氣田壓力系統的劃分方法

彭昱強,何順利,鞠秀娟,張 歧

(1.中國石油大學石油工程教育部重點實驗室,北京 102249; 2.石油勘探開發研究院 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.中國石油大學石油工程教育部重點實驗室,北京 102249; 2.石油勘探開發研究院 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劃分方法、促進現場技術人員準確而快速地劃分氣田壓力系統,根據氣田實際情況,探討氣田壓力系統劃分原則、思路和步驟.結果表明:劃分氣田壓力系統時,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;劃分時應按照投產順序,由單井、井組、區塊和氣田的順序依次展開.低滲氣田的地質特點決定了其壓力系統劃分的復雜性,需參考多方面資料且隨開發資料豐富后逐步調整和完善.

壓力系統;氣田;儲層連通;地層壓力;靖邊氣田

0 引言

“壓力是氣田開發的靈魂”,氣田壓力系統的正確劃分有助于氣藏動態分析和開發調整等工作的順利開展[1].按照石油工業標準SY/T 6365-1998[2]中的定義,壓力系統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一體.在實際應用中,目前國內存在多種不同氣田壓力系統劃分方法和思路.

石油標準SY/T 6365-1998指出在同一壓力系統內,原始地層壓力與氣藏埋深應具有良好的線性關系: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,即β不同,壓力系統不同.當缺乏這種關系式時,各井折算到同一基準面深度的原始地層壓力值、壓力因數相同或接近也是重要的判斷依據.此外,標準指出判斷壓力系統還須考慮儲層地質連通性、流體性質和流體界面深度等3個方面.裘懌楠等[3]提出屬于同一壓力系統的油氣層須滿足處于同一構造單元,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;識別壓力系統時應分析地質條件、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、壓力因數和氣藏連通性分析等4個方面判斷壓力系統.張宗林等[4]提出劃分氣田壓力系統要同時考慮儲層地質、氣層溫度和地溫梯度、流體性質等9種因素,并遵循“宜粗不宜細”和“就近”原則.現有文獻在主要依據方面也存在差異,標準[2]把原始地層壓力與氣藏埋深具有良好的線性關系或壓力因數作為主要依據,而文獻[1,5-6]把井間干擾作為氣田壓力系統劃分的主要判斷依據.

縱觀目前國內壓力系統劃分文獻提及的方法,影響壓力系統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劃分的影響也不太受關注;現有劃分原則總結不夠全面.因現有壓力系統劃分方法比較散亂,劃分步驟尚無人明確提出,研究人員利用現有方法劃分氣田壓力系統時容易產生困惑.為此,筆者研究氣田壓力系統劃分方法,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劃分方法系統化和具體化,從而幫助技術人員快速準確地劃分氣田壓力系統.

1 影響因素

影響氣田壓力系統的因素包括靜態和動態兩方面,其中以靜態因素居多,氣田壓力系統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,且往往是根據動態數據求得的泄流面積的折算結果(估計數值),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系是同一壓力系統的充要條件,而其他因素只是同一壓力系統的必要條件.

表1 氣田壓力系統劃分因素及其分類

此處井間干擾包括干擾試井和生產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、非均質性強導致壓力傳播緩慢、耗費時間很長、測試效果差等,應用不多.在現實工作中,儲層連通往往是指主力產層在局部平面上連續存在,而不是氣井中所有產層連續存在.氣井原始地層壓力通常由現場實測得到,在壓力系統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生一定影響,加上測試儀器的誤差,使得實際數據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.如果缺乏地層壓力數據,可利用張繼成等[7]提出的方法計算或者反推.針對壓力系統劃分中存在的問題,莊惠農[8]強調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,氣田局部區域內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氣層位,故氣層溫度和地溫梯度在壓力系統劃分中應用不多.

