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摘 要：合理高效的开发气藏是人们所共同追求的。在进行气藏开发方案编制时，井网的布置则成为关键之一，因此，有必要对气藏单井的合理井距进行研究，尤其对于低渗气藏，在渗透条件较差的情况下，要考虑气体流动的约束条件。文章从气井供气半径、启动压力梯度、经济极限储量等多因素考虑出发，综合确定低渗气藏单井合理井距，为气藏合理布井提供理论指导。
关键词：气井 启动压力梯度 经济极限 井距
引言
与油、水相比，天然气的粘度极小，因此气藏的开发一般采用弹性开发方式。在制定开发方案时，要充分考虑井网密度大小，以增大单井控制储量和延长稳产期。因此对于低渗小断块而言，井网部署往往是一次性的，后期调整余地较小，这就要求在气藏的初期开发设计中进行严格论证。井网密度太小，钻井投资虽然较小，但势必损失部分储量；井网密度太大，虽然能完全控制储量，但开发效益不一定很好。文章结合气井供气半径、低渗气藏中存在的气体启动压力梯度规律，以及单井经济极限储量综合确定气井的合理井距，更好地指导气藏的开发设计。
一、基础理论
1.单井供气半径的确定
首先确定气井单井控制动态储量，目前确定动态储量的方法较多，有气藏物质平衡法、罗杰斯蒂（Logistic）函数法、对数正态模型法、产量累计法等。
在确定了储量以后，根据天然气的性质及已知的地层温度与压力，计算得到天然气的体积系数，体积系数的定义为：
（1）
式中：VHC—地层条件下天然气体积，m3；
Bsc—标准状态下天然气体积，m3；
Bg—天然气体积系数，m3/m3（标）。
在（1）式中解出VHC，有：
VHC=BgVsc （2）
VHC是天然气在地层条件下的体积，也就是天然气所占孔隙体积，因此，也称为烃占孔隙体积。利用公式（2）就可以将天然气的储量换算为天然气在地层条件下所占的孔隙体积。当已知储层有效厚度、孔隙度和原始含气饱和度，就可以确定气井控制的当量供气半径。计算式为：
（3）
式中：—孔隙度，小数；
Sgi—原始天然气的饱和度，小数；
h—有效厚度，m；
re—当量供气半径，m。
2.考虑启动压力梯度下单井供气半径的确定
气测渗透率根据达西定律求出，其体积流速与压差的关系为：
（4）
式中：v为气体通过岩心的流速，cm/s；Q为气体通过岩心的流量，cm3/s；A为岩心横截面积，cm2；K为岩心渗透率；p1为岩心上流压力，MPa；p0为试验条件下的大气压力，MPa；为空气粘度，mPa·s；L为岩心长度，cm。
当气藏存在启动压力梯度时，不满足通过原点的线性关系，其表现形式为：
（5）
其中，a、b为常数项。
令，则岩样的启动压力为：
（6）
利用（6）式可以求取岩样的启动压力梯度为：
（7）
根据气体渗流理论，稳定渗流时地层中任一点的压力梯度为：
（8）
式中：pe—为供给边缘的地层压力，MPa；
pw—为井底流动压力，MPa；
re—为供给边缘半径，m；
rw—为井筒半径，m。
若要求取供给边缘处的压力梯度，此时，，代入（8）式可得到边缘处的压力梯度值。实际气藏的开发中，随着井底流压的降低，其供给边缘不断扩大。当井底压力降低到某一程度而不能满足井口输气压力时，即为最小的井底流压，此时即可求得最大的供给半径和相应的边缘压力梯度。由于气体的启动压力规律的存在，边缘压力梯度须大于其启动压力梯度，即：
（9）
3.经济极限井距
为了获得经济极限井距，首先需要确定单井经济极限储量，是指单井的总产出等于总投入（即总利润为零时）的单井储量。而在确定单井经济极限储量前，又需要先确定气井极限累计采气量。采用经济静态方法，气井极限累计采气量的计算式为：
（10）
其中：Gp—气井极限累计采气量（104m3）；
f—天然气商品率，目前取值0.95；
pr—天然气价格（元/103 m3）；
L—单位成本与费用（元/103 m3）；
L1—各种税金（元/103 m3）；
I—单井投资总计（万元）。
在获得单井的经济极限累计采气量后，便可确定单井要求的经济极限控制储量。其计算公式如下：
（11）
在式（11）中，直接影响经济极限控制储量的因素就是单井采收率的确定，在进行开发方案制定的初期，可以借鉴相似气藏的采收率值来估算单井的经济极限储量。
在单井经济极限储量确定以后，便可以根据气藏储量丰度和井网形式来确定单井的经济极限井距。
4.应用举例
M气藏共2个气层，上气层渗透率范围为0.24～2.518×10-3μm2，平均0.71×10-3μm2，下气层渗透率范围为0.21～1.61×10-3μm2，
平均0.68×10-3μm2。
5.单井供气半径的确定
