西南石油大天然氣工程講義第7章 氣藏物質平衡、儲量計算及采收率

第七章

氣藏物質平衡、儲量計算及采收率提示

質量、能量守恒定律是自然界普遍的、永恒的規(guī)律。物質平衡方程普遍被用于各類氣藏的儲量計算、驅動方式確定和氣藏動態(tài)分析等方面。該方程為簡單的代數方程，形式雖簡單，但實際卻很不簡單，每個參數的確定都得依靠先進的科學技術和高精度測試儀表，而且還不能就事論是，還要與氣藏地質和開發(fā)特征的深入、正確認識相結合。本章介紹各類氣藏，甚至包括凝析氣頂油藏的物質平衡方程式，在迄今為止見到的文獻中搜集得比較全的。此外還介紹了現行各種計算儲量的方法，有靜態(tài)的，也有動態(tài)的，有全氣藏的，也有單井的，并介紹了與儲量相關的天然氣可采儲量和采收率。最后，還希望能對水驅氣藏、凝析氣藏和低滲透氣藏的提高采收率問題給予更大的關注。第一節(jié)

氣藏物質平衡方法物質平衡是用來對儲層以往和未來動態(tài)進行分析的一種油氣藏工程基本方法，它以儲層流體質量守恒定律為基礎的。一般情況下，可以把儲層看做是一個處于均一壓力下的大儲氣罐。應用此方法可分析氣藏開發(fā)動態(tài)、開采機理、原始地質儲量和可采儲量。最簡單的物質平衡方程是

(7-1)、、——分別為目前天然氣地質儲量、原始地質儲量和目前累積采出氣量，108m3。

由于地下氣藏流體性質、儲層物性變化的差別而造成了儲烴孔隙空間和描述方法的差別，下面按不同類型的氣藏進行分析。

一、定容氣藏物質平衡

假定氣藏沒有連通的邊水、底水或邊、底水很不活躍，即為定容氣藏，將（7-1）式可以改寫為

（7-2）

可將上式改寫為

（7-3）

（7-4）

式中

、——分別指原始壓力和目前壓力，MPa；

、——分別指原始條件下的偏差系數和目前壓力下的偏差系數，f；

、——分別指原始條件下和目前壓力下氣體的體積系數,f。從上式可看出，對于定容氣藏，地層壓力系數P/Z與累積產氣量成直線關系，如圖7-1,如將直線外推到，則可得，這就是常用來進行動態(tài)儲量計算的方法。

二、水驅氣藏物質平衡

對于一個具有天然氣水驅作用的不封閉氣藏，隨著氣藏的開發(fā)，將會引起邊水或底水對氣藏的入侵。此時被水侵所占據的氣藏孔隙體積量加上剩余天然氣所占有的氣藏的孔隙體積量等于氣藏的原始含氣的孔隙體積量，如圖7-2。即有

圖7-1

定容氣藏的壓降和累計采出量關系圖

（7-5

）式中

、——分別為累積天然水侵量和累積采出水量，108m3；

w——

地層水的體積系數。將上式變形有（7-6）另有

（7-7）

（7-8）

、——分別代表地面標準溫度（293.15K）和標準壓力(0.1013MPa)將（7-7）、（7-8）代入式（7-6）有

（7-9）將上式進一步變換形式有

（7-10）

圖7-2

水驅氣藏的物質平衡圖

由式（7-10）可知，水驅氣藏的和之間并不象定容氣藏那樣是直線關系，如圖7-3，當然也不能用外推方法確定氣藏的地質儲量，而必須應用水驅氣藏物質平衡方程式來求解地質儲量。根據式（7-9）可得天然水驅對氣藏的累積水侵量為

（7-11）

氣田開發(fā)怕水，一般有水影響的氣藏采收率會降低，有時只能達到50%左右，若開發(fā)得不好還要低。

三、凝析氣藏的物質平衡由于凝析氣藏在壓力降到上露點壓力以下后，會在地層中析出凝析油，因此，其物質平衡方程中必須考慮在壓力低于露點以下形成兩相的情況。我們分常規(guī)凝析氣藏、有水蒸汽的凝析氣藏和高于露點和低于露點的凝析氣藏來分析。

