康博韜，張迎春，陳國(guó)寧，李晨曦，姜 彬，鄒婧蕓

（1.海洋石油高效開發(fā)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100028；2.中海油研究總院，北京 100028）

凝析氣藏其油氣體系的相態(tài)變化與其組成、壓力和溫度等熱動(dòng)力學(xué)條件有關(guān)，并且隨時(shí)隨地會(huì)發(fā)生變化。目前相當(dāng)部分的凝析氣藏含油量偏低，為保證經(jīng)濟(jì)效益，此類油藏大多都采取衰竭式開發(fā)。凝析氣藏衰竭式開發(fā)過程中，當(dāng)壓力低于露點(diǎn)壓力后，流體將會(huì)發(fā)生復(fù)雜的反凝析相態(tài)變化，形成氣、凝析油兩相狀態(tài)[1-3]。凝析油不僅自身難以流動(dòng)，而且還堵塞了中、小孔喉和角隅，尤其是在近井附近導(dǎo)致氣相相對(duì)滲透率也大幅降低，當(dāng)壓力衰竭至露點(diǎn)壓力以下后，析出凝析油，發(fā)生油、氣、水三相滲流，會(huì)顯著增大滲流阻力，導(dǎo)致壓降漏斗十分陡峭，近井區(qū)存在明顯的非平衡相變效應(yīng)，因此，凝析氣藏在衰竭開發(fā)過程中的地層壓力變化更為復(fù)雜，同時(shí)，生產(chǎn)資料顯示隨著地層壓力的下降氣井的生產(chǎn)能力也將大幅降低，開發(fā)后期階段氣田整體的采收率、穩(wěn)產(chǎn)及提產(chǎn)能力都存在很大的風(fēng)險(xiǎn)和不確定性。凝析氣藏的高峰產(chǎn)量、穩(wěn)產(chǎn)年限、提產(chǎn)能力等關(guān)鍵指標(biāo)往往同時(shí)受到地下能力和下游市場(chǎng)的雙重限制[4-6]，而目前氣田現(xiàn)場(chǎng)大多側(cè)重于考慮市場(chǎng)需求的限制而忽略了地下能力的變化，評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際情況存在一定偏差，導(dǎo)致凝氣氣藏在開發(fā)方案設(shè)計(jì)時(shí)生產(chǎn)井?dāng)?shù)、投產(chǎn)計(jì)劃、地面管線、裝置規(guī)模、配套工藝以及銷售合同等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的確定均存在較大的不確定性，開發(fā)決策存在一定風(fēng)險(xiǎn)。因此，開發(fā)指標(biāo)的評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)工作需要同時(shí)兼顧下游市場(chǎng)需求和地層壓力下降組分變化帶來的影響。

針對(duì)上述問題本文在調(diào)研大量凝析氣藏生產(chǎn)動(dòng)態(tài)規(guī)律的基礎(chǔ)上，結(jié)合物質(zhì)平衡理論考慮組分變化形成封閉性凝析氣藏衰竭開發(fā)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的規(guī)律性認(rèn)識(shí)，兼顧地下能力與市場(chǎng)需求兩個(gè)方面的約束，建立一種全新的封閉性凝析氣藏衰竭開發(fā)指標(biāo)量化評(píng)價(jià)方法，可以更加合理準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)此類氣藏的開發(fā)指標(biāo)情況，更好地為后續(xù)的生產(chǎn)決策提供依據(jù)，以實(shí)現(xiàn)科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、有效開發(fā)。

1 地層壓力變化規(guī)律

凝析氣藏衰竭式開發(fā)過程中，當(dāng)壓力低于露點(diǎn)壓力后，流體將會(huì)發(fā)生復(fù)雜的反凝析相態(tài)變化，形成氣、凝析油兩相狀態(tài)。設(shè)某凝析氣藏原始地層壓力為Pi，動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量為G，某時(shí)刻地層壓力為P，累計(jì)采出井流物為Gwp，根據(jù)封閉性凝析氣藏物質(zhì)平衡方程有[7-9]:

式中:P、Pi-目前、原始地層壓力，MPa；Zi、Zw-氣藏流體原始狀態(tài)時(shí)偏差系數(shù)、氣藏井流物瞬時(shí)偏差系數(shù)，無量綱；SL-氣藏反凝析液體量，小數(shù)；R-通常氣體常數(shù)，0.008 31（MPa·m3）/（kg·mol·k）；ρL-氣藏反凝析液體密度，kg/m3；T-氣藏溫度，K；ML-瞬時(shí)反凝析液體相對(duì)分子質(zhì)量；G-動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量（包括氣和凝析油），108m3；Gwp-累計(jì)產(chǎn)量（包括氣和凝析油），108m3。

