多层合采气藏分层储量动用特征及判定方法

2015-02-17朱华银闫永强

特种油气藏 2015年1期

徐轩，朱华银，徐婷，郭辉，闫永强

(1.中国矿业大学，北京 100083；2.中油勘探开发研究院廊坊分院，河北廊坊 065007；3.中油长庆油田分公司，陕西靖边 715800；4.中油大庆油田有限责任公司，黑龙江大庆 163000)

多层合采气藏分层储量动用特征及判定方法

徐轩1，2，朱华银2，徐婷3，郭辉2，闫永强4

针对多层气藏合采过程中分层产气量差异大、储量动用不均衡的问题，运用物理实验和数值模拟相结合的方法，系统、定量地研究了层间非均质性和压力系统差异对分层产气量和储量动用的影响，提出储量动用均衡性的界定方法，即分层累计产气量贡献率比值小于3∶2为储量动用较均衡；分层累计产气量贡献率比值大于3∶2而小于3∶1为储量动用欠均衡；分层累计产气量贡献率比值大于3∶1储量动用不均衡。以此为依据，获得了多层气藏气井分层储量动用判定方法及判断图版。实例分析表明，利用此方法可在开发方案决策前对层间分层产气量贡献和储量动用均衡性进行评估，为气藏储量动用评价提供技术支持。

多层合采；数值模拟；物理模拟；分层产气量；储量动用程度；分层累计产气量贡献率

1 研究方法

利用物理模拟方法获得定性认识，利用数值模拟方法进行定量分析[1-5]。通过物理模拟实验对数值模拟结果进行趋势性比较验证，在此基础上，结合2种研究成果，获得规律性认识。

物理模拟实验选取物性不同的2组全直径岩心分装入不同的岩心夹持器并饱和气，形成不同渗透率储层组合的模型，并联后通过气体流量控制器模拟多层气藏定产气量衰竭开采。

数值模型采用双层无窜流均质气藏模型，模型的基本参数：孔隙度为8.5%，初始渗透率为0.1×10-3μm2，原始压力为20 MPa，储层有效厚度均为20 m，储层渗透率和地层压力根据研究目的和考虑因素不同而设计不同组合。模型网格数为41×41×3，模型中只有上下2层为目的层，中间层为不渗透隔层，总储量为1.71×108m3，设置气井定产2×104m3/d进行生产，生产年限为20 a。模拟先围绕单一因素影响规律展开，在此基础上综合考虑多因素共同影响时的分层产气量贡献和储量动用特征[6-10]。

2 多层合采气藏储量动用特征

2.1 层间非均质性对储量动用的影响

物理模拟实验过程中分别测量各小层瞬时产气量，得到合采生产曲线及分层累计产气量贡献率，如图1、2所示。

图1 不同物性气层合采时生产曲线

图2 不同物性气层合采时累计产气量贡献率

由图1可知，当存在物性差异的气层合采时，初期高渗层产气量远高于低渗层，随着生产的进行，高渗层产气量逐渐下降而低渗层产气量逐渐上升，说明初期低渗层受到抑制。由图2可知，高渗层产气量贡献率始终高于低渗层，稳产期末(约70 min时)低渗层产气量贡献率为35%，达到废弃产气量(30 mL/min)停止实验时其产气量贡献率也仅为41%。由于2块岩心储量接近，表明存在物性差异产层合采时，低渗层储量难以有效动用，动用程度明显较高渗层差。

物理模拟实验周期长，难于展开大量系统的研究，为此需结合数值模拟的方法进行进一步研究。通过大量的模拟计算，统计得到不同物性气藏合采时累计产气量贡献率与储层渗透率级差的关系，如图3所示。第2层渗透率K2为0.1×10-3μm2不变时，随着第1层渗透率K1的增大，第2层的产气贡献率逐渐减小，第1层产气贡献率逐渐增大，曲线以等值渗透率点为交点形成“剪刀形”，渗透率级差越大，层间产气量贡献率差异越大。

图3 不同物性气层合采时累计产气量贡献率

比较相同参数下数模与物理模拟实验得到的结果(图2对应于图3中K1/K2=2.5情形)，可见2者模拟结果虽然数值上不完全相同，但在总体趋势上具有一致性，表明利用数值模拟方法进行多层合采气藏储量动用特征研究是合理、可行的。

