透鏡狀致密砂巖氣藏井網(wǎng)加密技術(shù)與應(yīng)用①

萬玉金++羅瑞蘭++韓永新

摘 要：致密砂巖氣藏中，多層疊置連片分布的透鏡狀砂巖氣藏約占一半，井網(wǎng)加密是此類氣藏提高采收率的技術(shù)關(guān)鍵。該文介紹了國外兩種可以進行快速評價的井網(wǎng)加密技術(shù)：地質(zhì)統(tǒng)計法和“移動窗口”法。然后通過大量實例分析，探討了井網(wǎng)加密時機、加密程度和加密效果：動態(tài)確認具有加密潛力，即可實時井網(wǎng)加密；加密后井網(wǎng)密度約等于氣藏范圍內(nèi)地質(zhì)統(tǒng)計泄氣面積的中值；采收率可以提高到50%以上，Rulison氣田甚至達到75%。最后以我國蘇里格氣田為例，分析了蘇6井區(qū)井網(wǎng)加密潛力，認為利用直井開發(fā)極限井網(wǎng)密度可以達到0.24 km2/井，采收率可以在目前基礎(chǔ)上提高一倍。

關(guān)鍵詞：致密砂巖氣藏 井網(wǎng)加密 采收率 蘇里格

中圖分類號：TE34 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）10（a）-0041-04

對于多層疊置的透鏡狀致密砂巖氣藏，由于單砂體規(guī)模有限、單井泄氣面積小，較稀的井網(wǎng)密度難以有效動用全部地質(zhì)儲量。由此，井網(wǎng)加密是提高此類氣藏采收率的技術(shù)關(guān)鍵。然而，由于儲層非均質(zhì)性較強，不確定性大，是否需要進行井網(wǎng)加密？如何進行井網(wǎng)加密？以及井網(wǎng)加密到何種程度？是油藏工程師所面臨的巨大挑戰(zhàn)。

利用數(shù)值模擬技術(shù)可以有效地評價井網(wǎng)加密潛力，但工作量大，耗費時間長。為了能夠進行井網(wǎng)加密快速評價，McCain等（1993）[1]提出了應(yīng)用地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)原理進行井網(wǎng)加密的評價方法，并以Carthage氣田Cotton Valley氣藏為研究對象，評價了由0.64 km2/井加密到0.32 km2/井的潛力。Craig L.Cipolla等（1996）[2]應(yīng)用地質(zhì)統(tǒng)計法評價了Ozona氣田Canyon氣藏的加密潛力。

Voneiff和Cipolla（1996）[3]對McCain等的地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)方法進行了改進，提出了“移動窗口”（Moving Window， Moving DomainTM）技術(shù)。并成功應(yīng)用于Ozona氣田Canyon氣藏、得克薩斯東部Cotton Valley和Austin Chalk等致密砂巖氣藏的加密井優(yōu)化與潛力評價。Guan等（2002）[4]利用數(shù)值模擬方法評估了“移動窗口”井網(wǎng)加密技術(shù)，證實其可靠性。

該文首先以O(shè)zona氣田為例，簡要介紹地質(zhì)統(tǒng)計法和“移動窗口”法兩種井網(wǎng)加密技術(shù)；然后，在大量實例分析的基礎(chǔ)上，探討了井網(wǎng)加密時機、加密程度和加密效果；最后以蘇6井區(qū)為例，分析了蘇里格氣田井網(wǎng)加密潛力。

1 地質(zhì)統(tǒng)計法

地質(zhì)統(tǒng)計法井網(wǎng)加密主要包括：優(yōu)選典型井、計算單井最終可采儲量（EUR）和泄氣面積、確定加密井數(shù)和新增可采儲量。

1.1 典型井選擇

由于致密砂巖氣藏開發(fā)井數(shù)量大，所以不可能對所有井都進行詳細的氣藏工程分析。因此，選擇一批具有代表性的典型井，進行單井泄氣面積和最終可采儲量研究，以此作為井網(wǎng)加密的資料基礎(chǔ)。以O(shè)zona氣田Canyon氣藏加密到0.16 km2/井的潛力分析為例，從1511口生產(chǎn)井中選取具有代表性的51口井作為典型井，對比最高年度月均產(chǎn)量（一般為壓裂返排徹底后的前12個月的平均產(chǎn)量）和單井估算EUR（圖1（b）），兩者的分布規(guī)律與氣田整體一致，表明所選典型井的開發(fā)指標能夠代表全氣田的生產(chǎn)特征。

