XJ油田低壓低產氣井有效分類方法

池 明,馬文敏,郭 玲,辛曉知,廖銳全,高 涵,杜軍軍,王修武

(1.中國石油新疆油田公司工程技術研究院,新疆 克拉瑪依 834000;2.昆明理工大學 化學工程學院,云南 昆明 650500;3.長江大學 石油工程學院,湖北 武漢 430000)

0 引 言

隨著油氣田開發的不斷深入,氣井的產量逐漸降低且伴隨產水[1-2],氣井產水造成井筒積液地層能量消耗快,地層壓力大幅降低,還可能導致氣井停產.不同的氣井儲層特征與生產特征均不同,選擇合適的排采工藝措施時難度較大,因此,通常在設計穩產增產措施時首先需要對氣井進行分類.

目前,現有的氣井分類方法有無阻流量分類法[3]、動態數據分類法[4]、生產狀況分類法[5]以及產水情況分類[6]等.無阻流量分類法反映的是生產初期近井地層壓裂裂縫帶的滲流特征,隨著氣井的生產,無阻流量評價結果可能與真實產能不符[7].動態數據分類法基本上是對某一時間點或兩個時間節點油井生產進行分析,不能反映油井連續時間段內產能的變化過程,且劃分因素單一[8].根據生產特征進行分類可能會受到氣井積液的影響不能真實地反映氣井的生產能力,現有的氣井分類方法不能全面地對氣井進行劃分.另外,對于如何定義低產低效井,不同油田根據不同生產需要,不同學者根據不同研究內容,提出了很多判別方法.Lin等[9]針對蘇里格氣田致密砂巖氣藏進行了靜態和動態分類,從砂體連通性、儲層非均質性、含氣飽和度和井筒內流體聚集四個方面分析了氣井生產動態與靜態儲層參數不一致的原因.Azin、劉意如等[10-11]利用節點分析法對實際斜井進行生產優化和動態評價.陳曉娟等[12]首次采用偏態分布對不同類型的氣井進行分類.針對不同氣井類型,各大氣田均采取各自適合的氣井分類方法[13],如蘇里格氣田[14]綜合氣井特征根據儲層最大厚度、累計氣層厚度、儲層特征參數及穩定產量將氣井分為3類.長慶氣田[15]采用動態法考慮低產氣井,將低產氣井定義為“產量低于該井產能的井”.榆林氣田[16]將低產井分為低產連續型、小產連續型、小產間歇型三類.不同氣藏儲層條件差異大,不同的氣井分類方法與劃分標準并不能適用于所有區塊[17].

本文主要針對XJ油田的重點產氣區塊,結合儲層物性參數與生產動態數據,綜合分析影響氣井產能的多種因素,在常規動靜態結合的氣井分類方法的基礎上,利用灰色關聯法,明確不同因素對氣井產氣量的影響程度,進行針對性的氣井分類,為低產氣井穩產增產措施的優選和設計提供一定科學依據.

1 XJ油田氣藏概況

XJ油田共探明氣藏31個,已開發23個,開發潛力大,但由于儲層孔隙度與滲透率極低,且受地質構造的影響,儲層非均質性強、物性差異大.XJ油田氣藏的開發分為7個主力區塊,其地質特征與生產特征如表1所示.不同區塊地層壓力系數低,屬于低壓或異常低壓儲層,另外,地層壓力差異大,A區塊與G區塊原始地層壓力相差32.5MPa,隨著氣藏不斷地開發,地層壓力下降快,C區塊地層壓力降幅達61%,地層能量嚴重不足.目前XJ油田氣井共計263口,其中開井僅157口,從不同區塊的生產特征統計數據可以看出,受產水的影響,氣井普遍積液,平均單井日產氣量低,XJ油田表現出低壓低產的特點.

表1 XJ油田重點區塊地質與生產特征

續表1

為提高XJ油田氣井的采出程度,需要對氣井開展針對性的穩產增產工藝措施,但考慮到氣井數量多,對單井進行逐一分析設計的難度大,亟需對眾多氣井進行分類,對不同類型的氣井設計不同的生產方案,實現地質儲量的最大化利用.

