XJ油田低压低产气井有效分类方法

池 明,马文敏,郭 玲,辛晓知,廖锐全,高 涵,杜军军,王修武

(1.中国石油新疆油田公司工程技术研究院,新疆 克拉玛依 834000;2.昆明理工大学 化学工程学院,云南 昆明 650500;3.长江大学 石油工程学院,湖北 武汉 430000)

0 引 言

随着油气田开发的不断深入,气井的产量逐渐降低且伴随产水[1-2],气井产水造成井筒积液地层能量消耗快,地层压力大幅降低,还可能导致气井停产.不同的气井储层特征与生产特征均不同,选择合适的排采工艺措施时难度较大,因此,通常在设计稳产增产措施时首先需要对气井进行分类.

目前,现有的气井分类方法有无阻流量分类法[3]、动态数据分类法[4]、生产状况分类法[5]以及产水情况分类[6]等.无阻流量分类法反映的是生产初期近井地层压裂裂缝带的渗流特征,随着气井的生产,无阻流量评价结果可能与真实产能不符[7].动态数据分类法基本上是对某一时间点或两个时间节点油井生产进行分析,不能反映油井连续时间段内产能的变化过程,且划分因素单一[8].根据生产特征进行分类可能会受到气井积液的影响不能真实地反映气井的生产能力,现有的气井分类方法不能全面地对气井进行划分.另外,对于如何定义低产低效井,不同油田根据不同生产需要,不同学者根据不同研究内容,提出了很多判别方法.Lin等[9]针对苏里格气田致密砂岩气藏进行了静态和动态分类,从砂体连通性、储层非均质性、含气饱和度和井筒内流体聚集四个方面分析了气井生产动态与静态储层参数不一致的原因.Azin、刘意如等[10-11]利用节点分析法对实际斜井进行生产优化和动态评价.陈晓娟等[12]首次采用偏态分布对不同类型的气井进行分类.针对不同气井类型,各大气田均采取各自适合的气井分类方法[13],如苏里格气田[14]综合气井特征根据储层最大厚度、累计气层厚度、储层特征参数及稳定产量将气井分为3类.长庆气田[15]采用动态法考虑低产气井,将低产气井定义为“产量低于该井产能的井”.榆林气田[16]将低产井分为低产连续型、小产连续型、小产间歇型三类.不同气藏储层条件差异大,不同的气井分类方法与划分标准并不能适用于所有区块[17].

本文主要针对XJ油田的重点产气区块,结合储层物性参数与生产动态数据,综合分析影响气井产能的多种因素,在常规动静态结合的气井分类方法的基础上,利用灰色关联法,明确不同因素对气井产气量的影响程度,进行针对性的气井分类,为低产气井稳产增产措施的优选和设计提供一定科学依据.

1 XJ油田气藏概况

XJ油田共探明气藏31个,已开发23个,开发潜力大,但由于储层孔隙度与渗透率极低,且受地质构造的影响,储层非均质性强、物性差异大.XJ油田气藏的开发分为7个主力区块,其地质特征与生产特征如表1所示.不同区块地层压力系数低,属于低压或异常低压储层,另外,地层压力差异大,A区块与G区块原始地层压力相差32.5MPa,随着气藏不断地开发,地层压力下降快,C区块地层压力降幅达61%,地层能量严重不足.目前XJ油田气井共计263口,其中开井仅157口,从不同区块的生产特征统计数据可以看出,受产水的影响,气井普遍积液,平均单井日产气量低,XJ油田表现出低压低产的特点.

表1 XJ油田重点区块地质与生产特征

续表1

为提高XJ油田气井的采出程度,需要对气井开展针对性的稳产增产工艺措施,但考虑到气井数量多,对单井进行逐一分析设计的难度大,亟需对众多气井进行分类,对不同类型的气井设计不同的生产方案,实现地质储量的最大化利用.

2 动静结合的气井分类(一级初分)

气井产能分类是制定开发决策与工艺设计的依据.目前各大气田采用动态、静态或者动静结合的分类方法.动态分类是以日产气量作为分类指标,利用动态生产数据表征气井产能并完成气井分类;静态分类是考虑气井储层特征参数,以储能系数为静态指标表征气井的生产潜力完成气井分类.

2.1 气井日产气量的动态分类

动态分类是以日产气量数据作为分类指标,表征气井目前的产气能力.统计XJ油田245口低产气井的生产数据,对于日产量小于0.5×104m3/d 的气井,该类井目前处于积液状态;日产量大于4×104m3/d 的气井,可持续稳定生产,携液能量强,据此以产气量为指标将气井划分为3类.

按动态日产气量评价标准进行分类的结果如图1所示,得到日产气量大于4×104m3/d 的I类井共54口,小于0.5×104m3/d 的III类井共63口,介于(0.5～4)×104m3/d 的气井划分为II类井,共128口.

