袁淋,李曉平 蘇廣樂(lè) (油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 (西南石油大學(xué)),四川 成都610500)
在水驅(qū)氣藏開(kāi)發(fā)過(guò)程中,動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量以及水侵量的計(jì)算是動(dòng)態(tài)分析中一項(xiàng)重要的內(nèi)容,目前大量的學(xué)者對(duì)氣藏動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量以及水侵量計(jì)算方法進(jìn)行了充分的研究[1~9],其中動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量計(jì)算方法主要包括產(chǎn)量不穩(wěn)定分析法、物質(zhì)平衡法、彈性二相法等,但利用以上方法計(jì)算水驅(qū)氣藏動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量時(shí)需知曉水侵量大小以及關(guān)井進(jìn)行地層壓力測(cè)試,且目前國(guó)內(nèi)外常用計(jì)算水侵量大小的方法 (Schilthuis穩(wěn)態(tài)模型[10]、Van Everdingen &Hurst非穩(wěn)態(tài)模型[11]以及Fetkovich擬穩(wěn)態(tài)模型[12])計(jì)算過(guò)程復(fù)雜,最終使得動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量的計(jì)算過(guò)程也變得煩瑣。筆者以氣水兩相滲流為基礎(chǔ),推導(dǎo)出了氣水兩相產(chǎn)能公式,結(jié)合相滲曲線(xiàn)以及目前生產(chǎn)動(dòng)態(tài)資料,通過(guò)計(jì)算得到目前地層壓力、含水飽和度以及氣體體積因數(shù),最終確定了水驅(qū)氣藏動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量以及水侵量的大小,避免了關(guān)井測(cè)試地層壓力的過(guò)程以及復(fù)雜的水侵量計(jì)算,為水驅(qū)氣藏合理有效的開(kāi)發(fā)提供了基礎(chǔ)。
在水驅(qū)氣藏中,水侵使得井筒周?chē)黧w的滲流由單相的氣體滲流轉(zhuǎn)變?yōu)闅馑畠上酀B流,氣、水兩相運(yùn)動(dòng)方程為:
式中:p為油藏中任一點(diǎn)的壓力,MPa;r為油藏中任一點(diǎn)距井筒的徑向距離,m;μg、μw分別為天然氣黏度和地層水黏度,mPa·s;K為氣層絕對(duì)滲透率,mD;Krg、Krw分別為氣相相對(duì)滲透率和水相相對(duì)滲透率,1;vg、vw分別為氣體滲流速度和地層水滲流速度,m/d;β為紊流系數(shù),m-1;ρg為天然氣密度,g/cm3。
將式 (1)中氣、水兩相運(yùn)動(dòng)方程相加并分離變量積分得到:
式中:pR為目前地層壓力,MPa;pwf為井底流壓,MPa;ρw為地層水密度,g/cm3;mw為水相質(zhì)量,g;mg為氣相質(zhì)量,g;h為氣層厚度,m;Re為泄氣半徑,m;Rw為井筒半徑,m。
定義氣水兩相擬壓力為:
將式 (3)代入式 (2)中得:
式中:Rwg為水氣質(zhì)量比,g/g;γg為天然氣相對(duì)密度,1;qgsc為地面產(chǎn)氣量,m3/d。
將式 (4)變形得:
由于Krg、μg均為pR的函數(shù),式 (5)等號(hào)左端即為pR的函數(shù),為未知項(xiàng),而式 (5)等號(hào)右端均為已知項(xiàng),因此式 (5)即為一個(gè)關(guān)于pR的方程,求解該方程即可得到pR的值。
根據(jù)氣水兩相相對(duì)滲透率關(guān)系:
將式 (6)代入式 (5),兩邊同時(shí)對(duì)pR求導(dǎo),得:
式中,μg和ρg可采用文獻(xiàn) [13]提出的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得到。
式 (7)中各個(gè)變量均為pR的函數(shù),欲求pR的值,須將相滲資料以及流體資料與壓力結(jié)合起來(lái)。具體步驟如下:
1)利用已知試驗(yàn)數(shù)據(jù)作氣水兩相相對(duì)滲透率曲線(xiàn),得到Krg、Krw與Sw的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。
2)利用相滲資料,計(jì)算Krg/Krw,建立其與Sw的對(duì)應(yīng)關(guān)系,同時(shí)根據(jù)式 (6)以及氣體物性參數(shù)計(jì)算Krg/Krw與壓力p的對(duì)應(yīng)關(guān)系,因此可以得到Sw與壓力p對(duì)應(yīng)關(guān)系,作圖擬合得到兩者關(guān)系式。
3)根據(jù)步驟1)所得Krg與Sw的對(duì)應(yīng)關(guān)系,以及步驟2)確立的Sw與p的關(guān)系,即可得到Krg與壓力p的關(guān)系式。
4)將以上三步所得關(guān)系式代入式 (7)中,求解方程即可得到pR的大小,進(jìn)一步可以求得目前含水飽和度Sw以及目前氣體體積因數(shù)Bg的大小。
水驅(qū)氣藏的物質(zhì)平衡方程式[14]為:
式中:G為動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量,m3;Bgi為原始地層壓力下的氣體體積因數(shù),1;Gp為目前累計(jì)產(chǎn)氣量,m3;Bg為氣體體積因數(shù),1;Cw為地層水壓縮系數(shù),MPa-1;Swi為束縛水飽和度,%;Cf為巖石壓縮系數(shù),MPa-1;Δp為目前生產(chǎn)壓差,MPa;We為氣藏水侵量,m3;Wp為目前累計(jì)產(chǎn)水量,m3;Bw為地層水體積因數(shù),1。
