压降试井技术在辽河油田SL储气库中的应用

在储气库运行过程中,由于周期性注采气造成库区内压力频繁变化,导致储层注采能力及物性出现不确定性的变化,为此,持续开展了停注后压降试井工作,监测注采井压力与注采气量,总结库区内地层压力、储层物性参数(井筒储集系数、表皮因数、渗透率等)、储层边界随时间与累积注入量的变化规律,明确了注采井注气波及范围及地层连通情况,为地下储气库安全运行及科学管控提供了可靠依据。从建库初期至目前,压降试井技术现场应用50余井次,保证了注气压力、地层压力满足储气库安全运行设计要求,也为辽河油田其他储气库群监测工作提供了可借鉴的经验。     

深层碳酸盐岩气藏改建储气库注采能力预测方法及应用

深层碳酸盐岩气藏改建储气库具有高低压变化幅度大、应力敏感、强非均质性等特点，采用常规方法计算其注采能力会导致产能误差大。针对上述问题，考虑应力敏感和气体物性变化的影响，对二项式产能方程进行修正，在此基础上建立了适合深层碳酸盐岩气藏改建储气库的注采能力计算方法，并结合四川盆地沙坪场石炭系气藏开展实例计算，进行影响因素分析。结果表明：对于Ⅰ、Ⅱ类孔缝组合模式储层，气井合理采气量在低压下受流出动态控制，在高压下受冲蚀流量限制，合理注气量在高压下受流出动态控制，在低压下受冲蚀流量限制；而对于Ⅲ类孔缝组合模式储层，气井合理注、采气量主要受流出动态控制。应力敏感对气井最大注气量的影响为0.81%～9.69%,气体物性参数变化的影响为5.15%～35.29%;现有井筒结构条件下，当注气量为55×10⁴～70×10⁴m³/d时，摩阻压力损失可达10 MPa;当油管内径从62.0 mm增至112.0 mm,最大注气量可增至2.6倍。研究结果可为深层碳酸盐岩储气库注采能力计算提供技术支撑，对该类储气库的建设运行具有指导意义。     

复杂地质条件气藏储气库库容参数的预测方法

国内复杂地质条件气藏型地下储气库经过10余周期注采后工作气量仅为建库方案设计工作气量的一半,运行效率偏低。为此,利用气藏地质、动态及建库机理,建立了地下储气库注采运行剖面模型,根据气藏开发、气藏建库及稳定注采运行过程中纵向上流体的分布特征及其变化趋势,将地下储气库剖面分成4个区带(建库前纯气带、气驱水纯气带、气水过渡带及水淹带);按区带确定了影响建库有效孔隙体积的主控因素(储层物性及非均质性、水侵和应力敏感)及其量化评价方法,进一步考虑束缚水和岩石形变的影响,并引入注气驱动相,根据注采物质平衡原理建立了气藏型地下储气库库容参数预测数学模型。该模型涵盖了地质、动态及建库机理,从微观和宏观角度综合评价了影响建库空间的主控因素,大大提高了预测结果的准确度和精度,使建库技术指标设计更趋合理,目前已广泛应用于中国石油天然气集团公司气藏型地下储气库群的建设当中。     

文96地下储气库注采井完井技术

文96地下储气库属于典型的枯竭气藏储气库,储层压力较低且层间压力差异大,射孔层位厚、层段多、跨度大,储层保护和安全投产难度很大。针对文96地下储气库储层特点以及储气库注采井强注强采要求,通过合理设计注采井完井管柱结构,优化射孔工艺参数,采用油管传输多级起爆负压射孔技术,同时配合低伤害完井液体系等措施,解决了储气库气藏储层保护以及井控安全矛盾突出的问题。现场应用表明,该技术能有效保护储层,缩短作业周期,注采井达到产能设计要求。     

地下储气库注气过程一体化压力及地层参数计算方法

为了掌握地下储气库注气过程中的压力动态变化情况,解决持续注气导致的地层参数难以确定的问题,依据现场静、动态资料,基于一种改进粒子群优化算法,综合储层压力、井底压力和井口压力的计算方法,建立了一种地下储气库注气过程一体化压力及地层参数计算方法。首先,利用计算储层压力、井底压力和井口压力的方法计算出井口压力;然后,应用改进粒子群优化算法,不断调整、优化压力和地层参数,使计算的井口压力与实测井口压力达到最优拟合,进而得到储层压力、井底压力,以及储层平均渗透率、探测半径等地层参数。利用该方法计算了呼图壁储气库3口注采井的井口压力和储层的平均渗透率,3口注采井计算井口压力与实测井口压力的决定系数分别为0.988 9,0.989 3和0.978 4,计算出的储层渗透率与试井解释的渗透率基本一致,说明该计算方法的计算结果可靠。研究结果表明,利用地下储气库注气过程一体化压力及地层参数计算方法,可以了解地下储气库注气过程中的压力变化情况,有助于指导地下储气库的安全运行。      

