产水致密气井动态储量评价新方法

2022-07-11徐兵祥陈岭白玉湖李彦尊董志强

科学技术与工程 2022年16期

徐兵祥，陈岭，白玉湖，李彦尊，董志强

(中海油研究总院有限责任公司，北京 100028)

动态储量计算是油气藏动态评价过程的关键，既可以计算控制储量，掌握未来的产量潜力，又可以用于评价储量动用程度和泄流范围，为后期井距调整提供依据。动态储量计算一般采用物质平衡方法[1]，根据累产量与地层压力变化关系进行预测，但由于现场地层压力测点少，后来逐渐又发展了流动物质平衡方法[2-3]，通过建立流压和累产量关系进行储量计算。此外，还有典型曲线分析方法，如Agarwal-Gardner[4]、 Blasingame[5]、 Fetkovich[6]的方法，这些方法均是基于单相流动模型导出的，对常规油气藏单相流动情况下具有一定适用性，但对于地层存在两相及多相流动情况，方法应用存在一定误差。针对产水气井，中外学者开展了大量研究，但主要针对产水为边底水来源的情况[7-9]。针对产水来源为层内水的情况，部分学者开展了相关研究，袁淋等[10]建立了产水气井单井控制储量计算的理论图版；田冷等[11]研究了有水气藏开发早期动态储量计算方法的适用性；窦祥骥[12]建立了产水气井动态反演方法。而对于常用的流动物质平衡方法鲜有研究，鉴于此，研究了产水气井不同水气比对致密气动态储量计算的影响，明确了现有物质平衡方法对于产水气井的适用性，建立产水气井物质平衡方法，为指导该类致密气井距评价及优化提供了科学依据。

1 现有动态储量计算方法适用分析

1.1 现有动态储量计算方法

目前常用的气井动态储量计算方法有物质平衡法、产量不稳定分析法和试井分析法，如表1所示，各方法适用条件有所差异，但方法基本原理类似，都是由物质平衡方程和气井渗流方程导出。这里主要应用物质平衡法和产量不稳定法进行分析，其中物质平衡法选用流动物质平衡方法(flowing material balance, FMB)，该方法需要参数较容易获取；产量不稳定法选择Blasingame[5]、Agarwal-Gardner[4]两种常用典型曲线分析模型。

表1 现有动态储量评价方法及适用性

1.2 产水气井应用误差分析

采用理论方法分析现有动态储量方法在产水致密气井中的适用性。为了规避系统误差的影响，首先论证现有方法在单相致密气井中的适应性。建立一个理想的致密气压裂直井模型，控制面积600 m×800 m，裂缝半长100 m，控制储量5 237.5×104m3；原始地层压力20 MPa，定井底流压8 MPa进行生产20年，获得生产动态数据如产气量、井底流压数据等。

分别采用FMB方法和RTA方法中的Blasingame[5]、Agarwal-Gardner[4]两种模型分析生成的生产动态数据，获得动态储量计算值如表2所示，从误差分析来看，FMB方法误差最小，仅为0.06%，Blasingame[5]、Agarwal-Gardner[4]两种方法误差分别为3.20%、3.32%，符合工程需要，也说明现有方法在单相致密气井是可行的。

表2 现有动态储量在单相致密气井中的应用论证

对于产水致密气井，对比了不同水气比(0.5、3.5、5.5、11 m3/104m3)情况下现有动态储量计算误差。不同水气比对特征曲线形态的影响如图1所示，可以看出，气水两相对特征曲线形态的影响可以忽略，这是因为层内气水两相流动时，气的流动能力远大于水，表现为以气为主导的流动方式。

图1 产水致密气井不同水气比对动态储量计算特征曲线的影响

不同水气比动态储量计算误差分析如图2所示，可以看出：随水气比增加，计算误差增大，显示出产水对致密气井的影响；FMB方法计算误差最小，Blasingame[5]方法次之，Agarwal-Gardner[4]方法误差最大；若水气比小于5，目前方法误差基本可以控制在5%以内，因此总体说来，水气比小于5 m3/104m3时，可以采用现有方法进行动态储量计算，水气比更大时，储量评价误差较大，需发展相应技术。

图2 不同水气比动态储量计算误差分析

2 产水致密气井流动物质平衡方法

2.1 考虑层内水的气井物质平衡方程

致密储层岩石压缩系数相对于流体来说可以忽略，根据物质平衡原理，气水方程如下。

(1)气体方程。

(1)

(2)水方程(层内水)。

(2)

式中：G为气的控制储量，104m3；Gp为累产气量，104m3；Bgi、Bg分别为气体在原始条件和某时刻下的体积系数，m3/m3；Bw为水的体积系数，m3/m3；Swi、Sw分别为原始含水饱和度和某时刻含水饱和度；Wp为累产水量, 104m3；V为总的孔隙体积，104m3。

