有限底水驱气藏气水均衡同采的实例评价

生如岩 冯其红

中国石油大学(华东)石油工程学院

有限底水驱气藏气水均衡同采的实例评价

生如岩 冯其红

中国石油大学(华东)石油工程学院

为提高有水气藏的采收率,在物质平衡原理分析的基础上,提出了一种与水驱气藏常规开采方式(排水采气)不同的思路——气水均衡同采。具体地讲,就是在气田开发初期、气藏尚未发生严重水侵之前,进行主动排水。在含气区采气的同时,也在含水区排水,使两区的地层压力均衡下降、气水界面保持稳定,使水驱变为纯气驱。实例分析证实,气水均衡同采是一种理论与技术上均可行的水驱气藏有效开采方式,具有明显的技术优势。该开采方式避免了选择性水侵的发生,大大提高了宏观上的波及系数和微观上的驱替效率,基本消除了水锥现象的发生,从而提高了气藏的最终采收率。该研究成果为改善水驱气藏的开采效果提供了新的技术思路。

水驱气藏 物质平衡方程 底水 锥进 动态 特征 水淹 采气工艺

国内外目前对水驱气藏开发的基本认识为:提高有水气藏采收率实质上就是在研究水封气形成机理的基础上,采取早期控制、中后期解封,尽可能多采出水封气的过程[1]。在有水气藏进入开采的中后期,人工举升的开采技术是开采有水气藏产水气井,提高气藏采收率的基本措施,应发挥工艺配套优势,实施气藏排水或主攻区块多种措施综合治理方案[2-4]。根据国外水驱气藏的开发经验,利用各种防水、阻水措施,无水采气期可以采出地质储量的60%左右;在目前的排水采气工艺条件下,可以采出残留气或水封气的10%～20%。但是由于气藏地质条件的复杂性和水侵的多样性,目前的技术水平还无法满足水驱气藏开发的需要。目前我国水驱气藏的采收率一般小于40%,而出水后期主要以排水采气为主,和国外还有一定的差距[5]。

笔者旨在通过物质平衡分析,提出一种开发水驱气藏的技术思路[6-7]。提高水驱气藏采收率研究不仅对合理开发水驱气藏、老气田稳产及提高采收率具有现实意义,而且对我国大规模开发天然气也具有重要意义。

1 理论基础

根据物质平衡原理,对于具有天然水侵作用、岩石和流体均可压缩的非定容气藏,其采收率为[8-9]:

气藏的水侵体积系数(ω)定义为:

式中 ER为气藏的采收率,小数;pa为废弃压力,M Pa; pi为原始地层压力,M Pa;Za为废弃压力时天然气的压缩因子,无因次;Zi为原始条件下天然气的压缩因子,无因次;Ce为有效压缩系数,M Pa-1;Eva为废弃时的水驱波及体积系数,小数;Sgr为残余气饱和度,小数;Sgi为原始含气饱和度,小数;We为水侵量,104m3; Wp为产水量,104m3;Bw为水的压缩系数,m3/m3;G为天然气原始地质储量,108m3;Bgi为天然气的原始体积系数,m3/m3。

而对于定容气驱气藏,由于 Eva=0,即ω=0,则其采收率可以表示为:

则水驱气藏与气驱气藏二者采收率之差为:

与气藏的水侵体积系数(ω)相比,常压水驱气藏的有效压缩系数(Cef)一般均小于0.10。根据张伦友提出的标准,当 Cef≤0.10时,变容作用可以忽略不计[10]。则式(4)可简化为:

分析式(5)可见,表面看来,由于水侵占据了部分储气空间,水驱气藏的采收率要高于气驱气藏的采收率。实际上,废弃压力(pa)的影响要远远大于气藏水侵体积系数(ω)的影响。因此,式(5)在数值上总小于0,即水驱气藏的采收率一般均低于气驱气藏的采收率。

