凝析氣藏注氣開發(fā)氣竄量化評價方法及應(yīng)用

張永昌 李相方 孫政 李宗宇 劉文遠(yuǎn) 張逸

1.中國石油大學(xué)（北京）石油工程教育部重點實驗室；2.塔西南勘探開發(fā)公司；3.中石化西北分公司

凝析氣藏是一類特殊、復(fù)雜的氣藏［1-2］，其開發(fā)既不同于油藏，也不同于干氣氣藏［3］。在地層原始條件下，凝析氣藏流體以單相氣體存在，在開發(fā)過程中，隨流體的不斷采出，氣藏壓力不斷下降，當(dāng)?shù)貙訅毫Φ陀谏下饵c壓力時，氣相中溶解的重?zé)N物質(zhì)會發(fā)生反凝析現(xiàn)象［4-8］，液烴開始析出，并以液膜的形式附著在儲層孔隙表面。隨著壓力繼續(xù)下降，儲層孔隙內(nèi)含油飽和度增加，直至達(dá)到最大含油飽和度。然而，這一飽和度往往低于臨界流動飽和度，從而使經(jīng)濟(jì)價值較高的液態(tài)烴類（凝析油）損失在地層中。凝析油含量較高的凝析氣藏，衰竭式開采凝析油采收率僅為20%。為了提高凝析氣藏的采收率，尤其是對于凝析油含量較高的凝析氣藏，多采用保壓的開發(fā)方式［9］，注入介質(zhì)多為干氣。循環(huán)注氣能夠保持地層壓力，防止反凝析液的進(jìn)一步析出，改善滲流能力，提高凝析油的采收率。其機(jī)理主要是反蒸發(fā)作用及氣驅(qū)作用。

氣竄是凝析氣藏循環(huán)注氣開發(fā)中后期常見的現(xiàn)象，在注氣開發(fā)過程中，由于地層多孔介質(zhì)的非均質(zhì)性，儲層平面上及縱向上物性的差異，隨著開發(fā)的進(jìn)行和注入孔隙體積倍數(shù)（PV）的增加，注入氣的前緣部分會沿地層中的高滲透層形成優(yōu)勢流道［10-15］，突破至采氣井井底。注入氣發(fā)生突破后，伴隨注入體積的不斷累積，導(dǎo)致注入氣對原始地層流體的驅(qū)替效率將大幅降低。但目前對于氣竄的研究多以常規(guī)氣藏為主，對于凝析氣藏氣竄的研究相對較少。循環(huán)注氣前后生產(chǎn)井地層壓力、產(chǎn)量、氣油比、凝析油含量、原油密度、露點壓力及井流物組成等參數(shù)均服從一定的變化規(guī)律。程遠(yuǎn)忠［16］等人結(jié)合凝析氣藏實際生產(chǎn)動態(tài)，對注氣前后參數(shù)變化特征進(jìn)行描述，并對注氣效果進(jìn)行了評價，但評價的依據(jù)僅為單一或少量幾個生產(chǎn)指標(biāo)，未形成完備的凝析氣藏注氣氣竄量化評價體系。鑒于此，本文在分析注氣前后動靜態(tài)參數(shù)變化規(guī)律的基礎(chǔ)上，建立了多參數(shù)綜合評價方法。最后，以某凝析氣藏為例，分析了該凝析氣藏注氣氣竄參數(shù)變化特征，形成了凝析氣藏注氣氣竄評價量化體系，并對該凝析氣藏的一口真實凝析氣井氣竄情況進(jìn)行了評價分析。

1 凝析氣藏注氣氣竄量化評價參數(shù)變化特征

Variation characteristics of quantitative evaluation parameters for gas channeling of injected gas in condensate gas reservoirs

1.1 氣油比

Gas/oil ratio

采氣井氣竄后，干氣從注氣井運移到采氣井，干氣的驅(qū)替作用減小，凝析油的產(chǎn)量下降，氣油比上升。采氣井從注氣開始到開始?xì)飧Z，一般經(jīng)歷3個階段，未發(fā)生氣竄時的氣油比穩(wěn)定階段（如圖1中的①段所示）、剛發(fā)生氣竄時的氣油比上升階段（如圖1中的②段所示）、氣竄嚴(yán)重時的氣油比快速上升階段（如圖1中的③段所示）。

