苏里格气田致密砂岩气藏效益开发含水饱和度上限

2022-05-25肖峰岳君李志超刘莉莉张吉范继武张涛

新疆石油地质 2022年3期

肖峰，岳君，李志超，刘莉莉，张吉，范继武，张涛

（中国石油长庆油田分公司a.勘探开发研究院；b.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，西安 710018）

致密砂岩储集层孔喉细小，结构复杂，成藏后通常具有较高的束缚水饱和度和一定的可动水饱和度[1-6]。研究表明，储集层物性对含水饱和度具有较强的控制作用。气井储集层产水与含水饱和度密切相关，气井产水，开采效益将较大幅度降低[7-16]。当储集层含水饱和度达到某一数值时，储集层失去开采价值[17-21]。前人依据气水两相相对渗透率曲线，实现了对产水气井产能、产量、最终累计采气量和采收率的定量评价[4]。本文基于此，对产水气井开采特征进行研究，以投入和产出的平衡点求取气井经济最低累计采气量，利用苏里格气田典型气井气水两相相对渗透率曲线确定储集层含水饱和度上限，在明确产水气井累计采气量和含水饱和度变化规律的基础上，以气井经济最低累计采气量为判识标准，将测井解释结论划分为气层、气水层和含气水层3 类，建立储集层定量解释标准，为含水储集层经济动用提供依据。

1 产水气井开采特征

随着苏里格气田开发范围扩大和气井生产时间延长，气井产水问题日益严重，主要表现为产量降低。气井产水后，其产能、累计采气量和采收率的表达式分别为[4]：

已知不产水气井累计采气量，依据对应的气水两相相对渗透率曲线，利用（4）式确定不同含水饱和度下气相相对渗透率与a的乘积，利用（2）式求得不同含水饱和度下气井累计采气量。

本文依据稳态方法获得气水两相相对渗透率，其接近苏里格气田中区平均值，束缚水饱和度为41.0%，等渗点含水饱和度为62.0%，束缚气饱和度为12.0%，得到储集层渗透率大于0.5 mD 时气水两相相对渗透率与含水饱和度的关系（图1a）。

苏里格气田中区不产水气井的累计采气量为2 350×104m3，气井累计采气量和采收率与含水饱和度的关系分别如图1b和图1c所示。含水饱和度小于束缚水饱和度时，气井累计采气量不变，随着含水饱和度增大，气井累计采气量减小。等渗点含水饱和度62.0%对应的气井累计采气量为960×104m3。

当含水饱和度小于束缚水饱和度时，气井不产水，累计采气量与采收率不变。反之气井产水，累计采气量与采收率随含水饱和度增大而下降。说明储集层含水饱和度越大，气井产水越多，气井累计采气量越少、采收率越低，开采效果越差。

2 气井经济最低累计采气量确定

从经济角度出发，气井在整个生命周期内，当累计采气量的销售价格超过气井的投资及生产期间产生的各种费用时，气井为效益开采[22-23]。因此，将投入和产出平衡点的累计采气量定义为气井的经济最低累计采气量。即效益开采气井累计采气量需大于气井经济最低累计采气量。

气井销售收益可表达为

当L=0 时，对应的累计采气量为气井经济最低累计采气量，即：

由此，可推导出气井经济最低累计采气量为

利用苏里格气田相关经济参数，获得不同投资条件下气井经济最低累计采气量与天然气销售价格的关系（图2）。

气井经济最低累计采气量受气价的影响最为显著。目前苏里格气田销售气价为1.252 元/m3，建井投资为800×104元/口、操作成本为0.140 元/m3，内部收益率达到10%时，苏里格气田气井经济最低累计采气量为1 260×104m3（图3），即最低累计采气量达到1 260×104m3时，为效益开采。

3 储集层含水饱和度上限

随着储集层含水饱和度增大，气井累计采气量不断减少，当储集层含水饱和度增大到某一数值时，气井累计采气量等于经济最低累计采气量[24-26]。选取苏里格气田典型气井，其含水饱和度定义为储集层含水饱和度上限。若储集层含水饱和度大于该上限，气井经济寿命周期内的累计采气量将小于经济最低累计采气量，则气井为无效益开采。

