火山岩气藏驱动类型特征新认识

毕晓明

(中国石油大庆油田有限责任公司 勘探开发研究院，黑龙江 大庆 163712)

1 研究背景

徐深气田火山岩气藏是大庆气区产量的主要支撑，正确地认识气藏的驱动类型，不但是气田开发调整、提高采收率的前提，也是气井合理配产、动态储量评价以及确定气藏合理采气速度和增储挖潜的基础。气藏的驱动类型反应了天然气由储层流到井底的主要能量形式[1-4]，根据气藏压力和储气孔隙体积的变化，气藏的驱动类型主要分为弹性气驱和弹性水驱，极少数为刚性水驱。弹性气驱气藏驱气的动力是依靠气体自身的膨胀，这一过程中储气的孔隙体积一般是不变的，称为定容封闭弹性气驱气藏；开发中如果地层水侵入了储气孔隙体积，称为弹性水驱气藏，由于地层水的侵入使得地层压力保持在原始压力水平，称为刚性水驱气藏。徐深气田火山岩气藏各个区块间、同个区块内的气井间，因储渗结构、水体能量及气水接触关系的不同，弹性气驱与弹性水驱共存[5-8]。

李士伦[1]总结了3种典型气藏的驱动类型识别方法:视地层压力法、水侵体积系数法、视地质储量法。在常规气藏开发中， 应用上述3种方法可以清晰地识别弹性气驱和弹性水驱气藏。在徐深气田火山岩气藏驱动类型识别中，发现了不同于常规气藏的新问题:一是在3种方法中，火山岩弹性气驱气藏不符合常规弹性气驱气藏的曲线变化形态；二是在视地层压力法和视地质储量法中，火山岩弹性气驱和水驱气藏的曲线变化形态相近，易造成混淆。依据气藏物质平衡理论，在3种典型的气藏驱动类型识别方法中，对比火山岩气藏与常规气藏的曲线特征，阐述了造成上述差异的根本原因是火山岩弹性气驱气藏的井控动态储量开发中有个逐步增加的过程[9-11]，导致其驱动类型特征曲线不同于常规的定容封闭气藏。同时结合气藏开发实践，通过2两种驱动类型气井地质和动态规律的总结，提出了4种经验方法，是徐深气田火山岩气藏驱动类型识别方法的重要补充。

2 驱动类型识别典型方法

选取弹性水驱和弹性气驱两口典型井开展驱动类型识别典型方法分析。天然气相对密度0.59，储层温度138 ℃，气井开采数据及物性参数见表1。

表1 不同驱动类型气井开采数据及物性参数

2.1 视地层压力

依据气藏物质平衡理论，不考虑束缚水和岩石颗粒的弹性膨胀，弹性水驱气藏计算见式(1)[1-4，12，13]:

(1)

常规定容封闭弹性气驱气藏的计算方法见式(2)[1-4，12，13]:

(2)

火山岩弹性水驱气藏由于地层水侵入储气孔隙，导致地层压力下降减缓，在地层水侵入储气孔隙过程中，视地层压力与累积采气量间显示为向上偏转曲线，如图1所示。

图1 视地层压力与累采气曲线

在视地层压力与累积采气图中，火山岩气藏弹性气驱和水驱曲线都向上偏移，二者的主要差别是:弹性气驱曲线偏移后出现直线段，直线段延长线与横轴的交点等于井控动态储量；弹性水驱曲线偏移前，直线段延长线与横轴的交点等于井控动态储量。

2.2 水侵体积系数

通过式(1)整理，可以得到式(3)[1-4，12，13]:

(3)

火山岩弹性水驱气藏因地层水侵入储气孔隙影响ω<1，相对压力系数与采出程度关系曲线位于斜率-1线以上。

当式(3)中ω项为0，在直角坐标系中，可体现为相对压力系数φ与井控动态储量采出程度RD之间那条斜率为-1的直线，如图2所示。

图2 水侵体积系数图

火山岩弹性气驱气藏开发过程中，井控动态储量有个逐步增加的过程[9-11]，在动态储量增加期间，若采用已经增加后的储量为分母计算采出程度，则相对压力系数与井控动态储量采出程度的关系曲线位于斜率-1线以下(相同相对压力系数对应的采出程度小于斜率-1线)。随着井控动态储量逐步增加到趋于恒定，曲线逐步接近斜率-1线，直至与斜率-1线重合。同样把“井控动态储量G逐步增加”这一过程，看作是由无数个点组成的，任意一个点瞬时满足定容封闭的条件，若以瞬时储量为分母计算采出程度，则相对压力系数与采出程度的点位于斜率-1线。

2.3 视地质储量

视地质储量表达式见式(4)[1-4，12，13]:

(4)

