利用测井资料预测致密气井产水量新方法

2016-05-07冯强汉陈玉林赵莉魏克颖白玉奇

测井技术 2016年3期

冯强汉, 陈玉林, 赵莉, 魏克颖, 白玉奇

(1.中国石油长庆油田分公司第三采气厂, 内蒙古乌审旗 017300; 2.中国石油集团测井有限公司, 陕西西安 710077)

0 引言

苏里格西区位于鄂尔多斯盆地苏里格气田西部,属于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡构造单元,勘探开发面积约1.3×104km2,主要含气目的层为山西组山1段和石盒子组盒8段三角洲沉积砂岩储层[1],属于低孔隙度、低渗透率、低丰度、低产量、大面积展布的岩性气藏[2]。

苏里格气田不同程度出现产水,共排查产水气井1 244口,比例占投产气井的18.3%,其中,苏里格西区出水最为严重,达到36.3%,给勘探开发来很大困难。大量研究[3-4]都采用渗流理论,将地层视为等厚、均质地层,从理想渗流角度进行出水量预测。模型中参与计算的参数多,应用繁琐、费时。本文通过对苏里格西区气井产水类型分析,结合岩石物理实验资料,建立了地层水测井计算模型,形成一种利用测井资料定量计算地层水方法,实现了气井产水量预测。该方法简单有效,易于操作,对致密气井开发具有现实指导意义。

1 地层水产出类型及计算

苏里格西区上古生界山西组山1段和石盒子组盒8段地层产水主要受烃源岩发育程度、构造特征和储层非均质性的影响,平面分布较为分散,纵向气、水关系复杂,没有统一的气、水界面,出水量有大有小[5]。苏里格西区地层水总矿化度集中在29.12～68.30 g/L,平均为48.37 g/L,属于高矿化度水。其中阴离子含量最高为Cl-,平均为37 g/L;阳离子含量最高的为Ca2+,平均为13.37 g/L。综合分析认为苏里格气田西区地层水上古生界山西组山1段和石盒子组盒8段地层水化学类型为CaCl2型[6]。

研究认为苏里格气田西区地层水产状主要有凝析水、自由水和毛细管水3种类型[2]。凝析水是指在气井生产过程中由于温度和压力的降低,从天然气中带出的水;自由水是指在储层孔隙中可以自由流动或在重力作用下可以流动的水,含有自由水的气井一般会气、水同出;毛细管水是指发育在储层微细孔喉中的水,在重力作用下不会流动,但压裂改造时,由于地层压力增大,部分毛细管水开始流动,最终导致出水。

在综合苏里格西区地层水产状、宏观分布规律的基础上,综合运用苏西气藏特征和岩石物理实验资料建立苏里格西区地层水的定量计算模型。结合测井资料实现3种地层水的定量计算,为气井产水预测提供可靠参数。

1.1 凝析水的计算

对于气田开发,凝析水是不可避免的。Khaled认为非酸性天然气含水量与温度T成正比,与压力p成反比[7]。苏里格气田西区气藏平均中部深度为3 612 m,平均中部压力为32.23 MPa,平均中部温度为115 ℃,主要产出天然气为非酸性天然气。据此,选择Khaled公式[7]进行凝析水含量WH2O计算,其适用范围为,温度37.78～171.11 ℃,压力1.38～69.0 MPa。

(1)

式中,系数αi、bi(i=1,2,…,5)的值见表1。

表1 公式(1)中的系数值表

通过计算,苏里格西区凝析水含量分布在(0.065～0.102)m3/104m3之间,平均0.077m3/104m3。苏里格西区平均水气比为3.88m3/104m3,远大于凝析水气比,因此,凝析水可以忽略不计,说明气井产出水除了凝析水还有自由水和毛细管水。

1.2 自由水的计算

利用毛细管压力曲线和相渗曲线对自由水和毛细管水进行理论解释,自由水定义为气水两相流动状态下随着气相产出的水;毛细管水则是在生产过程中能够克服足够大的毛细管力而带出的水。自由水开始流动时含水饱和度为临界含水饱和度[8]。根据自由水饱和度计算原理,要计算自由水饱和度Sw自由,首先要确定地层含水饱和度Sw,其次要确定临界含水饱和度Sw1,二者之差即为自由水饱和度。自由水饱和度为Sw自由=Sw-Sw1。