圖1 氣油比隨時間變化關(guān)系典型曲線Fig. 1 Typical relationship curve of GOR vs. time

1.2 凝析油密度

Density of condensate oil

凝析氣藏在開發(fā)過程中，隨著壓力的下降，會發(fā)生反凝析現(xiàn)象，生成凝析油。當(dāng)凝析油的析出達(dá)到一定量時，會隨著天然氣一起產(chǎn)出。當(dāng)注入氣到達(dá)生產(chǎn)井時，產(chǎn)出流體中的輕質(zhì)組分含量增加，將導(dǎo)致產(chǎn)出的液態(tài)原油密度變小。如圖2中①段所示，注氣初期，未發(fā)生氣竄，凝析油密度相對穩(wěn)定；如圖2中②段所示，注氣后期，發(fā)生氣竄，凝析油密度下降。

1.3 井流物組分

Components of well fluid

（1）井流物中輕質(zhì)組分（C1、C2）含量變化特征。凝析氣藏產(chǎn)出的多為氣態(tài)流體，其中主要成分為C1、C2等輕質(zhì)組分，當(dāng)發(fā)生氣竄時，生產(chǎn)井將產(chǎn)出大量注入氣，產(chǎn)出的流體中氣體含量比例將大幅增加，而氣體組分中的輕質(zhì)組分比例也將增加。如圖3所示，未發(fā)生氣竄時，井流物中輕質(zhì)組分含量保持相對穩(wěn)定；發(fā)生氣竄后，井流物中C1、C2等輕質(zhì)組分含量上升。（2）井流物中重組分（C5+）含量變化特征。凝析氣藏循環(huán)注氣，注入干氣其主要成分為C1、C2等輕質(zhì)組分，未發(fā)生氣竄時，井流物中C5+、C7+等較重組分的含量保持相對穩(wěn)定，如圖3中①段所示。一旦發(fā)生氣竄后，井流物中C5+、C7+等較重組分的含量將相對下降，如圖3中②段所示。

圖2 凝析油密度隨時間變化關(guān)系典型曲線Fig. 2 Typical relationship curve of condensate oil density vs. time

圖3 井流物中輕質(zhì)組分、重組分隨時間變化典型曲線Fig. 3 Typical relationship curve of light and heavy components of well fluid vs. time

1.4 油壓

Tubing pressure

采氣井油壓明顯上升，預(yù)示著該井氣竄。當(dāng)注入氣到達(dá)生產(chǎn)井時，表明此時注氣井與生產(chǎn)井之間存在較好的壓力傳遞，使得注入壓力會在生產(chǎn)井的壓力動態(tài)上反映出來。當(dāng)注氣前緣到達(dá)該井附近時，井口油壓上升，如圖4中②中油壓上升，說明該井已經(jīng)發(fā)生氣竄。

圖4 油壓隨時間變化典型曲線圖Fig. 4 Typical relationship curve of tubing pressure vs. time

2 凝析氣藏注氣氣竄量化評價方法

Quantitative evaluation method for the gas channeling of injected gas in condensate gas reservoirs

2.1 現(xiàn)場經(jīng)驗法

Field experience method

目前國內(nèi)外凝析氣井氣竄判別評價方法主要有現(xiàn)場經(jīng)驗法、圖版法、示蹤劑法、微地震監(jiān)測法等，下面將對現(xiàn)場經(jīng)驗法和圖版法進(jìn)行介紹，示蹤劑法、微地震監(jiān)測法在此不做重點介紹。

（1）氣油比變化率法。在注氣實踐中總結(jié)出用氣油比變化率（?GOR）來判斷氣竄，即注氣后的氣油比與注氣初期的穩(wěn)定氣油比的變化率

經(jīng)過某凝析氣田眾多井的數(shù)值模擬計算后認(rèn)為，注氣后氣油比的增量與注氣初期穩(wěn)定氣油比的比值超過40%即認(rèn)為單井氣竄。