2 劃分原則

從壓力系統的定義可知,地層壓力是劃分壓力系統的主要定量數據;實際上,在考慮投產時間影響和其他井的干擾下,劃分壓力系統的核心在于確定臨近氣井間的地層壓力關系,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,導致各自壓力系統內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量、井底滲流條件和井筒條件等因素的影響.因此,欲統一使用一種模式劃分壓力系統不符合實際情況.故宜首先根據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,根據氣田壓力系統影響因素,使用相應的原則劃分壓力系統.

張宗林等[4]根據靖邊氣田地質狀況,提出低滲氣田壓力系統劃分應遵循“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、儲層非均質性強——氣田內部致密帶分布廣泛,且常與局部物性好的區域交互分布,因此氣井投產后,壓力波傳播慢,短時期內往往無法探測.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,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”原則的內涵主要包括兩方面:一是針對沒有地層壓力數據的井和沒有投產的井,只要有主力產層(測井解釋結果),就應暫時劃入臨近壓力系統;二是有地層壓力數據的井,但是其數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,以方便現場管理.此外,低滲氣田還常把一些單井控制點歸入臨近壓力系統,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域而言,適合不同類型的氣田劃分壓力系統,這是因為氣田內部往往存在溝槽、斷層和巖性變化等情況,從而在氣田內部產生不同壓力系統,故判斷壓力系統應在局部區域進行.此外,一些氣田報告中提出壓力系統劃分應遵循“局部、就近、外延”原則,筆者認為“就近”實質上已包含“局部、外延”之意,不需重復指出.

“宜粗不宜細”和“就近”2個原則只是部分反映壓力系統劃分方法,并不全面.根據實際情況,筆者認為氣田壓力系統劃分還應遵循“同層、同時、同流體”原則.“同層”是指臨近氣井存在相同主力產層且在區域內連續存在.“同時”即在分析地層壓力(尤其是投產前地層壓力)、壓力因數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,應按時間分部分分析.“同流體”是同一壓力系統內各井在生產層位基本相同時,流體組分相同且各組分含量相近.此外,中高滲氣田還應遵循“同壓降”原則,它指同一壓力系統內各井在生產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)數值相同或接近.

中高滲氣田和低滲氣田壓力系統劃分原則存在一定差異,氣田壓力系統劃分原則可總結為: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

劃分壓力系統時要堅持從小到大(平面區域)、從前到后(氣井投產時間)的順序,即從第1批投產的單口氣井出發,先分析臨近氣井,再逐漸向周圍延伸,分析井組或井區后,再分析區塊、直至整個氣田,從而劃分出氣田的不同壓力系統.劃分壓力系統時,應在主力產層連通的前提下,以井間干擾、原始地層壓力與埋深關系、投產前地層壓力等定量數據為主展開.

實際工作中,開發早期現場提供的有效數據不充分,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象,給壓力系統劃分帶來極大麻煩,因此低滲氣田的地質條件決定其壓力系統劃分不能短期完成,需要在開發資料豐富后及時進行調整和完善.

3.2 步驟

(1)分析地質連通性和流體界面.根據地質研究資料,分析臨近氣井的主力氣層在平面上的地質連通性,確定氣層在局部區域平面上是否連續,有無溝槽、斷層、巖性突變.局部區域是否存在統一流體界面.

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

(3)初步劃分壓力系統.分析第1批投產井的原始地層壓力與產層中部海拔關系,計算壓力因數、折算地層壓力,根據地質成果,初步劃分區塊中各個壓力系統.計算各壓力系統的平均原始地層壓力.

(4)細化壓力系統.按照投產先后順序,根據各井投產前地層壓力,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,標出臨近井連通線可以幫助人們清楚壓力系統內各井間連通關系,方法是按照投產順序,從臨近氣井開始逐漸擴大.隨著劃分的細化,有時還需利用生產動態資料,計算氣井在不同開發時間的地層壓力,通過分析、比較確定井間連通性.

