采气工程-气藏物质平衡储量计算及采收率杨.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,#,第三章,气藏物质平衡、储量计算及采收率,本章主要介绍：,一、各类气藏的物质平衡方程,三、天然气可采储量和采收率,二、现行各种计算储量的方法,第一节,气藏物质平衡方法,物质平衡是用来对储层以往和未来动态进行估算的一种油藏工程基本方法，它以储层的质量守恒定律为基础。一般情况下，可以把储层看做一个处于均一压力下的大储油罐。应用此方法可分析气层开发动态、开采机理、可采储量、原始地质储量。,Water,Oil,Gas,Tanker,Gas,Oil,Water,GOC,WOC,实际储层,简化,#,第一节,气藏物质平衡方法,最简单的物质平衡方程：,G,h,目前地质储量，,10,8,m,3,G,原始地质储量，,10,8,m,3,G,P,目前累积采出量，,10,8,m,3,由于地下气藏流体性质储层物性变化的差别而造成了储烃空间和描述方法的差别，需按不同类型的气藏进行分析：,一、定容气驱气藏物质平衡,二、水驱气藏物质平衡,三、凝析气藏物质平衡,四、异常高压气藏物质平衡,式中,#,第一节,气藏物质平衡方法,一、定容气驱气藏物质平衡,气藏没有连通的边水、底水、即为定容封闭性气藏。其物质平衡方程为：,将，代入上式并整理得到：,进一步变形得到：,#,第一节,气藏物质平衡方法,一、定容气驱气藏物质平衡,由式可看出，对于定容封闭性气藏，地层压力系数,P/Z,与累积产气量,G,P,成直线关系，如下图所示。如将直线外推到,P/Z=0,，则可得,G=G,P,，这就是常用来进行动态储量计算的方法。,Gp,P/Z,P,i,/Z,i,0,G,#,第一节,气藏物质平衡方法,8888,二、水驱气藏物质平衡,具有天然水驱作用的不封闭气藏，随着气藏的开发，将会引起天然边水或底水对气藏的水侵。此时被水侵所占据的气藏孔隙体积量加上剩余天然气所占有的气藏的孔隙体积量等于气藏的原始含气的孔隙体积量。,示意图：,原始状态下,发生水侵后,p,i,Gas,GB,gi,water,p,Gas,(G-Gp)B,g,water,W,e,-W,p,B,w,G,p,B,g,+W,p,B,w,#,第一节,气藏物质平衡方法,二、水驱气藏物质平衡,水驱气藏的物质平衡方程为：,式中：,We,、,W,P,累积天然水侵量、累积采出水侵量，,10,8,m,3,；,Bw,地层水的体积系数。,将，代入上式并整理得到：,#,第一节,气藏物质平衡方法,二、水驱气藏物质平衡,将上式进一步变形有：,由左式可知，水驱气藏的,P/Z,和,G,P,之间并不象定容封闭气藏那样是直线关系，如右下图所示。,Gp,P/Z,P,i,/Z,i,0,当然也不能用外推方法确定气藏的地质储量，而必须应用水驱气藏物质平衡方程式来求解地质储量的大小。,#,第一节,气藏物质平衡方法,二、水驱气藏物质平衡,水驱气藏的累积水侵量,计算：,气田开发怕水，一般有水影响其采收率会降低，有时只能达到,50%,左右；若开发得不好，气藏采收率还要低。,#,第一节,气藏物质平衡方法,三、凝析气藏物质平衡,由于凝析气藏在压力降到露点压力以下会产生凝析液，因此，其物质平衡方程中必须考虑在压力低于露点以下而变成两相的情况。,本节中将介绍以下内容：,常规凝析气藏物质平衡,带有水蒸汽的凝析气藏物质平衡,凝析气顶油藏物质平衡,#,第一节,气藏物质平衡方法,三、凝析气藏物质平衡,1,）假定：,初始压力高于露点压力,，忽略岩石压缩性、没有水蒸汽。,则有如下的物质平衡方程：,1.,常规凝析气藏,包含折算凝析油的原始地质储量,包含折算凝析油,的目前累积采出量,凝析油饱和度,将上式改写为：,从此式可以看出，（,1-So,）,P/Z,和,Gpt,为,一条直线，利用此直线同样可以得到,Gt,。