1.2 單井泄氣面積確定

選用單層、單相模型，利用每口井的產(chǎn)氣量和流動壓力模擬計算氣井泄氣面積，典型井單井泄氣面積累積分布見圖2，泄氣面積0.01～1.0 km2，中值為0.15 km2。圖2表明：只有25%的井泄氣面積大于0.32 km2（當前井網(wǎng)密度），不需要加密鉆井；其余75%的井泄氣面積小于0.32 km2，這些區(qū)域可以進一步加密。

1.3 加密潛力評價

利用泄氣面積和EUR的分布規(guī)律，可以評估井網(wǎng)加密后的新增可采儲量。其假設(shè)條件是：圖2中泄氣面積的分布特征具有代表性，新鉆加密井也具有同樣的分布特征。單井最終可采儲量與泄氣面積正相關(guān)（圖3），評估單井新增泄氣面積，即可確定加密井的新增可采儲量。

從圖2看出：52%的井（大約780口）泄氣面積小于0.16 km2，其泄氣面積中值為0.06 km2，由此新鉆加密井具有與之相同的泄氣面積，則單井可采天然氣量為877×104m3（見圖3）；此外，23%的井（約345口）泄氣面積為0.16～0.32 km2，其平均單井泄氣面積為0.24 km2；在當前井網(wǎng)密度為0.32 km2/井時，老井之間剩余的0.08 km2面積內(nèi)可鉆加密井，預(yù)計新鉆加密單井可采天然氣1273×104 m3（見圖3）。

綜上所述，井網(wǎng)加密一倍后，1125口加密井預(yù)計新增可采儲量為：877 ×104 m3×780口+1273×104 m3×345口= 112.36×108 m3。新加密井平均單井可采儲量為1000×104 m3，而該氣田單井經(jīng)濟下限可采儲量大約為849×104 m3。因此，井網(wǎng)加密具有經(jīng)濟效益，是可行的。

早期Ozona由0.64 km2/井加密到0.32 km2/井的實施效果表明該方法可靠：預(yù)計的平均單井最終可采氣量為2017×104 m3，與534口加密井的實際最終可采氣量2006×104 m3一致。

2 移動窗口法

首先選定合適大小的“窗口”，利用生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)評價窗口內(nèi)是否存在井間干擾；然后像鋪馬賽克一樣移動“窗口”，直至覆蓋整個研究區(qū)域，篩選能夠進行井網(wǎng)加密的潛力區(qū)；再針對每個潛力區(qū)進行分析，找出未動用區(qū)域，確立加密井井位，并評價加密后的新增可采儲量。

2.1 加密井區(qū)篩選

雖然對每口井的預(yù)測非常困難（圖4（a）），但對一組井的預(yù)測就比較容易，也更準確（圖4（b））。由此合理選擇“窗口”面積就顯得十分關(guān)鍵，一般一個“窗口”內(nèi)含有5～15口井，面積為4～12 km2的矩形或正方形。Ozona氣田井網(wǎng)加密到0.16 km2/井時，窗口面積5.2 km2；圣胡安盆地Mesaverde和東德克薩斯Cotton Valley氣藏井網(wǎng)由0.64 km2/井加密到0.32 km2/井時，窗口面積8 km2。endprint

在當前井網(wǎng)條件下，“窗口”內(nèi)如果存在明顯的井間干擾，表明已有井較好地控制了含氣砂體，不需要再加密（見圖5）。選擇在沒有發(fā)生井間干擾，或干擾程度非常小的區(qū)域進行加密。

對一個“窗口”評價完成后，移至下一窗口，像“馬賽克”一樣，直至覆蓋整個研究區(qū)域，標示的井間干擾區(qū)域（見圖6）。

通過“移動窗口”方式完成整個氣田井間干擾分析后，依據(jù)標示點的集中程度可以對研究區(qū)域進一步細分，如圖6細分為8個區(qū)塊。1A和2B兩個區(qū)塊，標示點都非常集中，表明新井比老井差，存在井間干擾；其它區(qū)域則不存在、或很少存在井間干擾，具有加密潛力。

