异常高压含水凝析气藏有效库容影响因素

范家伟，伍藏原，余松，周代余，闫更平，王超

（1.中国石油 塔里木油田分公司 勘探开发研究院，新疆 库尔勒 841000；2.北京奥能恒业能源技术有限公司，北京 100083）

地下储气库相对于地面管线和储气罐有成本低、安全、高效等优点，是储集天然气的有效方法之一。储气库作为季节性及事故调峰的手段，具有强注和强采的特点[1-5]，因此，分析储气库的有效库容非常重要。但中国不同类型储气库方案设计中，库容计算方法多数只考虑水侵对库容的影响，未考虑凝析油及异常高压对库容的影响[6-13]。本文主要针对异常高压凝析气藏转储气库过程中，水侵、异常高压、凝析气等对有效库容的影响进行探索，确定该类型气藏转储气库的有效储集空间。轮南59石炭系气藏中部原始地层压力为71.59 MPa，压力系数为1.361，露点压力为66.29 MPa，气油比为9 932 m3/m3，凝析油含量为78.23 g/m3，属于受构造和岩性控制的层状边水砂岩低含凝析油异常高压凝析气藏，主体为低幅度背斜构造，低孔中—低渗储集层，具有储集层异常高压、含边水及反凝析的特点，开发上具有以下3 个特征：初期产量高，开发过程产量递减快；地层压力下降幅度大，单井压力下降趋势基本一致；地层压力低于露点压力后，气油比明显上升。本文以轮南59 石炭系气藏为例，通过改进的物质平衡模型和数值模拟模型，评价气藏动态储量，考虑影响有效库容的多种因素，全面评价轮南59石炭系气藏改建储气库的有效库容。

1 动态储量评价

1.1 改进的物质平衡模型建立

根据物质守恒原理，在气藏开发任意时刻，气藏流体的采出体积加地下剩余体积必须与原始体积相等，依据此原则建立方程。

物质平衡基本方程为：

即：采出气体积+采出水体积=气体膨胀体积+孔隙弹性体积+水侵体积。

气藏任何驱动类型的物质平衡方程，都可以写为：

即：地下采出量=原始地质储量×总膨胀系数+水侵量。

在油气藏研究过程中，物质平衡模型存在多种表达方式，如赫迈尔林德尔方法、陈元千方法、拉马戈斯特和法尔沙德方法、鲁奇-波斯通-陈方法等。主要从物质平衡一般方程出发，对油气藏进行部分参数的假设，将物质平衡方程简化为线性方程，均是基于理论方程的计算，只能表征驱动能量，计算出单点的动态储量和水侵量，无法检验计算数据的准确性。

改进的物质平衡模型从气藏的基本地质特征出发，将油田实际数据加载到模型中，通过调整水体模型参数（水体半径、水体厚度、储集层渗透率、综合压缩系数）和动态储量来拟合地层压力与累计产气量变化，进行多次迭代计算，评价气藏的动态储量、水侵量、驱动机制等（图1）。

改进的物质平衡模型对物质平衡方程得到了拓展，模型提供4 种方法进行历史拟合：图解法、解析法、能量图法和无因次水体函数图法，不仅能对气藏进行常规的储量和压力复算，还能基于历史拟合对未来的注水、注气、亏空填充等进行动态预测，具有较强的适用性。

1.2 驱动机制分析及动态储量计算

在气藏开发过程中，不同时期的驱动方式可能不同，在水驱气藏的开发初期，水压驱动的影响可能不明显，此时可认为生产是在气驱方式下进行，气藏驱动方式是编制气藏开发方案的重要依据，文献［14］提出了对非均质高压气藏动态储量评价方法。

文献［15］、文献［16］和文献［17］提出了对异常高压及凝析气藏改建储气库水侵量的评价方法，但均是通过理论方程计算的方法，无法直观确定，本文改进的物质平衡模型有2 种方法判断气藏是否存在外来能量补给。

第一种为图解法，提供了多种油气藏驱动机理方法诊断，如（2）式所示，定容封闭气藏无水体时，视地质储量是一条直线，如存在水体，则视地质储量曲线呈递增趋势，轮南59 石炭系气藏视地质储量曲线如图2所示，说明存在水体为气藏补充能量。

第二种为应用气藏物质平衡模型解析法，用（1）式拟合回归实际地层压力与累计产气量变化，视地层压力曲线上翘（图3），说明存在外来能量（水体）为气藏补充能量，因而确定轮南59石炭系气藏存在水体。

考虑水体的影响，解析法非线性拟合回归确定轮南59 石炭系气藏建库前动用储量54.67×108m3，储量动用程度92.19%，折算凝析油动态储量35.77×104t。

确定存在水体后，模型可以通过能量图（图4）展示不同时期地下驱动能量的变化，轮南59 石炭系气藏建库前水体、孔隙弹性和流体膨胀能量分别占比为3.2%、7.7%和89.1%，流体膨胀能量是主要的驱动能，水体驱动稳定，水体能量有限。