,#,第一节,气藏物质平衡方法,三、凝析气藏物质平衡,2,）,如果地层压力低于露点压力,，或带油环的凝析气藏，则在原始条件下已是两相，对应的物质平衡方程可写成：,1.,常规凝析气藏,变形,转换,式中：,原始条件下的两相偏差系数及对应的体积系数。,，,由变形后的式子可以看出，和为一条直线，利用此直线同样可以得到。,目前气藏的两相偏差系数及对应的体积系数；,，,#,第一节,气藏物质平衡方法,三、凝析气藏物质平衡,考虑到凝析气藏一般埋藏深度大，有介质形变和水的压缩性问题，带有水蒸汽的凝析气藏开采过程的物质平衡关系见下图：,2.,带有水蒸汽的凝析气藏,烃类体积,水体积,水蒸汽体积,烃类体积,水体积,水蒸汽体积,岩石变形,采出物,烃类气相体积,烃类液相体积,水体积,水蒸汽体积,岩石变形,采出物,原始条件,PPd,目前条件,PPd,目前条件,PPd,高压凝析气藏开采物质平衡图,#,第一节,气藏物质平衡方法,三、凝析气藏物质平衡,（,1,）假定原始条件下，,地层压力大于露点压力,，则有原始地下储集空间为：,2.,带有水蒸汽的凝析气藏,原始条件下,水蒸气的体积分数,目前的孔隙空间为气和水所占,:,压力下降，气层岩石的形变体积,:,#,第一节,气藏物质平衡方法,联立以上式子并整理可得：,Gp,0,G,从上式可看出和,G,P,是直线关系，在,P/Z=0,处，可确定地质储量。当不含水和不考虑岩石的变形时，则就变成干气气藏的物质平衡方程（见右图）。,#,第一节,气藏物质平衡方法,三、凝析气藏物质平衡,2.,带有水蒸汽的凝析气藏,(2),地层压力小于露点压力,同样，可以导出当地层压力小于露点压力时的物质平衡方程式下：,式中：,S,O,目前压力下凝析油的饱和度。,#,第一节,气藏物质平衡方法,上式对应的物质平衡方程式如下：,可以看出和,G,P,是直线关系，在,p/Z=0,处，可确定地质储量。当不含水和不考虑岩石的变形时，则就变成干气气藏的物质平衡方程。,在应用凝析气藏物质平衡方程时，需要知道两相偏差系数和凝析油的饱和度，这些均需进行凝析气井的取样和实验室分析进行测定，由于实验水平、精度和涉及一些体积折算等问题可能会导致一定误差。,#,第一节,气藏物质平衡方法,三、凝析气藏物质平衡,3.,凝析气顶油藏（油环凝析气藏）,目前发现的凝析气藏中,有不少是带油环的凝析气藏,油环可大可小,假定用,m,来表示原始地下自由气体积与原始地下油的体积之比。随压力下降,天然气和水以及油环等都会相应地膨胀。,气顶,气顶膨胀区,油区,水侵区,供水区,原始油水界面,原始油,气界面,凝析气顶油藏综合驱动流体分布示意图,#,第一节,气藏物质平衡方法,根据物质平衡关系，采出的油量和气顶体积量之和应等于增加的,水量,:,假定及，,Bti,、,Bt,为总的、或目前的两相的原油体积系数。则上式可整理为：,#,第一节,气藏物质平衡方法,因为采出的油量中包括从油环中采出的油和压力下降后反凝析出的凝析油。所以，采出的油量须加以修正。,q,o,、,q,c,、,q,t,油环油、凝析油、两种油的总日产量，,m,3,/d,R,、,R,c,地面综合气油比和原油中溶解气油比，,m,3,/m,3,q,free,纯凝析气井的日产气量，,m,3,/d,式中：,#,第一节,气藏物质平衡方法,四、异常高压气藏物质平衡,异常高压一般指压力梯度大，须考虑水的压缩性和岩石的形变。在此以干气为例来说明异常高压气藏的物质平衡方程式。,原始储气空间,剩余烃类体积,束缚水膨胀体积,岩石骨架膨胀体积,#,第一节,气藏物质平衡方法,四、异常高压气藏物质平衡,代入束缚水和岩石骨架膨胀体积的关系式后得物质平衡方程为：,或,化简,转化,#,第一节,气藏物质平衡方法,四、异常高压气藏物质平衡,从式中可知和,G,P,是一条直线，在,P/Z=0,处可查得原始储量,G,。