肖峰，岳君，李志超，劉莉莉，張吉，范繼武，張濤

（中國石油 長慶油田分公司a.勘探開發(fā)研究院；b.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室，西安 710018）

致密砂巖儲(chǔ)集層孔喉細(xì)小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成藏后通常具有較高的束縛水飽和度和一定的可動(dòng)水飽和度[1-6]。研究表明，儲(chǔ)集層物性對(duì)含水飽和度具有較強(qiáng)的控制作用。氣井儲(chǔ)集層產(chǎn)水與含水飽和度密切相關(guān)，氣井產(chǎn)水，開采效益將較大幅度降低[7-16]。當(dāng)儲(chǔ)集層含水飽和度達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，儲(chǔ)集層失去開采價(jià)值[17-21]。前人依據(jù)氣水兩相相對(duì)滲透率曲線，實(shí)現(xiàn)了對(duì)產(chǎn)水氣井產(chǎn)能、產(chǎn)量、最終累計(jì)采氣量和采收率的定量評(píng)價(jià)[4]。本文基于此，對(duì)產(chǎn)水氣井開采特征進(jìn)行研究，以投入和產(chǎn)出的平衡點(diǎn)求取氣井經(jīng)濟(jì)最低累計(jì)采氣量，利用蘇里格氣田典型氣井氣水兩相相對(duì)滲透率曲線確定儲(chǔ)集層含水飽和度上限，在明確產(chǎn)水氣井累計(jì)采氣量和含水飽和度變化規(guī)律的基礎(chǔ)上，以氣井經(jīng)濟(jì)最低累計(jì)采氣量為判識(shí)標(biāo)準(zhǔn)，將測(cè)井解釋結(jié)論劃分為氣層、氣水層和含氣水層3 類，建立儲(chǔ)集層定量解釋標(biāo)準(zhǔn)，為含水儲(chǔ)集層經(jīng)濟(jì)動(dòng)用提供依據(jù)。

1 產(chǎn)水氣井開采特征

隨著蘇里格氣田開發(fā)范圍擴(kuò)大和氣井生產(chǎn)時(shí)間延長，氣井產(chǎn)水問題日益嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為產(chǎn)量降低。氣井產(chǎn)水后，其產(chǎn)能、累計(jì)采氣量和采收率的表達(dá)式分別為[4]：

已知不產(chǎn)水氣井累計(jì)采氣量，依據(jù)對(duì)應(yīng)的氣水兩相相對(duì)滲透率曲線，利用（4）式確定不同含水飽和度下氣相相對(duì)滲透率與a的乘積，利用（2）式求得不同含水飽和度下氣井累計(jì)采氣量。

本文依據(jù)穩(wěn)態(tài)方法獲得氣水兩相相對(duì)滲透率，其接近蘇里格氣田中區(qū)平均值，束縛水飽和度為41.0%，等滲點(diǎn)含水飽和度為62.0%，束縛氣飽和度為12.0%，得到儲(chǔ)集層滲透率大于0.5 mD 時(shí)氣水兩相相對(duì)滲透率與含水飽和度的關(guān)系（圖1a）。

蘇里格氣田中區(qū)不產(chǎn)水氣井的累計(jì)采氣量為2 350×104m3，氣井累計(jì)采氣量和采收率與含水飽和度的關(guān)系分別如圖1b和圖1c所示。含水飽和度小于束縛水飽和度時(shí)，氣井累計(jì)采氣量不變，隨著含水飽和度增大，氣井累計(jì)采氣量減小。等滲點(diǎn)含水飽和度62.0%對(duì)應(yīng)的氣井累計(jì)采氣量為960×104m3。

當(dāng)含水飽和度小于束縛水飽和度時(shí)，氣井不產(chǎn)水，累計(jì)采氣量與采收率不變。反之氣井產(chǎn)水，累計(jì)采氣量與采收率隨含水飽和度增大而下降。說明儲(chǔ)集層含水飽和度越大，氣井產(chǎn)水越多，氣井累計(jì)采氣量越少、采收率越低，開采效果越差。