以稳产期层间累计产气量贡献率为依据，进行如下界定：

(1) 储量动用较均衡。分层累计产气量贡献率比值小于3∶2(图3中区域Ⅰ)，此时层储量动用均衡，合采效果较好。

(2) 储量动用欠均衡。分层累计产气量贡献率比值大于3∶2而小于3∶1(图3中区域Ⅱ)，此时储量动用欠均衡，合采效果一般。

(3) 储量动用不均衡。分层累计产气量贡献率比值大于3∶1(图3中区域Ⅲ)，此时储量动用非常不均衡，合采效果较差。

这里对贡献率比值范围的划定只是一种研究方法的探索，具体应用中比值范围可以根据实际情况如气井废弃产气量、开发成本等因素灵活取值。

2.2 压力系统差异对储量动用的影响

合采气井由于隔层的封隔作用，不同产层属于不同的压力系统。合采层间压力差异虽然不可能像渗透率比值那么大，但其分层产气量贡献和储量动用均衡性的影响仍然不可忽略。为了研究地层压力差异对合采气藏储量动用的影响程度，进行如下模拟：设置无串流双层地层渗透率均为0.1×10-3μm2，固定第1层原始地层压力p1为20 MPa不变，改变第2层地层压力p2，模拟不同压力倍比条件下的气层合采。通过模拟，统计得到产气量贡献率与压力倍比关系曲线如图4所示。

图4 相同渗透率不同压差气层合采时产气贡献率

对比发现，渗透率相同时，高低压气层进行合采，稳产期内高压气层对低压气层具有抑制作用，其产气量贡献率总是大于低压气层。曲线以等压力比值点为交点形成“剪刀形”，2层间压力差异越大，产气贡献率的剪刀差也越大。采用上文的界定条件，对于渗透率相同而压力系统存在差异的气层合采时，储量动用界定条件为：当p1/p2介于0.8～1.2之间时，层间储量动用均衡(图4区域Ⅰ)；p1/p2差异较大，达到0.7或1.3时，层间储量动用也属于欠均衡(图4区域Ⅱ)，仍可以合采。

2.3 层间非均质性和压力差异正交分析

考虑合采层同时存在渗透率和压力差异，用正交方法对渗透率和压力引起的产气量差异进行分析。

设置第1层渗透率K1为0.10×10-3μm2，第2层渗透率分别为0.04×10-3、0.02×10-3μm2，使得K1/K2分别为2.5、5.0，研究不同渗透率比值时压力差异对分层产气量贡献和储量动用的影响。与上文相同，第1层原始地层压力p1为20 MPa不变，改变第2层地层压力p2，模拟得到的不同压力倍比下各气层产气量贡献率，如图5所示。比较图4、5可知，随着渗透率差异的增加，相同的压差条件下，层间贡献率的差异趋于增加。储量动用较均衡区域Ⅰ范围迅速减小，而储量动用不均衡区域Ⅲ

图5 不同渗透率和压差气层合采时产气贡献率

明显增加；当K1/K2=2.5时，p1/p2应控制在1.2以内才适合合采；当K1/K2=5.0时，p1/p2必须控制在0.9以内才适合合采。研究表明，高渗层具有低压力时，2小层均有各自的产气有利条件，此时高渗层对低渗层的抑制作用减小，层间干扰变小；高渗层具有高压力时，产气有利条件都集中于高渗层，此时高渗层对低渗层抑制作用加强，层间干扰变大。

3 气井分层储量动用判断图版

实际气藏中，储层渗透率和压力对气层储量动用的影响是相互作用的，正交方法分析研究表明，渗透率差异越大，气藏合采的压力条件要求越苛刻。根据上文对储量动用均衡性的界定方法可以确定不同渗透率比值条件下合采的压力界限。根据这一思路，进行大量的模拟计算和分析，得到气井储量动用均衡性判断图版，如图6所示。

由图6可知，当气藏储层之间的物性和压力参数比值位于曲线上方时，若进行合采，低产层将被严重抑制，储量难以有效动用，数据点离曲线越远，储量动用越不均衡；当气藏储层之间的物性和压力参数比值位于曲线下方，则储量动用较均衡，表明合采条件较优越。因此，在划分气藏合采层系时，应尽量优选物性和压力参数比值落在合采图版中曲线下方的气层进行合采。

图6 合采气井分层储量动用判断图版

4 实例分析

国内某气田纵向上由多个砂层组叠置而成，测井解释结果表明气田层间非均质性较强，各砂组内小层渗透率级差平均为5.7。同时气田含气层数多，顶部气层压力与底部气层压力差最多可达10 MPa，气田实际开发中，为避免压差过大引起的储量动用不均衡，采用了划分层系开发，使得纵向层间压差得到了一定的控制。选取3口井为例，阐述气井分层储量动用判断图版的应用方法。3口井目的层为4-1砂层组，射开小层数2～6层不等，井段跨度约为50 m，压力差异可以忽略。为研究的针对性，选取层厚基本一致，射开时间相同的小层进行分析，3口井的基本物性参数见表1。

表1 3口合采井小层物性参数和分层产气量

经过计算，3口实例井层间非均质性强弱不等，将3口井的参数投影到气井多层合采判断图版图7可以对其分层产气量贡献和储量动用情况进行初步判断。由图7可知，实例井1层间干扰不突出，可以合采；实例井2位于曲线上方，表明合采干扰较强，但数据点离曲线较接近，产气量贡献率比值应略大于3∶1；实例井3位于曲线上方，且数据点离曲线较远，表明其层间干扰突出，合采效果很差，储量动用极不均衡。