2.2 加密潛力評價

首先利用Voronoi網(wǎng)格技術(shù)，在當前井網(wǎng)條件下，采用多邊形法劃分單井控制區(qū)域。

然后利用具有9～14年生產(chǎn)歷史、已經(jīng)達到邊界流狀態(tài)的325口井的動態(tài)資料，應(yīng)用Arps遞減分析、產(chǎn)量不穩(wěn)定分析等方法確定單井最終采氣量。由于井數(shù)多，難以采用氣藏工程方法對每口井進行分析。為了快速評價，往往采用階段累產(chǎn)氣量進行EUR估算。主要優(yōu)點在于：一是可以較為準確地估算長期生產(chǎn)動態(tài)；二是對新井和老井都可以估算；三是可以用計算機完成。Frantz等（1997）[6]在分析Queenston氣藏加密潛力時，應(yīng)用最高年度平均月產(chǎn)量和5年的累積采氣量估算EUR和OGIP（見圖7）。

通過利用生產(chǎn)數(shù)據(jù)的產(chǎn)量或累計產(chǎn)量，估算單井EUR，從而獲得井控儲量和泄氣面積（圖8（a））。1A區(qū)基本被已有井泄氣面積所覆蓋，沒有再加密的余地，2A和2B部分區(qū)域也是如此。

2.3 加密井位確定

單井控制面積和單井泄氣面積之差即為井控范圍內(nèi)的未動用面積。當氣田范圍內(nèi)所有井都分析完成后，每口井的未動用面積累加，即可確定加密潛力。

在確定加密井井位時，假設(shè)未動用面積存在并能夠最大限度地被加密井所動用，由此可畫出加密井的預(yù)期泄氣面積，看其是否與老井的泄氣面積相重疊。首先，將加密井安置在老井的西側(cè)，如果該井位不合適，則圍繞老井逆時針旋轉(zhuǎn)10度，直到確定合適的加密井井位。如果旋轉(zhuǎn)一周后都沒有合適的井位，則降低對加密井泄氣范圍要求（但要高于預(yù)期的經(jīng)濟可采采氣量），重新尋找合適的井位；如果還是沒有合適的井位，則表明該井周圍不適宜于加密。依據(jù)該方法，在氣田范圍內(nèi)確定加密井井位。

經(jīng)過優(yōu)選，Voneiff和Cipolla（1996）[3]確定Ozona氣田共有加密井位1246口（圖8（b）），預(yù)計新增可采儲量180×108m3。與Craig L.Cipolla[2]等都是2006年對Ozona氣田評價，但評價方法和數(shù)據(jù)基數(shù)不同，評價結(jié)果也存在差異。但表明：氣田具有井網(wǎng)加密到0.16 km2/井的潛力。

3 井網(wǎng)加密時機的選擇

Ozona氣田早期加密周期較長，5～9年加密一次。隨著認識的不斷加深，加密周期逐漸縮短，1995年以后，1～2年井網(wǎng)即加密一倍（見圖9）。

東德克薩斯Carthage氣田Cotton Valley氣藏，1968年發(fā)現(xiàn)，1982年井網(wǎng)密度2.59 km2/井，1985年井網(wǎng)加密到1.3 km2/井，1990年井網(wǎng)密度提高到0.64 km2/井，1993年評價后三分之一的區(qū)域可以進行井網(wǎng)加密，井網(wǎng)密度達到0.32 km2/井[8]。

Rulison氣田井網(wǎng)加密實驗區(qū)，通過對地質(zhì)特征及開發(fā)動態(tài)的認識，1～2年加密一倍[9]。

實際上，只要充分認識到砂體分布規(guī)律以及單井泄氣面積，確認沒有明顯井間干擾，未動用儲量超過經(jīng)濟極限，就可以進行井網(wǎng)加密。

4 井網(wǎng)加密程度的確定

依據(jù)美國致密砂巖氣開發(fā)實踐：井網(wǎng)密度沒有固定值，且變化范圍很大，一般為0.64～0.16 km2/井，有的地區(qū)甚至達到0.08～0.04 km2/井。井網(wǎng)密度主要與透鏡狀砂體的規(guī)模大小和疊置樣式有關(guān)：如果單砂體規(guī)模小、連通性差，但多層疊置連片，儲量豐度高，則井網(wǎng)密度大；如Jonah氣田，加密試驗區(qū)井網(wǎng)密度達到0.02 km2/井。

