多層段致密砂巖氣藏有利區評價方法再認識

付曉燕，王彥卿，黃有根，王德龍

（1.中國石油長慶油田分公司勘探開發研究院，陜西西安 710021；2.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，陜西西安 710021）

致密砂巖油氣藏的儲層綜合評價及有利區優選一直是國內外普遍關注的地質難題之一。長期的勘探開發和研究證實，鄂爾多斯盆地既是我國天然氣儲量最大的盆地之一，也是近年來天然氣儲量增長最快的盆地之一。由于在歷史演化中相對穩定，盆地上古生界天然氣藏多是由河道砂體、三角洲平原分流河道砂體、前緣分流河道砂體控制的巖性氣藏，大多與局部構造無關，隱蔽性強，勘探、開發難度大，風險高。神木氣田位于鄂爾多斯盆地東部伊陜斜坡東北部，勘探面積1.0×104km2有余，在上古生界二疊系太原組、山西組、石盒子組等不同層段均鉆遇含氣層。目前氣田探明地質儲量4 570×108m3，開發潛力巨大。但氣田具有“多層段含氣、儲層物性差、單層產量低”的開發難點，對此，在前期分析研究的基礎上，不斷優化并完善出一套適合神木氣田的有利區評價方法。該方法不僅實現了多層段含氣致密砂巖氣藏有利區優選的定量化，同時也解決了多層合采井位優選的技術難題。

1 儲層發育特征

盆地東部上古生界二疊系地層發育齊全，從下向上發育地層依次為太原組、山西組、石盒子組及石千峰組。太原組主要為陸表海環境下的潮控淺水三角洲前緣沉積與碳酸鹽潮坪相沉積，山西組主要發育準平原環境下的河控淺水三角洲平原沉積，太原-山西組氣候濕潤，陸源碎屑巖、灰巖、泥巖、煤系地層發育，石盒子組和石千峰組則為河流-湖泊三角洲沉積，砂泥巖互層沉積，氣候炎熱干燥，尤其在上石盒子組，雜色泥巖沉積發育[1-5]。近幾年實鉆資料顯示，盆地東部三大氣田具有不同的氣藏特征。榆林氣田、子洲氣田上古生界主力層為山23，具有主力層突出、砂體橫向連續性好、儲層厚度大的特點；而神木氣田上古生界自下而上太原、山西、石盒子及石千峰組不同程度含氣，具有多薄層含氣、主力層不突出的特點。統計結果表明，氣田單井鉆遇氣層層數最多23 層，主要集中在8～12 層，太原、山2、山1 及盒8 為主力層。

根據巖性及物性測試結果，神木氣田太原、山2、山1 及盒8 段巖性以巖屑砂巖和巖屑石英砂巖為主。太原組儲層孔隙度平均7.9 %，滲透率平均0.53 mD；山2 儲層孔隙度平均6.9 %，滲透率平均0.81 mD；山1儲層孔隙度平均6.5 %，滲透率平均0.73 mD；盒8 段儲層孔隙度平均7.0 %，滲透率平均0.49 mD。相對比來看，太原組和山西組物性相對較好，盒8 段相對較差。依據砂巖儲層劃分標準（見圖1），氣田主力層段均屬于物性差的致密儲層。另外，氣田完試井單層試氣結果統計表明（見圖2），太原、山2、山1 及盒8 各層平均日產量低，且高低不一，山2、太原較高，盒8 最低。同時，目前投產井平均單井日產量0.8×104m3，平均套壓為7.6 MPa，平均單井產量低。

2 有利區評價

圖1 砂巖儲層劃分標準

圖2 單層試氣平均日產量柱狀圖

有利區評價對氣藏的合理、有效開發具有重要的指導作用。本次有利區評價是在上述儲層發育特征分析的基礎上，首先開展單層有利區評價，其次引入PI 因子的概念，依據單層PI 因子值計算，結合產氣剖面測試結果，明確各層段產能貢獻權重；然后根據單層產能貢獻權重，將四個主力層段的有利區評價指數加權求和得到疊合層的有利區評價指數，即綜合指數；進而通過經濟極限評價，明確綜合指數經濟開發界限；最后結合有效砂體分布，精細刻畫有利區。

2.1 單層有利區評價

單層有利區評價時，評價參數選取與儲層緊密相關的有效厚度、孔隙度、滲透率及含氣飽和度。各個參數與試氣產量相關性擬合結果顯示，單層各個儲層參數與產量之間均呈正相關，但相關性均較低（見圖3a、b、c、d）。而儲能系數和地層系數尤其是儲能系數與試氣產量相關性相對較高（見圖3e、f），由此可以明確的說，單一因素無法準確全面評價氣井產能，必須多因素權衡定量來科學、有效地評價單層有利區。多因素綜合評價單層有利區，不僅能夠根據儲層的實際情況選取出最能反映儲層品質的代表性參數，使評價結果最大程度地與實際地質情況一致，而且還能夠提高儲層評價的可靠性和氣田開發效益[6]。