1、常規(guī)凝析氣藏假定初始壓力高于露點壓力，忽略巖石壓縮性、沒有水蒸汽，則有如下的物質平衡方程

（7-12）

圖7-3

水驅氣藏的壓降圖此式中：、——分別為包含折算凝析油的原始地質儲量和目前累積采出量，108m3。為凝析油飽和度,還可以將（7-12）式改寫成

（7-13）

從此式中，可以看出，和為一條直線，利用此直線，同樣可以得到GT。如果地層壓力低于露點壓力，或帶油環(huán)的凝析氣藏，則在原始條件下已是氣、液兩相，對應的物質平衡方程可寫成（7-14）

式中

、——分別為基于目前氣藏的兩相偏差系數和原始條件下的兩相偏差系數對應的體積系數。將體積系數進行轉換則

（7-15）

式中

、——分別為目前氣藏的兩相偏差系數和原始條件下的兩相偏差系數。可以看出，和為一條直線，利用此直線同樣可以得到。

2、帶有水蒸汽的凝析氣藏烴類氣相體積烴類液相體積水體積水蒸汽體積巖石變形

烴類體積水體積水蒸汽體積巖石變形

在本節(jié)中我們討論凝析氣中帶有水蒸汽，同時考慮到凝析氣藏埋藏深度大，有多孔介質形變和束縛水的壓縮性問題，開采過程的物質平衡關系見圖7-4。采出物分＞（露點）和＜兩種情況。

原始條件P>Pd

目前條件P>Pd

目前條件P<Pd圖7-4

高壓凝析氣藏開采物質平衡圖

假定原始條件下，地層壓力大于露點壓力，則有原始地下儲集空間為（7-16）

式中

、——分別表示在原始條件下水的飽和度和束縛水在氣中的體積分數。1）地層壓力大于露點壓力目前的部分孔隙空間為氣和水所占，因此有烴類體積（7-17）式中

——為目前的孔隙空間體積；

烴類孔隙空間體積（7-18）因此有

（7-19）

由于壓力下降，氣層巖石的形變體積：（7-20）組合（7-16）、（7-19）、（7-20）有（7-21）重組此式有（7-22）

此式還可以寫成（7-23）從上式可看出，和是直線關系，在處，可確定地質儲量。當不含水和不考慮巖石的變形時，則就變成為干氣氣藏的物質平衡方程。2）地層壓力小于露點壓力（）同樣，我們可以導出當地層壓力小于時的物質平衡方程式如下

（7-24）式中

——是目前壓力下凝析油的飽和度。對應的物質平衡方程式可寫如下

（7-25）從上式可看出，和GP是直線關系，在處，可確定地質儲量。當不含水和不考慮巖石變形時，則就變成干氣氣藏的物質平衡方程。

在應用凝析氣藏的物質平衡方程時，需要知道兩相偏差系數和凝析油的飽和度，這些均需進行凝析氣井取樣和實驗室分析測定。實驗室分析值還可能與實際有差別。

3、凝析氣頂油藏（或油環(huán)凝析氣藏）

目前發(fā)現的凝析氣藏中,不少為帶油環(huán)的凝析氣藏,油環(huán)可大可小。此外，還有凝析氣頂油藏，現以它來說明，假定用來表示原始地下自由氣體積與原始地下油的體積之比,開采前后物質平衡關系如圖7-5所示，隨壓力下降,天然氣和水以及油環(huán)等都會相應地膨脹。