由式(2)得

Sw=Swi-WpBw/GBgi(1-Swi)

(3)

将式(3)代入式(1)得

(4)

由式(4)得

(5)

式(5)中：pi、p分别为原始地层压力和某时刻下的地层压力，MPa；zi、z分别为对应pi、p时的压缩因子。

式(5)即为考虑层内水的气井物质平衡方程，已知气水产量、控制储量可求出平均地层压力，或已知各时间点的地层压力测量值和产量值，即可求取控制储量。

2.2 气水两相流动物质平衡方程

由于式(5)求取控制储量需要各时间点的地层压力测量值，要求进行关井测压，实际气田生产过程中难以获取，因此油藏工程师常运用流动模型建立流动物质平衡方程，运用易获取的油套压或井底流压值代替地层压力，从而获取控制储量。

由于含层内水致密气井开发过程中地层存在气水两相流动，且气体参数随压力变化较大，因此模型中压力采用拟压力函数，可表示为

(6)

式(6)中：ψ(p)为拟压力函数，MPa2；krg为气体相对渗透率，mD；μg为气体黏度，mPa·s；下标i表示原始条件。

拟压力可表示为

(7)

由气体产能拟稳态方程，不考虑高速非达西效应，拟压力与产气量可近似满足：

(8)

式(8)中：qg为日产气量，104m3/d；bpss为物性、表皮、控制面积等相关参数，MPa2/(104m3/d)。

将式(8)代入式(7)得

(9)

将式(9)改写为

(10)

2.3 动态储量求解流程

根据式(10)可运用产水致密气井生产动态数据，来计算获取控制储量G值，需要计算拟压力及平均地层压力值等关键参数。求解流程如下。

步骤1假定G值。

步骤2根据生产数据，搜集各时间点累产气量和累产水量，根据式(5)求解各时间点平均地层压力p。

步骤3根据各时间点平均地层压力p值，计算平均含水饱和度值。首先根据实际产气、产水量计算krw/krg，水气比可以按照式(11)计算。

(11)

式(11)中：WGR为水气比，m3/104m3；qw为日产水量，m3/d；k为绝对渗透率，mD；krw为水相相对渗透率。则

(12)

根据相渗曲线，krw/krg与Sw为一单调关系式，因此，可以根据krw/krg值，求取Sw。

步骤4根据各时间点平均地层压力p、Sw值，可以计算对应的拟压力值。

步骤6将假设G值与计算G′值进行对比，若|G-G′|/G≤0.01，则计算G′为计算的动态储量；否则，重复步骤1～步骤6。

2.4 方法验证

采用理论模拟方法对新建立的动态储量计算方法进行验证。假定理想的致密气压裂直井模型，裂缝半长100 m，控制储量4 190×104m3；气层含水饱和度50%，气水相渗曲线如图3所示，原始地层压力20 MPa，定井底流压8 MPa进行生产20 年，模拟获得生产动态数据，如图4所示。

图3 气水相渗曲线

图4 模拟产气量及水气比动态数据

按照2.3节动态储量计算流程，先假设控制储量初值，求取相应参数，根据y-x直线段延长线求取储量参数，经过几次迭代，最终结果如图5所示，计算控制储量为4 250×104m3，相对误差为1.4%。而采用单相流动物质平衡方法求取储量相对误差为7.3%，说明两相流方法更能准确评价该类井动态储量。

图5 本文方法计算产水致密气井动态储量

3 致密气区块动态储量计算应用

鄂尔多斯盆地东缘临兴致密气区块气井普遍产水，水气比普遍在0.1～10 m3/104m3。挑选了6口生产时间较长的、数据较全的井进行动态储量计算，作为评价产能及井距的基础。

气井1#～5#投产首月水气比小于1 m3/104m3(具体数值现场未计量)， 6#投产首月水气比为5.5 m3/104m3。分别采用不考虑产水的传统FMB方法和所建立的考虑产水的FMB进行动态储量计算，结果如表3所示。

图6为传统方法和本文新方法之间差异对比，结合表3可以看出，当水气比小于1 m3/104m3时，两方法的相对差异小于5%，1#～5#井两种方法的相对差异在0.7%～4.9%；当水气比为5.5 m3/104m3时，即6#井两种方法的差异在11%。深入分析6#井，该井生产中后期产气量下降较快，测压后证实出现了井筒积液，而计算动态储量时，井底流压是没有考虑积液深度的，因此，该井动态储量计算值偏小，若是考虑积液深度，推断两种方法误差会更大。从不同水气比动态储量计算结果来看，新的FMB方法对于高水气比情况优势更明显，也更准确。在低水气比时，采用传统FMB方法更简便。