水侵气藏型储气库全周期高效建设微观模拟实验

借助微观可视化模型与微流控技术,开展了水侵气藏型储气库初期建库阶段注气驱水及循环储采阶段采气底水上侵、储气排驱水体的模拟实验,分析气液界面稳定机制、气液渗流与赋存规律,探索储气库全周期高效运行的优化调控方式。研究表明:储气库初期建库阶段应调控注气速度,充分发挥重力作用保证气液界面宏观稳定运移,大幅度提高气体的波及能力,为储气库后续循环储采阶段提供更大的储气孔隙空间。储气库循环储采阶段,恒定的储采气速度导致孔隙空间利用率低,逐渐提高储采气速度,从“小吞小吐”逐渐过渡到“大吞大吐”,可以持续打破孔喉内流体的平衡受力状态,扩大储气孔隙空间与流动通道,有利于储气库扩容增效和调峰保供。

气藏型储气库建库评价关键技术

从储气库与气藏在开采方式和运行规律方面的差异性出发,考虑气藏型储气库建库评价技术的特殊性和复杂性,提出了储气库特色建库评价关键技术,并进行了矿场应用实例分析。通过总结国内第1批商业储气库建设运行经验,深入研究储气库短期大流量往复注采的内在机理,提出圈闭动态密封性、建库有效孔隙空间、高速不稳定渗流有限供给等理念,创建了圈闭密封性评价、库容参数设计、注采井网优化和监测方案设计4项储气库特色关键技术,分别解决储气库保存条件、容量大小、高效注采、安全运行方面的技术瓶颈,丰富和完善了气藏型储气库建库地质方案设计技术体系。这些技术成功指导了某气藏建库地质方案设计和现场工程实施,扩容达产效果好,实际动态与方案设计指标吻合程度高。

中国复杂地质条件气藏型储气库建库关键技术与实践

针对中国复杂地质条件和储气库周期性大流量强注强采交变载荷工况,建立了包括选址评价、指标设计、钻完井、地面工程、风险预警和评估等方面的气藏型储气库建库关键技术,并总结了矿场应用实效。建立了开发中后期构造破碎气藏建库选址圈闭密封性评价技术,提出了以非均质水侵储集层有效库容量设计为核心的建库关键指标设计方法,建立了适应超深超低压地层和交变载荷工况的安全钻井、高质量固井技术和高压大流量地面注采工程优化技术,实现了高压注气压缩机等储气库地面核心装备国产化,建立了储气库地下、地面全系统风险预警和评估技术。5项关键技术成功应用于新疆呼图壁等6座气藏型储气库群的选址、设计、建设和运行,方案设计主要指标与实际动态高度吻合,已建成调峰能力超过75.0×10~8 m^3,实现了建设和运行高效且零事故。

气藏型储气库井注采动态不稳定流分析方法

针对现有不稳定流分析方法的局限性,结合强非均质气藏型储气库注采运行特点,建立了考虑储气库多周期注采历史动态等复杂因素的动态不稳定流分析方法,并绘制了相关理论图版。提出了适合储气库井交变工况的“三点两段”式注采动态不稳定流分析新模式,“三点”指循环注采的3个时间点,即建库注气起始点、注采分析段起始点和结束点,“两段”指历史流动段和注采分析段。研究发现:储气库井注采过程中无因次拟压力和无因次拟压力积分曲线前期下掉;无因次拟压力积分导数曲线中间过渡区存在采气期曲线上凸、注气期曲线下凹的现象,不同流动历史下的曲线具有非典型性。新方法实现了储气库注采动态不稳定流分析,呼图壁储气库典型井的实际应用表明,新方法压力历史拟合精度高,解释参数关联性强,应用结果可靠。

高温环境下气藏型储气库泥岩盖层密封性评价

为探究高温作用对泥岩盖层密封性的影响,从理论上剖析储气库盖层产生热应力的3种形式,在室内试验的基础上,分析泥岩在高温环境下力学损伤程度和盖层物性封闭评价指标随温度变化特征。结果表明:高温环境下泥岩整体结构性能降低,400℃左右是泥岩在周期热应力作用下损伤的阈值温度;高温作用会显著改变泥岩盖层物性封闭特征,400℃左右是泥岩丧失物性封闭能力的阈值温度。对某气藏型储气库盖层的实证研究和分析结果显示,目标盖层温度区间尚未超过阈值温度,认为泥岩盖层具有良好的封闭性能;评价结果能够反映泥岩盖封的真实情况。

