CN112267872B - 利用生产动态数据确定气井钻遇溶洞系统容积大小的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了利用生产动态数据确定气井钻遇溶洞系统容积大小的方法，包括：基于测井响应特征及钻井过程中是否发生井漏现象，初步判断生产气井是否钻遇溶洞；针对测井响应特征显示钻遇溶洞的气井，收集并整理其生产动态数据；基于气井投产初期生产动态数据，判断气井钻遇的溶洞是否连通大型溶洞系统；针对直接连通大型溶洞的生产气井，利用基于投产初期生产动态数据及地质资料计算的视压力与累积产气量间线性关系，定量计算气井连通溶洞系统的容积大小，为认识气藏喀斯特岩溶作用发育程度提供定量参考依据。
Description
技术领域
本发明涉及气藏开发动态监控的技术领域，特别涉及一种利用生产动态数据确定气井钻遇溶洞系统容积大小的方法。
背景技术
在地质历史时期曾经受喀斯特岩溶作用的碳酸盐岩地层中，通常会发育溶洞系统。钻遇溶洞的井，在钻井过程中一般会发生井漏现象，通过常规测井及成像测井可以确定溶洞沿井轨迹一维方向的尺度大小，但其难以确定溶洞系统在三维空间中的发育规模及容积大小。
目前针对地下油气藏中的溶洞系统，确定其范围或体积大小的方法主要有两类：其中一类通过地震结合测井信息，来反演预测溶洞系统发育范围，该类方法得到的结果受溶洞系统内填充物类型及充填程度的不确定性影响，对溶洞系统内有效储集空间的容积大小预测误差较大；另外一类是试井解释方法，其基于对油气藏储层特征的地质认识，建立相应的理论模型或数值模拟模型并求解，与实际试井数据匹配，给出对溶洞大小的解释结果，该类方法的应用都较为复杂，且存在多解性问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种新的确定气井钻遇溶洞系统容积大小的方法，其可以简便、经济、快速地确定气井钻遇溶洞系统内部储集空间的体积。
本发明基于溶洞系统内部空间尺度大(米级)、连通性好、气体易流动性，以及溶洞与外围连通储层渗透性的巨大差异，针对气井钻遇溶洞系统做如下近似：(1)气井投产初期的产气量只产自溶洞系统，产自其它射开层段非溶洞型储层的气量近似为0；(2)投产初期，溶洞系统与外围连通的基质储层之间还没有形成较大的压差，且外围连通的基质储层渗透性差(渗透率通常在毫达西量级或以下)，其向溶洞系统内补充的气量可近似为0；(3)气井在生产过程中，其钻遇的溶洞系统内部空间中的压力保持均衡，也就是井底溶洞位置的压力就近似等于整个溶洞系统内的平均压力。
为了实现本发明目的，基于以上近似假设，提出如下的技术方案：
利用生产动态数据确定气井钻遇溶洞系统容积大小的方法，包括以下步骤：
(1)基于测井响应特征及钻井过程中是否发生井漏现象，初步判断生产气井是否钻遇溶洞。具体判断依据为：在钻遇溶洞深度段，井径(CAL)曲线异常扩大，声波时差(AC)曲线异常偏高，密度(DEN)测井曲线异常偏低，电阻率(RT)曲线异常明显降低。在钻井过程中通常会发生井漏现象。如果有成像测井资料，在对应层段呈现为明显的连续暗色层段。
(2)针对测井响应特征显示钻遇溶洞的气井，收集并整理其生产动态数据；具体包括：投产前关井状态下的井口压力，投产后每天的井口压力(油压和套压)、日产气量、日产水量；生产过程中短期关井时的井口压力；并形成气井生产动态数据表。
(3)基于气井投产初期生产动态数据，判断气井钻遇的溶洞是否连通大型溶洞系统；判断依据包括三个方面：(A)投产初期生产井的井口压力的变化与累积产气量基本呈线性负相关关系；(B)关井压力与生产时压力之差较小(此压差主要是克服气井生产过程中生产管柱内的摩阻，其大小与生产管柱内径尺寸大小、摩阻系数、井的深度等因素有关，一般小于2MPa)；(C)气井测试产气量高，预测无阻流量一般大于100万方/天。符合以上三个条件，可判定该井直接连通大型溶洞系统。
(4)针对此类直接连通大型溶洞的生产气井，基于其井口压力(油压或套压)、井轨迹及井筒内温度分布(或基于地温梯度估算)计算出井底(溶洞发育段储层中深)压力及对应温压下的天然气偏差因子，并添加到步骤2形成的动态数据表中。
(5)基于气井井底压力、天然气偏差因子及累积产气量数据，计算气井直接连通溶洞系统的容积大小。
计算公式的推导计算方法如下：