枯竭气藏型储气库储层应力敏感性实验研究

枯竭气藏型储气库储层在储气库"强注快采"、"大吞大吐"运行时,对储层压力反复升降过程中应力敏感性的认识不清,结合目标储气库地质、开发特征,通过室内实验开展工况条件下多周期注采循环岩石渗透率应力敏感性评价、孔隙度应力敏感性评价,为储气库注采参数优化和库容评价提供依据。实验结果表明,多轮次注采压力升降过程中,气库储层岩石渗透率下降,但随着注采轮次的增加,渗透率下降幅度减小,存在明显的渗透率滞后效应。岩心渗透率、孔隙度和压缩系数的应力敏感性较弱,从应力敏感性角度分析,枯竭气藏适宜选做储气库库址,并能有效运行。     

地下储气库注采循环过程中储层干化问题研究

地下储气库在注采循环过程中,井周围区域会发生储层干化,这会对储气库的正常运行产生影响。为此,在分析储层干化机理的基础上,基于大张坨储气库储层参数及地下温度压力条件,建立了单井控制区域的组分模型并模拟储气库周期性注采气过程。模拟结果表明:井周围储层干化的区域会逐年扩大,半径甚至超过百米;储层干化主要发生在注气周期,回采周期对储层的干化作用轻微;储层干化的速率及波及区域的大小取决于注采井的年循环气量及注入和采出天然气中水蒸气含量的差异;不同回采周期采出的天然气中水蒸气的含量呈现规律性变化,从开始接近干气逐渐升高到地下温度压力条件下饱和水蒸气含量,且该过程逐年后延。该研究结果为深入研究储层干化现象对储气库正常运营的影响奠定了基础。      

考虑储层孔隙介质分形特点的衰竭气藏储气库储层压力分布预测

考虑储层孔隙介质分形特点以及储层压力变化对储层介质渗流参数的影响,根据气体不稳定渗流理论,建立了衰竭气藏储气库储层压力动态分布的分形渗流模型,并推导出了注气过程动态储层压力的预测公式。在对本文模型计算结果与三维渗流模型计算结果对比分析基础上,研究了分形维数、弯曲率、储层厚度、气体黏度、注气速率和注气时间对地下储气库储层压力分布的影响,并计算了国内某衰竭气藏储气库BN-4井注气后的储层压力分布。结果表明:本文所建立的模型具有较高的计算精度,可以满足实际工程计算需求;分形维数和渗透率随着孔隙度的增大而增大,储气库储层介质的应力敏感性受毛细管外壁的岩性影响较大;衰竭气藏储气库的储层压力随着储层介质弯曲率、气体黏度、注气速率、注气时间的增大而增大,随着分形维数和储层厚度的增大而减小;分形维数、储层厚度、注气速率、注气时间对储气库储层压力的影响比较显著,而介质弯曲率和气体黏度对其影响不明显。为充分利用储气库储层,实际工程中注气井的间距不宜过大及可适当延长注气时间。     

水驱砂岩气藏型地下储气库长岩心注采实验研究

水驱砂岩气藏型地下储气库通过注气驱水扩容,但是受储层非均质性以及水侵等因素的影响,实际运行过程中的库容量和工作气量大多低于设计值。为进一步优化气库注采效果,开展了多轮次的长岩心注采实验,分析注采过程中压力场分布及库容动用特征,研究影响扩容效果的因素。研究结果表明:随着注采轮次增加,注气排驱难度加大,排驱效果逐渐变差,趋于最大库容量;远井地区储层不能有效参与气库运行,注气后气库平衡压力低于上限压力,采气后气库平衡压力高于下限压力,导致实际库容量和工作气量达不到设计值;受储层孔喉分布非均质性、气驱压力梯度的限制以及采气循环边水的影响,排驱扩容增加的库容有限,注采模拟结束后,库容动用率仅为30%,工作气量占比也仅有21.6%。研究结果为水驱砂岩气藏储气库方案设计提供技术支持。     

水淹油气藏改建储气库注采工艺联合运行技术

由水淹油气藏改建的地下储气库受油田注水开发和水侵的双重影响,气藏主力产层水淹严重,储层内部油气水三相分布混乱,注采井生产回压高,单井注采气生产能力差,延缓了储气库的达容速度。为此,通过综合分析储气库的注气工艺和采气工艺特点,提出了储气库注气工艺和采气工艺联合运行的新技术,并应用HAZOP方法对该技术进行了风险分析和识别,制订了生产运行风险控制措施。该新技术的成功应用解决了注采井储层水淹和生产回压高的难题,有效改善了单井的注采气生产能力,加快了储气库的达容速度,丰富了水淹油气藏改建地下储气库的达容措施,进一步提高了储气库的管理水平,对我国储气库的生产运行管理具有一定的指导作用。     

