臨興地區(qū)砂巖兩層合采接替時(shí)機(jī)優(yōu)選實(shí)驗(yàn).

謝英剛，段長(zhǎng)江，魏攀峰，孟尚志，高麗軍

(1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300457;2.中國(guó)石油大學(xué)(北京)，北京 102249; 3.中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司，北京 100011)

臨興地區(qū)砂巖兩層合采接替時(shí)機(jī)優(yōu)選實(shí)驗(yàn).

謝英剛1，段長(zhǎng)江1，魏攀峰2，孟尚志3，高麗軍1

(1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300457;2.中國(guó)石油大學(xué)(北京)，北京 102249; 3.中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司，北京 100011)

以臨興地區(qū)石盒子組2段和7段砂巖地層為目標(biāo)，利用直徑25mm巖心柱塞，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試資料控制柱塞溫度、圍壓、柱塞出口壓力，評(píng)價(jià)地層壓力對(duì)砂巖兩層合采產(chǎn)能的影響，為臨興地區(qū)砂巖兩層合采接替時(shí)機(jī)的優(yōu)選提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。研究表明，隨H2段砂巖柱塞合采接替壓力由14.98MPa降至9.58MPa，H2段與H7段柱塞單層干擾指數(shù)均先增后減，接替壓力為12.05MPa時(shí)，兩個(gè)砂巖單層干擾指數(shù)最高，分別達(dá)9.20%和14.54%。接替壓力最大時(shí)，干擾程度最低。建議現(xiàn)場(chǎng)選擇地層打開(kāi)初期作為接替時(shí)機(jī)。

砂巖氣；兩層合采；地層壓力；模擬實(shí)驗(yàn)；層間干擾

鄂爾多斯盆地臨興地區(qū)縱向發(fā)育多套砂巖地層，主力砂巖層段上石盒子組、下石盒子組平均有效厚度為10.3 m、11.8 m，現(xiàn)場(chǎng)已鉆井試氣結(jié)果表明地層壓力14～16 MPa，均值接近15 MPa[1]。不同地層壓力氣層合采存在層間干擾導(dǎo)致產(chǎn)能下降[2]，能否通過(guò)控制砂巖合采接替時(shí)機(jī)，調(diào)整多個(gè)地層合采壓力差值以降低層間干擾，不同學(xué)者從數(shù)值模擬和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面開(kāi)展研究。

熊燕莉等運(yùn)用數(shù)值試井方法分析四川盆地壓力23～25 MPa、滲透率為0.14～13.44 mD的灰?guī)r地層合采效果指出，合采地層壓力差越小，層間干擾程度越低[3]。王都偉等利用多層氣藏節(jié)點(diǎn)分析方法評(píng)價(jià)地層壓力28～33 MPa低滲砂巖合采效果指出，地層壓力差越小，高壓地層對(duì)低壓地層氣流倒灌強(qiáng)度越低[4]。王淵建立的壓力為26～27 MPa地層合采層間干擾系數(shù)計(jì)算公式指出，層間壓力差越大，合采干擾系數(shù)越大[5]。向祖平等建立單井多層氣藏雙孔介質(zhì)模型評(píng)價(jià)壓力為19～20 MPa地層合采壓力比值與合采效果關(guān)系指出，地層壓力比值越小，低產(chǎn)氣層受干擾程度越低[6]。胡勇等通過(guò)高低壓(3～9 MPa)雙氣層物理模擬實(shí)驗(yàn)指出，地層壓力差越大，產(chǎn)能干擾程度越高[7]。朱華銀等利用相似實(shí)驗(yàn)方法模擬柴達(dá)木盆地滲透率為2～8000 mD、壓力為20 MPa地層合采，指出產(chǎn)能干擾程度與地層壓力差正相關(guān)[8]。