（2）井流物C5+含量變化率法。在注氣實踐中總結(jié)出了采出井流物中C5+含量的變化率（?C5+）來判斷氣竄，即目前注氣前后的C5+含量與注氣初期穩(wěn)定的C5+含量的變化率

（3）通過對某凝析氣田眾多井?dāng)?shù)值模擬，對氣竄各單井井流物中C5+含量變化的分析總結(jié)，得出井流物中C5+含量減少45%左右，且其后井流物中C5+含量趨于穩(wěn)定狀態(tài)，則說明該井已經(jīng)氣竄。

（4）凝析油密度判斷法。對凝析氣井產(chǎn)出凝析油的密度進(jìn)行分析，通過監(jiān)測凝析油的密度來判斷是否發(fā)生氣竄，當(dāng)凝析油的密度下降明顯時，可以認(rèn)為該井已經(jīng)發(fā)生氣竄。

（5）干氣波及系數(shù)判斷法。烏克蘭專家伊萬諾夫的凝析氣田注入氣體前緣突破時波及系數(shù)的方法

式中，k為波及系數(shù)，W1為注入氣體體積，W2為原始儲量。

經(jīng)過某凝析氣藏各井?dāng)?shù)值模擬認(rèn)為，k＞0.15且?GOR＞20%時單井氣竄。

（6）油壓判斷法。在恒定的注入量和采出量的條件下，氣竄前的壓降速度比氣竄發(fā)生后的壓降速度要快。也就是說，在循環(huán)注氣開發(fā)過程中，隨著注氣量的不斷積累，注氣突破后生產(chǎn)過程消耗的原油能量將大幅度降低，油壓明顯上升。經(jīng)過某凝析氣田眾多井的數(shù)值模擬計算后，不考慮其他因素的條件下，認(rèn)為油壓上升45%時氣井氣竄。

2.2 圖版法

Chart method

利用凝析氣田的原始流體組成和氣組成數(shù)據(jù)，制作出判斷該凝析氣田單井氣竄的氣油比與壓力、C1含量與壓力以及C5+含量與壓力的關(guān)系圖版，如圖5～7所示。將采氣井某一時刻的生產(chǎn)氣油比和C1、C5+含量的數(shù)據(jù)標(biāo)注在圖版上，就能很容易地判斷出注入氣的突破時間和產(chǎn)出井流物中注入氣所占的體積倍數(shù)。

圖5 不同倍數(shù)注入氣體下生產(chǎn)氣油比與壓力的關(guān)系圖Fig. 5 Relationship of production GOR vs. pressure for different gas injection volumes

圖6 不同倍數(shù)注入氣體下C1含量與壓力的關(guān)系圖Fig. 6 Relationship of C1 content vs. pressure for different gas injection volumes

3 凝析氣藏注氣氣竄量化評價體系

Quantitative evaluation system for the gas channeling of injected gas in condensate gas reservoirs

通過上述研究可以總結(jié)出評價氣竄的參數(shù)主要包括氣油比、凝析油密度、井流物組分（C1、C5+）、油壓等，在實際應(yīng)用中，應(yīng)該結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)，結(jié)合氣竄識別方法，對上述參數(shù)進(jìn)行綜合評價。凝析氣藏注氣氣竄量化綜合評價體系見圖8。

圖7 不同倍數(shù)注入氣體下C5+含量與壓力的關(guān)系圖Fig. 7 Relationship of C5+vs. pressure for different gas injection volumes

圖8 凝析氣藏注氣氣竄量化評價體系圖Fig. 8 Quantitative evaluation system diagram for the gas channeling of injected gas in condensate gas reservoirs

4 實例應(yīng)用

Case application

以某凝析氣藏一口真實凝析氣井為例，利用該井的生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)、井流物組分含量數(shù)據(jù)、PVT實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行氣竄評價分析。該井位于下氣層，在2013年4月開始注氣，注氣前氣油比約為2 000 m3/m3，油壓為10 MPa左右。截止到目前，該井的氣油比約為2 200 m3/m3，油壓為12 MPa。利用氣油比變化率法和油壓法評價該井的氣竄可得該井尚未氣竄。