(5)分析標志組分含量.以天然氣中的某些組分(如酸性氣體 H2S、CO2)作標志組分[9],分析各井含量關系.除少數氣田外,實際氣田中氣井一般有多個產層且各井氣層不完全一致,故各井組分含量必定在一定區間變化.當地層壓力依據不足時,組分含量可能是重要的判斷依據.但是,如果氣田產層復雜、局部區域內氣井標志組分含量變化太大(最大值與最低值之比超過一定數值,由具體氣田而定)且毫無規律,該步驟只能作參考.

(6)最終確定壓力系統.綜合各步驟分析結果,劃分當前狀況下的各個壓力系統.

4 應用實例

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、低產的大型復雜地層-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],氣田內部沒有明顯的氣水界面,只是存在“相對富水區”[10].研究表明,氣田北部某區塊儲層物性差,內部地層保持完整、沒有古溝槽剝蝕和斷層,尚未發現“相對富水區”存在.截至目前,該區沒有進行井間干擾測試,區塊井位分布32口生產井(見圖1),井位近東南-西北方向分布.

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

圖1 靖邊氣田某區塊井位分布

4.1 G15-G22-G31-G24壓力系統

G15-G22-G31-G24區域有15口生產井,區內氣井生產層位主要為馬五1和馬五2,部分氣井(G19、G25、G27)存在盒8地層.研究表明該區域馬五13儲層在平面上連續展布.除 G25、G27、G28、G30井原始地層壓力未知外,各井地層壓力、壓力因數和折算地層壓力見表2,2003年投產的第1批氣井地層壓力與其對應中部深度關系見圖2,H2S質量濃度見圖3.由圖2可知,數據點基本分布在同一直線周圍,壓力梯度為0.001 8 M Pa/m.后期投產井的地層壓力符合同一壓力系統的變化規律,且生產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質量濃度相差在2.5倍以內.由于氣井生產層位較多,且部分井同時開發下古和上古(盒8)氣藏,下古氣藏含 H2S,而上古氣藏基本不含 H2S,根據本氣田的特點,規定各井 H2S質量濃度相差3倍以內屬于正常.該區為獨立的壓力系統.

表2 G15-G22-G31-G24區域各井原始地層壓力

4.2 G1-G3-G9壓力系統

G1-G3-G9區域包括9口生產井,該區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,該區測試地層壓力的井有7口.G1-G3-G9區域各井地層壓力見表3.由表3可知,該區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,后期投產井投產前地層壓力符合壓力下降變化規律,各井在不同年份的折算地層壓力相關性好.該區各井 H2S質量濃度在1 500～3 000 mg/m3之間.認為該區為獨立的壓力系統.

4.3 G11-G16壓力系統

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

圖2 G15-G22-G31-G24區域原始地層壓力與其海拔深度關系

圖3 G15-G22-G31-G24區域各井 H2 S質量濃度

表3 G1-G3-G9區域各井地層壓力

4.4 單井控制點

對于不能劃入壓力系統內的氣井,將其作為單井控制點,該區塊的單井控制點包括 G10、G18和 G32.G10于2006年9月投產,主要開采下古馬五14,地質研究成果表明該層局部存在,投產前壓力因數為0.92,折算地層壓力為29.2 M Pa,H2S質量濃度為640 mg/m3,這些數據與周圍壓力系統內臨近氣井明顯不同,故屬于一個單獨的封閉系統,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,而把 G18劃入4.3所在壓力系統,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.

5 結論

(1)劃分壓力系統時,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)氣田壓力系統劃分應首先考慮氣藏物性,然后是儲層連通、井間干擾、氣藏壓力與埋深關系、生產動態、流體性質和氣水界面等方面.劃分壓力系統時,應按照投產順序,由單井、井組、區塊和氣田的順序依次展開.

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

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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“local region,similar subzone,sim ilar period,sim ilar fluid,p referential sketchy rather than fine”in low-permeability gas fields,and“local 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.