确定地层含水饱和度Sw。运用研究区4口密闭取心井297块岩心资料建立了孔隙度φ与含水饱和度关系模型[见式(2)],相关系数R=0.81,可见孔隙度和含水饱和度关系较好(见图1)。可以利用孔隙度确定地层含水饱和度。

Sw=130.6×φ-0.593R=0.81

(2)

图1 孔隙度和含水饱和度关系图

确定临界含水饱和度Sw1。根据研究区4口密闭取心井20块岩心的相渗实验资料建立了孔隙度与临界含水饱和度的关系[见式(3)],相关系数R=0.8195,可见孔隙度和临界含水饱和度关系密切,能够满足实际需要(见图2)。采用孔隙度和临界含水饱和度拟合公式计算临界含水饱和度

Sw1=107.57×φ-0.507R=0.8195

(3)

基于上述计算模型,可以利用测井资料逐点计算地层条件下2种水的饱和度,实现利用测井资料定量计算自由水饱和度。对苏里格西区64口井进行测井解释,统计发现苏里格西区自由水主要分布在0～3.65%,主峰在0～0.5%,平均0.97%。总体上,苏里格西区储层自由水含量不高。

图2 孔隙度和临界含水饱和度关系图

1.3 毛细管水的计算

毛细管水发育在低孔隙度、低渗透率且非均质性较强储层的微细孔喉中,因天然气充注时驱替地层水不彻底而残留在微细孔喉中,在重力作用下不能自由移动,但压裂改造时由于地层压力增大,部分毛细管水开始流动,最终导致出水[2]。据此,临界含水饱和度Sw1与试气压差对应水饱和度Sw2之差就是毛细管水饱和度Sw毛细。根据王蕾蕾等确定地层条件下毛细管压力曲线的方法[9],将压汞曲线转化为气藏条件下气水毛细管力pwg与含水饱和度Sw关系数据,经过归一化处理得到苏里格西区地层条件下平均压汞曲线(见图3)。统计发现,苏里格西区试气压差平均为13.7 MPa,即当克服平均试气压差,平均含水饱和度Sw2为30%。

图3 归一化后的气水毛细管力与含水饱和度的关系曲线

计算储层的毛细管水饱和度Sw毛细=Sw1-Sw2。同理,基于该计算模型,利用测井资料定量计算毛细管水饱和度对苏里格西区64口井进行测井解释,统计发现苏里格西区毛细管水主要分布在0.96%～21%,主峰在6%～9%,平均9%。可见毛细管水是地层出水的主要组成部分。

2 致密气井储层产水量预测

2.1 孔隙度计算模型

计算储层的自由水和毛细管水饱和度,最终确定储层的孔隙度。采用岩心实验孔隙度和声波时差建立关系,建立孔隙度的测井解释模型。对苏里格西区23口取心井的岩心分析数据进行归位,提取对应测井值,采用统计方法,建立苏西岩心分析孔隙度与测井声波的解释模型(见图4),其模型表达式为

φ=0.162AC-28.28R=0.87

(4)

图4 苏里格西区砂岩储层孔隙度与声波时差关系

图5 试气产水量和计算产水量关系图

2.2 产水量预测

统计发现气井产水量主要受储层孔隙度、射孔段厚度、试气压差、自由水含量和毛细管水含量等影响。据此,采用多元回归法建立苏里格西区42口产水井产水量和上述影响因素的关系(见图5),其相关系数R=0.79,多元回归公式

Q=1.79Sw自由+0.097p压差+0.268H+

1.44φ+0.06Sw毛细-10.34R=0.79

(5)

式中,Q为试气产水量;Sw自由为自由水饱和度;p压差为试气压差;H为射孔段厚度;φ为孔隙度;Sw毛细为毛细管水饱和度。式(5)能够对苏里格西区气井储层产水量进行预测。

2.3 应用实例

苏47-X-56井射孔层段分别为3 759.0～3 761.0 m、3 776.0～3 779.0 m、3 840.0～3 844.0 m、3 860.0

～3 862.0 m、3 922.0～3 924.0 m;试气产气22.4×104m3/d;产水9.6 m3/d。该段试气压差3.65 MPa,射孔段厚度13 m,测井计算孔隙度11.1%,自由水饱和度0.7%,毛细管水饱和度7.8%(见图6),应用产水量预测公式综合预测该井产水量为9.49 m3/d,预测结果和生产实际吻合较好。