利用流动物质平衡确定低渗气藏单井控制储量

2013-01-11刘尧文张茂林刘常旭张晓辉

天然气勘探与开发 2013年2期

刘尧文张茂林刘常旭张晓辉张娟

(1.中国石化江汉油田分公司 2.西南石油大学 3.中国石油集团川庆钻探公司国际工程公司)

物质平衡方程是计算油气藏动态储量最为常用的方法，但是该方法需要精度较高的地层压力数据，然而对于低渗致密气藏来说，精准的地层压力数据需要较长的关井时间才能得到[1]，这样就会影响气井的正常生产、扰乱气藏产量计划。L Matter等人在1998年，针对定容气藏建立并提出了一种利用井口压力或井底流压计算气藏动态储量的物质平衡方程，即流动物质平衡方程。流动物质平衡方程在气藏动态储量的评价中比常规物质平衡方程应用范围更广泛，特别是对于低渗气藏和海上气田，可以很好地解决地层压力测试资料较少条件下动态储量评价的问题[2]。

1 流动物质平衡方程

根据渗流力学原理，封闭气藏气井相对稳定地生产一段时间后，压力波将传到地层外边界，并且气体流动较快进入拟稳定态，地层内各点的压力随时间的变化相同，不同时间的压力分布曲线互成一组平行的曲线族[3](图1)。

由此L Matter提出了利用井口拟压力与井底拟流压来代替广义物质平衡中的拟地层压力，即流动物质平衡公式[4]：

(1)

(2)

其中：

pwf—气井井底流压，MPa；

pwfi—气井视原始井底流压，MPa；

Zwfi—气井pwfi压力下的天然气偏差因子；

Zwf—气井不同井底流压下的天然气偏差因子；

Gwf—井底流压对应物质平衡方程虚拟储量，108m3；

Gp—气井累计产气量，108m3；

pci—气井视原始井口压力，MPa；

Zci—气井pci压力下的天然气偏差因子；

Zc—气井不同井口压力下的天然气偏差因子；

Gc—井口压力对应物质平衡方程虚拟储量，108m3。

图1 气井进入拟稳态流后的压降漏斗曲线

从公式(1)和公式(2)可以看出，L Matter提出的流动物质平衡为定容气藏的流动物质平衡。而定容气藏是一种理想化了的气藏模型，真实的气藏容积是会随着地层压力的下降而发生变化的[5]。根据封闭气藏的常规物质平衡方程，建立封闭气藏的流动物质平衡方程如下：

(3)

(4)

由于封闭气藏的流动物质平衡方程中存在未知参数pwfi、Δpwf或pci、Δpc，其计算过程则需先假定一pwfi或pci值，然后通过物质平衡方程计算出pwfi或pci值，并于之前的假设值进行对比，进而确定出最终的pwfi或pci值。

若知道某一点的地层压力，便可通过流动物质平衡得出地层压力的常规物质平衡方程，进而可确定出气藏或单井的动态储量(图2)。考虑容积变化的封闭气藏并利用流动物质平衡确定气藏或单井动态控制储量的具体步骤图3。

图2 流动物质平衡法求解地质储量示意图

图3 流动物质平衡求封闭气藏动态储量流程图

2 南飞三气藏单井控制储量

对于连通性较好的常规气藏而言，单井一般不存在供给边界。但是在低渗透气藏中，由于渗透率较小，单井控制面积及压力传播范围有限，可将单井控制面积的径向距离re处作为气井的供给边界。也就是说低渗气藏气井在生产一段时间以后将会进入拟稳态流动，即可利用流动物质平衡方程计算气藏单井的动态控制储量。

2.1 拟稳定流的判断

根据圆形封闭边缘地层中心一口井以定产量投产的达西渗流模型，天然气渗流达到了拟稳定状态后，井底压力随时间的关系为：

(5)

令：

(6)

(7)

则有：

pwf2=a+bt

(8)

当气井生产气水比较小或基本稳定时，气井井口压力与井底流压之间也存在着稳定的转化关系[3-4]，即：

pc2=a1+b2t

(9)

因此，对于井底流压与井口压力之间存在稳定转换时，可用公式(9)来判断气井是否进入拟稳态流动，也可采用井口压力进行流动物质平衡分析。

2.2 建平4井分析

南飞三气藏储层孔隙度分布范围较大，储层段岩心孔隙度最大3.85%，最小0.52%，平均在1.80%～2.29%。储层段岩心渗透率最大为10 mD，最小为0.01 mD，平均在0.097～0.417 mD，储层总体属于低孔隙度致密储层。这就使得南飞三气藏在测试地层压力时需要较长的关井恢复时间，所以南飞三气藏各井的测压数据较少甚至没有，因此适宜于利用动态流动物质平衡方程来评价气藏单井的控制储量。

建平4井在2005年12月投入开发，生产至今足以使气井进入拟稳态流动。通过对建平4井井口压力进行分析发现，井口压力的平方与时间关系曲线在2008年11月出现了直线段(图4)，即进入了拟稳态流，因此可利用气井2008年11月以后的数据进行流动物质平衡分析。

利用建平4井进入拟稳态流以后的生产数据，进行流动物质平衡分析，结果见图5和表1。