綜上，不同學(xué)者研究認(rèn)為，合采地層壓力差越大，合采干擾程度越高，同時(shí)地層滲透率差異也是氣層合采影響因素之一。但是這些成果集中于地層壓力20 MPa、滲透率為0.01～10 mD的氣層合采，而臨興地區(qū)石盒子組砂巖地層壓力為15 MPa、地層滲透率為0.001～0.01 mD，都相對(duì)較低，運(yùn)用現(xiàn)有數(shù)值分析模型和模擬實(shí)驗(yàn)方法評(píng)價(jià)臨興地區(qū)石盒子組砂巖地層合采接替時(shí)機(jī)選擇存在偏頗。為此，利用現(xiàn)場(chǎng)鉆取巖心柱塞，根據(jù)臨興地區(qū)現(xiàn)場(chǎng)試井資料設(shè)定模擬實(shí)驗(yàn)參數(shù)，評(píng)價(jià)地層壓力對(duì)砂巖雙層合采氣體產(chǎn)能效果的影響，為臨興地區(qū)砂巖雙層合采接替時(shí)機(jī)優(yōu)選提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

以臨興地區(qū)石盒子組2段(H2段)和7段(H7段)砂巖為研究對(duì)象，利用實(shí)鉆巖心柱塞模擬地層，通過(guò)并聯(lián)兩枚柱塞出口模擬現(xiàn)場(chǎng)砂巖地層兩層合采。實(shí)驗(yàn)控制一枚柱塞壓力環(huán)境穩(wěn)定，另一枚砂巖柱塞入口壓力初值逐漸下降以模擬不同接替時(shí)機(jī)下地層壓力值。測(cè)定兩層合采柱塞出口氣體平均流速相對(duì)于單層單采柱塞氣體平均流速的變化，評(píng)價(jià)地層壓力差對(duì)臨興地區(qū)砂巖地層合采氣體產(chǎn)能規(guī)律的影響。

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

利用現(xiàn)場(chǎng)鉆取直徑25 mm巖心柱塞模擬兩個(gè)層段砂巖地層。參考現(xiàn)場(chǎng)試井及測(cè)試資料，設(shè)定柱塞溫度為45～47℃，柱塞圍壓為18～20 MPa、出口壓力為7.2 MPa。以定體積(3 L)高壓氣瓶中壓力自然衰減空氣模擬地層遠(yuǎn)端能量衰減過(guò)程。實(shí)驗(yàn)測(cè)定空氣壓力連續(xù)衰減0.5 MPa單枚巖心柱塞出口氣體流速變化，模擬現(xiàn)場(chǎng)單層單采。保持兩枚砂巖柱塞溫度、出口壓力參數(shù)不變，并聯(lián)兩枚柱塞出口并接替總管線，模擬現(xiàn)場(chǎng)兩層合采。記錄高壓氣瓶壓力15 MPa衰減為14.5 MPa時(shí)柱塞出口氣體流速變化，模擬現(xiàn)場(chǎng)兩層合采。以氣體壓力衰減0.5 MPa周期內(nèi)氣體平均流速表征地層氣體產(chǎn)能，對(duì)比兩層合采相對(duì)單層單采產(chǎn)能降幅。調(diào)整H2段砂巖柱塞接替高壓氣瓶初始?jí)毫χ饾u降低，對(duì)比砂巖接替合采時(shí)機(jī)不同，兩層合采相對(duì)單層分采氣體產(chǎn)能變化。室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)使用北京力會(huì)瀾博能源技術(shù)有限公司研制天然氣儲(chǔ)層多層合采產(chǎn)能模擬系統(tǒng)，系統(tǒng)原理圖如圖1。

圖1 砂巖兩層合采并聯(lián)實(shí)驗(yàn)原理圖Fig.1 Schematic diagram of sandstone two-layer combined mining experiment

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 砂巖單層單采產(chǎn)能模擬實(shí)驗(yàn)