气藏型储气库注采全过程油气相行为模拟

在分析气藏向储气库转化过程中流体相行为的基础上,建立了描述储气库注采全过程油气相行为特征的数学模型和模拟方法,并以辽河双6带油环气藏型储气库为典型实例,模拟验证了数学模型的可靠性和精度,揭示了流体相行为特征与作用机理。研究表明:注气形成库容阶段,油气相行为表现为气顶气对油环油以蒸发抽提为主、溶解扩散作用为辅,气顶气轻质组分含量升高,中间和重质组分含量降低,密度、黏度增大;油环油重质组分含量降低,轻质、中间组分含量升高,密度、黏度减小,体积系数、溶解油气比增大。储气库周期注采稳定运行阶段,油气相行为表现为气顶气对油环油的蒸发抽提能力逐渐减弱,而溶解扩散作用逐渐增强,气顶气中间组分含量缓慢降低,轻质组分含量缓慢上升,气顶气逐步轻质化,但对密度、黏度影响较小;油环油重质组分含量增大,中间组分含量降低,密度、黏度升高,体积系数、溶解油气比减小。

气藏型储气库温度敏感性及其对气井注采能力的影响

气藏型储气库交替注采工况下的储层温度变化是影响渗透率乃至储气库注采能力的关键因素。为探究砂岩储层渗透率的温度敏感性规律及其对气井注采能力的影响,在储气库运行的温度范围内设计了多轮次交变温度下渗透率温度敏感性实验,模拟气藏型储气库储层温度的周期性变化。实验结果表明:(1)储层渗透率随温度升高而减小,随温度降低而增大,且多轮次交变温度下渗透率表现出滞后效应,随升降温轮次增加滞后效应逐渐减弱;(2)储层渗透率温度敏感性规律不同于应力敏感,渗透率与温度呈线性相关,且单轮升降温过程中滞后效应强弱不随温度改变;(3)基于实验结果建立了考虑渗透率温度敏感性的气井产能方程,研究发现忽略储层渗透率温度敏感性将低估气井注采能力,且储层埋藏越深、气井注采气量越大时,温度敏感性对注采能力的影响越大。

气藏型储气库多周期注采储集层应力敏感效应

选取中原油田文23储气库储集层标准岩心,开展多周期注采条件下渗透率应力敏感实验,分析了多周期注采渗透率应力敏感变化规律,提出了多周期注采岩石覆压渗透率计算方法,分析了多周期注采储集层渗透率应力敏感对储气库注采能力的影响。研究表明:岩石渗透率保持率随储气库运行周期数增多初期快速下降,后期缓慢降低;净应力上升过程中渗透率应力敏感指数随净应力变化过程数的增多而降低;净应力下降过程中渗透率应力敏感指数基本不随净应力变化过程数的变化而变化;随净应力变化过程数的增多,特定岩石净应力上升过程的渗透率应力敏感指数不断趋近于净应力下降过程的渗透率应力敏感指数;岩石渗透率越低,不可逆渗透率损失率越大,岩石周期应力敏感性越强;岩石渗透率越低,渗透率应力敏感指数越大,岩石应力敏感性越强,渗透率过低的储集层不宜作为储气库选层;储集层渗透率应力敏感性对气井注采能力影响较大,且主要集中在前数个周期。图13表4参21。

气藏型储气库井环空压力计算模型及其应用

为解决储气库井注采时由温度与压力变化引起的密闭A环空带压问题,根据传热学理论、管柱弹性力学平面应变理论及体积相容性原则,建立考虑环空保护液非线性多单元密闭A环空压力计算模型,基于分段计算方法分析等温压缩系数、等压膨胀系数、油管线膨胀系数、弹性模量与泊松比等参数对环空压力影响。结果表明:采用分段计算方法可以提高环空压力预测的准确度;不考虑温度分布形式预估环空压力偏离实际值,且温度越高,偏离实际值越大;环空保护液的非线性对环空压力的影响相对较大,忽略其随温度的变化导致环空压力偏低。压力计算模型与现场实测结果符合较好,可以为工程应用提供参考。

复杂气藏型储气库先导试验方案设计方法

国内现役地下储气库(以下简称储气库)的工作气量和调峰能力等关键参数达标率偏低,究其原因有可能是未及时开展先导试验对关键参数进行现场验证与核实,对储气库高强度快速往复注采所引起的关键特性认识不清,从而降低了方案指标的可靠性。为此,参照气藏开发先导试验定义,涵盖试验依据、试验目的、实施节点、试验内容等,首次建立了复杂气藏改建储气库先导试验方案设计方法。研究结果表明:①先导试验的核心要求是“科学性、安全性、经济性”;②先导试验的主要内容包括圈闭密封性验证、有效建库空间定量评价、短期高速注采气能力核实、老井封堵工艺适应性评价和低压储层建井工艺适应性验证等5项;③先导试验方案包括优选试验井、部署现场试验和配套专题研究;④现场测试涵盖产能、连通性、边界和气液界面变化;⑤配套专题研究包括地质特征、注采机理、注采效果和钻采工艺。结论认为,该方法已成功应用于中国石油吐哈油田公司和中国石油吉林油田公司,指导了储气库先导试验方案设计和现场实施,为可研方案关键指标设计提供了新的认识和科学依据,有助于提升我国复杂气藏型储气库的设计水平和建库指标的可靠性。