2 動靜結合的氣井分類(一級初分)

氣井產能分類是制定開發決策與工藝設計的依據.目前各大氣田采用動態、靜態或者動靜結合的分類方法.動態分類是以日產氣量作為分類指標,利用動態生產數據表征氣井產能并完成氣井分類;靜態分類是考慮氣井儲層特征參數,以儲能系數為靜態指標表征氣井的生產潛力完成氣井分類.

2.1 氣井日產氣量的動態分類

動態分類是以日產氣量數據作為分類指標,表征氣井目前的產氣能力.統計XJ油田245口低產氣井的生產數據,對于日產量小于0.5×104m3/d 的氣井,該類井目前處于積液狀態;日產量大于4×104m3/d 的氣井,可持續穩定生產,攜液能量強,據此以產氣量為指標將氣井劃分為3類.

按動態日產氣量評價標準進行分類的結果如圖1所示,得到日產氣量大于4×104m3/d 的I類井共54口,小于0.5×104m3/d 的III類井共63口,介于(0.5～4)×104m3/d 的氣井劃分為II類井,共128口.

2.2 氣井儲能系數的靜態分類

儲能系數反映了井控儲量的大小,儲能系數越大表明氣井具有更大的生產潛力,因此成為預測氣井產能的重要指標[18].儲能系數R與儲層有效厚度h、孔隙度φ以及含氣飽和度Sg相關,通常定義為:

R=h·φ·Sg

(1)

式中:h為儲層有效厚度,m;φ為儲層孔隙度,%;Sg為含氣飽和度,%.

根據測井所得儲層參數計算儲能系數R,對XJ油田氣井開展靜態分類,將計算結果劃分為8個儲能系數范圍,儲能系數小于0.4的氣井,滲透率<1×10-3μm2,實際生產有效厚度2～12 m,地層壓力均低于 18 MPa,氣井儲層能量較弱;儲能系數大于2的氣井,滲透率>4.8×10-3μm2,有效厚度>25 m,目前地層壓力范圍為30～40 MPa,可有效提供氣井生產所需能量,據此將氣井劃分為三類.

靜態分類結果如圖2所示,將儲能系數大于2的氣井劃分為I類井,共36口;介于0.4～2之間的氣井為II類井,共127口;小于0.4的氣井劃分為III類井,共82口.

圖1 氣井日產氣量的動態分類Fig.1 Dynamic classification of daily gas production of gas wells

圖2 氣井儲能系數的靜態分類Fig.2 Static classification of energy storage coefficient of gas wells

2.3 動靜結合的氣井分類與評價

表2 動靜態指標正交結果

依據儲層特征的靜態與生產特征的動態分類方法,由于考慮的影響因素較為單一,忽略了影響氣井產能的多因素交互作用.因此,進一步綜合靜態與動態分類結果,采用正交矩陣的方法開展氣井綜合評價,結果如表2所示.

對于儲能系數大且日產氣量高的井,該類井具有一定的穩產能力,利用其自身能量即可實現穩產,將其劃分為I類井,共計39口;而儲能系數小的井表明其儲層含氣富集程度低,即使目前產氣量較高,但通常會出現產氣量驟降的問題,不具備實施增產措施的意義,因此劃分為III類井,共計82口;儲能系數較大但日產氣量較低的井作為改造增產的重點井,劃分為II類井,共計124口.

圖3 動靜結合氣井分類結果Fig.3 Classification results of gas wells combining dynamic and static methods

為了驗證動靜結合的氣井劃分方法的準確性,分析了II類重點井的儲能系數與對應的日產氣量數據,如圖3所示.

從圖3劃分結果可以看出,氣井儲能系數較大(R>3)時,氣井日產氣量較高,但井數較少,大部分氣井分布在儲能系數0.4～2.5范圍內,而日產氣量主要分布在低于1.5×104m3/d 與(2.5～4)×104m3/d 的區間內,儲能系數相近的井日產氣量差異極大,主要由于日產氣量受多種因素影響,包括氣井產水、井底污染、滲透率等,導致動靜結合的氣井分類方法不夠詳細,難以對劃分相同類型的井實施針對性的穩產增產措施.