大綠河盆地Moxa隆起Frontier氣藏，單井泄氣面積范圍在0.32～2.59 km2（見 圖10），泄氣面積中值為0.64 km2，加密后井網(wǎng)密度達到0.64 km2/井。Ozona氣田單井泄氣面積為0.004～1.2 km2，平均值為0.21 km2，中值僅為0.13 km2，加密后井網(wǎng)密度達到0.16 km2/井。

大量統(tǒng)計資料表明：對于多層疊置的透鏡狀致密砂巖氣藏，井網(wǎng)密度并不是由最大的單井泄氣面積決定的，而是更接近于泄氣面積中值。

5 井網(wǎng)加密效果分析

在透鏡狀致密砂巖氣藏中，致密氣賦存在眾多離散分布的小型砂巖透鏡體中，沒有鉆遇到的砂體，其中的天然氣就不能被采出。由此，井網(wǎng)加密可以有效地提高這類氣藏的采收率。

Moxa隆起Frontier氣藏，井網(wǎng)密度2.59 km2/井時采收率僅為19%；井網(wǎng)密度1.3 km2/井時采收率為36%；井網(wǎng)密度0.64 km2/井時，采收率提高到61%[7]。

Rulison氣田井網(wǎng)密度為0.64 km2/井時，采收率僅為7%；井網(wǎng)密度為0.16 km2/井時，采收率為21%；井網(wǎng)密度為0.04 km2/井時，采收率為75%。另外，加密井單井累積采氣量在歷次加密過程中變化不大（4800～6200×104 m3），平均為5300×104 m3，表明歷次井網(wǎng)加密后井間干擾不嚴重，加密效果好[9]。

6 蘇里格氣田井網(wǎng)加密探討

蘇里格氣田位于我國鄂爾多斯盆地西北部，勘探面積約3.6×104 km2，是國內(nèi)目前最大的致密砂巖氣田，截至2012年底已累計投產(chǎn)氣井6000余口。其主要儲層是下石盒子組底部的盒8砂體和山西組上部的山1砂體，為典型的河流相透鏡狀致密砂巖氣藏。endprint

6.1 井控動態(tài)儲量與泄流面積預(yù)測

致密壓裂氣井在長時間內(nèi)會表現(xiàn)出不穩(wěn)定線性滲流特征，其井控范圍和井控動態(tài)儲量隨生產(chǎn)時間增長而增大。應(yīng)用致密砂巖壓裂氣井井控動態(tài)儲量預(yù)測圖版[10-11]，利用早期生產(chǎn)數(shù)據(jù)即可預(yù)測最終井控動態(tài)儲量與泄流面積。

蘇6區(qū)塊，自2002年先后開展了老井試采、加密鉆井、干擾試驗等多項試驗研究工作。對全區(qū)82口氣井進行分析預(yù)測，平均泄流面積0.27 km2，中值0.21 km2，遠低于骨架井網(wǎng)（600 m×1200 m）的井控面積0.72 km2，表明骨架井不能充分動用所有地質(zhì)儲量。

6.2 加密潛力分析

2007年開始在蘇6井區(qū)12 km2內(nèi)進行加密試驗（見圖11），其中老井11口，井排距約600 m×1200 m；加密井20口，井網(wǎng)（400～600 m）×600 m。只有7口加密井由于部分小層與鄰井連通，地層壓力有不同程度的降低，圖11中標注了這7口井投產(chǎn)前的儲層壓力。井網(wǎng)加密后，部分井存在干擾是正常的，不影響井網(wǎng)加密的進行。

加密區(qū)的單動態(tài)儲量、泄流面積分布規(guī)律與蘇6井區(qū)的基本一致（見圖12），符合地質(zhì)統(tǒng)計規(guī)律，加密區(qū)的氣井動態(tài)指標具有代表性。