2.2 气井储能系数的静态分类

储能系数反映了井控储量的大小,储能系数越大表明气井具有更大的生产潜力,因此成为预测气井产能的重要指标[18].储能系数R与储层有效厚度h、孔隙度φ以及含气饱和度Sg相关,通常定义为:

R=h·φ·Sg

(1)

式中:h为储层有效厚度,m;φ为储层孔隙度,%;Sg为含气饱和度,%.

根据测井所得储层参数计算储能系数R,对XJ油田气井开展静态分类,将计算结果划分为8个储能系数范围,储能系数小于0.4的气井,渗透率<1×10-3μm2,实际生产有效厚度2～12 m,地层压力均低于 18 MPa,气井储层能量较弱;储能系数大于2的气井,渗透率>4.8×10-3μm2,有效厚度>25 m,目前地层压力范围为30～40 MPa,可有效提供气井生产所需能量,据此将气井划分为三类.

静态分类结果如图2所示,将储能系数大于2的气井划分为I类井,共36口;介于0.4～2之间的气井为II类井,共127口;小于0.4的气井划分为III类井,共82口.

图1 气井日产气量的动态分类Fig.1 Dynamic classification of daily gas production of gas wells

图2 气井储能系数的静态分类Fig.2 Static classification of energy storage coefficient of gas wells

2.3 动静结合的气井分类与评价

表2 动静态指标正交结果

依据储层特征的静态与生产特征的动态分类方法,由于考虑的影响因素较为单一,忽略了影响气井产能的多因素交互作用.因此,进一步综合静态与动态分类结果,采用正交矩阵的方法开展气井综合评价,结果如表2所示.

对于储能系数大且日产气量高的井,该类井具有一定的稳产能力,利用其自身能量即可实现稳产,将其划分为I类井,共计39口;而储能系数小的井表明其储层含气富集程度低,即使目前产气量较高,但通常会出现产气量骤降的问题,不具备实施增产措施的意义,因此划分为III类井,共计82口;储能系数较大但日产气量较低的井作为改造增产的重点井,划分为II类井,共计124口.

图3 动静结合气井分类结果Fig.3 Classification results of gas wells combining dynamic and static methods

为了验证动静结合的气井划分方法的准确性,分析了II类重点井的储能系数与对应的日产气量数据,如图3所示.

从图3划分结果可以看出,气井储能系数较大(R>3)时,气井日产气量较高,但井数较少,大部分气井分布在储能系数0.4～2.5范围内,而日产气量主要分布在低于1.5×104m3/d 与(2.5～4)×104m3/d 的区间内,储能系数相近的井日产气量差异极大,主要由于日产气量受多种因素影响,包括气井产水、井底污染、渗透率等,导致动静结合的气井分类方法不够详细,难以对划分相同类型的井实施针对性的稳产增产措施.

3 基于灰色关联法的气井分类(二级精分)

针对动静结合的气井分类方法分类指标单一、分类结果差异大的问题,为进一步提高气井划分的准确性,在一级初分的基础上利用气井静态数据、试井参数以及生产数据,考虑影响气井产能的多种因素进行二级精分.灰色关联法[19]能够综合评价多种因素对主因素的影响程度,并分析各影响因素间的数值关系,考虑因素多、计算量小,非常适用于进行气井分类.利用灰色关联法计算各影响因素的权重系数与决策因子,建立气井分类标准,完成气井分类.

3.1 灰色关联法原理

利用灰色关联法计算各影响因素间的主次关系,步骤如下:

1) 影响因素的无量纲处理,一般有初值法与均值法.初值法处理方式适用于有着一种趋势或规律性的数据,由于气井试井数据均大于0且差异较大,随着生产的进行数据波动大,开井初期的数据代表性不强,因此选择采用均值法处理[20-21]:

2) 计算灰色关联系数ξi:

3) 计算关联度γi:

(4)

4) 归一化处理,计算权重系数αi:

(5)

5) 决策因子计算Z:

(6)

3.2 灰色关联法气井分类

评价一口气井,主要看其产能的大小,而影响实际气井生产能力的因素总体上来自储层、井筒及地面三个方面,主要参数有表皮系数表征地层污染程度,地层污染导致流体流动阻力增大,降低产能[22];地层渗透率与地层压力表征储层流体渗流能力与驱动能量的大小,与产能密切相关;动储量指地质储量可流动部分,气井动储量计算对气藏的动用程度分析及开发潜力评价至关重要;无阻流量指当井底流压为大气压时的气井产量,通常用来评价气井的生产能力;储层有效厚度指具有产气能力的储层厚度,是气井储量评价与产能预测的关键;气井产水将降低气相渗流能力,降低产气量,因此综合考虑气井日产气与日产水数据,以水气比作为影响气井产能因素的衡量标准.结合气井生产实际,确定出以上最具代表性的7个参数,利用灰色关联法处理成一个综合系数(决策因子)来作为分类标准.

利用动静结合筛选出的124口II类重点井数据,以日产气量为评价指标,计算得到不同影响因素的权重系数,结果如表3所示.对日产气量影响程度最大的为水气比,其次分别为动储量、渗透率、无阻流量、表皮系数、有效厚度、地层压力.

