气藏开采基础

张之文等：麓析气藏开采方式对比研究　３３　

凝桥气藏开　方式对比研　

ＡｈｍｅｄＨ　Ｅ｝一Ｂ　ｅｔ　ａｌ　

主韪词凝析气藏注水注气经济评价　一、引言　长期以来，循环注气开采方式已广泛用于提高凝　析气藏中凝析油的采收率。这一工艺是用注入的干气　驱替地层中的湿气　注气能使储层压力维持在湿气的　露点之上，防止储层中凝析油析出，同时，干气也能　带出部分凝析油这种方法已经证明能有效提高凝析　油的采收率。在停止注气后，储层只能在枯竭压力下　（衰竭式开采）采出尽可能多的天然气。　我们都知道　封闭的天然气储层的采收率常比天　然水驱气层的采收率高。这可能是在维持地层压力　时．没有大量地用注水代替注气的原因。不过，近几　年已经有几位专家研究了凝析气藏的注水，他们大多　是从理论上探讨ｒ这一方法。　二、气田背景　所研究气田的主要储层构造是一个由平行的断层　所切割的背斜、超覆有一个厚的泥岩层：所钻的５口　井都钻遇了主要的气层，可用来描述井开采这一气　田。这些砂岩富含凝析油，最初凝析油产量为１７２　ＳＴＢ／ＭＭｓｃｆ（储罐桶／百万标准立方英尺）　三　气田模拟模型　建立了一个气田的立体组分模拟组型，以研究不　同的开发方案。砂体顶部的构造图及净砂岩图用来建　立气田模拟坐标。构造图是用５口井的岩石物理资料　对三维地层资料进行校正后做出的。净砂岩图是基于　翻译：张之文程娣　孛卫庆　杨国亭（中原油田信息中心）　校对：张ｊＬ生（中原油田信息中心）　测井资料的岩石物理分析的结果　纵向上，模型可分　８层，每层都采用平均孔隙度和渗透率值，大小约为　０．１６　ｍＤ和５０　ｍＤ。不过，这些层在纵向上存在着不　均质性。　利用一个包含９种因素的状态方程来表示流体的　动态变化。纵向上的升举动态特征在结合油管报表后　可加到模型中。应用Ｇｒａｙ相关关系式来计算油管的　流体动态特征。工业相关关系式用于估计相对渗透率　和毛细管压力。同时．可选择限产来达到气田所期望　的操作条件。　四、开发方案的选择　研究ｌ『几个开采方案．包括气田的衰竭开采，用　补充气和不用补充气注气以及注水。在所有的方案　中，所需的采气井数都必须最少　１。衰竭开采　衰竭开采是基本的开发方案　实施该方案时，为　了同注气开采和注水开采两种方案进行对比．５口井　的最大采气速度分别为６０　ＭＭｓｃｆ／Ｄ（百万标准立方　英尺／天）和３０　ＭＭｓｃｆ／Ｄ：在这两种情况下，在产气　量持续下降以前．气田只能短时间地维持最大采气速　度。我们注意到．这些井不能长时间地保持所期望的　开采速度　因为气层压力下降很快．井筒周围所形成　的凝析液不利于气井采气一　２。注气开采　有几种模拟方式可用来估算在注气时所获得的额　外的凝析油的采收率。在所有的注气方案中，假设气　田有４口采气井，构造最高点的井改作注气井　在注　气一段时间后．在衰竭开采时．５口井全部为采气　井。　（１）没有补充气的注气开发　在没有补充气时，有三种方法可用于对比不同注　气阶段的凝析油的产量。这三种方法假设注气时间为　２年、５年和ｌ０年。然后用衰竭方式开采直到不再具　工业开采价值。表Ｉ给出了这三种情况下及基本开采　方式（衰竭开采）下的天然气和凝析油采收率　图１　

采气地质基础知识

一、有关地质概念

1、地层

地层是具有一定时间和空间涵义的层状岩石的自然组合。划分地层的单位称为地层单位，地层单位从大到小是界、系、统、阶，以及群、组、段、带等。其中“界”是地层的一级单位，“系”是二级单位，“统”是三级单位，界、系、统是国际通用地层单位。“阶”是大区域性的地层单位，“群”是最大的地方性地层单位，“组”则是地方性的基本地层单位，“段”是小于“组”的地方性地层单位。界、系、统、阶是根据生物的发展演化阶段来划分的适用范围较大，通称为时间地层单位：而群、组、段等地层单位是根据地层岩性和地层接触关系来划分的适用范围比较小，通常又称为岩石地层单位。

2、地质时代

组成地壳的不同地层是在地质时期的不同发展阶段形成的，我们把地层形成的地质阶段称为地质时代，不同的地质时代形成不同的地层，地质时代是地层的年龄。划分不同地质时代的单位叫地质时代单位。地质时代单位由“代”、“纪”、“世”、“期”四个级别和一个自由使用时间单位“时”组成，地质时代和地层单位之间有着紧密的联系，但也不是完全对应的。