當(dāng)Pi＞Pd時(shí)（Pd為凝析氣藏上露點(diǎn)壓力），SL=0。

則（1）式變形為:

式（2）表明:在衰竭開發(fā)過程中，在壓力下降到上露點(diǎn)壓力之前，封閉性凝析氣藏的視地層壓力（P/Zw）與累計(jì)產(chǎn)氣量（Gwp）之間呈線性關(guān)系，這與封閉性干氣氣藏完全相同。而當(dāng)壓力下降到上露點(diǎn)壓力之后，因存在反凝析現(xiàn)象，SL不等于零，封閉性凝析氣藏的視地層壓力（P/Zw）與累計(jì)產(chǎn)氣量（Gwp）之間不存在直線關(guān)系[10，11]。

對(duì)于封閉性凝析氣藏衰竭開發(fā)的初期階段（Pi＞Pd），該階段儲(chǔ)層中凝析油尚未析出，儲(chǔ)層中主要為氣、水兩相滲流，滲流阻力小，壓力呈穩(wěn)定線性變化，其變化規(guī)律與封閉性干氣氣藏一致，此時(shí)，可以利用壓降圖的外推法或線性回歸分析法確定其原始地質(zhì)儲(chǔ)量的大小，對(duì)應(yīng)于單井來講，就是確定其單井控制儲(chǔ)量。但是，對(duì)于封閉性凝析氣藏衰竭開發(fā)的中后期階段（Pi＜Pd），近井區(qū)凝析油析出，儲(chǔ)層中發(fā)生油、氣、水三相滲流，會(huì)顯著增大滲流阻力，導(dǎo)致壓降漏斗十分陡峭，近井區(qū)存在明顯的非平衡相變效應(yīng)。因此，按照傳統(tǒng)的方法進(jìn)行壓力線性外推所預(yù)測(cè)的采收率往往偏樂觀，誤差很大。

統(tǒng)計(jì)典型凝析氣藏實(shí)際生產(chǎn)動(dòng)態(tài)發(fā)現(xiàn)，在衰竭開發(fā)過程中，在壓力下降到上露點(diǎn)壓力之前，封閉性凝析氣藏的視地層壓力（P/Zw）與累計(jì)產(chǎn)氣量（Gwp）之間呈線性關(guān)系；而當(dāng)?shù)貙訅毫ο陆档缴下饵c(diǎn)壓力之后，因存在反凝析現(xiàn)象地層壓力整體呈加速遞減趨勢(shì)，通過對(duì)多個(gè)凝析氣藏典型井的測(cè)壓數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)貙訅毫ο陆档缴下饵c(diǎn)壓力之后，視地層壓力（P/Zw）隨累計(jì)產(chǎn)氣量（Gwp）的遞減率（Dp）基本呈線性增加。為了便于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，推薦采用二項(xiàng)式形式對(duì)地層壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，具體形式見式（3）。

式中:A、B、C 為模型參數(shù)，常數(shù)。

2 絕對(duì)無阻流量預(yù)測(cè)

氣井產(chǎn)能評(píng)價(jià)是氣藏動(dòng)態(tài)描述的核心問題。20 世紀(jì)20～50 年代，相繼建立了回壓試井、等時(shí)試井、修正等時(shí)試井及一點(diǎn)法等產(chǎn)能測(cè)試方法，通常采用指數(shù)式和二項(xiàng)式方法進(jìn)行產(chǎn)能計(jì)算。二項(xiàng)式產(chǎn)能方程可以更好地描述氣體在地層中流動(dòng)時(shí)的湍流影響，從而更準(zhǔn)確地推算氣井的無阻流量[12，13]。但是，對(duì)于封閉的凝析氣藏而言，衰竭式開發(fā)過程中當(dāng)?shù)貙訅毫Φ陀诼饵c(diǎn)壓力后，流體將會(huì)發(fā)生復(fù)雜的反凝析相態(tài)變化，形成氣、凝析油兩相狀態(tài)。凝析油不僅自身難以流動(dòng)，而且還堵塞了中、小孔喉和角隅，尤其是在近井附近導(dǎo)致氣相相對(duì)滲透率也大幅降低，同時(shí)，儲(chǔ)層中發(fā)生油、氣、水三相滲流，也會(huì)顯著增大滲流阻力，造成氣井的絕對(duì)無阻流量出現(xiàn)持續(xù)快速降低的現(xiàn)象。目前針對(duì)凝析氣藏的絕對(duì)無阻流量分析多借用干氣氣藏的氣井產(chǎn)能公式展開，未考慮地層壓力下降以及組分變化所帶來的嚴(yán)重影響，而試井資料僅能反映目前的產(chǎn)能狀況，并不能實(shí)現(xiàn)氣井產(chǎn)能變化規(guī)律的有效預(yù)測(cè)。

