2022年物质平衡法储量计算 .pdf
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1、3.4.0 物质平衡法储量计算前面章节提到的油气储量评估的容积法要求具备一些地质资料来确定所研究油气藏的岩石体积、孔隙度和含水饱和度。在无法确切知道岩石体积和油气藏参数的情况下,可用物质平衡法计算油气藏地质储量,这种方法在气田开发中、 后期应用十分普遍(尤其是在四川 ),而且它比容积法计算的结果更准确。所谓物质平衡法,是指在油气藏体积一定的条件下,油气藏内石油、天然气和水的体积变化代数和始终为零。 即是说 ,在油气藏中 ,任一时间的油气水剩余量 +累计采出量=原始地质储量 ,PV/T 关系始终保持平衡。 根据这一原理, 物质平衡法要求油气藏压力测值要精确。既要求原始地层压力, 又要求生产期间不
2、同时间段内的平均地层压力,同时要求这一时间段内的油气产出体积量。图 3.5.5 到 3.5.9 是用地层压力 /偏差系数与累积气产量关系表示的干气藏和低凝析油气藏的图解物质平衡关系曲线。这一过程假设气藏中没有水侵量,岩石和流体的压缩系数较高。所需参数为产气期间的累计采出量和地层压力。地层压力/偏差系数与累计产量为线性关系,表示为一条直线。通常只需要很少几次实测的井底静压就可以建立外推的趋势。然后,根据预计的气藏废弃压力,通过外推来估算原始天然气可采储量。这种压力 /偏差系数与累计产量关系外推法,可用于单井或整个气藏的储量分析,最终可采量或原始气储量的依据是地层废弃压力和经济极限产量。当气藏为非
3、均质性储层或关井时间不足以使井底静压恢复平衡时,或者采出程度太低,井控程度不够时 ,这种早期时间点外推时,往往计算结果偏小,要十分谨慎。在没有水侵也不考虑孔隙体积和地层水压缩性的情况下,压力/偏差系数与累积气产量关系应当是非常好的线性关系。当气藏不存在水侵的情况下,用压力 /偏差系数方法预测的储量是相当可靠的。如果气藏存在着水侵,则在地层压力/偏差系数与累计产量的关系曲线上表现出上翘的趋势,在此条件下再用线性外推法确定原始天然气地质储量就可能偏大。如果原始条件发生变化,已不同于评估初始时的条件,则单井压力/偏差系数分析会有误差。这种变化可能是由于井的泄油面积的变化或者是油藏内其他生产井的干扰(
4、图 3.6.0 到 3.6.6)造成的。异常高压气藏一词是指当气藏的地层压力远远超过静水柱压力时的气藏。地层原始压力是局部流体梯度的函数,变化范围是1.3 到 2.3。世界很多地区,超覆地层压名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页,共 18 页 - - - - - - - - - 力系数高达 2.0 以上,如塔里木克拉 2 气田压力系数高达1.82.2, 四川的 XX,原因通常是构造应力,或者是压实、成岩作用的结果。在以往的文献中,通常认为 :异常高压气藏的压力/偏差
5、系数 (P/Z)与累积气产量(Gp)关系图可首先绘成线性关系,然后,当地层压力降到静水柱压力时,关系图表现出下降趋势 ,所以早期时间点在该图上推得出的原始天然气地质储量会过高(图3.6.7) 。然而据张伦友近年的理论研究(见天然气工业 1998.XX 期“变容物质平衡方法及其在气田开发中的应用”)认为,异常高压气藏的压力 /偏差系数与累积气产量的关系曲线实际上是一条连续变化的近似抛物线(见插图 ),而不是斜率不同的两条线。 以前那种调整压力 /偏差系数与累积产气量关系图的这种斜率异常的方法仅是一种近似处理的作法。用物质平衡方法预测多井气藏的储量时,应绘制同一气藏内所有井的井底静压与时间曲线。将
6、所有井的曲线绘于同一张图上,可以显示各井间的连通关系或者表明不同气藏的井(图 3.6.8) 。 还要考虑泡点压力以上的气藏内超压地层的压缩系数。图 3.6.9是采用压力 /偏差系数曲线的一个实例。该实例中估算的原始天然气地质储量为与x轴相交的 1285 废弃压力时的最终可采量。实例显示了对应两个废弃压力的最终可采量。物质平衡方法的局限性在于资料要求和气藏条件。所需资料包括正在从所评估气藏中生产的各井精确的井底静压、所有井精确的油、气、水月产量以及代表原始气藏条件的流体样品及高压物性分析。有些气藏条件会影响物质平衡储量评估法的可靠性。水驱气藏或者具有大型气顶的油藏有可能将压力保持在原始压力条件。