地质时代单位与地层单位之间的关系见表1-1-1及准噶尔盆地地层划分对比表1-1-2。

表1-1-1 地质时代与地层

地质年代 符

号 距今时间

（百万年） 地层单位

新

生

代 第㈣纪

全新世 Q4 0.025 全新统

第四系（Q）

新生界(Cz) 晚更新世 Q3 上更新统

中更新世 Q2 中更新统

早更新 Q1 下更新统

第三纪 晚第三纪

上新世 N2 2.84 上新统 上第三系（N）

第三系（R） 中新世 N1 5.3 下新统

早第三纪

渐新世 E3 23 渐新统 下第三系（E） 始新世 E2 始新统

古新世 E1 65 古新统

上

中

生

代 白垩纪 晚白垩世 K2 晚白垩系 白垩系（K）

中生界(Mz) 早白垩世 K1 早白垩系

侏罗纪 晚侏罗世 J3 135 晚侏罗系

页岩气藏的开采技术

过去150年所钻的数百万口油气井在达到其目标深度之前，都钻透了大量页岩层段。既然页岩层段的暴露如此普遍，是否每口干井实际上都是潜在的页岩气井呢？当然不是，页岩气只有在某些特定条件下才可以被开采出来。

页岩是一种渗透率极其低的沉积岩，通常被认为是油气运移的天然遮挡。在含气油页岩中，气产自其本身，页岩既是气源岩，又是储层。天然气可以储存在页岩岩石颗粒之间的孔隙空间或裂缝中，也可以吸附在页岩中有机物的表面上。对常规气藏而言，天然气从气源岩运移到砂岩或碳酸盐岩地层中，并聚集在构造或地层圈闭内，其下通常是气水界面。因此，与常规气藏相比，将含气页岩看作非常规气藏也就理所当然了。

美国地质调查局（USGS）认为，页岩气产自连续的气藏。USGS列举了16个特征，所有这些特征都可能在连续气藏中出现。与含气页岩有关的独特特征包括区域性分布，缺少明显的盖层和圈闭，无清晰的气水界面，天然裂缝发育，估算最终采收率（EUR）通常低于常规气藏，以及极低的基岩渗透率。

此外，其经济产量在很大程度上还依赖于完井技术。尽管页岩具有很多明显的不利因素，但是美国已经将某些具有合适页岩类型、有机质含量、成熟度、孔隙度、渗透率、含气饱和度以及裂缝发育等综合条件的页岩作为开采目标。一旦经济上可行，非常规天然气开采活动将呈现出一派繁荣的景象。天然气需求的日益增长以及油田新技术的不断发展，促进了页岩气远景区的勘探与开发。在美国这一趋势正在扩大，天然气价格的不断上扬和每年23万亿英尺3（651.82亿米3）的天然气消耗量推动了其陆上钻井活动的发展。勘探与生产公司正在租赁数十万英亩的矿区钻井权，而先进的钻完井技术正在帮助作业者扩大已知页岩气盆地的范围。这些远景区同时也促进了技术的发展，使人们对这种普通的碎屑岩有了更深入的认识，并且推动了评价页岩资源的新设备、新技术的发展。

气藏开发

岩石内必须具备足够的通道以使天然气流入井筒，产至地面。在页岩中，气源岩中裂缝引起的渗透性在一定程度上可以补偿基质的低渗透率。因此将页岩作为开采目标的作业者应事先考虑系统渗透率，即由页岩基质和天然裂缝的综合渗透率。为了更好地利用储层中的天然裂缝，并且使井筒穿越更多储层，越来越多的作业者都在应用水平钻井技术（下图）。虽然该技术在石油工业中并不是一项新技术，但它对扩大页岩气成功开发的战果却有着重大的意义。

煤层气基础知识

从矿产资源的角度讲，煤层气是以甲烷为要紧成分〔含量＞85%〕，是在煤化作用过程中形成的，储集在煤层气及其临近岩层之中的，能够利用开发技术将其从煤层中采出并加以利用的专门规天然气。

对煤层气而言，煤层既是气源岩，又是。煤层具有一系列专门的物理、化学性质和专门的岩石力学性质，因而使煤层气在贮气机理、孔渗性能、气井的产气机理和产量动态等方面与常规天然气有明显的区别〔详见表1.1〕，表现出鲜亮的特点。

表1.1 煤层气藏与常规天然气藏差不多特点的对比

特点 煤层气 常规天然气

气藏类型 层状的沉积岩 局部圈闭

气源 自生 外源

储基层岩性 有机质高度富集的可燃有积岩，易受入井液、水泥等的损害 几乎是100%的无机质岩石，不易受损害

双重间隙结构 煤基质块中的孔隙是要紧的孔隙，占总间隙体积德绝大部分；裂隙系统是天然气裂隙，占总间隙体积的次要部分，它们差不多上等间距分布，并使煤具有不连续性 要紧发育于石灰岩、白云岩，页岩及致密砂岩中。天然裂隙〔包括节理、裂隙、溶道、洞穴等〕将粒间孔隙分割成一个个方块，裂隙是随机分布的

气体的贮存 气体的绝大部分贝吸附在煤的内表面上，孔隙空间中专门少或没有游离气 气体以游离态贮集在岩石的孔隙空间中

流淌机理 在基质中的流淌是由浓度梯度引起的扩散，然后由于压力梯度的作用在裂隙中引起渗滤 流淌是由压力梯度引起的层流，并服从达西定律；在近井地带可显现紊流

气产出机理 解吸-扩散-渗流 在气体自身的压力梯度作用下流淌

气井生产状况 气产量随时刻而增加，直至达最大值，然后大降。起初要紧产水，气水值随时刻而增大 气产量开始最大，然后随时刻而降低。起初，专门少或者没有水产出，但气水值随时刻而减少

机械性能 由于煤具有脆性和裂隙较发育，因而是一种较弱的岩石，这使钻井的稳固性较差，并阻碍水力压裂的成效。在一定条件下，可采纳专门的洞穴完井技术。杨氏模量在700MPa范畴内 岩石较坚硬，通常钻井的稳固性不成问题。杨氏模量在7000MPa范畴内