通過統(tǒng)計(jì)典型凝析氣藏大量試井資料發(fā)現(xiàn)，在一定儲(chǔ)層物性條件下，氣井絕對(duì)無阻流量的變化趨勢(shì)隨地層壓力呈指數(shù)式遞減。通過相關(guān)性分析建立了氣井絕對(duì)無阻流量與地層壓力的關(guān)系圖版（見圖1）。

圖1 絕對(duì)無阻流量變化預(yù)測(cè)圖版

其中，氣井無因次產(chǎn)能定義式（4），物理意義為相比原始狀態(tài)下氣井無阻流量下降的幅度。

無因次視地層壓力定義式（5），其物理意義為相比原始狀態(tài)下氣藏視地層壓力下降的幅度。

需要注意的是，該圖版基于典型氣藏的實(shí)際測(cè)試資料建立，主要適用范圍為衰竭式開發(fā)的中高滲、中低含凝析油的封閉凝析氣藏。

為便于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，對(duì)典型油藏實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行多元擬合，建立絕對(duì)無阻流量隨視地層壓力的預(yù)測(cè)公式（6）可用于定量預(yù)測(cè)絕對(duì)無阻流量的變化情況，適用范圍與圖版一致。

式中:QAOFi、QAOF-氣井原始、瞬時(shí)的絕對(duì)無阻流量，MSCFD，其中，QAOFi可根據(jù)實(shí)際試井資料確定。

3 開發(fā)指標(biāo)預(yù)測(cè)

3.1 采收率預(yù)測(cè)

根據(jù)以上分析，衰竭開發(fā)過程當(dāng)?shù)貙訅毫ο陆档缴下饵c(diǎn)壓力之后，因存在反凝析現(xiàn)象封閉凝析氣藏的地層壓力整體呈加速遞減趨勢(shì)，通過采用二項(xiàng)式形式對(duì)地層壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行外推（式（7））并結(jié)合廢棄壓力情況可更為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)氣藏的最終采收率Rf。

式中:Rf-氣藏最終采收率，%；Pf-氣藏廢棄壓力，MPa；Zwf-氣藏流體廢棄壓力下的偏差系數(shù)，無量綱。

3.2 開發(fā)指標(biāo)預(yù)測(cè)

氣藏開發(fā)指標(biāo)往往由下游的天然氣市場(chǎng)所決定，根據(jù)市場(chǎng)需求及銷售合同設(shè)計(jì)合理的產(chǎn)量規(guī)模、穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間、提產(chǎn)幅度以及與之相對(duì)應(yīng)的工作量是氣田管理的核心內(nèi)容之一[10]。一般而言，氣井最大日產(chǎn)量為絕對(duì)無阻流量的1/4～1/7，開發(fā)初期階段受限于高峰產(chǎn)量及儲(chǔ)量規(guī)模的限制，氣井日產(chǎn)量往往低于該值，隨著衰竭開發(fā)的進(jìn)行，氣井產(chǎn)能快速降低，到了開發(fā)中后期階段，氣井的生產(chǎn)能力成為制約氣井開發(fā)指標(biāo)的主要因素，此時(shí)則需要重點(diǎn)論證氣田整體的穩(wěn)產(chǎn)能力與提產(chǎn)潛力能否滿足下游的市場(chǎng)需求，論證補(bǔ)充工作量的必要性與可行性。

首先，根據(jù)下游市場(chǎng)及銷售合同情況，確定氣藏未來每一年的年產(chǎn)目標(biāo)Qj，根據(jù)生產(chǎn)井?dāng)?shù)，計(jì)算單井未來每一年的目標(biāo)日產(chǎn)氣量qj（式（8））。