底水气藏型储气库注采渗流规律实验

为深入研究底水气藏型储气库在多周期注采过程中的气-水两相渗流规律,以辽河油田S6储气库储层岩心为研究对象,开展多周期升压—卸压渗透率应力敏感性评价、多周期模拟注采气-水相渗特征评价实验,并结合扫描电子显微镜观察进行微观结构分析。结果表明:研究区渗透率应力敏感性较低,多周期升压—卸压后渗透率有低幅度下降;随着气-水互驱次数的增加,束缚水饱和度和残余气饱和度分别下降和上升,而后逐渐趋于平衡;多周期循环注采导致微裂缝生成和微粒运移,微裂缝强化渗流能力占主导地位,含气饱和度、气相渗透率逐渐升高并逐渐趋于平衡,与实际运行中储气库前期扩容、后期逐渐平衡规律一致。研究结果对合理配置注采参数和区域内新兴储气库建设提供技术指导。     

储气库碳酸盐岩裂隙微粒运移实验模拟

储气库井在注采过程中因注采压力过大可能诱发微粒运移,为此,选用储气库碳酸盐岩储层岩心制取人工裂缝岩心,分别开展了应力敏感实验、干燥岩心和含水岩心气体速敏实验、模拟储气库注采压力增加时干燥岩心和含水岩心的流动实验,测试了实验过程中岩心渗透率,并借助扫描电镜对模拟储气库注采压力增加时和应力敏感实验前后岩心的裂缝壁面进行检测,揭示储气库注采过程中微粒运移机理。实验表明:干燥岩心和含水岩心的速敏程度分别为中等偏弱—中等偏强和中等偏强—强,岩心应力敏感程度为弱—中等偏弱;模拟储气库注采压力增加时干燥岩心和含水岩心的平均渗透率损害率分别为77%和84%。研究认为,注采过程中的裂缝壁面的微粒在高速气流拖拽作用下发生拉张破坏和有效应力下岩石被破坏是微粒运移的重要诱发机制,含水情况下岩石强度弱化,会强化微粒运移。建议合理控制注采压力和减少流体进入储气库井,防止产生大量微粒,最终影响储气库的多尺度注采,同时对于合理控制储气库的注采压力具有借鉴意义。     

双6储气库运行综合评价及扩容潜力研究

辽河油田双6储气库自2014年投入运行以来,已经历了“六注四采”的平稳高效运行,2018年在中国石油各大储气库中率先实现达容扩容,第6注气期末库存量达53.27×10⁸m³,达容率为129%。针对储气库未来扩容方向不明晰的问题,从气藏的地质特征和开发动态分析出发,综合运用动、静态资料和观察井监测数据,结合数值模拟技术,分析研究储气库的注采状况、压力变化、气液界面变化、圈闭密封性等情况,并在此基础上进行扩容调峰的潜力评价。研究结果表明,储气库的注采能力逐年趋好,采用的直井-水平井组合井网极大提高了运行效率,在反复注采过程中,原油的采出和边水外推是储气库扩容的主要原因。在生产动态分析的基础上,结合区块地质特征,新增部署15口注采井,预计新井实施后,库容的控制程度可提高至95%以上。研究成果为现场生产管理及扩容调峰提供了依据,对同类型储气库建设具有一定指导意义。     

考虑安全稳定运行的大型枯竭气藏储气库注采优化

大型枯竭气藏储气库通常含有多个注采区块,区块间地层压差过高会破坏储层的稳定性。为实现注采过程中地层压力均衡变化,以各周期区块间地层压力方差值最小化为目标函数建立优化模型。该模型将数学优化技术与储气库安全稳定性问题进行了结合,并以各区块开井数和单井注采气量为决策变量,以储气库注采气总量、最大单井注采气量、最大区块地层压力等为约束条件。将所建立的优化模型应用于文23大型枯竭气藏储气库,成功求解了该储气库在年工作气量为30×10⁸m³/a条件下的优化注采方案。研究结果表明,所获得的优化注采方案在满足储气库注采气量要求的前提下,不仅能够降低各区块间地层压差,实现储气库整体地层压力的均衡变化,还能有效避免极端高压区块的出现,进一步保障了储气库的安全稳定运行。该研究成果对储气库注采运行方案的设计具有一定的指导意义。     