3 基于灰色關聯法的氣井分類(二級精分)

針對動靜結合的氣井分類方法分類指標單一、分類結果差異大的問題,為進一步提高氣井劃分的準確性,在一級初分的基礎上利用氣井靜態數據、試井參數以及生產數據,考慮影響氣井產能的多種因素進行二級精分.灰色關聯法[19]能夠綜合評價多種因素對主因素的影響程度,并分析各影響因素間的數值關系,考慮因素多、計算量小,非常適用于進行氣井分類.利用灰色關聯法計算各影響因素的權重系數與決策因子,建立氣井分類標準,完成氣井分類.

3.1 灰色關聯法原理

利用灰色關聯法計算各影響因素間的主次關系,步驟如下:

1) 影響因素的無量綱處理,一般有初值法與均值法.初值法處理方式適用于有著一種趨勢或規律性的數據,由于氣井試井數據均大于0且差異較大,隨著生產的進行數據波動大,開井初期的數據代表性不強,因此選擇采用均值法處理[20-21]:

2) 計算灰色關聯系數ξi:

3) 計算關聯度γi:

(4)

4) 歸一化處理,計算權重系數αi:

(5)

5) 決策因子計算Z:

(6)

3.2 灰色關聯法氣井分類

評價一口氣井,主要看其產能的大小,而影響實際氣井生產能力的因素總體上來自儲層、井筒及地面三個方面,主要參數有表皮系數表征地層污染程度,地層污染導致流體流動阻力增大,降低產能[22];地層滲透率與地層壓力表征儲層流體滲流能力與驅動能量的大小,與產能密切相關;動儲量指地質儲量可流動部分,氣井動儲量計算對氣藏的動用程度分析及開發潛力評價至關重要;無阻流量指當井底流壓為大氣壓時的氣井產量,通常用來評價氣井的生產能力;儲層有效厚度指具有產氣能力的儲層厚度,是氣井儲量評價與產能預測的關鍵;氣井產水將降低氣相滲流能力,降低產氣量,因此綜合考慮氣井日產氣與日產水數據,以水氣比作為影響氣井產能因素的衡量標準.結合氣井生產實際,確定出以上最具代表性的7個參數,利用灰色關聯法處理成一個綜合系數(決策因子)來作為分類標準.

利用動靜結合篩選出的124口II類重點井數據,以日產氣量為評價指標,計算得到不同影響因素的權重系數,結果如表3所示.對日產氣量影響程度最大的為水氣比,其次分別為動儲量、滲透率、無阻流量、表皮系數、有效厚度、地層壓力.

根據不同因素權重系數,評價氣井綜合值,計算決策因子,計算結果如表4所示(井數較多,僅列出15口井).

表3 不同影響因素的權重系數

表4 采用灰色關聯法氣井分類表

續表4

圖4 基于灰色關聯法的氣井分類結果Fig.4 Gas well classification results basedon grey relational method

基于灰色關聯法的氣井分類結果如圖4所示.

以氣井實際數據標準化為一個綜合系數建立氣井分類標準,將決策因子大于0.8的氣井劃分為I類井共29口,該類井水氣比低,動儲量較大,地層條件適于利用氣井自身能量進行自然生產即能保持穩產;介于0.5～0.8之間的氣井分為II類井,其水氣比大,動儲量較高,具有一定開采潛力,但就其目前生產狀況需采取相應的穩產增產措施來提高采收率;決策因子小于0.5的氣井歸為III類井共38口,該類氣井主要表現為產水量高,儲量偏低,地層條件不利于開采,難以維持正常生產,建議進行衰竭式開采.