统计该气藏的生产资料，并利用气藏物质平衡法、罗杰斯蒂（Logistic）函数法、对数正态模型法、产量累计法等计算了该气藏的单井控制动态储量结合文章介绍的单井供气半径计算方法，计算了各单井的供气半径。根据计算出的单井控制当量供气半径结果，该气藏合理井距范围为350m～1100m，平均井距为650m。 6.考虑启动压力梯度下单井供气半径的确定
选取M气藏中不同含水饱和度的岩心进行了压力梯度测试，对测试数据进行处理，建立了关系，得到a、b值，并计算出各自的启动压力梯度和平均渗透率，综合研究表明，启动压力梯度和平均渗透率的统计规律：
（12）
利用（12）式与（9）式计算了单井控制半径。
当气井有效渗透率小于1md的情况下，启动压力梯度对气井供气半径影响较大。
由于M气藏上下气层平均渗透率均小于1md，因此，在考虑启动压力梯度的情况下，计算出M气藏单井井距范围为450m～1200m，平均井距为750m。
7.经济极限井距
利用（10）式计算M气藏按不同生产成本下的气井极限累计产量，依据M气藏采收率研究结果，最终采收率取值53%，利用公式（11）计算了气井气井极限累计采气量下的单井最小控制地质储量。
根据单井最小控制地质储量结果，结合气藏实际，分别计算了最小控制储量为3628×104m3，排距分别为800m、1000m情况下单井的井距和井网密度。
根据井网密度计算结果，结合M气藏储量丰度可知，在储量丰度为1.6～2.2×108m3/km2情况下，当最小控制储量为3628×104m3时，排距为800米时，最小井距为205～285米，排距为1000米时，最小井距为165～225米。
8.综合确定
根据M气藏砂体展布规律及有效储层的规模，利用应用举例1～3节的计算结果，综合确定M气藏采用排距为800米，井距范围为350～800米的单井井距。
二、结论
1.气体低速流动时具有启动压力现象，这是气体渗流理论上的重大发现，因此，气井供气半径计算时必须考虑这一影响。
2.在考虑经济因素条件下，气井存在单井经济极限储量，在这一储量条件下考虑的单井供气半径为井距确定提供了下限值。
3.气藏开发方案设计中的一项重要内容就是井网井距确定，文章从多角度出发，用油气藏工程方法研究合理井距，为开发方案设计提供了理论指导。
参考文献
[1] 李士伦等.天然气工程[M].北京：石油工业出版社，2000.8
[2] 黄炳光，刘蜀知，唐海等.气藏工程与动态分析方法[M].北京：石油工业出版社，2004.12.
[3] 依呷，唐海，吕栋梁.低渗气藏启动压力梯度研究与分析[J].海洋石油，2006.9，26（3）51-54.
[4] 张敏渝，喻克强. 低渗薄层大气田的开发井网研究[J].天然气工业，1998.9，18（5）26-28.
关键词：气井 启动压力梯度 经济极限 井距
引言
与油、水相比，天然气的粘度极小，因此气藏的开发一般采用弹性开发方式。在制定开发方案时，要充分考虑井网密度大小，以增大单井控制储量和延长稳产期。因此对于低渗小断块而言，井网部署往往是一次性的，后期调整余地较小，这就要求在气藏的初期开发设计中进行严格论证。井网密度太小，钻井投资虽然较小，但势必损失部分储量；井网密度太大，虽然能完全控制储量，但开发效益不一定很好。文章结合气井供气半径、低渗气藏中存在的气体启动压力梯度规律，以及单井经济极限储量综合确定气井的合理井距，更好地指导气藏的开发设计。
一、基础理论
1.单井供气半径的确定
首先确定气井单井控制动态储量，目前确定动态储量的方法较多，有气藏物质平衡法、罗杰斯蒂（Logistic）函数法、对数正态模型法、产量累计法等。
在确定了储量以后，根据天然气的性质及已知的地层温度与压力，计算得到天然气的体积系数，体积系数的定义为：
（1）
式中：VHC—地层条件下天然气体积，m3；
Bsc—标准状态下天然气体积，m3；
Bg—天然气体积系数，m3/m3（标）。
在（1）式中解出VHC，有：
VHC=BgVsc （2）
VHC是天然气在地层条件下的体积，也就是天然气所占孔隙体积，因此，也称为烃占孔隙体积。利用公式（2）就可以将天然气的储量换算为天然气在地层条件下所占的孔隙体积。当已知储层有效厚度、孔隙度和原始含气饱和度，就可以确定气井控制的当量供气半径。计算式为：
（3）
式中：—孔隙度，小数；
Sgi—原始天然气的饱和度，小数；
h—有效厚度，m；
re—当量供气半径，m。
2.考虑启动压力梯度下单井供气半径的确定
气测渗透率根据达西定律求出，其体积流速与压差的关系为：
（4）
式中：v为气体通过岩心的流速，cm/s；Q为气体通过岩心的流量，cm3/s；A为岩心横截面积，cm2；K为岩心渗透率；p1为岩心上流压力，MPa；p0为试验条件下的大气压力，MPa；为空气粘度，mPa·s；L为岩心长度，cm。
当气藏存在启动压力梯度时，不满足通过原点的线性关系，其表现形式为：