天然氣地質(zhì)儲量豐度按1.3482× 108 m3/km2，加密前，原骨架井網(wǎng)的儲量動用程度和采收率分別是26%和22%；新增20口加密井之后，儲量動用程度和采收率分別為51%和44%。

蘇6井區(qū)平均泄流面積為0.27 km2，中值為0.21 km2，按美國透鏡狀致密砂巖氣藏井網(wǎng)加密程度類比分析，蘇里格采用直井開發(fā)時，井網(wǎng)可以加密到400 m×600 m（0.24 km2/井），相對于原骨架井網(wǎng)（600 m×1200 m），儲量動用程度和采收率能夠提高一倍左右。

7 結(jié)論與認識

（1）地質(zhì)統(tǒng)計法和“移動窗口”法可用于快速井網(wǎng)加密評價，對于尚未規(guī)模實施井網(wǎng)加密的蘇里格氣田，地質(zhì)統(tǒng)計法更加適用。

（2）動態(tài)評價確認具有加密潛力，即可實時井網(wǎng)加密；加密后井網(wǎng)密度約等于氣藏范圍內(nèi)地質(zhì)統(tǒng)計泄氣面積的中值。

（3）評價認為：蘇里格氣田利用直井開發(fā)極限井網(wǎng)密度可以達到0.24 km2/井，采收率可以在目前基礎(chǔ)上提高一倍。

參考文獻

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[11] Luo Ruilan，Han Yongxin，Yu Shuming，F(xiàn)an Jiwu，Xu Wen and Yuan Ke.Production performance analysis of hydraulically fractured horizontal wells in Sulige gas field，paper IPTC 16528 presented at the International Petroleum Technology Conference held in Beijing，China，2013.endprint

6.1 井控動態(tài)儲量與泄流面積預(yù)測

致密壓裂氣井在長時間內(nèi)會表現(xiàn)出不穩(wěn)定線性滲流特征，其井控范圍和井控動態(tài)儲量隨生產(chǎn)時間增長而增大。應(yīng)用致密砂巖壓裂氣井井控動態(tài)儲量預(yù)測圖版[10-11]，利用早期生產(chǎn)數(shù)據(jù)即可預(yù)測最終井控動態(tài)儲量與泄流面積。

蘇6區(qū)塊，自2002年先后開展了老井試采、加密鉆井、干擾試驗等多項試驗研究工作。對全區(qū)82口氣井進行分析預(yù)測，平均泄流面積0.27 km2，中值0.21 km2，遠低于骨架井網(wǎng)（600 m×1200 m）的井控面積0.72 km2，表明骨架井不能充分動用所有地質(zhì)儲量。

6.2 加密潛力分析

2007年開始在蘇6井區(qū)12 km2內(nèi)進行加密試驗（見圖11），其中老井11口，井排距約600 m×1200 m；加密井20口，井網(wǎng)（400～600 m）×600 m。只有7口加密井由于部分小層與鄰井連通，地層壓力有不同程度的降低，圖11中標注了這7口井投產(chǎn)前的儲層壓力。井網(wǎng)加密后，部分井存在干擾是正常的，不影響井網(wǎng)加密的進行。

加密區(qū)的單動態(tài)儲量、泄流面積分布規(guī)律與蘇6井區(qū)的基本一致（見圖12），符合地質(zhì)統(tǒng)計規(guī)律，加密區(qū)的氣井動態(tài)指標具有代表性。

天然氣地質(zhì)儲量豐度按1.3482× 108 m3/km2，加密前，原骨架井網(wǎng)的儲量動用程度和采收率分別是26%和22%；新增20口加密井之后，儲量動用程度和采收率分別為51%和44%。

蘇6井區(qū)平均泄流面積為0.27 km2，中值為0.21 km2，按美國透鏡狀致密砂巖氣藏井網(wǎng)加密程度類比分析，蘇里格采用直井開發(fā)時，井網(wǎng)可以加密到400 m×600 m（0.24 km2/井），相對于原骨架井網(wǎng)（600 m×1200 m），儲量動用程度和采收率能夠提高一倍左右。