气藏型储气库空间动用规律及扩容机理仿真模拟

采用一维长岩心和大型二维平板岩心模型开展了一维注气建库、单轮次注采模拟实验与二维平板岩心建库、多轮次注采模拟实验,研究了储集层物性、注采平衡时间等对储集层孔隙动用效率、有效库容形成及达容周期等的影响。研究表明:储集层物性、地层含水饱和度是影响气藏型储气库建库和运行的主要因素。气藏型储气库建库达容及运行过程中,储集空间可划分为高效、低效和无效3类工作区,储集层渗透率越高,孔隙动用效率越高,无效工作区越小或不存在无效工作区,注入气的损失越小,利用率越高。储集层物性越好,储集空间越大,最终形成的库容量越大。储集层含水饱和度越高,储气库建库达容及运行过程中气体损失越多,优化注采驱替排水,降低含水饱和度是减少储气库气量损失的有效途径。多轮次注采过程中,注采平衡时间存在合理区间,超过该合理区间,继续延长注采平衡期对储气库扩容贡献不大。

枯竭气藏型储气库储层应力敏感性实验研究

枯竭气藏型储气库储层在储气库“强注快采”、“大吞大吐”运行时,对储层压力反复升降过程中应力敏感性的认识不清,结合目标储气库地质、开发特征,通过室内实验开展工况条件下多周期注采循环岩石渗透率应力敏感性评价、孔隙度应力敏感性评价,为储气库注采参数优化和库容评价提供依据。实验结果表明,多轮次注采压力升降过程中,气库储层岩石渗透率下降,但随着注采轮次的增加,渗透率下降幅度减小,存在明显的渗透率滞后效应。岩心渗透率、孔隙度和压缩系数的应力敏感性较弱,从应力敏感性角度分析,枯竭气藏适宜选做储气库库址,并能有效运行。

低渗透气藏型储气库储层物性参数的反演分析

低渗透气藏改建的地下储气库注气过程,渗透率和孔隙度随着地层压力变化显著。为更准确的模拟计算低渗透气藏地下储气库的注采过程,必须掌握储气库渗透率和孔隙度随地层压力的变化规律。首先基于地质统计学中的变差函数理论,以井点已知信息为条件,确定储层物性参数的初始分布。基于反问题理论,利用地层压力的测量值和计算值之差构造目标函数,将储层物性参数的反演识别问题转化为最优化问题。通过地层压力对孔隙度和渗透率变化率的求解,利用共轭梯度法实现了对储层物性参数的反演。通过案例证明了模型的正确性。以储气库中的某一区域为研究对象进行反演分析,结果表明:虽然渗透率和孔隙度在初始时在储层中的分布规律基本一致,但是在注气结束时各位置的渗透率和孔隙度变化率都不相同,二者之间的相关性不再一致。其中渗透率变化最大的位置出现在5#注采井附近,其值由1.66×10^(-3)μm^(2)增加到2.81×10^(-3)μm^(2),增加了近70%。并利用最小二乘法拟合得到了渗透率和孔隙度与地层压力之间的函数关系式。本研究成果可以为低渗透气藏改建地下储气库的注采模拟提供理论依据。

气藏型储气库井注采动态不稳定流分析方法

随着时代的发展,当前中国正处在经济体制改革的关键时期,能源是中国工业生产、人民生活的重要保障,在强非均质气藏型储气库中,采用分析方式对其进行配产是非常重要的,也是解决城市季节性调峰、平抑供气峰值波动的有效路径。文章通过对相关文献进行查阅,首先对储气库注采运行特点进行了简要的分析与阐述,结合相关科学理论知识,进一步提出了注采动态不稳定流分析数学模型与求解方法、注采动态不稳定流分析模型图版及分析流程,最终引进了气藏型储气库井实践案例,对其进行了深度分析。

油气藏型储气库主体设计探讨

近年来,随着能源需求日益增加,我国不断加大能源储备库建设。油气藏型储气库是通过半枯竭或已枯竭的油气藏进行改建而成,往油气层内注入天然气后,再进行采出,进而实现储气库天然气资源储备、生产调峰功能。同时,油气藏型储气库已成为天然气输配系统的关键部分,也是安全供气和国家战略储备的关键性设施。本文主要分析油气藏型储气库主体设计。