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大张坨储气库地处我国天津市大港区南5公里的独流碱河的滞洪区内，构造位置处于大港油田板桥油气田构造带的西部，是一个正在进行循环注气开发的凝析气藏－－大港油田板桥油气田B52气藏－－的基础上改建而成的地下储气库，目的层为沙河街组沙一下段板二油组的砂岩储层。该气藏1994年投入循环注气开发，2000年改建为我国第一个天然气地下储气库，并于2000年12月投入冬季调峰生产，已完成了二个冬季调峰采气、一个注气周期的生产，目前正进行注气生产。通过对大张坨储气库运行资料的分析，系统总结了有水气藏改建储气库的生产运行特点和动态规律，对我国其他储气库的建设和运行管理有指导作用。     

高温高压气藏应力敏感表征及矿场应用

针对南海西部高温高压气井应力敏感认识与实验结果不一致的问题,开展高温高压气藏应力敏感研究。通过对比分析大量应力敏感实验,最终优选变内压、建立束缚水实验方法精确模拟实际气藏开发,同时明确了高压气藏“两段式”应力敏感变化规律,得到研究区应力敏感实验幂律系数。对比应力敏感实验与气藏生产实践,认为应力敏感实验放大了气藏真实应力敏感程度,实际应力敏感幂律仅为实验值的79%,结合大量实验及高温高压气井历次试井解释结果,推导得出南海西部高温高压气井应力敏感校正系数。研究成果进一步应用到高温高压气井配产、试井解释、数值模拟等开发实践中,使高温高压气藏衰竭开发过程中指标预测更加科学合理,指导气田合理开发。     

The Optimization of Underground Gas Storage in a Partially Depleted Gas Reservoir

Abstract

Underground gas storage (UGS) is a well-known technology to supply variable demand of natural gas market. The objective of this work is to demonstrate the feasibility of UGS development in an Iranian depleted fractured gas reservoir. For this purpose, gas demand analysis was conducted based on yearly consumption, and the peak condition demand was obtained. Then, a full-field multicomponent reservoir model was constructed based on the rock and fluid data and comprehensive production history. A modified Peng-Robinson equation was used to estimate the phase behavior of the reservoir and injection fluid. The compositional model was verified through performing history matching on gas production rate.

After history matching, an injection/withdrawal (I/W) schedule was designed to meet necessary gas consumption. Production scenarios were conducted to obtain optimum operating conditions for this reservoir. It was determined that at least four new wells are required to establish successful UGS plan to meet the target withdrawal rate. Results show that the use of a horizontal well is superior to a vertical well because of less water production during storage cycles. Water cut, productivity, and injectivity indexes of individual wells were considered as prominent factors to find the optimum well pattern, using a connection transmissibility factor to compare the capacity of each well to produce. In addition to constant I/W rate, a variable I/W rate scenario was proposed whose result showed no difference compare to the results obtained in previous runs.

Results show that the reservoir under study is capable of providing peak gas consumption during the cold months in Iran.     

考虑非达西效应的低渗气藏压裂井产能分析

相应研究表明,气体渗流特征受到启动压力梯度、滑脱效应、应力敏感等因素影响,针对这些特征,基于非达西渗流理论,应用保角变换方法并引入新的拟压力形式,推导了考虑气体上述因素共同作用下的低渗气藏无限导流垂直裂缝井产能方程。结果表明:启动压力梯度效应对低渗气藏中无限导流垂直裂缝井的产量影响较小;在高流压阶段,产量受滑脱效应和应力敏感效应影响并不明显;而在低流压阶段,随着滑脱因子增大,裂缝井产量越来越高,而随着应力敏感系数的增大,裂缝井产量越来越低。     

底水火山岩储气库库容和工作气量主控影响因素定量评价

升平储气库由底水火山岩气藏改建,针对其特殊的地质条件,通过采用纯气区、过渡带、水淹区分区含气饱和度计算有效含气孔隙体积的方法,建立考虑水侵、应力敏感、岩石和束缚水变形影响的储气库三区带库容参数模型,并优化设计了不同运行压力区间迭代求取最大工作气量和对应库容量的计算方法,对不同区带水侵、应力敏感、岩石和束缚水变形多种因素对库容和工作气量影响进行定量评价。结果表明:从区带损失含气孔隙体积来看,过渡带损失最大,纯气区次之,水淹区较小;从不同因素损失含气孔隙体积来看,水侵是主控因素,岩石和束缚水膨胀以及应力敏感导致含气孔隙体积损失较小,是非主控因素。利用建立的库容参数模型,优化得到32 MPa上限运行压力条件下,最大工作气量为25.61×10⁸m³,对应最优下限运行压力为18 MPa,库容量为64.74×10⁸m³。研究成果可为国内外同类低渗透底水火山岩气藏改建储气库提供借鉴。