4.1 基于凝析油密度判斷法的凝析氣井氣竄評價

Evaluation on the gas channeling of condensate gas well based on the condensate oil density diagnosis method

基于采出的凝析油密度數(shù)據(jù)繪制得到該井凝析油密度隨時間變化關(guān)系曲線，如圖9所示，該井的原油密度隨時間變化基本保持不變，所以基于氣竄的原油密度判斷法可以得到，該井未發(fā)生氣竄。

4.2 基于井流物組分的凝析氣井氣竄評價

Evaluation on the gas channeling of condensate gas well based on the components of well fluid

利用該凝析氣井井井流物各組分含量數(shù)據(jù)，繪制出井流物組分含量隨時間變化的關(guān)系曲線，如圖10所示，該井的輕質(zhì)組分、重質(zhì)組分基本保持不變，所以基于氣竄的井流物組分判斷法可以得到，該井未發(fā)生氣竄。

圖9 某井凝析油密度隨時間變化關(guān)系曲線Fig. 9 Relationship of condensate oil density in this well vs. time

圖10 某井井流物組分隨時間變化關(guān)系曲線Fig. 10 Relationship of components of well fluid vs. time

4.3 基于圖版法的凝析氣井氣竄評價

Evaluation on the gas channeling of condensate gas well based on the chart method

按照前面介紹的判斷氣竄的圖版法，以某氣田的某井為例，從生產(chǎn)數(shù)據(jù)表中提取生產(chǎn)氣油比，將這些數(shù)據(jù)分別繪制在相應(yīng)的圖版上。運用圖版可以的判斷是否發(fā)生氣竄以及氣竄時對應(yīng)的地層壓力和氣竄量的大小，見圖11。

圖11 氣油比含量變化法判斷氣竄圖Fig. 11 Gas channeling diagnosis diagram based on GOR content variation method

分析表明，該井的氣油比關(guān)系曲線在圖版上處于0倍注入氣體體積的曲線上，這說明該井的注入氣還未推到該井井底，該井尚未氣竄。

4.4 凝析氣井氣竄量化綜合評價

Comprehensive quantitative evaluation on the gas channeling of condensate gas well

基于新建立的凝析氣藏注氣氣竄評價體系，綜合上述氣竄識別判斷方法，發(fā)現(xiàn)該凝析氣井的氣油比、原油密度、井流物組分、油壓穩(wěn)定，進(jìn)一步通過圖版法發(fā)現(xiàn)該凝析氣井的曲線正常。故綜合評價可得該井目前生產(chǎn)狀況良好，尚未氣竄。

5 結(jié)論

Conclusions

（1）凝析氣井發(fā)生氣竄后，生產(chǎn)參數(shù)會發(fā)生顯著變化，如氣油比、凝析油密度、井流物組分（C1、C5+）與油壓等。根據(jù)這些變化特征，綜合現(xiàn)場經(jīng)驗法、圖版法等，建立了凝析氣藏的注氣氣竄量化評價方法，能夠?qū)庥捅?、凝析油密度、井流物組分、油壓等參數(shù)進(jìn)行評價分析。

（2）通過計算發(fā)現(xiàn)氣井發(fā)生氣竄時的特點有：注氣后氣油比的增量與注氣初期穩(wěn)定氣油比的比值超過40%；井流物中C5+含量減少45%左右，且隨后的井流物中C5+含量趨于穩(wěn)定狀態(tài)；注氣波及系數(shù)k＞0.15且?GOR＞20%；不考慮其他因素的條件下，油壓突然上升45%。

（3）基于建立的凝析氣藏注氣氣竄量化評價體系，對某氣藏的一口真實凝析氣井的氣竄情況進(jìn)行評價，結(jié)果顯示該井氣油比、原油密度、井流物組分、油壓等始終能保持穩(wěn)定，表明該井目前尚未氣竄，生產(chǎn)效果良好，與實際情況相符。該凝析氣藏注氣氣竄量化評價體系為凝析氣藏的開發(fā)部署、優(yōu)化與氣竄防治提供了理論依據(jù)，對現(xiàn)場生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義。

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