根据不同因素权重系数,评价气井综合值,计算决策因子,计算结果如表4所示(井数较多,仅列出15口井).

表3 不同影响因素的权重系数

表4 采用灰色关联法气井分类表

续表4

图4 基于灰色关联法的气井分类结果Fig.4 Gas well classification results basedon grey relational method

基于灰色关联法的气井分类结果如图4所示.

以气井实际数据标准化为一个综合系数建立气井分类标准,将决策因子大于0.8的气井划分为I类井共29口,该类井水气比低,动储量较大,地层条件适于利用气井自身能量进行自然生产即能保持稳产;介于0.5～0.8之间的气井分为II类井,其水气比大,动储量较高,具有一定开采潜力,但就其目前生产状况需采取相应的稳产增产措施来提高采收率;决策因子小于0.5的气井归为III类井共38口,该类气井主要表现为产水量高,储量偏低,地层条件不利于开采,难以维持正常生产,建议进行衰竭式开采.

4 分类方法应用与验证

气井的准确分类是气井管理及优选合理稳产增产措施的基础,在进行气井分类后,针对气井的生产特征制定相应的管理策略.对预留的近5年15口气井利用已形成的方法实施分类,将分类结果与现场认识进行对比,以考察分类模型的准确性.基于灰色关联分析对15口井进行评价分类,获得的归一化数据如表5所示.

表5 预留气井分类表

根据气井分类情况和各类工艺措施的实施效果评价,对决策因子介于0.5～0.8之间的II类气井,按照从地面-井筒-储层的顺序原则对气井进行稳产增产工艺措施的划分优选,构建气井工艺措施优选方法,详细如图5所示.

图5 气井工艺措施优选方法示意图Fig.5 Optimal diagram of process measures for gas wells

统计15口井的实际生产状况得到分类结果,归属于II类的气井由于水气比高导致气井间开或关停,但其动储量较大,仍具有一定的开发潜力,XJ油田现场已对其实施了工艺措施,且取得了较好的效果,措施有效率达86%.

现以其中两口井为例分析,A-14井(2019年数据)、D-10井(2020年数据)利用本文建立的气井分类方法完成分类后均属II类井,需要针对性地优选设计稳产增产措施.

A-14井属于A区块,为火山岩底水气藏,储层有效厚度 28 m,原始地层压力 32.9 MPa.如图6(a)所示,该井于2012年12月开始投产,初期气井不产水,平均产气量7.4×104m3/d,产量稳定.2017年1月气井出现大量产水,产水量超过 12 m3/d,产气量大幅降低,年递减率达18%.2020年6月产气量仅1.41×104m3/d,产水量 10.8 m3/d,随后停产,分析气井低产原因主要为井筒积液.依据工艺优选流程图层层遴选后知该井可实施柱塞气举有望恢复生产.调研发现实际现场于2019年设计了柱塞气举增产措施,2020年8月复产,措施后气井产水量较大为12.1 m3/d,产气量大幅提升且稳定在(3～4.2)×104m3/d,目前气井已稳产13个月.

D-10井属于D区块,为致密砂岩凝析气藏,储层有效厚度 14 m,原始地层压力 23.6 MPa.如图6(b)所示,D-10井于2012年12月开始投产,初期不产水,但产气量波动幅度大.2017年6月开始,气井出现大股出水,产气量大幅降低,气井携液困难,出现频繁出水,产气量波动大.气井分类同样为II类井,根据气井特征数据,可优先考虑旋流雾化措施,这与现场认识一致.调研发现采气厂于2020年10月实施旋流雾化重新投产后,产气量、产水量均明显提升,排液效果明显,日产气量0.56×104m3/d,至目前已稳产12个月.

(a)A-14井 (b)D-10井图6 气井生产动态曲线图Fig.6 Gas well production dynamics curve chart

经过分析对比可以得出,本文建立的气井分类方法给出的气井分类结果合理可靠.工艺优选流程也与现场认识一致.而且,该方法在给出分类结果后,还为气井优选稳产增产措施工艺提供了依据,从而在完成气井分类工作的同时,进一步加深了对气井生产状况的认识,能够更加便捷精确地指导现场气井稳产增产措施的制定与实施.

5 结论与建议

1)基于常规动静结合的气井分类方法分类效果较差,为提高气井分类的准确性、设计合理的稳产增产工艺,必须全面考虑影响气井产能的多种因素.

2)影响XJ油田气井产量的多种因素中,产水量、动储量以及渗透率三因素对气井产能的影响程度最大.

3)基于气井生产资料,结合动静结合法与灰色关联法创建的气井二级分类方法,在XJ油田不同气藏分类效果好、适用性高.

4)结合气井分类结果和各类工艺措施效果评价,构建了XJ油田气井稳产增产工艺措施优选方法,指导现场应用,现场追踪反馈增产效果显著,表明该方法对低产气井有效生产具有一定的指导意义.