兩枚砂巖柱塞參考GB/T 27192—2012(巖心分析方法)[9]完成清洗、烘干及抽真空，放入巖心夾持器中。參考現(xiàn)場(chǎng)試井、測(cè)試數(shù)據(jù)，控制柱塞溫度為45～47℃，柱塞圍壓為18～20 MPa，柱塞出口壓力為7.2 MPa。巖心柱塞入口接體積為3 L的高壓氣瓶，氣瓶中充入空氣至壓力接近實(shí)際地層壓力。打開(kāi)巖心柱塞入口與高壓氣瓶閥門(mén)，記錄高壓氣瓶壓力衰減0.5 MPa范圍時(shí)柱塞出口氣體流速變化。

1.2.2 砂巖兩層合采產(chǎn)能模擬實(shí)驗(yàn)

完成砂巖單層單采產(chǎn)能模擬實(shí)驗(yàn)后，并聯(lián)兩枚砂巖柱塞出口至總管線，控制兩枚柱塞溫度、出口壓力等參數(shù)不變，測(cè)定高壓氣瓶壓力由15 MPa衰減至14.5 MPa期間兩枚柱塞出口氣體流速變化。

1.2.3 地層壓力影響砂巖合采效果評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

定義實(shí)驗(yàn)中H2段與H7段砂巖柱塞并聯(lián)初始入口高壓氣瓶壓力為合采接替壓力。分別調(diào)整合采接替壓力為14.98 MPa、13.46 MPa、12.05 MPa、10.53 MPa、9.08 MPa，在H7段柱塞入口壓力穩(wěn)定為15.25 MPa的條件下，重復(fù)砂巖單層單采產(chǎn)能模擬實(shí)驗(yàn)和兩層合采產(chǎn)能模擬實(shí)驗(yàn)，記錄兩枚柱塞出口氣體流速變化，以入口壓力衰減0.5 MPa范圍內(nèi)氣體平均流速表征地層產(chǎn)能。

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

以砂巖柱塞入口壓力初值14.98 MPa為例，對(duì)比單采與合采實(shí)驗(yàn)柱塞出口氣體流速變化(圖2)。

圖2 砂巖柱塞單層及兩層合采實(shí)驗(yàn)出口流量變化Fig.2 Flow of the outlet of single-layer and two-layer experiment of sand stone plunger

圖2中，單采實(shí)驗(yàn)H2段與H7段砂巖柱塞出口氣體流速均值分別為1344.26 mL/min、293.11 mL/min。合采實(shí)驗(yàn)兩枚柱塞出口氣體流速均值分別為1238.77 mL/min、275.94 mL/min，均低于單采實(shí)驗(yàn)。

對(duì)比H2段砂巖柱塞入口壓力初值14.98 MPa、13.46 MPa、12.05 MPa、10.53 MPa、9.08 MPa，在出口壓力穩(wěn)定為5.44 MPa條件下，單采及與H7段砂巖柱塞并聯(lián)合采時(shí)氣體流速均值，(圖3)。兩層合采時(shí)H7段砂巖柱塞進(jìn)出口壓力分別保持15.45 MPa、3.95 MPa穩(wěn)定不變。

圖3中，H2段柱塞合采接替壓力由14.98 MPa降至9.08 MPa時(shí)，H2段砂巖單層單采氣體流速均值由1344.26 mL/min降至250.70 mL/min，下降了1093.56 mL/min。與H7段砂巖合采后，H2段柱塞氣體流速均值由1238.77 mL/min降至231.40 mL/min，下降了1007.37 mL/min。與之并聯(lián)的H7段砂巖柱塞出口氣體平均流速由275.27 mL/min先降至250.00 mL/min，再升至258.00 mL/min，最大降幅為25.27 mL/min。

圖3 砂巖柱塞單層及兩層合采實(shí)驗(yàn)氣體平均流速Fig.3 Average flow velocity of sandstone single-layer and two-layer mining experiment

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與討論

對(duì)比H2段砂巖合采接替壓力不同，臨興地區(qū)兩套砂巖單層單采實(shí)驗(yàn)和兩層合采實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析地層壓力影響臨興地區(qū)砂巖兩層合采產(chǎn)能。