7、面积延伸较大的气藏的不同地区会出现不同阶段的开发和生产,从而导致气藏压力和气体饱和度的变化。对于原始流体性质变化较大的气藏,就很难获得准确的、具有代表性的流体性质平均值。有些低渗气藏中可能不存在明显的井间压力连通性。如果是这样,就要采用单井的压力 /偏差系数与累计产气量Gp的关系曲线分别求取 ,有些局限性可用计算机气藏模拟技术弥补,这一点将在下节讨论。物质平衡法和容积法都是计算原始油气地质储量的常用方法。但两种方法所得储量计算值的差别可能很大。 如果出现这样的情况, 就要重新研究地质参数 ,分析在计算中所应用的资料和数据,使结果基本接近。如果研究每种方法的仍然存在较大差异,一是说明地质储量的动
8、用程度太差,二是说明储层的非均质特别严重,无法使关开压力名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页,共 18 页 - - - - - - - - - 恢复平衡 ,.如果是这样 ,可将差异与储量分类结合起来。反之,如果压力 /偏差系数与累积产气量(Gp)方法得出的天然气储量大于容积法的结果,可能是容积法计算时储层下限取得过高或划分含气面积时过于保守。图 3.7.0的实例中压力 /偏差系数结果远远小于容积法的结果。评估师认为这是压力/偏差系数曲线未能发现未射孔产层的缘故。评估
9、师计划实施修复方案以证实他的判断,但尚没有明确的结论性证据。这时以将压力/偏差系数与累积产气量(Gp)法计算的储量作为证实储量,而将压力/偏差系数与容积法的差额作为概算储量。四川气田压降储量曲线实例压力 /偏差系数与累计产气量关系曲线,通常称为压降储量曲线,可以用于确定原始天然气地质储量,容积法与生产动态法的结果与线性特征一致。见图3.7.1至 3.7.2中所示的实例曲线。由于四川气田的天然气藏大多为裂缝性碳酸盐,所以大量气藏实测资料表明压力/偏差系数与累计产气量之间为非线性关系。这是因为当裂缝中的气体衰竭且地层压力大大低于原始压力时,圈闭在岩石骨架中的部分气体开始流出而形成补给。中后期按这种
10、非线性关系计算的原始天然气地质储量比根据早期压力/偏差系数计算的结果逐步增大 ,差别最大的可多约20%40%。裂缝性衰竭气藏中非线性压力/偏差系数与累计产气量关系,实例见图3.7.3 至3.7.5。如果容积法支持对早期压力/偏差系数资料的调整, 则可用系数 1.2 调整早期线性压力/偏差系数趋势。实例见图3.7.6至 3.7.7。本方法的关键是精确计算废弃压力。设备条件的限制和经济极限也对计算结果起着关键作用。3.4.1 估算气藏的废弃压力预测气藏采收率, 就要准确预测废弃压力。 可用废弃压力估算值评估生产晚期各种地面条件(入口压力与温度)下的地下剩余气体体积。在制定有关增压开采的开发方案和策
11、略时,也会用到废弃压力资料。影响气藏废弃压力的因素主要有三个:1)地面设施入口压力(回压) ;2)废弃时的井产量(经济极限) ; 3)气藏的渗流能力。影响气藏废弃压力的其它因素有井口和输名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页,共 18 页 - - - - - - - - - 气管线的磨擦损失以及井口油管中产出液的压力梯度。本节探讨的内容只适用于封闭的或微弱水驱的气藏。要估算一般或强水驱气藏的废弃压力,读者请参阅第2.2.3 节“水驱气藏采收率” 。水驱气藏的废弃压力受
12、含水层体积和渗透率的严重影响,所以估算非常困难。这些特点在气藏生产早期常常无法确定。在天然气可采储量计算方法行业标准(SY/T 6098-2000)中,提出了如下确定废弃压力的方法 (只适用于气层气 ): 当气藏产量递减到等于废弃产量时: a.自喷开采以井口流动压力等于输气压力为极限,计算废弃地层压力 ; b.增压(工艺)开采以井口流动压力等于增压机吸入口压力为极限,计算废弃地层压力。1)公式计算法(1)采用垂直管流压力计算公式,计算单井的井底流动压力Pwf。(2)采用下列方程之一 ,求每口井平均地层压力PR: (3) 求取废弃地层压力方法a.单井系统 ,当 qg= qga时, Pa=PR;b
13、.多井系统 ,按气藏折算中部 (近似按气藏含气体积权衡的中性面选取)的折算压力,采用加权 (等压图面积加权、单井控制面积加权或孔隙体积加权等)平均法 ,计算得到全气藏的平均废弃地层压力。2)压力产量递减法对生产处于递减期的定容封闭气藏, 在衰竭式开发方式下 , 视地层压力和气藏产量均不断衰减,根据物质平衡原理 (图 1)具有如下关系 : 图 1 定容气藏 P/Z与 Qg的关系图)1.(.)(22nwfRgPPCq)2.(.22222ggwfRqBqAPP)3.(1071433.24/3)/ln(522scgawescgwfRKhTqSrrTZpPP)4.(.gbQaZp0QQ , 10 m /