2 氣井經(jīng)濟(jì)最低累計(jì)采氣量確定

從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，氣井在整個(gè)生命周期內(nèi)，當(dāng)累計(jì)采氣量的銷售價(jià)格超過氣井的投資及生產(chǎn)期間產(chǎn)生的各種費(fèi)用時(shí)，氣井為效益開采[22-23]。因此，將投入和產(chǎn)出平衡點(diǎn)的累計(jì)采氣量定義為氣井的經(jīng)濟(jì)最低累計(jì)采氣量。即效益開采氣井累計(jì)采氣量需大于氣井經(jīng)濟(jì)最低累計(jì)采氣量。

氣井銷售收益可表達(dá)為

當(dāng)L=0 時(shí)，對(duì)應(yīng)的累計(jì)采氣量為氣井經(jīng)濟(jì)最低累計(jì)采氣量，即：

由此，可推導(dǎo)出氣井經(jīng)濟(jì)最低累計(jì)采氣量為

利用蘇里格氣田相關(guān)經(jīng)濟(jì)參數(shù)，獲得不同投資條件下氣井經(jīng)濟(jì)最低累計(jì)采氣量與天然氣銷售價(jià)格的關(guān)系（圖2）。

氣井經(jīng)濟(jì)最低累計(jì)采氣量受氣價(jià)的影響最為顯著。目前蘇里格氣田銷售氣價(jià)為1.252 元/m3，建井投資為800×104元/口、操作成本為0.140 元/m3，內(nèi)部收益率達(dá)到10%時(shí)，蘇里格氣田氣井經(jīng)濟(jì)最低累計(jì)采氣量為1 260×104m3（圖3），即最低累計(jì)采氣量達(dá)到1 260×104m3時(shí)，為效益開采。

3 儲(chǔ)集層含水飽和度上限

隨著儲(chǔ)集層含水飽和度增大，氣井累計(jì)采氣量不斷減少，當(dāng)儲(chǔ)集層含水飽和度增大到某一數(shù)值時(shí)，氣井累計(jì)采氣量等于經(jīng)濟(jì)最低累計(jì)采氣量[24-26]。選取蘇里格氣田典型氣井，其含水飽和度定義為儲(chǔ)集層含水飽和度上限。若儲(chǔ)集層含水飽和度大于該上限，氣井經(jīng)濟(jì)壽命周期內(nèi)的累計(jì)采氣量將小于經(jīng)濟(jì)最低累計(jì)采氣量，則氣井為無效益開采。

利用求得的經(jīng)濟(jì)最低累計(jì)采氣量，得到對(duì)應(yīng)的蘇里格氣田中區(qū)儲(chǔ)集層含水飽和度上限為48.2%（圖1b）。即對(duì)于蘇里格氣田中區(qū)儲(chǔ)集層，氣井建井投資為800×104元/口，含水飽和度大于48.2%時(shí)，氣井由于產(chǎn)水將失去開采效益。同理，根據(jù)不同的氣井經(jīng)濟(jì)最低累計(jì)采氣量，便可得到不同的含水飽和度上限，且隨著氣井經(jīng)濟(jì)最低累計(jì)采氣量的增大，所對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)集層含水飽和度上限在減小（圖4）。

因此，對(duì)應(yīng)含水飽和度較大的儲(chǔ)集層，降低氣井經(jīng)濟(jì)最低累計(jì)采氣量是必然的選擇。

4 測(cè)井解釋定量評(píng)價(jià)

目前，對(duì)含水儲(chǔ)集層的測(cè)井解釋基本處于定性階段，常見的解釋結(jié)論為氣水層、含氣層及含氣水層。

在明確產(chǎn)水氣井累計(jì)采氣量變化規(guī)律的基礎(chǔ)上，以氣井經(jīng)濟(jì)最低累計(jì)采氣量為判識(shí)標(biāo)準(zhǔn)，將測(cè)井解釋結(jié)論劃分為3類：氣層、氣水層和含氣水層（圖5）。