但就,P/Z,来讲已不再是一条为直线，下图是一个异常高压气藏实测的数据曲线，从图中可看出，有两个直线段，第一个为岩石和流体压缩性同时作用，而第二个直线段则为只有流体压缩性的情况。,G,Gp,0,P/Z,岩石和流体压缩性同时作用,只有流体压缩,#,第一节,气藏物质平衡方法,五、气藏物质平衡方法应用中的注意事项,气藏物质平衡方法应用很广,应用最多的是气藏静态和动态储量的计算、气藏动态分析、气藏水侵量计算等方面。,（,1,）气藏类型是应用此方法的基础，如果气藏是水驱气藏、异常高压气藏还是凝析气藏等都未弄清楚的话，那是不可能使最后的计算结果准确的。,（,2,）在气藏物质平衡中假定是处于平衡的，但在开采的过程中的每一个阶段，由于地层的非均质性和各井处于气藏构造的部位的差异，使得各井压力测试的值有一定差异，如何选择有代表性的井底压力或根据已有的各井地层压力来确定目前全气藏压力还有一定难度。,在应用气藏平衡法时应注意如下问题：,#,第一节,气藏物质平衡方法,五、气藏物质平衡方法应用中的注意事项,（,3,）气藏应用的一些关键参数是,PVT,实验测试数据，因此在气藏的开发初期，取全取准资料和进行,PVT,参数的准确测量是应用物质平衡法的基础。,（,4,）尽管一般来讲水中溶解气量较小，但在物质平衡计算中未考虑溶解气影响仍会给水驱气藏的计算结果带来一定的误差。,（,5,）当气井进行压裂后，可能会导致控制储量的增加（见右示意图）。,P/Z,Gp,压裂处理,#,第二节,气藏储量计算,气藏储量是开发规模确定和开发设计的必要参数，也是基本的参数，本节以容积法和动态法为主，讨论各种气藏的储量计算方法和动态储量计算方法。,#,第二节,气藏储量计算,一、容积法储量计算,1,、天然气,式中：,G,天然气原始地质储量，,10,8,m,3,A,含油面积，,km,2,；,平均孔隙度；,h,平均有效厚度，,m,；,Sgi,平均原始含气饱和度；,T,、,pi,平均地层温度，,K;,平均地层压力，,MPa,；,Zi,原始气体偏差系数,Tsc,psc,标准温度（,293.15K,）和标准压力（,0.1MPa,）,#,第二节,气藏储量计算,在常规储量计算中，偏差系数和原始地层压力是气藏体积系数计算的主要数据，直接关系到储量计算的精度，取全取准原始资料是储量计算的关键。在气田开发时，由于地层压力是通过各井的原始地层压力来求取的，在气藏平均压力确定时要考虑气藏构造、井的位置等影响，在关井复压测定压力时还要有充分的压力恢复时间。,（,1,）通过实验室直接测定，就是将一定量的地层条件下体积气量放到地面条件下测定气体的体积，用气体状态方程来计算气体偏差系数；,（,2,）通过气体的组分确定偏差系数，即查表来计算偏差系数；,（,3,）利用气体相对密度来确定偏差系数；,（,4,）采用状态方程进行模拟计算求偏差系数。,气藏原始平均偏差系数的确定方法,（四种）,#,第二节,气藏储量计算,一、容积法储量计算,2,、凝析气,凝析气藏的储量计算方法同干气藏，只不过偏差系数不能只考虑天然气的，而应同时考虑凝析油折算成气而确定的地层凝析气的偏差系数，当然如果地下为两相，则气顶应按凝析气来计算，而油环则按油藏储量的计算方法来计算。在凝析气井的总流体中，天然气所占的摩尔分数可按下式计算：,式中,n,g,、,n,o,分别为天然气和凝析油的摩尔分数；,GOR,凝析气油比,m,3,/m,3,;,o,凝析油的相对密度；,M,o,凝析油的相对分子质量。