14、aPa/ZaP/Z,MPabgag8 3a名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页,共 18 页 - - - - - - - - - )6.(.(5).)1(aiiagiiiGDZPbGDQZPa010002000300040005000D, m10203040Pa/Za,MPa(1)(2)(3)(4)分界线回归方程:(1) Pa/Za=1.382+8.91210 D-3-3(2) Pa/Za=1.00+5.07710 D(4) Pa/Za=0.501+0.25110
15、D-3-3(3) Pa/Za=0.710+2.85610 Da类气藏b类气藏c类气藏可由气藏实际的压力 产量数据按 (4)式线性回归确定。 当 Qga确定之后 ,即可直接求得 Pa/Za。3)按气藏类型和埋藏深度折算法对于无法按前两 种 方法 计 算 废弃 地 层压 力 的 气藏,可根据图2 所示的方法 ,并按本标 准 划分 的 气 藏类型 ,在其埋藏深度 所 对应 的 范 围内选取适当的值。注意 ,本图不适用于 III 类低透渗气藏和油藏溶解气。图 2 气藏废弃视地层压力与埋藏深度之间的关系图实例问题X 油田的 1 号井以 200 (磅/英寸2)的吸入压力向压缩机入口生产天然气。该井完井深度
16、是 2600 米,在一个厚 5 米的气藏中测得原始井底静压(BHP)是 4211 磅/英寸2(绝对) 。在原始测试期间,用下面的结果进行四点回压测试。现场工程师计算出井口和管线中的压力总损失是100 磅/英寸2。采用现场作业成本,工程师认为,如果日产量降到 25 万立方英尺( 7080m3/日)以下,该井就不具备经济生产能力。计算废弃产量时的平均气藏压力。解:用上述的四点回压测试资料计算C 和 n,见图 3.7.8。回压曲线斜率 n 是 0.9。利用双对数曲线上的资料点,q= 1.0 百万立方英尺 /日名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - -
17、 - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页,共 18 页 - - - - - - - - - (28320m3/日) , Pe2 Pwf2 = 168.4万(磅/英寸2)2,解传输方程,得 C = 2.49 10-6(磅/英寸2)-2。计算得出废弃时的井底流压Pwf为 315磅/英寸2(绝对) 。也就是入口压力( 200 磅/英寸2)加上以绝对压力( 15 磅/英寸2)表示的管线损失压力( 100 磅/英寸2) 。求出传输方程的Pa值,再用适当的变量替换。Pa = qel/(.02832 C) l/n + Pwf20.5Pa = (7.08 10-3) / (.
18、02832 2.49 10-6) 1/0.9 + (315)20.5 Pa = 678磅/英寸2(绝对)当 1 号井的产量达到25 万立方英尺 /日(7080 m3/日)时,因其已不具备经济生产能力而关井。这时的估算气藏压力为678 磅/英寸2(绝对) 。4.0.0 特殊油藏的储量评估方法SEC 的储量评估方法中没有特别强调特殊油藏,包括稠油、裂缝性油藏、低渗透致密油藏以及凝析气藏。然而,SEC 要求在储量评估时说明这种油藏的不确定性。由于特殊油藏的经济不确定性更加突出,分析方法的难度更大, 因此其储量评估更具有挑战性。此外,复杂的开发方案对经济性也会产生影响。例如,开发方案中可能会要求采用小
19、井距, 从而会增加钻井的数量, 或者要求维持压力以及二次采油等等。综合运用各种评价方法,准确确定这类油藏的证实储量是十分必要的。在证实石油储量的定义中,SEC 标准没有要求或向储量评估师推荐评估方法。SEC 给予评估师充分的自由,对于任何油藏,他们都可以自行选择储量评估方法,因为建立一套适用于所有储量评估情况的规则和定义是不现实的。因此,必须由评估师自己来决定所使用的评估方法(或几种方法的结合),以便用合理的确定性去评估那些证实储量。另外,SEC 没有对常规油藏和天然裂缝这样的表现出特殊或复杂特性的油藏进行区分。因此,评估师有责任选用一种评估方法或被实际油藏资料、和/或通过类比油藏分析证明为有
