低滲透致密氣藏壓裂氣井動態(tài)儲量預(yù)測新方法——以蘇里格氣田為例

摘 要

摘要：由于地質(zhì)條件及工藝措施的影響，低滲透致密儲層壓裂氣井的生產(chǎn)動態(tài)與常規(guī)氣井有明顯不同，存在不穩(wěn)定滲流時間很長等問題，致使氣井的單位壓降采氣量、井控動態(tài)儲量、泄流面積
摘要：由于地質(zhì)條件及工藝措施的影響，低滲透致密儲層壓裂氣井的生產(chǎn)動態(tài)與常規(guī)氣井有明顯不同，存在不穩(wěn)定滲流時間很長等問題，致使氣井的單位壓降采氣量、井控動態(tài)儲量、泄流面積隨生產(chǎn)時間出現(xiàn)動態(tài)變化。因此在試采期間難以準(zhǔn)確求得氣井的井控動態(tài)儲量和泄流面積，給氣田開發(fā)方案的合理編制帶來很大困難。為此，以蘇里格氣田為例，在準(zhǔn)確把握低滲透壓裂氣井生產(chǎn)特征的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)代氣井動態(tài)分析方法，根據(jù)先期投產(chǎn)區(qū)塊內(nèi)多口典型氣井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)建立了井控動態(tài)儲量預(yù)測圖版，能夠依據(jù)氣井早期的生產(chǎn)數(shù)據(jù)有效預(yù)測井控儲量、泄流面積隨生產(chǎn)時間的動態(tài)變化規(guī)律，對氣田的建產(chǎn)規(guī)模和井網(wǎng)加密方式具有指導(dǎo)作用，從而降低了測試成本，避免了資源浪費(fèi)。
關(guān)鍵詞：低滲透油氣藏；致密砂巖；氣井；壓裂(巖石)；生產(chǎn)特征；動態(tài)儲量；預(yù)測圖版；蘇里格氣田
    低滲透致密氣藏資源潛力巨大，已成為天然氣增儲上產(chǎn)的熱點(diǎn)之一。由于微觀孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、非均質(zhì)性強(qiáng)、有效砂體連通性差等特點(diǎn)，低滲透致密氣藏的滲流機(jī)理與常規(guī)中高滲氣藏有明顯不同，其壓裂氣井在產(chǎn)能測試中由于受測試時間限制，很難達(dá)到擬穩(wěn)定滲流狀態(tài)，因而在氣藏開發(fā)早期難以準(zhǔn)確求得氣井的井控動態(tài)儲量和泄流面積，給氣田開發(fā)方案的合理制訂帶來很大挑戰(zhàn)，近年來受到石油工作者的關(guān)注[1～5]。
1 壓裂氣井的生產(chǎn)特征
    由于儲層致密，自然產(chǎn)能低，低滲透致密氣藏必須進(jìn)行人工水力壓裂才能投產(chǎn)，其氣井的生產(chǎn)特征與常規(guī)中高滲氣井有明顯不同。表現(xiàn)為：①早期產(chǎn)量和油套壓隨生產(chǎn)時間快速下降，后期下降速度逐漸變緩；②早期單位套壓降產(chǎn)氣量低，隨著開采時間延長，單位套壓降產(chǎn)氣量逐漸增加；③氣井有很長一段低壓、低產(chǎn)開采期。
    低滲透致密壓裂氣井之所以表現(xiàn)出這些生產(chǎn)特征，受控于滲流因素。決定氣井產(chǎn)能的3個滲流要素為：地層系數(shù)、生產(chǎn)壓差、完井質(zhì)量。首先，地層系數(shù)是3個因素中最重要的、起決定作用的因素，對于低滲透致密氣藏來說，地層系數(shù)很低，這也決定了其氣井的自然產(chǎn)能很低。通過人工措施(如壓裂、酸化)改善機(jī)械表皮系數(shù)(S)之后，低滲透氣井的產(chǎn)能會大大提高，然而這種高產(chǎn)水平并不能持久，隨著生產(chǎn)時間增長，人工壓裂(酸化)裂縫的導(dǎo)流能力逐漸下降，同時近井地帶的地層壓力也會持續(xù)下降，由此導(dǎo)致低滲透致密壓裂氣井在生產(chǎn)初期表現(xiàn)出產(chǎn)量和壓力隨時間持續(xù)下降的特點(diǎn)。隨著氣井外圍儲層持續(xù)緩慢供氣，氣井的產(chǎn)量和壓力會緩慢趨于穩(wěn)定，長時間地保持低壓低產(chǎn)狀態(tài)，表現(xiàn)為單位套壓降產(chǎn)氣量隨生產(chǎn)時間增加的特點(diǎn)。
    從以上分析可以知低滲透致密壓裂氣井的不穩(wěn)定生產(chǎn)時間很長，在短期內(nèi)很難達(dá)到擬穩(wěn)定滲流狀態(tài)。而在現(xiàn)場一般考慮減少測試時間、降低測試費(fèi)用及避免資源浪費(fèi)等因素，實(shí)際測試時間很短，很難滿足試井要求，因而通過短期試井或試采數(shù)據(jù)反映的只是近井地帶有限范圍內(nèi)的氣藏特征，不代表氣井所控制的整個氣藏的特點(diǎn)。
   現(xiàn)代氣井生產(chǎn)動態(tài)分析技術(shù)把不穩(wěn)定試井的原理應(yīng)用到日常生產(chǎn)數(shù)據(jù)的分析中，在傳統(tǒng)產(chǎn)量遞減分析技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過對壓力、產(chǎn)量和時間函數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的變換，建立典型圖版，實(shí)現(xiàn)了不關(guān)井條件下利用豐富的日常生產(chǎn)數(shù)據(jù)對氣井的滲流特征、井控儲量、泄流面積等進(jìn)行定量評價的目的[6～8]。Matter L將以上現(xiàn)代生產(chǎn)動態(tài)分析理論編制成FAST.RTA軟件，得到了較廣泛的應(yīng)用。
蘇里格氣田是典型的低滲透致密砂巖氣藏，筆者采用FAST.RTA軟件對蘇里格氣田的多口氣井進(jìn)行跟蹤分析，發(fā)現(xiàn)氣井的井控動態(tài)儲量和泄流面積是隨生產(chǎn)時間動態(tài)變化的。其中S14區(qū)塊加密井組的分析結(jié)果為：從投產(chǎn)日到2009年2月6日，平均井控動態(tài)儲量為1698×104m3，平均單井等效泄流半徑為176m；從投產(chǎn)日到2009年6月5日，平均井控動態(tài)儲量為1867×104m3，平均單井等效泄流半徑為191m。圖1列出了S14區(qū)塊加密井組不同生產(chǎn)時間段氣井的井控動態(tài)儲量圖，氣泡的大小代表井控動態(tài)儲量的相對大小，不同顏色表示氣井的投產(chǎn)時間不同。
 