国外枯竭气藏型储气库重大事故经验与启示

目前,中国正处于天然气地下储气库建设的初级阶段,在事故预防、应急与处理等方面经验存在不足。为此,开展了国外地下储气库泄漏事故调研,统计了地下储气库发生事故概率,并分析了主要原因及其危害,以期指导中国储气库安全平稳运行。研究结果表明,气藏型地下储气库发生事故概率最高,危害性最大;主要事故类型包括地面设施损坏、圈闭密封性破坏及井筒完整性失效3种。按照事故发生频次分别为地面设施、圈闭、井筒;按事故危害程度分别为圈闭、井筒、地面设施。在重点剖析了国外气藏型储气库典型泄漏案例后分析认为,应重视储气库圈闭密封性的动态监测;选址评价时应重点开展断裂与老井密封性评价。最后,结合中国储气库建设发展现状,提出了5点建议以期为中国地下储气库高效建设、安全运行提供重要保障。

气藏型储气库多周期注采工况下受损盖层密封能力评价方法及演化特征

为探索气藏型储气库强注强采作用下盖层局部完整性破坏之后,储气库继续运行的安全风险和应对策略,建立了受损盖层动态密封性实验评价方法。利用中国东部(S)、西部(D)两座气藏型储气库盖层岩样,模拟储气库运行有效应力并开展实验研究,揭示了循环注采条件下盖层岩石损伤前、后密封能力演化规律,综合评估了受损盖层储气库的最优注气压力。研究发现:①深层盖层岩样在发生压剪破坏后,形成断裂损伤,密封能力相对于初始状态下降。富含脆性矿物的岩样,密封能力下降幅度较大,但在拟地层应力作用下依然存在密封能力。②盖层岩样完整性破坏前、后,储气库多周期注采疲劳效应导致盖层岩样密封能力小幅度增强。③S和D储气库盖层的毛细管封闭失效风险均高于拉张破坏风险。以上结论表明,储气库注采运行过程中,盖层密封能力为非恒定值,并在多周期注采和力学损伤条件下持续发生动态改变。基于密封性演化机理认识,通过盖层密封能力节点分析可判定并优化注采运行压力,为延长储气库安全运行的生命周期提供技术手段。

浅层枯竭型气藏储气库钻井关键技术

由枯竭型气藏改建而成的S储气库具有埋藏浅、衰竭程度高、压力系数低、运行周期长等特点,主要技术难题为储层保护和井筒完整性。针对S储气库的地质特点和生产要求,通过对井身结构、钻井液屏蔽暂堵体系、套管选材和气密封扣、水泥浆体系等方面进行研究,形成了浅层枯竭型气藏储气库钻井配套技术,并安全高效地应用于18口注采井及监测井的钻完井作业。现场试气压力恢复数据解释储层表皮系数为负值,储层保护效果明显;施工后环空各压力系统不互窜,井筒完整性良好。气库目前注采正常,运行良好,为国内类似储气库建设提供一定的借鉴。

气藏型储气库盖层应力场演化规律解析

气藏型储气库注采交变导致盖层发生变形以及孔隙压力变化,进而使盖层地应力场发生不同程度的动态变化,影响盖层的力学完整性和密封性。结合有效应力原理与盖层三维弯曲薄板理论,建立了储/盖层孔隙压力与地应力解析模型,并与数值模拟结果进行了对比,验证了解析模型的合理性。在此基础上,研究了中国储气库S在衰竭-注采过程中储/盖层应力量值与地应力机制变化规律。研究结果表明,距离储层越远,盖层孔隙压力与地应力扰动越不明显,而受注采扰动明显的地层的应力状态会在逆—走滑—正断层机制间变化。根据盖层应力分析,得到了储气库S在上限压力系数为1.5(约为18 MPa)时,盖层动态力学完整性处于临界状态。最后探讨并给出了适用于储气库S的多工况交变力学试验方案,以期为类似工程室内试验提供参考。

气藏型地下储气库建库注采机理与评价关键技术

气藏型地下储气库是目前全球最主要的地下储气库类型,其工作气量约占全球各类储气库总工作气量的75%。为了提高气藏型地下储气库(以下简称储气库)建库地质方案设计的科学性和可靠性、优化储气库运行参数,从储气库多周期大流量强注强采的基本特点出发,综合采用物理模拟和数值模拟两种技术手段,重点研究了复杂地质条件气藏改建储气库圈闭动态密封性和气水高速交互渗流机理,建立了盖层、断层动态密封性评价和库容参数评价的关键技术。研究结果表明:(1)储气库注采工况交变应力对盖层原始静态毛细管密封和力学完整性具有不同程度的弱化作用,采用动态突破压力、剪切安全指数等指标可以全面量化评价圈闭的密封性;(2)基于高速注采互驱实验揭示的孔隙局部动用机理,建立了以有效含气孔隙为基础的储气库库容量设计方法。矿场应用实例表明,该技术应用于大型多层H储气库,有效指导了储气库建库地质方案设计,该储气库经过5个周期注采后达容率为91.8%,调峰能力由投产初期的2.7×10~8 m^3快速增至36.3×10~8 m^3,运行指标与方案设计吻合程度高。