20、效的多种评估方法对储量进行评估。如果没有充分的油井资料和/或生产动态历史资料,那么评估师必须保守地估算证实储量。在许多情况下,可以使用常规评估方法评估特殊油藏的储量。例如,使用均质油名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页,共 18 页 - - - - - - - - - 藏的生产标准曲线和常规的物质平衡方法评估下文第4.2.1 节中两个天然裂缝油藏的证实储量。同理,第4.3.0 节中使用类比法评估低渗透气藏的证实储量。总之,在特殊油气藏的证实储量评估中, 评估师使用常
21、规方法以及更加复杂的储量评估方法是非常现实的。4.2.0 裂缝性油藏世界范围内的许多大型油藏中, 裂缝的作用十分重要 ,即使在基质岩石渗透率极低的情况下,裂缝能够提供较高的有效渗透率,从而使得看起很差的储层具备了工业开采价值。通过岩心分析或测井解释可能发现裂缝的存在,但很难确定裂缝渗透率。 一般情况下,只有通过试采或生产测试, 由压力恢复或降落曲线 ,方可评价裂缝系统的有效渗透率。裂缝性油藏可以细分为两种类型,即有裂缝孔隙型的和纯裂缝型的。既受益于基质又受益于裂缝的油藏被称为裂缝孔隙型 (具有双孔隙度系统 )油藏,这在碳酸盐岩储层很常见 ,如四川的大安寨油藏。那些基质几乎不发挥任何作用的油藏,
22、则称为纯裂缝型,裂缝性泥岩、燧石或火山岩多属此类。对于裂缝高度发育的裂缝型油藏,由于难以确定裂缝在油藏中的分布,因此在储量评估时就很难把握,储集岩裂缝发育的非均质性会导致容积法储量评估参数的不确定性显著增加。如四川公山庙侏罗系沙一油藏,属裂缝孔隙型 , 公 27 井测试段岩心孔、缝发育,基质含油普遍,岩心孔隙度平均为4.297,钻进中 2465.2m处井漏,成像测井产油段裂缝发育 ( 媒 93)。 测试分别产油 38.3t/d 、 77t/d, 压力恢复曲线双重介质特征明显,动态解释弹性储容比为3.37%、6。储渗类型为裂缝孔隙型。没有可定量的基质储集空间。比如4.2.1 天然裂缝油气藏a、为
23、了进行容积法分析,可以把天然裂缝储层分为三大类,其中(1)无大量的基质储集空间并含有双孔隙系统, (2)有大量基质储集空间,(3)有大量裂缝储集空间。这几类的特征如有些致密砂岩中就是这种情况。有些层段中可能会出现溶岩或角砾区,但是测井和岩心资料往往不能提供关于这些层段的有意义的定量孔隙度信息。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页,共 18 页 - - - - - - - - - b、双孔隙度系统含有大量的基质与裂缝储集空间。基质储集空间是可以确定的,但是裂缝系统中还
24、有一部分数量很大的气藏空间。裂缝可以增加渗透率,但是不能使储存量大量增加。裂缝系统的容积难以确定。 通过岩心和成象测井资料也许能够恰当地确定某一口井的裂缝孔隙度, 然而这种表征对于距离井筒有一定距离的储层来说可能不会有多大帮助,那里的裂缝强度与构造活动有关,根据无法估算。对于含有大量基质储集空间的层段应确定其产层有效厚度。由于孔隙度测井不能区分裂缝孔隙度与基质孔隙度,因此估算裂缝容积的厚度,往往以产层有效厚度代替。与同一地区中老油田的开发生产历史曲线进行对比,有助于确定递减曲线方案、标准曲线及容积,从而提供一套合理的储量评估方法。Aguilera 和 Cronquist 的表格对评估裂缝性气藏
25、的采收率具有指导作用。采收率( %)油层储存能力驱油机理基质1基质 /裂缝2裂缝3溶解气驱(衰竭式)10 到 20 20 到 30 30 到 35 溶解气加气顶驱油弹性驱加水驱34 到 45 45 到 55 55 到 65 采收率( %)气层储存能力驱油机理基质1基质 /裂缝2裂缝3溶解气驱(衰竭式)70 到 80 80 到 90 90 强水驱15 到 25 25 到 35 35 到 45 1主要储集在基质中,少量储集在裂缝中。2基质和裂缝中的储集量为50/50。3全部储集在裂缝中。例 1:裂缝性气藏与油藏这个例子是位于同一个油田内的一个天然裂缝气藏和一个天然裂缝挥发油藏的储量研究总结。其中包
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