7 結(jié)論與認識

（1）地質(zhì)統(tǒng)計法和“移動窗口”法可用于快速井網(wǎng)加密評價，對于尚未規(guī)模實施井網(wǎng)加密的蘇里格氣田，地質(zhì)統(tǒng)計法更加適用。

（2）動態(tài)評價確認具有加密潛力，即可實時井網(wǎng)加密；加密后井網(wǎng)密度約等于氣藏范圍內(nèi)地質(zhì)統(tǒng)計泄氣面積的中值。

（3）評價認為：蘇里格氣田利用直井開發(fā)極限井網(wǎng)密度可以達到0.24 km2/井，采收率可以在目前基礎(chǔ)上提高一倍。

參考文獻

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[11] Luo Ruilan，Han Yongxin，Yu Shuming，F(xiàn)an Jiwu，Xu Wen and Yuan Ke.Production performance analysis of hydraulically fractured horizontal wells in Sulige gas field，paper IPTC 16528 presented at the International Petroleum Technology Conference held in Beijing，China，2013.endprint

6.1 井控動態(tài)儲量與泄流面積預(yù)測

致密壓裂氣井在長時間內(nèi)會表現(xiàn)出不穩(wěn)定線性滲流特征，其井控范圍和井控動態(tài)儲量隨生產(chǎn)時間增長而增大。應(yīng)用致密砂巖壓裂氣井井控動態(tài)儲量預(yù)測圖版[10-11]，利用早期生產(chǎn)數(shù)據(jù)即可預(yù)測最終井控動態(tài)儲量與泄流面積。

蘇6區(qū)塊，自2002年先后開展了老井試采、加密鉆井、干擾試驗等多項試驗研究工作。對全區(qū)82口氣井進行分析預(yù)測，平均泄流面積0.27 km2，中值0.21 km2，遠低于骨架井網(wǎng)（600 m×1200 m）的井控面積0.72 km2，表明骨架井不能充分動用所有地質(zhì)儲量。

6.2 加密潛力分析

2007年開始在蘇6井區(qū)12 km2內(nèi)進行加密試驗（見圖11），其中老井11口，井排距約600 m×1200 m；加密井20口，井網(wǎng)（400～600 m）×600 m。只有7口加密井由于部分小層與鄰井連通，地層壓力有不同程度的降低，圖11中標注了這7口井投產(chǎn)前的儲層壓力。井網(wǎng)加密后，部分井存在干擾是正常的，不影響井網(wǎng)加密的進行。

加密區(qū)的單動態(tài)儲量、泄流面積分布規(guī)律與蘇6井區(qū)的基本一致（見圖12），符合地質(zhì)統(tǒng)計規(guī)律，加密區(qū)的氣井動態(tài)指標具有代表性。

天然氣地質(zhì)儲量豐度按1.3482× 108 m3/km2，加密前，原骨架井網(wǎng)的儲量動用程度和采收率分別是26%和22%；新增20口加密井之后，儲量動用程度和采收率分別為51%和44%。

蘇6井區(qū)平均泄流面積為0.27 km2，中值為0.21 km2，按美國透鏡狀致密砂巖氣藏井網(wǎng)加密程度類比分析，蘇里格采用直井開發(fā)時，井網(wǎng)可以加密到400 m×600 m（0.24 km2/井），相對于原骨架井網(wǎng)（600 m×1200 m），儲量動用程度和采收率能夠提高一倍左右。

7 結(jié)論與認識

（1）地質(zhì)統(tǒng)計法和“移動窗口”法可用于快速井網(wǎng)加密評價，對于尚未規(guī)模實施井網(wǎng)加密的蘇里格氣田，地質(zhì)統(tǒng)計法更加適用。

（2）動態(tài)評價確認具有加密潛力，即可實時井網(wǎng)加密；加密后井網(wǎng)密度約等于氣藏范圍內(nèi)地質(zhì)統(tǒng)計泄氣面積的中值。

（3）評價認為：蘇里格氣田利用直井開發(fā)極限井網(wǎng)密度可以達到0.24 km2/井，采收率可以在目前基礎(chǔ)上提高一倍。

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