莺歌海盆地东方区异常高压气井产能分析方法改进*

王 磊

(中海石油(中国)有限公司湛江分公司 广东湛江 524057)

目前，世界上已发现的油气田中异常高压油气田约占三分之一，我国的异常高压气田主要分布在莺歌海盆地、塔里木盆地、四川盆地等[1]。异常高压气田主要特点是：①同一埋深条件下，异常高压气田的储层与流体的弹性驱动能量大于常压气田；②同一埋深条件下，异常高压气田的应力敏感引起的储层物性变差程度大于常压气田。由于异常高压气田的超高压特性，在开发过程中，随着流体的不断采出，储层在上覆岩层压力作用下发生弹塑性变形，导致储层物性变差，表现出较明显的应力敏感特征，尤其是在生产井近井地带表现出较强的“应力污染”现象[2]。

南海西部莺歌海盆地东方区发现多个异常高压气藏，目前处于未开发或即将开发阶段，多口探井、评价井测试出水制约了对这些气藏产能的正确认识。对于气水两相流井，目前常用的产能分析方法有：①忽略产水量数据，仅分析产气量数据；②将产水量折算为产气量[3-4]。这2种方法得到的结果均不理想。在生产过程中随着储层含水率上升，气水两相流井气相渗流能力下降，因此，不考虑气相渗流能力的变化会高估气井产能[3]。分析认为，影响莺歌海盆地东方区异常高压气藏产能的主要因素是储层与流体的弹性驱动能量、应力敏感引起的储层物性变差和储层含水率变化引起的气相渗流能力变化。

国内外关于异常高压气井产能分析的研究较多，并且建立了众多考虑单因素影响的产能评价方法[5-17]，同时，文华 等[18]利用广义达西公式建立了考虑气水两相渗流规律和应力敏感对储层物性影响的二项式产能方程。张辉 等[19]建立了考虑储层应力敏感和气水两相渗流能力变化的稳态及非稳态产气量方程，并通过非稳态方法证明了储层与流体的弹性驱动能量和应力敏感引起的储层物性变差相互作用影响异常高压纯气井产气量。本文研究是在张辉 等[19]建立的模型基础上对模型的内边界条件进行修正，得到合理准确的产气量方程，用于分析储层应力敏感强度、气井产水量和气相高速非达西流动对莺歌海盆地东方区异常高压气井产能的影响；同时，根据物质平衡理论推导出不考虑水侵的异常高压气藏采出程度计算方程，分析储层应力敏感对异常高压气藏开发效果的影响。

1 产气量方程修正

(1)

求解得到考虑应力敏感的气水两相流井产气量方程为

qgsc=0.543kh(ξinit-ξwf)/

(2)

为了便于矿场应用，根据水气质量比的定义，换算得到地面的水气体积比为

(3)

将式(3)代入式(2)，可得

(4)

当井底流压为大气压时,对应的产气量为无阻流量，即为气井产能。利用式(4)通过研究储层应力敏感、气井产水和气相高速非达西流动对产气量和初期无阻流量的影响，指导莺歌海盆地东方区异常高压气井合理配产。

2 采出程度计算方程

假设气藏没有连通的边水、底水或边底水不活跃，气藏为干气气藏，考虑地层水的压缩性和岩石的形变，建立不考虑水侵的异常高压气藏物质平衡方程为

(5)

式(5)变形得到不考虑水侵的异常高压气藏采出程度计算方程为

(6)

3 产能分析

以莺歌海盆地东方区典型测试出水气井为例，分析储层应力敏感强度、气井产水量和气相高速非达西流动对异常高压气井产能的影响。该井井深2 982.3 m，原始地层压力54.94 MPa、压力系数1.93，属于异常高压气井，测试出水，储层有效厚度32.1 m，并且相渗资料、流体分析资料和储层应力敏感实验资料齐全。

图1为水气体积比为0时不同储层应力敏感强度下的异常高压气井流入动态曲线。从图1可以看出：储层应力敏感对东方区异常高压气井产气量影响的分界点在井底流压对应的地层压力系数为1.0左右；当井底流压大于分界点时，储层应力敏感对产气量影响很小，可以忽略不计；当井底流压小于分界点时，产气量随储层应力敏感增强不断减小，甚至在储层应力敏感强度较大的情况下产气量随井底流压的减小而减小。产生这一现象的主要原因是：储层与流体的弹性驱动能量和应力敏感引起的储层物性变差相互作用影响异常高压气井产气量；在生产压差较小时，上覆岩层作用下储层以弹性变形为主，储层与流体的弹性驱动能量对产气量的影响起主导作用；在生产压差较大时，上覆岩层作用下储层以塑性变形为主，应力敏感引起的储层物性变差对产气量的影响占主导地位。对于东方区异常高压气井，开发生产前期井底流压较大，储层应力敏感对产气量影响很小；而在开发生产中后期，随着地层压力的不断下降，需要通过降低井底流压保证稳定产气量，必将导致储层应力敏感对气井产气量产生较大影响。考虑到储层应力敏感的不可逆特征，在开发生产中后期选择合理的生产压差至关重要。