气体状态方程为：PV=ZnRT (1)
其中：P为压力(MPa)，V为气体体积(m3)，Z为偏差因子(无量纲)，n为气体摩尔数(mol)，R为气体常数(8.314472m3·MPa·mol-1·K-1)，T为绝对温度(K)。
对于溶洞系统容积Vc及地下温度T保持不变情况下，存在以下关系式：
其中：Vc为溶洞容积(m3),Vsm为天然气标准状况下的摩尔体积(m3/mol)，Gi为溶洞内天然气储量(m3)，Gp为天然气累积产量(m3)，Pi为原始地层压力(MPa),P为累积产气量为Gp时的地层压力(MPa)，Zi为原始条件下的天然气偏差因子(无量纲)，Z为地层压力P条件下的天然气偏差因子。
基于以上等式后面两部分，可得到如下关系式：
其中
与
呈线性关系，斜率m为
这也是定容气藏压降法的公式。
(A)对于投产初期阶段存在关井情况，利用投产前视压力
与关井时视压力
之差除累积产气量Gp得到斜率
由投产前视压力
除此斜率，即可确定出溶洞系统内天然气原始储量Gi，对Gi乘以天然气原始体积系数Bgi即得溶洞系统的容积Vc(m3)。气藏天然气原始体积系数Bgi可由下式计算：
其中：Zi为原始压力条件下的偏差因子，Pi为原始地层压力，t为地层温度(℃)。
(B)对于投产初期阶段无关井的情况，只能利用生产过程中视压力与累产气量之间的线性关系来确定直线斜率。由于气井生产过程中井筒生产管柱内摩阻及井底到生产管柱的入口压力损失，按静气柱从井口压力计算到井底溶洞的压力P1低于溶洞中的实际压力P，二者之差设为ΔP，当气井不产水且产气量变化较小情况下，可将此压力损失近似为一个常数。从而对生产过程中，(3)式变为：
由于只针对气井投产初期阶段，地层压力较高且ΔP较小，偏差因子Z的变化也较小，从而使得
与Gp也呈现为线性关系。通过回归此线性关系，可得到斜率
利用投产前原始视压力
除以此斜率m，即得到溶洞系统内天然气原始储量Gi，对Gi再乘以天然气原始体积系数Bgi，即得溶洞系统的容积Vc(m3)。
本发明的方法在不增加测试工作量的情况下，利用气井生产动态数据即可确定气井连通的溶洞体积大小，且不受溶洞内填充物类型及充填程度不确定的影响。
附图说明
图1为实施例1所述钻遇溶洞气井示意图；
图2为实施例1所述某气藏X井测井曲线图；
图3为实施例1所述某气藏X井采气曲线图；
图4为实施例1所述某气藏X井投产初期视压力与累积产气量相关关系图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据附图、表并列举实施例，对本发明做进一步详细说明。
针对如图1所示钻遇溶洞气井，利用生产动态数据确定气井钻遇溶洞系统容积大小的方法，包括以下步骤：
1、基于测井响应特征及钻井过程中是否发生井漏现象，初步判断生产气井是否钻遇溶洞。如图2所示，该井在5157.5-5159.6m层段，井径(CAL)曲线异常扩大，声波时差(AC)曲线异常偏高，密度(DEN)测井曲线异常偏低，电阻率(RT)曲线异常明显降低。且在钻井过程中发生井漏现象，漏失泥浆4147.4m3,可以较为明确的判断该井钻遇溶洞。
2、针对该气井，收集并整理其生产动态数据；具体包括：投产前关井状态下的井口压力，投产后每天的井口压力(油压和套压)、日产气量、日产水量；生产过程中短期关井时的井口压力；并形成气井生产动态数据表，如表1所示，该井的采气曲线如图3所示。
表1实施例气井生产动态数据表
3、基于气井投产初期生产动态数据，判断气井钻遇的溶洞是否连通大型溶洞系统；判断依据包括三个方面：(A)投产初期生产井的井口压力的变化与累积产气量基本呈线性负相关关系；(B)关井压力与生产时压力之差较小(此压差主要是克服气井生产过程中生产管柱内的摩阻，其大小与生产管柱内径尺寸大小、摩阻系数、井的深度等因素有关，一般小于2MPa)；(C)气井测试产气量高，预测无阻流量一般大于100万方/天。符合以上三个条件，可判定该井直接连通大型溶洞系统。实施例气井测试日产气量63.98×104m3，预测无阻流量238.18×104m3/D，从表1和图3及图4所示，满足钻遇大型溶洞系统的判定条件。
4、针对此类直接连通大型溶洞的生产气井，基于其井口压力(油压或套压)、井轨迹及井筒内温度分布(或基于地温梯度估算)计算出井底(溶洞发育段储层中深)压力及对应温压下的天然气偏差因子，并添加到步骤2形成的动态数据表中。针对实施例气井，计算井底压力及偏差因子如表1中后四列数据。