氣層含水飽和度接近上限時(shí)，氣井不產(chǎn)水或產(chǎn)水量很低；氣水層含水飽和度小于上限時(shí)，氣井氣水同產(chǎn)，但氣井在整個(gè)生命周期內(nèi)的累計(jì)采氣量大于氣井經(jīng)濟(jì)最低累計(jì)采氣量，即氣井為效益開采；含氣水層含水飽和度大于上限時(shí)，氣井產(chǎn)水多，氣井在整個(gè)生命周期內(nèi)的累計(jì)采氣量小于氣井經(jīng)濟(jì)最低累計(jì)采氣量，氣井為無效益開采。

上文僅給出了含水儲(chǔ)集層定量化解釋的標(biāo)準(zhǔn)，但對(duì)于具體一定厚度的含水儲(chǔ)集層如何量化解釋仍未得到解決。為此還需厘清氣井累計(jì)采氣量的來源及影響參數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更精確的測(cè)井定量解釋。

氣井的累計(jì)采氣量為

地質(zhì)儲(chǔ)量為

（11）式變形可以得到單儲(chǔ)系數(shù)：

利用已知參數(shù)繪制不同儲(chǔ)集層孔隙度條件下的單儲(chǔ)系數(shù)圖版（圖6）。不同的儲(chǔ)集層孔隙度及單儲(chǔ)系數(shù)隨儲(chǔ)集層含水飽和度變化而不同，但共同的特征是隨著儲(chǔ)集層含水飽和度增大，單儲(chǔ)系數(shù)降低。

通過測(cè)井解釋可得到儲(chǔ)集層孔隙度和含水飽和度，將蘇里格氣田中區(qū)平均地層壓力、溫度等相關(guān)參數(shù)代入（11）式，得到儲(chǔ)集層在不同含水飽和度及孔隙度條件下的單儲(chǔ)系數(shù)（圖6）。

氣井累計(jì)采氣量為

結(jié)合（5）式得：

在蘇里格氣田，開發(fā)井網(wǎng)的合理密度為3 口/km2，單井控制面積為0.33 km2。在開發(fā)井網(wǎng)密度為3 口/km2的條件下，文獻(xiàn)［5］得到無水儲(chǔ)集層的采收率為50%。同樣以氣井經(jīng)濟(jì)最低累計(jì)采氣量為標(biāo)準(zhǔn)，利用（14）式得到最小儲(chǔ)集層厚度。若實(shí)際存在的儲(chǔ)集層厚度小于最小儲(chǔ)集層厚度，則氣井無法獲得經(jīng)濟(jì)最低累計(jì)采氣量，測(cè)井解釋時(shí)應(yīng)將此儲(chǔ)集層降一個(gè)級(jí)別解釋。

此外，為了明確與氣井產(chǎn)水量的關(guān)系，可建立含水飽和度與氣井水氣比的關(guān)系[4]：

利用（15）式，結(jié)合氣水兩相相對(duì)滲透率曲線，可得到含水飽和度與水氣比的關(guān)系（圖7）。

至此，可建立儲(chǔ)集層測(cè)井定量解釋的標(biāo)準(zhǔn)。本文提出的水氣比量化指標(biāo)，對(duì)含水飽和度具有一定的校正和補(bǔ)充，使儲(chǔ)集層的測(cè)井解釋結(jié)果更可靠。

（1）氣層 含水飽和度等于束縛水飽和度，束縛水飽和度對(duì)應(yīng)的氣井水氣比保持在凝析水氣比附近（蘇里格氣田凝析水氣比為0.28 m3/104m3）。如果僅從儲(chǔ)集層的含氣性分析，測(cè)井解釋為氣層；但如果從氣井經(jīng)濟(jì)最低累計(jì)采氣量分析，還應(yīng)該考慮氣層厚度，當(dāng)測(cè)井解釋的氣層厚度大于最小儲(chǔ)集層厚度，單獨(dú)開采該層才有效。