,#,第二节,气藏储量计算,如果没有,Mo,实测值，则可按如下经验公式计算：,凝析气中干气的原始地质储量为：,凝析气中凝析油的原始地质储量为：,凝析气藏总的,原始地质储量，,10,8,m,3,#,第二节,气藏储量计算,一、容积法储量计算,3,、酸性天然气,酸性烃类天然气藏混合气原始地质储量与干气相同，不同的是在计算气藏的气体偏差系数时要考虑酸性气体的影响，含有,CO,2,、,N,2,和,H,2,S,气体的天然气的拟临界压力和拟临界温度按下式计算：,式中：,A,、,B,和,C,为三种气体的百分含量,#,第二节,气藏储量计算,Wichert,和,Aziz,提出的酸性气体校正方法,T,ci,i,组分临界温度，,K,；,Z,i,i,组分的摩尔含量；,P,ci,i,组分临界压力，,MPa,；,拟临界温度的校正因子，,K,；,A,酸性天然气中,H,2,S,和,CO,2,气的摩,尔含量之和；,B,酸性天然气中,H,2,S,气的摩尔含量。,#,第二节,气藏储量计算,一、容积法储量计算,4,、水溶性气藏,一般情况下，地层水中溶解天然气量是较小的，但当地层水中溶解的天然气量达到工业开采价值时，就应计算水中的天然气的储量。水溶性气藏的储量按下式计算：,关于原始溶解气水比的确定方法较多，可以采用高压物性测试的结果，但目前还没有测试标准，西南石油大学气藏室通过长期的测试和分析已建立了一套相应的测试分析方法。在没有条件测试时，也可用经验公式进行直接计算。,原始溶解气水比,#,第二节,气藏储量计算,一、容积法储量计算,5,、煤层气藏,近年来，国外煤层气有较快发展，我国的煤层气也有发现，正处于起步阶段，煤层气的储量计算是一个较为特殊的问题，因为煤层气的储集方式不同而导致其计算方法有较大的差别，天然气主要靠储烃空间来聚集，而煤层气主要靠煤层的吸附，煤层气的地质储量按下式计算：,或,煤层气含量,煤层的平均密度,干燥无灰分煤的含气量,煤中的有机质的质量百分比,#,第二节,气藏储量计算,二、动态法储量计算,气藏地质储量常用体积法来确定，我们常称之为静态储量，在开发的过程中，我们希望对原始静态储量进行检验，采用的动态分析方法得到的是动态储量。,#,第二节,气藏储量计算,二、动态法储量计算,下面将介绍几种动态储量计算方法。,1,、弹性二相法,有界封闭地层开井生产井底压力降落曲线一般分为三个阶段，第一段为不稳定渗流早期，指压降漏斗未传到边界之前；第二段为不稳定渗流晚期，即压降漏斗已传到边界之后；第三段为拟稳定期，此阶段地层压降相对稳定，地层中各点的压力下降速度相同，又称为弹性二相过程，根据压力降落试井的压力变化可得：,#,第二节,气藏储量计算,从上式可以看出，当达到拟稳定流时，,P,wf,2,和开井时间呈直线关系，因此可以根据直线的斜率来计算储量：,令,得到,此方法使用时要判断是否进入了拟稳定态,注意,#,第二节,气藏储量计算,（,1,）要用高精度仪表进行测试；,（,2,）气井产量选择要恰当，既能反映出一定的压力降，又要保持产量在一定时间内能稳定。测试全过程中产量下降值最大不超过,10%,；,（,3,）在进行储量测试时，最好有观察井进行观察测压，当生产井和观察井的压力下降曲线同时出现两条平行直线时，天然气渗流就达到了视稳定状态；,（,4,）在储量测试前要全气藏关井，待地层压力基本恢复稳定后，再选,1-2,口井开井进行测试，如果储量测试前不关井，处理不好，有可能导致较大的误差。,为了取得高质量的测试资料，应注意：,#,第二节,气藏储量计算,二、动态法储量计算,2,、不稳定晚期法,不稳定早期和拟稳定期之间存在一个过渡段，称为不稳定晚期，此时压力波已传播到地层边界但还未形成等速度的变化，此时有：,式中：，导压系数；,t,生产时间，,h,。,#,第二节,气藏储量计算,当生产时间不长，与项相比甚小，因此，在这段测试时间内，近似认为是常数，且是拟稳定状态刚出现时的压力值。