2 气水均衡同采的可行性

目前水驱气藏的常规开采方式主要是以控制采气速度、控制气井钻开程度、均衡布井、尽可能地延长气藏的无水采气期和边底水的侵入速度,以达到提高气藏采收率的目的。发生水侵后,多以降低出水井的产量、控制边底水的侵入速度或采用加速排水措施为主,以防止过早水淹和“封闭气”的形成。这种开采方式的主要缺点有:①以牺牲采气速度、降低单井产能、降低资金回收速度为代价;②等到发生水侵后才采取排水措施,使开发工作陷入被动局面;③从工艺的角度讲,后期排水更困难、成本更高;④无法避免“封闭气”、“死气区”的形成,废弃压力成倍增高,使采收率大大降低[11-12]。

气水均衡同采的思路是:在气田开发初期,气水接触面间尚未形成压力差或未发生严重水侵之前,就做出主动排水的选择。即在气藏含气区内采气的同时,也在含水区排水,使两区的地层压力均衡下降。

在极限情况下,气藏一投产就同时采水,则至气藏废弃时,需采出的总水量为:

式中m为原始条件下地层水与天然气的体积比;Cw为地层水的压缩系数。

即只要在采出 Gp气量的同时,射开水层并采出Wp2的水量,就能使气水界面保持稳定,使水驱变为纯气驱。

3 实例分析

已知某底水驱气藏埋深1 830 m,原始气水界面为1 936 m,原始地层压力为19.7 M Pa,天然气原始地质储量为500×108m3,原始条件下地层水与天然气的体积比为2.5,天然气的原始体积系数为5.360 1× 10-3m3/m3,原始条件下天然气的压缩因子为0.916 7,原始条件下地层水的体积系数为1.016 5 m3/m3,地层水的压缩系数为4.41×10-4M Pa-1。pa1=5.9 M Pa,pa2=1.7 M Pa。则该气藏的气驱采收率为91.17%,气水均衡同采需采出的总水量为201.30 ×104m3。

在ω=0.20的情况下,水驱气藏的采收率为75.05%,则ΔER=16.12%,即增加产气量为80.59× 108m3,总产水量与增加气量的比为2.498 m3/104m3。若气藏采用气水均衡同采、衰竭降压方式投产,以5.05%的年采气速度生产,则气、水产量同步下降(图1、2)。以递减非常缓慢、近似于恒定的水气比控制生产,气、水产量同升同降,累积生产水气比略高于年生产水气比(图3);以国内通行的油气当量折算标准(一般取1 255 m3天然气=1 t原油)测算,年度含水基本保持在12.6%左右。

图1 实例气藏的产气量预测曲线图

图2 实例气藏的产水量预测曲线图

图3 实例气藏生产水气比变化曲线图

由于早期地层能量高,可供选择的排水工艺技术多,尤其是有足够的高压气源可供气举选择。自然气举就是一种较好的选择,它是利用天然气储层或气顶中的天然气进行采油或辅助举升的开采方式。对于底水气藏,生产中可以将气水层同时射开,用套管采气,油管排水(机抽或电潜泵),达到同井自然气举、气水均衡同采的目的。还可以将地层水在井下分离并回注地层,不仅会降低井筒内的压力损失,而且也解决了水的处理问题,可以通过电潜泵或杆举升系统(如DH I, Disposal Hole Injection工具)来实现[13]。对于边水气藏,可以在含气边界外侧钻排水井。

由实例分析可见:①原始条件下地层水与天然气的体积比(m)、气藏的水侵体积系数越大(ω),气水均衡同采需采出的总水量则越多。因此,存在一个极限的m、ω值,超过该值,气水均衡同采在经济上则失去可能性。②水驱气藏与气驱气藏的废弃压力越接近,则增加的产气量降低,而在总排水量一定的情况下,也存在一个极限值。

在ω=0.50的情况下,水驱气藏的采收率为84.41%,则ΔER=6.76%,即增加产气量33.81×108m3,总产水量与增加气量的比为5.954 m3/104m3。在ω=0.717的情况下,水驱气藏的采收率与气驱气藏相等。