图1 储层应力敏感对异常高压气井流入动态曲线的影响(气水体积比为0时)Fig.1 Influence of reservoir stress sensitivity on inflow performance relationship curve of the abnormal high pressure gas well(gas-water volume ratio=0)

根据莺歌海盆地东方区异常高压气藏7口探井共43块岩心的储层应力敏感实验数据，利用应力敏感指数关系式[17]拟合得到储层变围压定内压和变内压定围压实验对应的渗透率变化系数在0.001～0.1 MPa-1(图2)，并且利用指数关系式拟合效果较好，拟合度基本在0.9以上。根据文献[20]的标准，东方区异常高压气藏储层以中等到强应力敏感为主。计算得到气井无阻流量较不考虑储层应力敏感时减小2.5%～71.6%，主要集中在35%～70%，因此储层应力敏感对东方区异常高压气井产能具有较大影响。

根据储层应力敏感对异常高压气井产能影响的分析结果，在井底流压对应的压力系数降到1.0之前，储层应力敏感对异常高压气井产气量影响较小，而之后储层应力敏感对异常高压气井产气量影响逐渐增大。根据东方区储层与流体的性质，利用式(6)计算得到不同埋深下，气藏压力系数降到1.0时,采出程度占气藏最终采出程度的比例与原始压力系数之间的关系(图3)。分析认为：对于压力系数越高、埋深越浅的气藏，压力系数降到1.0时采出程度占气藏最终采出程度的比例越高，储层应力敏感对气藏开发效果的影响越小。东方区储层埋深集中在2 500～3 500 m，压力系数在1.7～2.0，在不考虑水侵的前提下，气藏压力系数降到1.0时对应的采出程度占气藏最终采出程度的40%～50%，因此储层应力敏感主要影响东方区异常高压气藏开发生产中后期。

图2 东方区异常高压气藏储层应力敏感实验评价结果Fig.2 Experimental evaluation results of stress sensitivity for abnormal high pressure gas reservoirs in Dongfang area

图3 东方区不同埋深条件下气藏压力系数降到1.0时采出程度占气藏最终采出程度的比例与原始地层压力系数之间的关系曲线Fig.3 Relationship curves of the original formation pressure coefficient and the final recovery when the pressure coefficient of the gas reservoir falls to 1.0 under different burial depths in Dongfang area

图4为根据式(4)结合探井资料计算得到的不同地面水气体积比下的流入动态曲线。图5为根据式(4)结合探井资料计算得到的气相高速非达西流动和地面水气体积比对气井无阻流量的影响。从图4可以看出，随着地面水气体积比的增加，异常高压气井产气量不断减小，当地面水气体积比在0.000 1～0.01 m3/m3时，随着地面水气体积比的增加，气井无阻流量急剧下降。因此，在气水两相流井产能评价过程中必须考虑气相渗流能力变化的影响，同时，在气藏开发过程中需要特别注意气井产水问题。从图5可以看出，气相高速非达西流动对纯气井或产水量较小的气井产能有一定影响，随着气相高速非达西流动增强，气井无阻流量减小(图5)。因此，异常高压气井生产压差不宜过大，避免气相高速非达西流动对异常高压气井产能的影响。

图4 东方区不同地面水气体积比下的流入动态曲线Fig.4 Inflow performance relationship curves under different surface water-gas volume ratios in Dongfang area

图5 东方区气相高速非达西流动和地面水气体积比对气井无阻流量的影响Fig.5 Influence of gas-phase high-speed non-darcy flow and surface water-gas volume ratio on qAOF of the gas well in Dongfang area

4 结论

1) 莺歌海盆地东方区储层以中等到强应力敏感为主，气井无阻流量较不考虑储层应力敏感时减小2.5%～71.6%，主要集中在35%～70%，因此储层应力敏感对东方区异常高压气井产能具有较大影响，并且主要影响气藏开发中后期；气井产气量随着地面水气体积比的增加不断减小，地面水气体积比在0.000 1～0.01 m3/m3，气井无阻流量随着地面水气体积比的增加急剧下降；气相高速非达西流动对气井的产能有一定影响，随着气相高速非达西流动增强，气井无阻流量减小。

2) 目前，东方区处于开发生产初期，应力敏感对产气量的影响很小，在初期配产中生产压差不宜过大,避免气相高速非达西渗流对气井产气量的影响;并且部署合理的生产井位，避免边底水过快的侵入影响气井产气量。同时，在东方区开发生产的中后期，储层应力敏感和气井产水对产气量影响较大，因此选择合理的工作制度至关重要，并且在开发过程中需要特别注意气井产水的问题。

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