4 分類方法應用與驗證

氣井的準確分類是氣井管理及優選合理穩產增產措施的基礎,在進行氣井分類后,針對氣井的生產特征制定相應的管理策略.對預留的近5年15口氣井利用已形成的方法實施分類,將分類結果與現場認識進行對比,以考察分類模型的準確性.基于灰色關聯分析對15口井進行評價分類,獲得的歸一化數據如表5所示.

表5 預留氣井分類表

根據氣井分類情況和各類工藝措施的實施效果評價,對決策因子介于0.5～0.8之間的II類氣井,按照從地面-井筒-儲層的順序原則對氣井進行穩產增產工藝措施的劃分優選,構建氣井工藝措施優選方法,詳細如圖5所示.

圖5 氣井工藝措施優選方法示意圖Fig.5 Optimal diagram of process measures for gas wells

統計15口井的實際生產狀況得到分類結果,歸屬于II類的氣井由于水氣比高導致氣井間開或關停,但其動儲量較大,仍具有一定的開發潛力,XJ油田現場已對其實施了工藝措施,且取得了較好的效果,措施有效率達86%.

現以其中兩口井為例分析,A-14井(2019年數據)、D-10井(2020年數據)利用本文建立的氣井分類方法完成分類后均屬II類井,需要針對性地優選設計穩產增產措施.

A-14井屬于A區塊,為火山巖底水氣藏,儲層有效厚度 28 m,原始地層壓力 32.9 MPa.如圖6(a)所示,該井于2012年12月開始投產,初期氣井不產水,平均產氣量7.4×104m3/d,產量穩定.2017年1月氣井出現大量產水,產水量超過 12 m3/d,產氣量大幅降低,年遞減率達18%.2020年6月產氣量僅1.41×104m3/d,產水量 10.8 m3/d,隨后停產,分析氣井低產原因主要為井筒積液.依據工藝優選流程圖層層遴選后知該井可實施柱塞氣舉有望恢復生產.調研發現實際現場于2019年設計了柱塞氣舉增產措施,2020年8月復產,措施后氣井產水量較大為12.1 m3/d,產氣量大幅提升且穩定在(3～4.2)×104m3/d,目前氣井已穩產13個月.

D-10井屬于D區塊,為致密砂巖凝析氣藏,儲層有效厚度 14 m,原始地層壓力 23.6 MPa.如圖6(b)所示,D-10井于2012年12月開始投產,初期不產水,但產氣量波動幅度大.2017年6月開始,氣井出現大股出水,產氣量大幅降低,氣井攜液困難,出現頻繁出水,產氣量波動大.氣井分類同樣為II類井,根據氣井特征數據,可優先考慮旋流霧化措施,這與現場認識一致.調研發現采氣廠于2020年10月實施旋流霧化重新投產后,產氣量、產水量均明顯提升,排液效果明顯,日產氣量0.56×104m3/d,至目前已穩產12個月.

(a)A-14井 (b)D-10井圖6 氣井生產動態曲線圖Fig.6 Gas well production dynamics curve chart

經過分析對比可以得出,本文建立的氣井分類方法給出的氣井分類結果合理可靠.工藝優選流程也與現場認識一致.而且,該方法在給出分類結果后,還為氣井優選穩產增產措施工藝提供了依據,從而在完成氣井分類工作的同時,進一步加深了對氣井生產狀況的認識,能夠更加便捷精確地指導現場氣井穩產增產措施的制定與實施.

5 結論與建議

1)基于常規動靜結合的氣井分類方法分類效果較差,為提高氣井分類的準確性、設計合理的穩產增產工藝,必須全面考慮影響氣井產能的多種因素.

2)影響XJ油田氣井產量的多種因素中,產水量、動儲量以及滲透率三因素對氣井產能的影響程度最大.

3)基于氣井生產資料,結合動靜結合法與灰色關聯法創建的氣井二級分類方法,在XJ油田不同氣藏分類效果好、適用性高.

4)結合氣井分類結果和各類工藝措施效果評價,構建了XJ油田氣井穩產增產工藝措施優選方法,指導現場應用,現場追蹤反饋增產效果顯著,表明該方法對低產氣井有效生產具有一定的指導意義.