定義砂巖兩層合采單層干擾指數(shù)為Do，即地層壓力由15 MPa衰減至14.5 MPa期間，砂巖柱塞并聯(lián)合采時(shí)氣體流速均值相對(duì)單層單采氣體流速均值的降幅，如公式1：

(1)

式中Qd——砂巖單層單采實(shí)驗(yàn)柱塞出口氣體平均流速，mL/min；

Qs——砂巖兩層合采實(shí)驗(yàn)柱塞出口氣體平均流速，mL/min。

定義砂巖兩層合采整體干擾指數(shù)為Da，即地層壓力由15 MPa衰減至14.5 MPa時(shí)，兩層合采實(shí)驗(yàn)總管線出口氣體平均流速相對(duì)單層單采實(shí)驗(yàn)兩枚柱塞出口氣體平均流速之和的降幅，如公式2：

(2)

式中Qda——單層單采實(shí)驗(yàn)兩枚柱塞出口氣體平均流速之和，mL/min；

Qsa——兩層合采實(shí)驗(yàn)總管線出口平均流速，mL/min。

對(duì)比H2段、H7段砂巖柱塞單層干擾指數(shù)、合采干擾指數(shù)隨H2段合采接替壓力變化(圖4)。

圖4 H2段柱塞單層干擾指數(shù)變化Fig.4 H2 segment plunger single-layer interference index changes

圖4中，隨著H2段砂巖柱塞合采接替壓力由14.98 MPa降至9.58 MPa，H2段柱塞合采單層干擾指數(shù)先增后減，接替壓力為12.05 MPa時(shí)，干擾指數(shù)最高達(dá)9.20%；接替壓力為9.58 MPa時(shí)，干擾指數(shù)最低為7.70%，相比最高值降低1.50%。H7段柱塞單層干指數(shù)同樣先升后降。最高值14.54%對(duì)應(yīng)接替壓力為12.05 MPa，最低值5.90%對(duì)應(yīng)接替壓力為14.98 MPa。H2段與H7段柱塞兩層合采整體干擾指數(shù)先從7.71%升至10.78%，再降至9.91%，最大變化幅度2.20%。

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，臨興地區(qū)石盒子組H2段與H7段兩層合采，H7段地層壓力環(huán)境穩(wěn)定時(shí)，隨H2段砂巖合采接替壓力降低，H2段與H7段砂巖氣體干擾指數(shù)均先增后降。接替壓力為12.05 MPa時(shí)，兩個(gè)砂巖單層干擾指數(shù)最高，分別達(dá)9.20%和14.54%。為降低產(chǎn)能干擾，臨興地區(qū)石盒子組H2段與H7段砂巖兩層合采時(shí)，應(yīng)選擇地層打開(kāi)初期就開(kāi)展兩層合采。

4 結(jié)論與建議

(1)基于現(xiàn)場(chǎng)試井測(cè)試資料設(shè)定實(shí)驗(yàn)基本參數(shù)，以多個(gè)砂巖柱塞出口是否并聯(lián)模擬現(xiàn)場(chǎng)氣層單采以及兩層合采兩種模式的實(shí)驗(yàn)方法，實(shí)驗(yàn)參數(shù)接近現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確直觀，實(shí)驗(yàn)操作便捷，方法可行。

(2)實(shí)驗(yàn)研究表明，臨興地區(qū)砂巖兩層合采時(shí)，地層接替初始?jí)毫τ绊懞喜傻漠a(chǎn)能干擾程度。合采接替壓力最大時(shí)，干擾程度最低。建議現(xiàn)場(chǎng)選擇地層壓力最大時(shí)為合采時(shí)機(jī)。

(3)合采接替壓力對(duì)產(chǎn)能干擾程度呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，表明地層壓力并非影響臨興地區(qū)砂巖合采產(chǎn)能效果的唯一因素，需要進(jìn)一步從地層物性特征、井筒氣體流動(dòng)阻力等方面評(píng)價(jià)合采影響因素。

[1] 謝英剛,孟尚志,萬(wàn)歡,等.臨興地區(qū)煤系地層多類型天然氣儲(chǔ)層地質(zhì)條件分析[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2015,49(9):71-75.