但是,根据国内外水驱气藏的实际开发经验,气藏的水侵体积系数一般均小于0.50。因为不均匀的选择性水侵会形成封闭气,水的渗吸作用会形成残余气[14]。水驱气藏中水的舌进和沿裂缝等高渗透带的水窜会造成封闭气,据前苏联克拉斯诺达尔气区统计,水封堵气量占天然气原始地质储量的15%～50%。如其中列宁格勒凝析气田,是一个白垩系弹性水压驱砂岩气田。气藏为底水衬托,由于气藏超前水淹,造成残余气量达到天然气原始地质储量的34.8%,气田内封闭气的体积为残留在含气带中封闭气体积的31倍。因此微观与宏观的共同作用,使得气藏的水侵体积系数均小于0.50。所以,在实际应用中,重点在于根据地质分析,评价不同原始条件下地层水与天然气的体积比时的经济效果。

4 结论

气水均衡同采适用于非均质性强、选择性水侵严重的水驱气藏,其优势在于:①避免发生严重的选择性水侵,大大提高了宏观上的波及系数和微观上的驱替效率;②采用同井自然气举或机抽排水,不会形成压降漏斗,基本消除了水锥现象的发生;③有效地降低了废弃压力,大大提高了气藏的最终采收率;④可以充分发挥单井产能,高速开采。其缺点是大大增大了产水量,增加了水的处理费用。

气水均衡同采是一种理论与技术上均可行的水驱气藏有效开采方式,具有明显的技术优势,实际应用中应根据早期地质认识,通过气藏数值模拟等手段评价方案的经济效果。

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Cases analysis and evaluation of gas-water proportionally simultaneous production for lim ited bottom water-drive gas reservoirs

Sheng Ruyan,Feng Qihong
(School of Petroleum Engineering,China University of Petroleum,Dongying,Shandong 257061,China)

NATUR.GAS IND.VOLUM E 31,ISSUE 2,pp.63-65,2/25/2011.(ISSN 1000-0976;In Chinese)

To increase the recovery rate of water-drive gas reservoirs,based on an analysis of the material balance p rinciples,the technology of gas-water p roportionally simultaneous p roduction is p resented hereby w hich is distinguished from the conventional method of drainage gas recovery.In detail,in the early stage of gas field development w hile the water invasion in the gas reservoir is not very acute,active water drainage w ill be carried out.Gas p roduction is carried out in gas region;simultaneously,water drainage is carried out in aquifer region.In thisway,formation p ressuresof gas and water regionsw ill decrease in balance,the gas/water interface w ill be kep t stable,as a good result,the water drive w ill totally be turned into gas drive.An analysisof real cases show that gas-water p roportionally simultaneous p roduction is amethod w ith excellent technical advantage that is both theoretically and p ractically app licable.With thismethod,selective water invasion w ill be avoided;both macroscopic sweep efficiency and microscopic disp lacement efficiency are increased greatly;coning is almost eliminated,thus the ultimate recovery rate of gas reservoirs w ill be imp roved.This study has p rovided novel technical solutions to imp rove the development of water-drive reservoirs.

water-drive gas reservoir,material balance,bottom water,coning,perfo rmance,characteristic,flooding,gasp roduction technology

生如岩,1969年生,高级工程师,博士;主要从事油气田开发技术研究工作,现为中国石油大学(华东)在站博士后。地址:(257061)山东省东营市东营区北一路739号。电话:13864739820。E-mail:shengry0929@163.com

生如岩等.有限底水驱气藏气水均衡同采的实例评价.天然气工业,2011,31(2):63-65.

10.3787/j.issn.1000-0976.2011.02.015

(修改回稿日期 2010-12-13 编辑 韩晓渝)

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2011.02.015

Sheng Ruyan,senior engineer,bo rn in 1969,holds a Ph.D degree,being mainly engaged in oil and gas development and technical research.

Add:No.739,Beiyi Rd.,Dongying District,Dongying,Shandong 257061,P.R.China

Tel:+86-13864739820 E-mail:shengry0929@163.com