    單井的井控動態(tài)儲量和泄流面積均隨生產(chǎn)時間發(fā)生動態(tài)變化—這使得氣井動態(tài)分析的工作量變得非常巨大，因?yàn)槊扛乱淮紊a(chǎn)數(shù)據(jù)，就需要進(jìn)行新的動態(tài)分析，而低滲透致密氣藏一般采用密井網(wǎng)小井距開發(fā)，氣井?dāng)?shù)量非常多。除了工作量之外，另外，利用目前生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)分析得到的僅僅是目前氣井所控制的儲量和面積，而更關(guān)心的是最終氣井所控制的儲量和面積。為此，利用先期投產(chǎn)區(qū)塊多口典型氣井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)建立了井控動態(tài)儲量預(yù)測圖版。
2 壓裂氣井動態(tài)儲量預(yù)測圖版的建立
S6區(qū)塊是蘇里格氣田最早投產(chǎn)的區(qū)塊，其地質(zhì)條件與蘇里格氣田其他區(qū)塊相似，氣井的生產(chǎn)動態(tài)也基本相似。S6區(qū)塊第一批生產(chǎn)井于2002年投產(chǎn)，生產(chǎn)期已超過7a，氣井的滲流邊界已達(dá)到或接近真實(shí)的氣藏邊界，處于低壓低產(chǎn)中后期。在實(shí)際生產(chǎn)中，絕大部分氣井只進(jìn)行了井口油套壓和產(chǎn)量的監(jiān)測，對氣井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)氣井的單位套壓降采氣量(Gp/△pc2)隨生產(chǎn)時間動態(tài)變化，兩者之間呈良好的二次多項(xiàng)式關(guān)系，相關(guān)系數(shù)大于0.96。即
 
    對S6區(qū)塊18口典型氣井的Gp/△pc2與t擬合關(guān)系式進(jìn)行分類整理，歸納得到3類典型氣井的Gp/△pc2-t的關(guān)系圖版(圖2)。
 

    氣井在各生產(chǎn)階段的單位套壓降產(chǎn)氣量的變化規(guī)律直接反映了氣井井控動態(tài)儲量隨生產(chǎn)時間變化的規(guī)律。采用FAST.RTA軟件對這些氣井進(jìn)行動態(tài)分析，求得不同生產(chǎn)時間的井控動態(tài)儲量(Gt)，發(fā)現(xiàn)Gt-t與Gt/△pc2-t有相同的變化規(guī)律，Gt在早期隨生產(chǎn)時間t增加而快速增大，后期逐漸趨緩變平，兩者之間呈良好的二次多項(xiàng)式關(guān)系；當(dāng)Gt不再隨生產(chǎn)時間增大時，可認(rèn)為已達(dá)到了最大井控動態(tài)儲量，記為Gt歸納這些氣井的Gt/G-t關(guān)系，可得到3類典型氣井井控動態(tài)儲量隨生產(chǎn)時間變化的關(guān)系圖版。在研究過程中發(fā)現(xiàn)氣井的生產(chǎn)制度對井控動態(tài)儲量的變化規(guī)律有較大影響，氣井初始配產(chǎn)越高，其初始階段的井控動態(tài)儲量和泄流面積越小。蘇里格早期投產(chǎn)井大部分未安裝井下節(jié)流器，初始配產(chǎn)較高，而近年來投產(chǎn)的氣井普遍采用了井下節(jié)流技術(shù)，初始配產(chǎn)較低(圖3)。
 