（5）
其中，a、b为常数项。
令，则岩样的启动压力为：
（6）
利用（6）式可以求取岩样的启动压力梯度为：
（7）
根据气体渗流理论，稳定渗流时地层中任一点的压力梯度为：
（8）
式中：pe—为供给边缘的地层压力，MPa；
pw—为井底流动压力，MPa；
re—为供给边缘半径，m；
rw—为井筒半径，m。
若要求取供给边缘处的压力梯度，此时，，代入（8）式可得到边缘处的压力梯度值。实际气藏的开发中，随着井底流压的降低，其供给边缘不断扩大。当井底压力降低到某一程度而不能满足井口输气压力时，即为最小的井底流压，此时即可求得最大的供给半径和相应的边缘压力梯度。由于气体的启动压力规律的存在，边缘压力梯度须大于其启动压力梯度，即：
（9）
3.经济极限井距
为了获得经济极限井距，首先需要确定单井经济极限储量，是指单井的总产出等于总投入（即总利润为零时）的单井储量。而在确定单井经济极限储量前，又需要先确定气井极限累计采气量。采用经济静态方法，气井极限累计采气量的计算式为：
（10）
其中：Gp—气井极限累计采气量（104m3）；
f—天然气商品率，目前取值0.95；
pr—天然气价格（元/103 m3）；
L—单位成本与费用（元/103 m3）；
L1—各种税金（元/103 m3）；
I—单井投资总计（万元）。
在获得单井的经济极限累计采气量后，便可确定单井要求的经济极限控制储量。其计算公式如下：
（11）
在式（11）中，直接影响经济极限控制储量的因素就是单井采收率的确定，在进行开发方案制定的初期，可以借鉴相似气藏的采收率值来估算单井的经济极限储量。
在单井经济极限储量确定以后，便可以根据气藏储量丰度和井网形式来确定单井的经济极限井距。
4.应用举例
M气藏共2个气层，上气层渗透率范围为0.24～2.518×10-3μm2，平均0.71×10-3μm2，下气层渗透率范围为0.21～1.61×10-3μm2，
平均0.68×10-3μm2。
5.单井供气半径的确定
统计该气藏的生产资料，并利用气藏物质平衡法、罗杰斯蒂（Logistic）函数法、对数正态模型法、产量累计法等计算了该气藏的单井控制动态储量结合文章介绍的单井供气半径计算方法，计算了各单井的供气半径。根据计算出的单井控制当量供气半径结果，该气藏合理井距范围为350m～1100m，平均井距为650m。 6.考虑启动压力梯度下单井供气半径的确定
选取M气藏中不同含水饱和度的岩心进行了压力梯度测试，对测试数据进行处理，建立了关系，得到a、b值，并计算出各自的启动压力梯度和平均渗透率，综合研究表明，启动压力梯度和平均渗透率的统计规律：
（12）
利用（12）式与（9）式计算了单井控制半径。
当气井有效渗透率小于1md的情况下，启动压力梯度对气井供气半径影响较大。
由于M气藏上下气层平均渗透率均小于1md，因此，在考虑启动压力梯度的情况下，计算出M气藏单井井距范围为450m～1200m，平均井距为750m。
7.经济极限井距
利用（10）式计算M气藏按不同生产成本下的气井极限累计产量，依据M气藏采收率研究结果，最终采收率取值53%，利用公式（11）计算了气井气井极限累计采气量下的单井最小控制地质储量。
根据单井最小控制地质储量结果，结合气藏实际，分别计算了最小控制储量为3628×104m3，排距分别为800m、1000m情况下单井的井距和井网密度。
根据井网密度计算结果，结合M气藏储量丰度可知，在储量丰度为1.6～2.2×108m3/km2情况下，当最小控制储量为3628×104m3时，排距为800米时，最小井距为205～285米，排距为1000米时，最小井距为165～225米。
8.综合确定
根据M气藏砂体展布规律及有效储层的规模，利用应用举例1～3节的计算结果，综合确定M气藏采用排距为800米，井距范围为350～800米的单井井距。
二、结论
1.气体低速流动时具有启动压力现象，这是气体渗流理论上的重大发现，因此，气井供气半径计算时必须考虑这一影响。
2.在考虑经济因素条件下，气井存在单井经济极限储量，在这一储量条件下考虑的单井供气半径为井距确定提供了下限值。
3.气藏开发方案设计中的一项重要内容就是井网井距确定，文章从多角度出发，用油气藏工程方法研究合理井距，为开发方案设计提供了理论指导。
参考文献
[1] 李士伦等.天然气工程[M].北京：石油工业出版社，2000.8
[2] 黄炳光，刘蜀知，唐海等.气藏工程与动态分析方法[M].北京：石油工业出版社，2004.12.
[3] 依呷，唐海，吕栋梁.低渗气藏启动压力梯度研究与分析[J].海洋石油，2006.9，26（3）51-54.
[4] 张敏渝，喻克强. 低渗薄层大气田的开发井网研究[J].天然气工业，1998.9，18（5）26-28.