5、基于气井井底压力、天然气偏差因子及累积产气量数据，计算气井直接连通溶洞系统的容积大小。
具体的，如附图4所示，通过以下两种方式获得溶洞系统容积大小：
方式一：
通过气井投产前及投产初期短时间关井视压力，由式(3)确定溶洞系统内天然气原始储量为3.2761×108m3，将其乘以天然气原始体积系数0.003503(地层压力：56.31MPa,地层温度：156.78℃，天然气偏差因子：1.23685)，得到溶洞系统的容积为114.76×104m3。
方式二：
通过该气井生产过程中视压力与累产气量之间的线性关系确定直线斜率为1.152906×10-7MPa/m3。由初始条件下视压力45.52717MPa除此斜率得到溶洞系统内天然气原始储量3.9489×108m3，将其乘以天然气原始体积系数0.003503，即得溶洞系统的容积为138.33×104m3。
由于本实施例气井投产初期生产过程中有少量反排液(如表1所示)，水气比略高于正常值，因此导致计算压力P1略偏低于实际值，略微降低了回归直线斜率，使得通过方式二获得的溶洞系统容积略高于方式一获得的容积。但尽管两个结果有一定差异，其都反映出该井连通的溶洞系统容积在百万方规模，对研究区目的层段喀斯特岩溶发育程度已有足够准确的定量认识。
以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.利用生产动态数据确定气井钻遇溶洞系统容积大小的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)基于测井响应特征及钻井过程中是否发生井漏现象，初步判断生产气井是否钻遇溶洞；
(2)针对测井响应特征显示钻遇溶洞的气井，收集并整理其生产动态数据；
(3)基于气井投产初期生产动态数据，判断气井钻遇的溶洞是否连通大型溶洞系统；
(4)针对直接连通大型溶洞的生产气井，基于其井口油压或套压、井轨迹及井筒内温度分布计算出井底溶洞发育段储层中深的压力及对应温度、压力下的天然气偏差因子；
(5)基于气井井底压力、天然气偏差因子及累积产气量数据，计算气井直接连通溶洞系统的容积大小；
其中：
在步骤(1)中，利用气井测井响应特征判断是否钻遇溶洞，判断依据为：在钻遇溶洞深度段，井径曲线异常扩大，声波时差曲线异常偏高，密度测井曲线异常偏低，电阻率曲线异常明显降低；和/或在钻井过程中会发生井漏现象，如果有成像测井资料，在对应层段呈现为明显的连续暗色层段；
在步骤(2)中，收集钻遇溶洞井的以天为单位的连续完整的生产动态数据，具体包括：投产前关井状态下的井口压力，投产后每天的井口压力，包括油压和套压；日产气量；日产水量；生产过程中短期关井时的井口压力；并形成气井生产动态数据表；
在步骤(3)中利用气井投产初期生产动态数据判断气井钻遇的溶洞是否直接连通大型溶洞系统；判断依据包括三个方面：(A)投产初期生产井的井口压力的变化与累积产气量基本呈线性负相关关系；(B)关井压力与生产时压力之差较小；(C)气井测试产气量高，预测无阻流量大于100万方/天；符合以上三个条件，可判定该井直接连通大型溶洞系统；
在步骤(4)中，对满足判定依据的气井，基于该井的井轨迹数据、井筒内温度分布、井口压力及天然气摩尔组份数据，计算气井井底溶洞发育段储层中深的压力及井底温度压力条件下的天然气偏差因子，并添加到步骤(2)形成的动态数据表中；
在步骤(5)中，针对在投产初期有短时间关井情况下，利用关井时的井口压力计算的井底压力及偏差因子，直接采用压降法，计算出溶洞内天然气原始储量Gi，再乘上原始地层压力下的体积系数Bgi，即得到生产井直接连通溶洞系统的容积大小Vc；对于投产初期无短时间关井情况下，则利用生产时的井口压力按步骤(4)的要求计算得到的井底压力P1和天然气偏差因子Z，计算出视压力
对气井的累积采气量与对应的视压力采用线性回归，获得视压力随累积采气量变化直线关系的斜率m，用开井前原始压力条件下的视压力
除以此斜率m，再乘原始压力条件下的天然气体积系数Bgi，即得到该井连通溶洞的体积大小Vc。
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