2 有效库容影响因素评价

一般来说，储气库库容与该气藏动态储量相当。由于研究区为边底水异常高压凝析气藏改建地下储气库，水侵量、凝析油及异常高压对库容有较大影响，本次研究利用改进的物质平衡及数值模拟方法分别计算轮南59 石炭系储气库受水侵量、凝析油及异常高压影响的地下孔隙体积，进而计算出各因素影响的库容，以动态储量为基础，去除各项因素影响的库容即为有效库容。

2.1 水侵量

储气库高速注采运行过程中，水体往复运移对储集空间动用效率具有较大的影响，通过改进的物质平衡模型进行预测，量化分析水侵对地下储集空间动用的影响。

改进的物质平衡模型计算气藏水体0.540 3×108m3，由于冬季和夏季用气需求不同，夏季关井期间水侵量基本保持不变，生产期间水侵量稳步上升，累计水侵量为53.11×104m3，折算动态水体倍数3.01倍。

物质平衡模型预测储气库10 个注采周期，运行压力为25.00～58.00 MPa，水侵量在15.50×104m3～54.60×104m3波动，注气末期仍无法驱替的水侵量为15.50×104m3，这部分水体占用的孔隙体积使有效库容减少，计算影响地下孔隙体积0.001 6×108m3，计算影响库容0.49×108m3（图5）。

2.2 凝析油

储气库运行过程中，当地层压力低于露点压力时，凝析油析出对储气库运行具有较大的影响，包括相态、渗流、扩散等方面，从而影响储气库有效库容，通过建立储气库数值模拟模型，量化凝析油对库容的影响。

借鉴大张坨地下储气库研究[18]，建立轮南59石炭系储气库数值模拟模型，预测储气库3 套方案5 轮运行周期，第2 轮运行周期后携油量趋于平稳，平均携油量为2 398 m3，影响地下孔隙体积875 m3，影响库容0.002 87×108m3。随着注采周期延长，注入干气量增加，地下凝析气组分发生变化，重质组分含量下降，单周期携油量下降（图6）。

2.3 异常高压

在异常高压气藏开发初期，随着天然气从气藏中采出和地层压力的下降，将引起天然气的膨胀、储集层的压实、岩石颗粒的弹性膨胀、地层束缚水的弹性膨胀以及周围泥岩在压实作用下所引起的水侵作用，从而减小了地层压力的下降速率，导致异常高压气藏初期视地层压力下降较缓；当地层压力等于或小于静水柱压力时，气藏的压实作用影响基本结束，气藏的开发主要是依靠天然气的膨胀作用，表现为定容封闭性气藏正常压力系统的衰竭式动态特征。为探究异常高压对气藏开发的影响，本文应用不同地层压力下天然气体积系数这一指标。

随着地层压力增大，气体体积系数呈下降趋势（图7），轮南59 石炭系储气库因受到地面压缩机限制，设计上限压力为58.00 MPa，远低于原始地层压力（71.59 MPa），因气体体积系数的不同，对储气库库容具有较大的影响。

不同地层压力下气体体积系数不同，将动态储量乘以原始地层压力下气体体积系数，得到该压力下地下孔隙体积，用该孔隙体积除以58.00 MPa 下气体体积系数，得到58.00 MPa地层压力下的气藏动态储量，两动态储量的差值即为异常高压影响库容（表1）。

表1 轮南59石炭系储气库异常高压影响库容Table 1.Storage capacity affected by abnormal high pressure in Lunnan-59 Carboniferous UGS

2.4 有效库容评价

轮南59 石炭系储气库属于边底水异常高压凝析气藏改建的地下储气库，通过上述定量计算，储气库因水侵、凝析油和异常高压影响的库容折算地下孔隙体积为0.018 2×108m3，影响库容5.96×108m3。以动态储量为基础，去除各项因素影响的库容，计算有效库容为48.71×108m3（表2）。

表2 轮南59石炭系储气库有效库容计算Table 2.Factors influencing the effective storage capacity of Lunnan-59 Carboniferous UGS

3 结论

（1）应用图解法物质平衡模型，通过拟合回归实际地层压力与累计产气量变化，可确定气藏生产过程中驱动能量变化，从而确定气藏转储气库前动态储量。

（2）应用改进的物质平衡和数值模拟模型，可预测多轮运行周期水侵量和携油量变化，定量计算水侵及反凝析影响的库容；考虑地面压缩机限制及地层异常高压，可定量计算异常高压对库容的影响。

（3）应用图解法物质平衡模型及数值模拟模型能够直观的确定气藏驱动方式的变化，确定储气库建库动态储量；定量表征影响库容的主控因素，明确建库有效库容，研究成果可为同类型边底水异常高压凝析气藏改建储气库提供借鉴。

符号注释

Bg——平均地层气体体积系数，m3/m3；

Bgi——原始地层气体体积系数，m3/m3；

Bw——平均地层水体积系数，m3/m3；

Cf——平均岩石压缩系数，MPa-1；

Cw——平均地层水压缩系数，MPa-1；

Et——总膨胀系数，m3/m3；

F——地下采出量，104m3；

G——凝析气原始地质储量，108m3；

GP——累计产气量，108m3；

N——凝析油地质储量，104m3；

P——某时刻地层压力，MPa；

Pi——初始地层压力，MPa；

Swi——平均束缚水饱和度，%；

We——水侵量，104m3；

WP——累计产水量，104m3。