利用求得的经济最低累计采气量，得到对应的苏里格气田中区储集层含水饱和度上限为48.2%（图1b）。即对于苏里格气田中区储集层，气井建井投资为800×104元/口，含水饱和度大于48.2%时，气井由于产水将失去开采效益。同理，根据不同的气井经济最低累计采气量，便可得到不同的含水饱和度上限，且随着气井经济最低累计采气量的增大，所对应的储集层含水饱和度上限在减小（图4）。

因此，对应含水饱和度较大的储集层，降低气井经济最低累计采气量是必然的选择。

4 测井解释定量评价

目前，对含水储集层的测井解释基本处于定性阶段，常见的解释结论为气水层、含气层及含气水层。

在明确产水气井累计采气量变化规律的基础上，以气井经济最低累计采气量为判识标准，将测井解释结论划分为3类：气层、气水层和含气水层（图5）。

气层含水饱和度接近上限时，气井不产水或产水量很低；气水层含水饱和度小于上限时，气井气水同产，但气井在整个生命周期内的累计采气量大于气井经济最低累计采气量，即气井为效益开采；含气水层含水饱和度大于上限时，气井产水多，气井在整个生命周期内的累计采气量小于气井经济最低累计采气量，气井为无效益开采。

上文仅给出了含水储集层定量化解释的标准，但对于具体一定厚度的含水储集层如何量化解释仍未得到解决。为此还需厘清气井累计采气量的来源及影响参数，进而实现更精确的测井定量解释。

气井的累计采气量为

地质储量为

（11）式变形可以得到单储系数：

利用已知参数绘制不同储集层孔隙度条件下的单储系数图版（图6）。不同的储集层孔隙度及单储系数随储集层含水饱和度变化而不同，但共同的特征是随着储集层含水饱和度增大，单储系数降低。

通过测井解释可得到储集层孔隙度和含水饱和度，将苏里格气田中区平均地层压力、温度等相关参数代入（11）式，得到储集层在不同含水饱和度及孔隙度条件下的单储系数（图6）。

气井累计采气量为

结合（5）式得：

在苏里格气田，开发井网的合理密度为3 口/km2，单井控制面积为0.33 km2。在开发井网密度为3 口/km2的条件下，文献［5］得到无水储集层的采收率为50%。同样以气井经济最低累计采气量为标准，利用（14）式得到最小储集层厚度。若实际存在的储集层厚度小于最小储集层厚度，则气井无法获得经济最低累计采气量，测井解释时应将此储集层降一个级别解释。

此外，为了明确与气井产水量的关系，可建立含水饱和度与气井水气比的关系[4]：

利用（15）式，结合气水两相相对渗透率曲线，可得到含水饱和度与水气比的关系（图7）。

至此，可建立储集层测井定量解释的标准。本文提出的水气比量化指标，对含水饱和度具有一定的校正和补充，使储集层的测井解释结果更可靠。

（1）气层含水饱和度等于束缚水饱和度，束缚水饱和度对应的气井水气比保持在凝析水气比附近（苏里格气田凝析水气比为0.28 m3/104m3）。如果仅从储集层的含气性分析，测井解释为气层；但如果从气井经济最低累计采气量分析，还应该考虑气层厚度，当测井解释的气层厚度大于最小储集层厚度，单独开采该层才有效。

（2）气水层含水饱和度大于束缚水饱和度且小于上限，测井解释的气层厚度大于最小储集层厚度，气井的水气比介于束缚水饱和度与含水饱和度上限对应的气井水气比之间。若测井解释的气水层厚度小于最小储集层厚度，无法获得气井经济最低累计采气量，则此层解释为含气水层。

（3）含气水层含水饱和度大于上限，束缚水饱和度对应的气井水气比大于含水饱和度上限对应的气井水气比。若测井解释的含气水层厚度大到足以保证气井在整个生命周期内的累计采气量达到气井经济最低累计采气量，则此层解释为气水层。