[2] P.C.Shah,J.B. Spath. Transient Wellbore Pressure and Flow Rates in a Commongled System with Different Layer Pressure[C], SPE25423, 1993.

[3] 熊燕莉,馮曦,楊雅和,等.多層合采氣井動(dòng)態(tài)特征及開(kāi)發(fā)效果分析[J].天然氣勘探與開(kāi)發(fā),2005,28(1):21-24.

[4] 王都偉,王楚峰,孟尚志,等.低滲氣藏多層合采可行性分析及產(chǎn)量預(yù)測(cè)研究[J].石油鉆采工藝,2009,6(31):79-83.

[5] 王淵,何志雄,李嘉瑞,等.低滲氣藏多層合采層間干擾系數(shù)的確定[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2012,12(34):9163-9166.

[6] 向祖平,曾焱,卜淘,等.低滲氣藏多層合采技術(shù)界限圖版法[J].大慶石油地質(zhì)與開(kāi)發(fā),2012,8(31):88-92.

[7] 胡勇,李璽苗,萬(wàn)玉金,等.高低壓雙氣層合采產(chǎn)氣特征[J].天然氣工業(yè),2009,29(2):89-91.

[8] 朱華銀,胡勇,李江濤,等.柴達(dá)木盆地澀北多層氣藏合采物理模擬[J].石油學(xué)報(bào),2013,8(34):136-142.

[9] GB/T27192—2012.巖心分析方法.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2013.

Experimental Optimization on Favorable Access Time in Dual Reservoirs Commingled Production of Sand Gas in Linxing Area

Xie Yinggang1， Duan Changjiang1， Wei Panfeng2， Meng Shangzhi3， Gao Lijun1

(1.EngineeringandTechnologyBranch,CNOOCEnergyTechnologyandServicesLimited,Tianjin300457,China; 2.ChinaUniversityofPetroleum-Beijing,Beijing102249,China; 3.ChinaUnitedCoalbedMethaneCo.,Ltd.,Beijing100011,China)

Aim at Shihezi Formation 2th section and 7th section sandstone formation in Lin Xing area, take experiment with the core plunger which the diameter is 25 mm. Based on the field test data, the plunger temperature, confining pressure and plunger outlet pressure were used to evaluate the formation pressure on the sandstone two-layer mining. The results were as follows: The effect of production capacity for the Linxing area sandstone two layers of mining success time to provide experimental data. The results show that the replacement pressure of the sand column with H2 is reduced from 14.98MPa to 9.58 MPa, and the single layer interference index of H2 and H7 is increased first and then decreased. When the replacement pressure is 12.05 MPa, the two sandstone monolayers The interference index was the highest, reaching 9.20% and 14.54% respectively. When the maximum pressure is taken, the degree of interference is the lowest. It is recommended to select the formation at the beginning of the formation as a successor.

tight sand gas； multiple zones commingled production； formation pressure； experimental simulation； interlamination interference

國(guó)家科技重大專項(xiàng)課題“三氣”合采鉆完井技術(shù)與儲(chǔ)層保護(hù)(編號(hào)：2016ZX05066002-001)資助。

謝英剛(1977—)，男，遼寧昌圖人，高級(jí)工程師，主要從事非常規(guī)油氣勘探與開(kāi)發(fā)方面科研工作。郵箱：xieyg2@cnooc.com.cn.

魏攀峰(1990—)，男，江蘇南京人，博士研究生，主要從事非常規(guī)油氣儲(chǔ)層保護(hù)與產(chǎn)能評(píng)價(jià)方面科研工作。郵箱：wei.panfeng@163.com.

TE122

A