流縫和無限導(dǎo)流縫中井底定壓和井底定產(chǎn)的半對數(shù)圖版。Roberts等［23］分析了裂縫發(fā)育的致密氣藏中水平井的產(chǎn)能，得出認為裂縫與井筒的連接會引起節(jié)流效應(yīng)，導(dǎo)致裂縫導(dǎo)流能力下降。Jin等［24］提出用考慮氣液比的經(jīng)驗?zāi)Ｐ皖A(yù)測兩相流高速非達西條件下支撐劑充填層的有效滲透率。Vincent等［25］研究了兩相流下裂縫中高速非達西效應(yīng)的影響。Alvarez等［26］分析了高速非達西效應(yīng)在試井中的影響，指出不考慮其影響會導(dǎo)致氣井產(chǎn)能估計過高。Torsten等［27］同時考慮了致密砂巖氣藏中裂縫和基質(zhì)的高速非達西效應(yīng)，并給出了新的試井理論圖版。

3 氣井產(chǎn)能分析研究

在氣田開發(fā)過程中，準確預(yù)測氣井的產(chǎn)能、分析氣井的開發(fā)動態(tài)并了解氣層和井筒的特性，是科學(xué)開發(fā)油氣田的基礎(chǔ)。氣井產(chǎn)能分析通常分為2個階段，即氣井產(chǎn)能測試階段和氣井產(chǎn)能分析階段［28］。

3.1 氣井產(chǎn)能測試方法

常規(guī)產(chǎn)能試井方法包括回壓測試、等時測試、修正等時測試和一點法測試等方法。Wyckoff等［29］提出了回壓試井分析方法，該方法要求氣井以不同產(chǎn)量生產(chǎn)，但每個工作制度下都要持續(xù)到壓力達到穩(wěn)定狀態(tài)，但對于測試時間不夠長的井，該方法的實用性受到限制。Dyes等［30］提出了等時試井方法，要求氣井在等時間間隔下以不同產(chǎn)量生產(chǎn)，同時要求關(guān)井做壓力恢復(fù)時井底壓力需達到測試前地層壓力，這對于低滲透氣藏來說需要花費大量時間，因而具有一定局限性。Dunsh等［31］提出了修正等時試井方法，該方法不要求長時間關(guān)井使井底壓力恢復(fù)到原始值，只要關(guān)井時間和生產(chǎn)時間相同即可，這為低滲致密氣藏的產(chǎn)能試井提供了經(jīng)濟有效的方法。此外，陳元千［32］提出了一點法試井，該方法進一步縮短了測試時間，適用于已獲得產(chǎn)能方程、但隨著生產(chǎn)進行需要對產(chǎn)能進行修正的氣井以及缺少集輸流程和裝置的探井。

3.2 氣井產(chǎn)能分析方法

產(chǎn)能分析即對產(chǎn)能測試資料的解釋與處理，目前國內(nèi)外學(xué)者對氣井產(chǎn)能分析的研究主要涉及以下模型：①產(chǎn)能方程修正模型。針對在穩(wěn)態(tài)或擬穩(wěn)態(tài)下得到的傳統(tǒng)二項式方程，通過分析影響產(chǎn)能系數(shù)A、B的因素，以便更合理地確定氣井產(chǎn)能。王江等［33］通過統(tǒng)計分析，認為平均滲流阻力系數(shù)主要與射孔厚度有關(guān)，而與總厚度、有效厚度相關(guān)性很小，因此進行產(chǎn)能分析時應(yīng)代入射孔厚度以提高計算精度。唐洪俊等［34］為了提高一點法產(chǎn)能方程的適用范圍，提出了一點法變系數(shù)無阻流量經(jīng)驗公式，提高了產(chǎn)能預(yù)測的可信度。李曉平［35］提出用氣井壓力恢復(fù)資料求產(chǎn)能方程的方法，該方法測試時間短，所需費用也低。②不穩(wěn)態(tài)產(chǎn)能分析模型。研究認為，由于地層滲流與井筒流動的相互耦合促成了油氣井的正常生產(chǎn)，通過建立不穩(wěn)定滲流數(shù)學(xué)模型來預(yù)測各生產(chǎn)時間段氣井的產(chǎn)能，可從根本上提高生產(chǎn)系統(tǒng)分析的精度。如葛家理［36］提出未考慮井底污染壓力恢復(fù)曲線法，用壓力恢復(fù)曲線建立了二項式產(chǎn)能方程。陳堅等［37］提出了油氣藏與井筒耦合的不穩(wěn)定滲流模型，為裂縫－孔隙性油氣藏單井產(chǎn)能的計算提供依據(jù)。王怒濤等［38］針對測試壓力與穩(wěn)定時壓力有一定誤差的問題，引入測試點的誤差值，建立了帶約束條件的優(yōu)化模型。

4 結(jié) 語

針對學(xué)者研究超深高壓裂縫性砂巖氣藏的儲層應(yīng)力敏感性、高速非達西效應(yīng)和氣井產(chǎn)能的情況進行了闡述?？傮w來說，應(yīng)力敏感和高速非達西的存在均使超深高壓裂縫性砂巖氣藏產(chǎn)能降低，因而對該類氣藏進行產(chǎn)能預(yù)測時，必須考慮兩者的影響。此外，由于應(yīng)力敏感性的影響，隨著生產(chǎn)壓差增大，氣井的采氣指數(shù)先增大后減小，因此生產(chǎn)過程中必須嚴格控制生產(chǎn)壓差，以減輕應(yīng)力敏感和高速非達西的影響。今后，應(yīng)進一步從定量的角度去進行研究，給出明確的定量性評價標準，從而提高生產(chǎn)系統(tǒng)的分析精度，最終達到提高超深高壓裂縫性砂巖氣藏產(chǎn)量的目的。

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