在直角坐标系中建立累积采气量与视地质储量关系曲线，如图3所示。

图3 视地质储量图

弹性水驱气藏发生水侵后，随着累积采气量的逐步增加，视地质储量逐步增加，呈现为向上偏离水平直线段的曲线，火山岩弹性水驱气藏符合此变化规律。

从图3可以看出，火山岩弹性气驱和水驱曲线主要区别在于，弹性水驱曲线回归后与纵坐标轴交点代表井控动态储量(图3中虚线①)，弹性气驱曲线回归后与纵坐标轴交点代表气井主流区储量(图3中虚线②)[9-10]，这与毕晓明在《徐深气田火山岩气藏井控动态储量特征》一文中提到的主流区储量结果是一致的。弹性气驱气井随累采气增加视地质储量值逐渐平稳代表气井最终的井控动态储量(图3中虚线③)。

3 驱动类型识别经验方法

通过对徐深气田火山岩气藏100多口井的动态分析、统计对比，发现2种驱动类型气井在地质特征、动态特征、单位产量视压降、单位压降产量等有明显的差异。驱动类型识别经验曲线如图4所示。

图4 驱动类型识别经验曲线

3.1 地质特征法

气藏的驱动方式也是气藏能量类型的反映，能量的传递与储层结构特征具有相关性。徐深气田火山岩气藏由不同规模的火山体连片叠置组成，各个火山体内多呈上气下水的气水分布形态，但各个火山体间一般没有统一的气水界面。各火山体内储层中各类孔渗不同程度发育[14-21]，储层中既有致密孔渗(渗透率≤0.1 mD，孔隙度≤4%)、低孔渗体(渗透率<1.0 mD，孔隙度<8%)，又存在高孔渗体(渗透率≥1.0 mD，孔隙度≥8%)和天然裂缝。低孔渗-致密孔渗连续发育区域内，因储层物性差，水体能量传递受到阻隔，气藏驱动方式主要为弹性气驱；气水层直接接触的高孔渗连续发育区域或局部高孔渗连续发育区域，水体能量强，压力传导快，驱动方式为弹性水驱。

3.2 动态特征法

由于火山岩中不同驱动类型气藏储层储渗结构的差异，致使地层能量的传递呈现“迅速”或“滞后”特点，使得气井具有不同的开采动态特征，因此可以将气井开采动态特征作为判断驱动类型的一种必要条件。水驱型气藏高孔渗连续发育，储层物性好，压力传导快，受到地层水能量补充影响，气井开井中，油压下降比较缓慢，关井后油压可迅速恢复到稳定(图4a)。弹性气驱气井周围储层低渗-致密孔渗连续发育，物性差，存在启动压力梯度，压力传导受阻，供给缓慢，一般开井油压以较快速度持续下降到一定范围才逐步减缓(或在较低的产量下缓慢下降)，关井后由于周围气体缓慢向井底补给，油压处于缓慢恢复中，不易达到稳定。

3.3 单位产量视地层压力降

由式(2)整理得到:

(5)

动态储量G恒定时，式(5)左侧为定容封闭弹性气驱气藏单位产气量下总的视地层压力下降值，等于式(2)直线的斜率绝对值，也就是常规定容封闭弹性气驱气藏单位产气量下总的视地层压力下降值是恒定的。

火山岩弹性气驱气藏在开发中，井控动态储量逐步增加，单位产气量下总视地层压力下降值逐渐降低，直到动态储量不再增加，总视地层压力下降值达到衡定。图1中弹性气驱曲线与纵坐标轴交点和曲线上任意点连线斜率的绝对值随累采气增加而变小，在累采气大于2.0×108m3时，斜率的绝对值趋于恒定。

3.4 单位总地层压降采气量

式(5)的倒数可以得到式(6):

(6)

进一步整理得到式(7):

(7)

式(6)看出，对于定容封闭弹性气驱气藏，随着产出气量的增加，单位总的视地层压力降下的累采气量恒定。

4 结论

1)在徐深气田火山岩气藏开发中，应用视地层压力、水侵体积系数、视地质储量等3种典型方法识别气藏驱动类型，出现了新的问题:第一，火山岩弹性水驱气藏曲线变化形态与常规水驱气藏相一致；弹性气驱气藏因为开发中井控动态储量逐步增加，特征曲线完全不同于常规定容气藏；第二，视地层压力和视地质储量法中，火山岩弹性气驱和水驱气藏曲线变化趋势相近，增加了识别难度。

2)在视地层压力法中，火山岩弹性气驱曲线偏转再次出现直线段后，直线段延长线与横轴的交点代表井控动态储量；在视地质储量法中，弹性气驱气藏的视地质储量值向上偏移，逐渐平稳代表气井最终的井控动态储量。在水侵体积系数法中，弹性气驱气藏相对压力系数曲线由斜率-1线以下，逐步接近斜率-1线，直至与斜率-1线重合。