可得：,令,，,得到,联合求解，气层有效孔隙体积为：,#,第二节,气藏储量计算,单井控制储量为：,在实际应用过程中，是一个未知数，常用试算法求得，步骤是假定一，按与,t,作图，当选择合适的时，就会出现直线段（如右科所示）。,t,0,P,过小,P,合适,#,第二节,气藏储量计算,二、动态法储量计算,3,、压力恢复法,该方法是一种较为近似的计算方法，需要气井关井前有较长的稳定生产时间。对于不稳定早期的气井压力恢复曲线方程式表示为：,式中：,t,关井时间，,h,。,p,ws,关井后井底恢复压力，,Mpa,；,p,t,关井前稳定生产的井底流压，,Mpa,；,#,第二节,气藏储量计算,令,，,则有：,lgt,0,#,第二节,气藏储量计算,根据服从线性渗流的气体平面径向流计算方程有：,t=te,，,单井控制的储烃空间为：,可得气井的控制储量为：,#,第二节,气藏储量计算,二、动态法储量计算,4,、试凑法,在一些特殊情况下，开井生产长时间不能关井，气井具有稳定试井和开采资料，此时用试凑法进行气井生产史拟合来估算气井控制储量是比较有效的方法之一。,基本原理：,#,第二节,气藏储量计算,在较短的生产时间内（,3-6,个月），,Pi,和,P,值接近，因此,Zi,和,Z,也一致，于是：,上式中，,A,、,B,、,p,i,均为已知的数值，,q,、,p,wf,、,G,P,可由采气曲线中求得，见下图，均为时间的连续函数。,气井采气曲线,#,第二节,气藏储量计算,试凑法的计算步骤如下：,（,1,）先假定一个,G,；,（,2,）从采气曲线上读出不同时间的,q,和,G,P,值；,（,3,）将,G,值和不同时间的,q,和,G,P,值代入相应公式，计算相应时间的,P,wf,值。如果计算的,P,wf,与实际的很接近，说明,G,值是正确的，此值即为所求的气井控制储量，如果计算的高于实际,P,wf,说明,G,偏大，反之则说明偏小；,（,4,）如果用,G,和不同时间的,P,w,f,和,GP,值计算相对应的,q,值，来拟合产量曲线，会得到同样的效果。,#,在不均质的裂缝,-,孔隙介质中，气体基本渗滤过程如下：,第二节,气藏储量计算,二、动态法储量计算,5,、对数差值法,孔隙空间,（,P,f,）,裂缝系统,表皮,污染区,总压差等于这三部份压力损失的总和，其数学表达示可写成：,井底,（,P,ws,）,C,、,D,、,E,、,a1,、,a2,、,a3,均为常数,，,且,#,第二节,气藏储量计算,关井恢复后期,t,值较大，只有第一项起作用，即：,关井恢复中期,，只有第三项可忽略，即：,上述两个式子在半对数图上均为直线，从图中读出的斜率和截,距值可用来计算气井的控制储量：,#,第二节,气藏储量计算,二、动态法储量计算,6,、产量递减分析法,当气藏或气井进入递减期后可用此方法确定天然气地质储量和可采储量。,1945,年，,J.J.Arps,首次将递减规律归纳为指数递减、双曲线递减和调和递减三种类型，目前最具代表性、实用性的仍是,Arps,递减理论。,#,第二节,气藏储量计算,三、气藏可采储量,可采储量定义为在现有工艺技术和经济条件下，能从储气层中采出的那一部分储量，是确定采收率的必要数据。,地质储量是指在地层原始条件下，具有油（气）能力的储集层中石油和天然气的总量，,可采储量（或累积产量）占原始地质储量的百分数就是采收率。,可采储量,地质储量,#,第二节,气藏储量计算,三、气藏可采储量,由可采储量的定义可以看出，可采储量是随技术条件和经济条件的改变而变化的一个值，那么，怎样来标定可采储量，这是一个重要的问题，它是制定开发方案及地面工程建设的重要依据。,每一个可采储量的终点对应的压力，我们称它为,气层废弃压力,，当生产天然气的经营成本接近或等于销售年收入时的气藏产量，即为经济极限产量，废弃条件由经济极限产量和废弃压力两个参数来确定。