圖3 儲層參數與試氣產量相關關系圖

評價參數選取好后，先按公式（1）對各參數進行歸一化，使得不同參數之間具有等效性和可比性；然后按照公式（2）對各歸一化后的參數結合對應權重系數進行加權求和，得到單層產能評價指數Y。Y 值越大，代表儲層越好，產能越高。

式中：Xi-歸一化后儲層參數；Ni-儲層參數；Nimin-參數最小值；Nimax-參數最大值。

式中：ki-第i 個參數的權重系數；Xi-第i 個參數的標準化值；n-評價參數個數。

權重系數（ki），是用來反映某儲層參數對儲層產能貢獻大小的數值。通過某個儲層參數與其試氣產量之間的線性相關系數占總相關系數的比重來求?。ㄒ姳?）。結果顯示，各層有效儲層厚度權重系數均最大。

表1 單層各儲層參數權重系數取值表

2.2 疊合層有利區評價

針對氣田多層段氣藏單層產能的差異性，在單層有利區評價基礎上，首先對各單層產能貢獻權重進行評價，然后利用各層產能貢獻權重值，多層歸一化將四個主力層的單層產能評價指數進行加權求和，得到疊合層有利區評價綜合指數F 的求取公式（公式3）。F 值越大，氣井產量越高，F 值與氣井產氣量之間呈明顯的正相關關系。

式中：c1、c2、c3、c4分別為盒8、山1、山2 及太原組的產能貢獻權重。

式中：Sg-含氣飽和度，%；Φ-孔隙度，%；K-滲透率，mD；H-有效厚度，m。

在各單層產能貢獻權重評價方法上，與以往不同的是，本次引入PI 因子的概念。PI 因子，反映單層產能大小的指標，可由公式（4）求得。通過產氣剖面測試井各個主力層的PI 值與其對應無阻流量的關系圖可以看出，PI 與無阻流量之間呈明顯的正相關（見圖4）。因此，可以確定的說，在一定程度上PI 因子可以代表單層產能。根據公式（5），經過分析計算，c1、c2、c3、c4分別取值0.24、0.11、0.35、0.30。

圖4 產氣剖面測試井的無阻流量與PI 的關系圖

圖5 單井產量與內部收益率關系圖

利用公式（6），代入PI 值可以計算氣井的合理產能。氣田400 余口井的計算值與測試值對比，符合率達到85%以上，可見該方法在一定程度上是可靠有效的。

上述方法求取的疊合層有利區評價綜合指數F 以現行氣價及開發技術為條件，計算其經濟極限值，以期優選結果可指導氣田經濟有效開發。經濟評價結果顯示，當單井產量為0.9×104m3/d 時，氣田稅后收益率能達到行業要求的內部收益率的8 %（見圖5）。單井產量與綜合產能指數相關性分析可知（見圖6），綜合產能指數F 值大于38 時氣田開發才具有經濟效益。

2.3 有利區評價結果

根據實鉆井點疊合層有利區評價綜合指數F 值，結合產氣量大小建立疊合層分類評價標準（見表2），氣田Ⅰ+Ⅱ類比例占到68.5 %。本次在氣田盒8、山1、山2 及太原組疊合有效砂體厚度展布圖繪制的基礎上，利用綜合指數F 值，精細刻畫并預測了疊合層有利區展布特征。評價結果顯示，Ⅰ+Ⅱ類有利區分布較為分散，呈土豆塊狀、片狀或帶狀展布，可見氣田還具有十分可觀的開發潛力

表2 神木氣田疊合層綜合評價標準

3 應用效果

圖6 產量與綜合指數F 關系圖

根據有利區評價結果，2018 年在有利區部署并完鉆開發井500 余口，靜態Ⅰ+Ⅱ類比例持續高達85 %以上，鉆井成功率高。試氣無阻流量最高81.9×104m3/d，平均13.4×104m3/d，試氣產量較往年有大幅度提高。由此可見，本次有利區評價結果準確、可靠。

4 結論

（1）神木氣田探明地質儲量4 570×108m3，開發潛力巨大，但氣田開發具有“多層段含氣、儲層物性差、單層產量低”的開發難點。

（2）針對神木氣田開發難點，在以前有利區評價方法研究的基礎上，引入PI 因子，進一步完善綜合產能指數有利區評價方法。

（3）有利區實鉆效果表明，完鉆開發井不僅靜態Ⅰ+Ⅱ類比例高，而且試氣產量較往年有大幅提高?？梢?，完善后的綜合產能指數有利區評價方法對于多層段致密砂巖氣藏經濟有效開發來說至關重要。