水侵量的計(jì)算公式為:
聯(lián)立式 (8)與式 (9)得:
將實(shí)際生產(chǎn)資料、所求的目前含水飽和度Sw以及體積因數(shù)Bg代入式 (13)即可求得水驅(qū)氣藏的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量G,根據(jù)式 (9)進(jìn)一步確定水侵量的大小。
現(xiàn)存在由一單井控制的水驅(qū)氣藏,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)不穩(wěn)定試井、巖心分析以及目前的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)獲得了單井以及該氣藏的基本參數(shù)如下:井筒半徑Rw=0.1m,氣層厚度h=44.4m,氣層溫度T=440.8K,氣體相對(duì)密度γg=0.6972,氣藏泄氣半徑Re=967m,地層滲透率 K=5.72mD,原始地層壓力pi=42.14MPa,井底流壓pwf=13.16MPa,目前產(chǎn)氣量qgsc=4.06×104m3/d,產(chǎn)水量qw=16.26m3/d,氣體偏差因子Z=0.9,氣體原始體積因數(shù)Bgi=0.004,地層水體積因數(shù)Bw=0.9909,地層水壓縮系數(shù)Cw=0.000641MPa-1,巖石壓縮系數(shù)Cf=0.000946MPa-1,目前累計(jì)產(chǎn)氣量Gp=3.5461×108m3,目前累計(jì)產(chǎn)水量Wp=2.7558×104m3,束縛水飽和度Swi=0.21,同時(shí)測(cè)得氣水兩相相對(duì)滲透率曲線(xiàn)如圖1所示。
圖1 氣水兩相相對(duì)滲透率曲線(xiàn)
圖2 氣體黏度μg與壓力p的關(guān)系曲線(xiàn)
根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)資料以及各個(gè)參數(shù),作出氣體黏度μg與壓力p的關(guān)系曲線(xiàn) (圖2),擬合得到關(guān)系式。根據(jù)式 (6)以及氣水兩相相滲曲線(xiàn),計(jì)算出Krg、Sw與p的對(duì)應(yīng)關(guān)系,作出其關(guān)系曲線(xiàn)(圖3、4)。雖然Krg、Sw在p<5MPa時(shí)變化較大,但是當(dāng)p≥10MPa時(shí),Krg、Sw隨p呈線(xiàn)性變化,且根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)資料,目前井底流壓為13.16MPa,原始地層壓力為42.14MPa,那么目前地層壓力取值范圍應(yīng)在13.16~42.14MPa,因此目前地層壓力下,Sw、Krg隨p應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足圖3、4所示的線(xiàn)性變化。
將圖2~4擬合的關(guān)系式代入式 (7)中,求解該微分方程得到pR=18.09MPa,Bg=7.65×10-3,利用圖4擬合公式計(jì)算以及查取相滲曲線(xiàn)均可得到Sw=0.726,Krg=0.0912。
將目前地層壓力、體積因數(shù)以及含水飽和度計(jì)算結(jié)果代入式 (9)、(10)得到該水驅(qū)氣藏的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量G=4.64×108m3,目前水侵量We=9.85×105m3。同時(shí)利用AIF法、二元回歸法、三元回歸法以及壓降法確定的該氣藏動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量G=5.04×108m3,目前水侵量We=10.68×105m3。文中公式與以上方法計(jì)算的G絕對(duì)誤差與相對(duì)誤差分別為0.4×108m3,7.94%,We的絕對(duì)誤差與相對(duì)誤差分別為0.83×105m3,7.77%,動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量與水侵量的絕對(duì)誤差與相對(duì)誤差均較小,因此利用文中公式計(jì)算水驅(qū)氣藏動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量以及水侵量結(jié)果精確,且能避免復(fù)雜的地層壓力測(cè)試以及煩瑣的水侵量計(jì)算,實(shí)用性更強(qiáng)。
圖3 含水飽和度Sw與壓力p的關(guān)系曲線(xiàn)
圖4 氣相相對(duì)滲透率Krg與壓力p的關(guān)系曲線(xiàn)
1)在水驅(qū)氣藏開(kāi)發(fā)過(guò)程中,隨著地層壓力的下降,水體將不斷地入侵,使得氣相滲透率大大減小,增大了氣體流動(dòng)的阻力,進(jìn)而使得氣井產(chǎn)能?chē)?yán)重降低。該文實(shí)例中地層壓力由42.14MPa下降到目前的18.09MPa,含水飽和度由0.21上升到0.726,氣相相對(duì)滲透率由1下降到0.0912,這更加充分說(shuō)明了水侵對(duì)水驅(qū)氣藏產(chǎn)能的影響。
2)將該文公式計(jì)算的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量以及水侵量與其他幾種常用方法計(jì)算結(jié)果相對(duì)比,絕對(duì)誤差與相對(duì)誤差較小,因此該文公式實(shí)用性較強(qiáng)。
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