1)壓力下降后原油的體積變化

當油環(huán)開采一段時間后體積變化為原始地下油儲量=油環(huán)油采出的體積=

（7-26）剩余油的體積=式中

、——分別為原始油地質儲量及采出量,m3、——分別為油的原始體積系數和時體積系數

2)氣頂自由氣的體積變化原始氣頂與油環(huán)油體積比則原始氣頂氣地下體積

圖7-5凝析氣頂油藏綜合驅動流體分布

在標準條件下時氣頂剩余體積=原始自由氣及溶解氣-采出的氣-剩余溶解氣

將此式換算為地下體積

開采到時,自由氣產出的地下體積如下:(7-27)式中

、、——分別為自由氣的原始、采出的和剩余的氣體積,(Sm3)；

、、——分別為原始油環(huán)溶解油氣比、采出油生產油氣比和剩余油溶解油氣比，（m3/m3）)；

、——分別為自由氣原始的和開采到時的氣體積體積系數。

3）水體體積變化水的地下體積為（地面標準立方米，Sm3）時累積采水量（地面標準立方米，Sm3）累積產水量=（地下m3）到時的水侵量=(地下m3)增加的水量

(7-28)根據物質平衡關系，采出的油量和氣頂氣體積量之和應等于增加的水量，因此有

（7-29）

進一步整理得

(7-30)假定及，、為總的、或目前的兩相的原油體積系數。則上式可整理為

（7-31）

因為采出油量中包括從油環(huán)中采出的油和壓力下降后反凝析出的凝析油。所以，采出的油量須加以修正。（7-32）式中

（7-33）

（7-34）、、——分別為油環(huán)油、凝析油和兩種油的總日產量，m3/d、——分別為地面綜合氣油比和原油中溶解氣油比，m3/m3——純凝析氣井的日產氣量，m3/d、、——分別為階段總產油量、凝析油產量和原油產量，m3

四、異常高壓氣藏物質平衡我們以干氣為例來說明異常高壓氣藏的物質平衡方程式，并考慮地層水的壓縮性和巖石的形變，這樣的物質平衡式可表示為（7-35）式中左邊為原始儲氣空間，右邊第一項為采出后地層剩余烴類體積，右邊第二項為束縛水體積的膨脹，第三項是巖石骨架體積的膨脹。水的壓縮系數定義為（7-36）可將此式改寫成；

（7-37）原始的水體積還可寫成

（7-38）根據（7-36）和（7-37）式有（7-39）類似地巖石形變可表示為（7-40）

平均地層壓縮系數表示為

（7-41）

同樣可以推出考慮巖石的變形而帶來的孔隙空間的變小量為（7-42）

將式（7-41）、式（7-38）代入式（7-37）即有（7-43）

將（7-42）式進行簡化有（7-44）可將上式轉化成

（7-45）或（7-46）

從式中可知，和是一條直線，在處可查得原始儲量。但就來講已不再是一條為直線，圖7-6是一個異常高壓氣藏實測的數據曲線，從圖中可看出，有兩個直線段，第一個為巖石和流體壓縮性同時作用，而第二個直線段則為只有流體壓縮性的情況。圖7-6

典型的異常高壓氣藏雙斜率P/Z-GP線

五、氣藏物質平衡方法應用中的注意事項氣藏物質平衡方法應用很廣,應用最多的是氣藏靜態(tài)和動態(tài)儲量的計算、氣藏動態(tài)分析、氣藏水侵量計算等方面。但在應用時應注意如下問題：

（1）氣藏類型判斷是應用此方法的基礎，如果氣藏是水驅氣藏、異常高壓氣藏還是凝析氣藏等都未弄清楚的話，那是不可能使最后的計算結果準確。

（2）在氣藏物質平衡中假定是處于平衡的，但在開采的過程中的每一個階段，由于地層的非均質性和各井處于氣藏構造的部位的差異，使得各井壓力測試的值有一定差異，如何選擇有代表性的井底壓力或根據已有的各井地層壓力來確定目前全氣藏壓力還有一定難度，平均地層壓力確定方法見文[16]。（3）氣藏應用的一些關鍵參數是PVT實驗測試數據，因此在氣藏的開發(fā)初期，取全取準資料和進行PVT參數的準確測量是應用物質平衡法的基礎（×2.8×107m3）圖7-7

壓裂處理前后的儲量變化

（4）盡管水中溶解氣量較小，但在物質平衡計算中都未考慮溶解氣影響，它仍會給水驅氣藏的計算結果帶來一定的誤差。（5）當氣