（2）氣水層 含水飽和度大于束縛水飽和度且小于上限，測(cè)井解釋的氣層厚度大于最小儲(chǔ)集層厚度，氣井的水氣比介于束縛水飽和度與含水飽和度上限對(duì)應(yīng)的氣井水氣比之間。若測(cè)井解釋的氣水層厚度小于最小儲(chǔ)集層厚度，無法獲得氣井經(jīng)濟(jì)最低累計(jì)采氣量，則此層解釋為含氣水層。

（3）含氣水層 含水飽和度大于上限，束縛水飽和度對(duì)應(yīng)的氣井水氣比大于含水飽和度上限對(duì)應(yīng)的氣井水氣比。若測(cè)井解釋的含氣水層厚度大到足以保證氣井在整個(gè)生命周期內(nèi)的累計(jì)采氣量達(dá)到氣井經(jīng)濟(jì)最低累計(jì)采氣量，則此層解釋為氣水層。

5 結(jié)論

（1）儲(chǔ)集層含水飽和度越大，氣井產(chǎn)水越嚴(yán)重，氣井累計(jì)采氣量越少，采收率越低，開采效果越差。

（2）在目前經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下，氣井生命周期內(nèi)的經(jīng)濟(jì)最低累計(jì)采氣量為1 260×104m3時(shí)，氣井為效益開采。

（3）儲(chǔ)集層含水飽和度增大，氣井累計(jì)采氣量減少，當(dāng)儲(chǔ)集層含水飽和度增大到上限時(shí)，氣井累計(jì)采氣量等于經(jīng)濟(jì)最低累計(jì)采氣量。蘇里格氣田中區(qū)儲(chǔ)集層含水飽和度上限為48.2%。

（4）孔隙度越大，相同含水飽和度下的單儲(chǔ)系數(shù)越大；含水飽和度越大，單儲(chǔ)系數(shù)越小。

符號(hào)注釋

a——二項(xiàng)式產(chǎn)能方程中A、B系數(shù)及原始地層壓力計(jì)算得出的參數(shù)；

A、B——不產(chǎn)水氣井二項(xiàng)式產(chǎn)能方程系數(shù)；

A1、B1——產(chǎn)水氣井二項(xiàng)式產(chǎn)能方程系數(shù)；

Ag——?dú)饩刂泼娣e，km2；

Bg——天然氣體積系數(shù)；

Bw——地層水體積系數(shù)；

C——總成本（可變成本與固定成本之和），元；

CF——固定成本總額，元；

CV——單位產(chǎn)量的可變成本，元/m3；

ER——?dú)饩墒章剩?；

ER1——產(chǎn)水氣井采收率，%；

Ewg——水氣比，m3/104m3；

Ewgr——凝析水氣比，m3/104m3；

Gp——?dú)饩塾?jì)采氣量，108m3；

Gp1——不產(chǎn)水氣井累計(jì)采氣量，108m3；

Gp2——產(chǎn)水氣井累計(jì)采氣量，108m3；

Gpmin——經(jīng)濟(jì)最低累計(jì)采氣量，108m3；

h——儲(chǔ)集層厚度，m；

IN——單儲(chǔ)系數(shù)，108m3/（km2·m）；

Krg——?dú)庀嘞鄬?duì)滲透率；

Krw——水相相對(duì)滲透率；

L——銷售收益，元；

N——?dú)饩刂频刭|(zhì)儲(chǔ)量，108m3；

p——地層壓力，MPa；

pR——平均地層壓力，MPa；

psc——地面標(biāo)準(zhǔn)壓力，MPa；

P——天然氣售價(jià)，元/m3；

qAOF——?dú)饩疅o阻流量，104m3/d；

qAOF1——產(chǎn)水氣井無阻流量，104m3/d；

RTAX——單位產(chǎn)量綜合稅率；

Sw——儲(chǔ)集層含水飽和度；

Swc——儲(chǔ)集層束縛水飽和度；

T——地層溫度，K；

Tsc——地面標(biāo)準(zhǔn)溫度，K；

Z——天然氣偏差因子；

η——商品率；

μg——天然氣黏度，mPa·s；

μw——地層水黏度，mPa·s；

φ——儲(chǔ)集層孔隙度。