,#,第二节,气藏储量计算,气层废弃压力,（,1,）自喷开采以井口流动压力等于输气压力为条件计算废弃地层压力；,（,2,）增压开采以井口流动压力等于增压机吸入口压力为条件计算废弃地层压力；,（,3,）考虑增产措施（排液采气、排水采气二次开采等）后最终无法输气或无经济效益开采时的地层压力。,1.,废弃地层压力有以下几种需要考虑的终止极限：,2.,废弃地层压力的确定方法,（,1,）按气藏类型确定,（,2,）经验取值法,#,第二节,气藏储量计算,分类指标,地层水活跃程度,水侵替,换系数,（,I,）,废弃相,对压力,a,采收率,值范围,（,E,R,）,地质开采特征,I,（水驱）,I,a,（活跃）,0.40,0.50,0.4,0.6,与气藏连通的边，底水可动水体大，能量大。一般开采初期（,R,20%,）部分气井开始大量出水甚至水淹，气藏稳产期短，水侵特征曲线呈直线上升,I,b,(,次活跃,),0.40,0.15,0.25,0.6,0.8,有较大的水体与气藏局部连通，能量相对较弱。一般开采中期发生局部水窜，至使部分气井出水，水侵特征曲线呈减速递增趋势,I,c,(,不活跃,),0.15,0.0,0.05,0.7,0.9,可动水体积为有限，多为封闭型，开采中后期偶有个别井出水，或气藏根本不出水，水侵能量极弱，开采过程表现为弹性气驱特征,（定容）,0,0.05,0.7,0.9,无边、底水存在，多为封闭型的多裂缝系统、断块、砂体或异常压力气藏。开采过程无水侵影响，为弹性气驱特征,（低渗）,0.15,0.0,0.50,0.3,0.5,110,-3,m,2,，千米井深稳定日产量,110,4,m,3,/d,的低渗透气藏。单井产量低，生产压差大，废弃地层压力高是其主要特征。一般水不活跃，但积液影响较严重,#,第二节,气藏储量计算,8888,气藏类型,适用条件,经验公式,定容裂缝性,弱水驱裂缝性,定容高渗透孔隙型,定容中渗透孔隙型,定容低渗透孔隙型,定容致密型,注：分别为原始地层压力及其压缩系数,分别为废弃地层压力及其压缩系数,#,第三节,气藏采收率,是指在某一经济极限内，在现代工程和技术条件下从气藏原始地质储量中可以采出气的百分数。,气藏采收率,影响采收率的因素很多，采收率不但与气层岩性、气藏类型、驱动能量有关，而且与开发层系划分、井网部署、采气工艺、地面建设等都有关系。,影响采收率的因素,#,第三节,气藏采收率,确定某一气藏采收率时，往往需要用不同的方法进行估算和测定，然后综合分析加以确定，随着经济观念的增强，强调气藏勘探开发过程的经济效益已提到前所未有的重视程度，有时最高的采收率方案不一定是最经济的方案，但本节不涉及经济方面的问题，只谈技术采收率。,废弃压力是关系到采收率的关键指标之一，在废弃压力前采出的气储量即为可采储量，相应的采出程度即为采收率。,#,第三节,气藏采收率,美国,：通常把气藏原始压力的,15%,作为气藏的废弃压力，它是基于经验和气藏内高产的气井在,20,年内采出原始储量的,85%,。,苏联,：总结,47,个已开发结束的气藏资料得出，天然气采收率为,89.5%,。其中，气驱气藏,15,个，天然气采收率,92%,，弹性水驱气藏,32,个，采收率,87%,，较气驱气藏低一些。,我国四川盆地,：四川石油管理局吴继余等根据废弃压力及无因次采气速度，用经验统计法初步计算出裂缝性气藏平均采收率为,71-73%,，气驱气藏在,85%,以上。,#,第三节,气藏采收率,加拿大,：学者,G.J.,狄索尔斯对世界不同类型气藏的采收率归纳为：,弹性气驱,70-95%,弹性水驱,45-70%,致密气藏 可降低到,30%,凝析气藏,65-80%,我国天然气储量计算规范,列出的采收率为：,弹性气驱,80-95%,弹性水驱,45-60%,致密气藏,60%,凝析气藏,65-85%,，凝析油,40%,。,