式中:Qj-第j 年為滿足市場(chǎng)需求氣田整體的目標(biāo)年產(chǎn)氣量，MMSCF；qj-第j 年時(shí)為滿足市場(chǎng)需求單井的目標(biāo)日產(chǎn)氣量，MSCFD；Nj-第j 年的生產(chǎn)井?dāng)?shù)；TF-氣田的生產(chǎn)時(shí)率，%。

一般而言，氣井最大日產(chǎn)量為絕對(duì)無阻流量的1/4～1/7，因此，可以得到不同生產(chǎn)時(shí)間下為滿足市場(chǎng)需求所對(duì)應(yīng)的氣井的絕對(duì)無阻流量目標(biāo):

式中:qAOFj-第j 年時(shí)為滿足市場(chǎng)需求單井所需的最小絕對(duì)無阻流量，MSCFD；M-氣田產(chǎn)能倍數(shù)，一般4～7，可根據(jù)氣田實(shí)際進(jìn)行調(diào)整。

將式（3）、式（6）和式（9）聯(lián)立求解，可得氣藏為滿足市場(chǎng)需求所能穩(wěn)產(chǎn)的最長(zhǎng)時(shí)間。當(dāng)?shù)趈 年時(shí)為滿足市場(chǎng)需求單井所需的氣井最小絕對(duì)無阻流量qAOFj與氣井絕對(duì)無阻流量qAOF相等時(shí)，氣藏將因地下能力不足無法滿足市場(chǎng)需求而結(jié)束穩(wěn)產(chǎn)進(jìn)入遞減階段。

根據(jù)標(biāo)定的采收率、穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間及高峰產(chǎn)量，確定產(chǎn)量遞減階段的遞減率，完成開發(fā)指標(biāo)的預(yù)測(cè)工作。

4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例應(yīng)用

以典型凝析氣藏A 為例，按照傳統(tǒng)方案評(píng)價(jià)該凝析氣藏廢棄壓力Pf=2 MPa，確定氣藏廢棄的視地層壓力Pf/Zwf=2.5 MPa，采用二項(xiàng)式形式對(duì)地層壓力進(jìn)行外推預(yù)測(cè)視地層壓力的變化規(guī)律，將Pf/Zwf代入式（7）后，預(yù)測(cè)目標(biāo)氣藏的最終采收率Rf=60%（見圖2）。

圖2 壓力外推評(píng)價(jià)氣井采收率

按照研究方法，并結(jié)合該氣藏產(chǎn)能試井解釋結(jié)果，根據(jù)式（6）預(yù)測(cè)生產(chǎn)井實(shí)際絕對(duì)無阻流量隨地層壓力的變化規(guī)律，同時(shí)，根據(jù)下游市場(chǎng)需求，判斷為滿足下游市場(chǎng)需求所需的生產(chǎn)井目標(biāo)絕對(duì)無阻流量變化規(guī)律，并將兩者對(duì)比（見圖3）。

由圖3 可見，當(dāng)?shù)? 年時(shí)為滿足市場(chǎng)需求單井所需的氣井最小絕對(duì)無阻流量qAOFj與氣井實(shí)際的絕對(duì)無阻流量qAOF基本接近，之后實(shí)際產(chǎn)能低于目標(biāo)產(chǎn)能，說明氣藏將在第10 年因地下能力不足無法滿足市場(chǎng)需求而結(jié)束穩(wěn)產(chǎn)進(jìn)入遞減階段。根據(jù)標(biāo)定的采收率60%，確定產(chǎn)量遞減階段的年遞減率應(yīng)為28%，從而完成開發(fā)指標(biāo)的預(yù)測(cè)工作。同時(shí)，建議在第10 年補(bǔ)充生產(chǎn)井以滿足市場(chǎng)需求。

5 結(jié)論

（1）由于受到組分變化的影響，凝析氣藏衰竭開發(fā)過程中地層壓力多呈兩段式遞減，隨著地層壓力下降，氣井的絕對(duì)無阻流量呈指數(shù)遞減。

圖3 凝析氣藏單井目標(biāo)產(chǎn)能與實(shí)際產(chǎn)能對(duì)比

（2）衰竭式開發(fā)的封閉凝析氣藏開發(fā)前期主要受到下游市場(chǎng)約束，后期主要受到地下能力的限制。

（3）研究方法考慮因素全面，評(píng)價(jià)結(jié)果更為準(zhǔn)確合理，可以為后續(xù)生產(chǎn)決策提供更為準(zhǔn)確可靠的支撐。