断裂发育气藏型储气库高速注采渗流理论与监测方法及工程应用

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地下储气库是提高天然气保供能力、缓解天然气供应季节与区域矛盾的有效解决方法之一。目前我国90%以上的储气库是利用复杂构造或枯竭气藏改建而成的。由于受陆相沉积和构造运动影响,物性差和断裂发育等特点对储气库的快速周转、充分动用和安全运行带来了理论技术方面的挑战。为了满足天然气调峰需求,储气库具有强注强采特征,注采气速度可以达到常规气藏开发的10倍以上。针对储气库高速注采渗流理论、注气动态参数诊断和漏失分析方法缺失、现场监测部署困难等难题,以W储气库为例,通过物理模拟实验、渗流理论推导和地质漏失风险分析相结合的方法进行了系统研究。主要工作如下:(1)在渗流理论方面,考虑储气库高速注采、不规则外边界(如断层)、天然裂缝发育等特征的基础上,建立了断裂发育气藏型储气库高速注采渗流数学模型,结合点源函数、线源函数积分、Laplace变换、边界元和Stehfest数值反演等方法对数学模型进行求解,并利用通用数值模拟软件验证了模型的可靠性。利用敏感性分析方法研究了压力和压力导数曲线的影响因素。(2)在诊断方法方面,利用压力导数分析方法,建立了高速注采条件下的诊断图版,形成了断裂发育气藏型储气库高速注采诊断方法。压力导数诊断曲线表明其渗流特征可以分为10个流动阶段:井筒储存效应和表皮效应阶段、垂直径向流(水平井)、线性流(水平井)、早期径向流、内区拟稳态窜流、内外区过渡流、外区拟稳态窜流、系统径向流和边界主导流阶段。(3)W储气库诊断分析表明,储气库运行初期,压力导数曲线后期上升幅度逐渐变大,流度比和复合半径逐渐变大,高速注采气带来的径向复合特征越来越明显;第四周期后,流度比和复合半径逐渐减小。表皮系数随着注采周期的增加逐渐降低最终趋于0。注气井控面积最高可以达到采气的2.5倍;注气累加孔隙体积为0.18×108m3,采气累加孔隙体积为0.14×108m3。(4)在漏失风险分析方面,明确了储气库地质漏失风险因素为:储层、盖层、遮挡物和井设施四个部分,提出了适合于断裂发育气藏型储气库的地质漏失风险分析方法。W储气库应用分析表明:储气库漏失风险次序首先是第一渗透层P1q、其次是第二渗透层P1m、最后为第三渗透层P2ch和地表浅层。(5)在监测预警方面,建立了储层、盖层、断层、圈闭周边和上覆浅层监测井与钻孔测试相结合的监测体系,对W储气库监测体系进行了方案设计并应用。结果表明:第二渗透层监测3井压力升高是由边界气体在关井后持续向井底聚集而引起的压力恢复造成的,预测压力异常层位在2026年趋于稳定。通过上述研究形成了断裂发育气藏型储气库高速注采渗流理论与监测方法及应用技术,相关内容已成功应用W储气库运行工作中,该成果将为正在建设的环渤海、西南、长庆等储气库方案设计,现役的呼图壁、大张坨、双六等储气库方案调整和安全运行提供理论依据和技术支撑。
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