    對于其他低滲透致密氣田或區(qū)塊，如果地質(zhì)條件和生產(chǎn)制度存在較大差異，可以利用生產(chǎn)時間較長的氣井進(jìn)行動態(tài)分析，按上面同樣的方法建立各自適用的Gt/G-t圖版。
3 圖版應(yīng)用
    對于新投產(chǎn)井，利用Gp/△pc2-t和Gt/G-t這2個圖版可以方便地根據(jù)氣井早期的生產(chǎn)數(shù)據(jù)來定量預(yù)測未來的井控動態(tài)儲量，進(jìn)而求出相應(yīng)的泄流面積。
J2和J7是S14井組不同時間投產(chǎn)的生產(chǎn)井，基本數(shù)據(jù)如表1所示。首先根據(jù)氣井的生產(chǎn)時間及當(dāng)前單位套壓降產(chǎn)氣量查對Gp/△pc2-t圖版(圖2)，可初步判斷蘇J2為Ⅲ類井，J7為Ⅱ類井；然后采用FAST.RTA軟件對氣井進(jìn)行動態(tài)分析，可得到氣井的當(dāng)前井控動態(tài)儲量Gt和等效泄流半徑(Rt)；再根據(jù)井型和生產(chǎn)時間查對Gt/G-t圖版(圖3-b)，得到2口井的Gt/G值分別為48%和60%，由此可求出最終井控動態(tài)儲量(G)和最終等效泄流半徑(R)。
 

    圖4是根據(jù)圖版預(yù)測得到的S14加密井組最終井控動態(tài)儲量泡泡圖，可以看出它與生產(chǎn)早期的動態(tài)分析結(jié)果(圖2)相比有很大差異。生產(chǎn)至廢棄時，S14加密井組的平均最終井控動態(tài)儲量為2920×104m3(最終可采出氣量為2480×104～2630×104m3)，平均最終泄流面積為0.206km2，由于儲層具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性。因此各單井的最終井控儲量和泄流面積之間存在較大的差異。
 

    圖5是S14加密井組的單井泄流面積累積頻率圖，可知80%以上氣井的泄流面積小于0.24km2，95%以上氣井的泄流面積小于0.48km2，可推算出當(dāng)井排距為400m×600m時，發(fā)生井間干擾的概率為7%～22%，而當(dāng)井排距為600m×800m時，發(fā)生井間干擾的概率小于5%。
 

    由以上數(shù)據(jù)可分析得到：對于S14區(qū)塊，設(shè)計(jì)井距為500～600m、排距為600～800m時，能夠?qū)崿F(xiàn)較高的井控程度(45%～70%)以及較低的井間干擾概率(小于15%)，能保證獲得理想的采收率并合理控制投資成本，此結(jié)果對蘇里格氣田其他新開發(fā)區(qū)塊具有重要的借鑒意義。
4 結(jié)論
    1) 低滲透致密壓裂氣井生產(chǎn)特征明顯不同于常規(guī)氣井，表現(xiàn)為單位套壓降采氣量、井控動態(tài)儲量、泄流范圍隨生產(chǎn)時間動態(tài)變化的特點(diǎn)，因而在進(jìn)行動態(tài)分析時需要考慮時間因素。
    2) 根據(jù)本文所述方法建立的井控動態(tài)儲量預(yù)測圖版，能夠依據(jù)氣井早期的生產(chǎn)數(shù)據(jù)有效預(yù)測井控儲量和泄流面積隨生產(chǎn)時間的動態(tài)變化規(guī)律，對氣田的建產(chǎn)規(guī)模和合理井網(wǎng)井距具有前瞻性的指導(dǎo)意義。此方法利用日常生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)分析，降低了測試成本，避免了資源浪費(fèi)，具有良好的應(yīng)用前景。
符號說明
    t為有效開井生產(chǎn)時間，d；Gp為t時刻的累計(jì)產(chǎn)氣量，104m3；△pc2為t時刻的套壓下降量，△pc2=△pci2-pct2，MPa2；pci為氣井投產(chǎn)前的初始套壓，MPa；pct為t時刻的套壓，MPa；Gt為當(dāng)前井控動態(tài)儲量，104m3；Rr為當(dāng)前等效泄流半徑，m；G為預(yù)測最終井控動態(tài)儲量，104m3；R為預(yù)測最終等效泄流半徑，m。
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(本文作者：羅瑞蘭1，2 雷群2 范繼武3 劉劍飛4 1.中國石油勘探開發(fā)研究院；2.中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院；3.中國石油長慶油田公司蘇里格研究中心；4.中國石油新疆油田公司準(zhǔn)東采油廠)