致密砂巖氣藏井網(wǎng)加密優(yōu)化研究
——以新場氣田沙溪廟組氣藏為例

向劉洋，鄒陳蓉

（中國石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院，四川成都 610041）

致密砂巖氣藏儲層物性差、砂體規(guī)模較小、非均質(zhì)性強、單層井控儲量低，采收率一般較低。致密砂巖氣藏開發(fā)經(jīng)驗表明加密鉆井可以提高儲量動用程度、增加波及面積、提高氣井的采收率，井網(wǎng)加密已經(jīng)成為開發(fā)致密砂巖氣藏的主要技術手段之一[1]。但實際操作過程中最大的難題是如何優(yōu)化井網(wǎng)井距，一方面是氣田開發(fā)要獲得較高的采收率，另一方面是要取得較好的經(jīng)濟效益。

新場氣田沙溪廟組（Js）氣藏單井的自然產(chǎn)能和井控儲量低，只有采取增產(chǎn)措施才能進行有效開發(fā)，且開發(fā)階段存在穩(wěn)產(chǎn)困難、井控程度不完善、儲量動用不均衡、低品位儲量不能有效接替等突出問題[2]。本文針對以上問題，在氣藏地質(zhì)特征研究及氣井動態(tài)分析的基礎上，建立新場Js 氣藏的數(shù)值模型，確立井網(wǎng)，評價氣井動態(tài)儲量和泄氣半徑，進行生產(chǎn)歷史擬合，并結(jié)合井網(wǎng)加密前后的生產(chǎn)實際情況分析，進行井網(wǎng)優(yōu)化，得到井網(wǎng)密度與經(jīng)濟效益的關系式，預測氣田加密潛力大小，為氣田加密調(diào)整決策提供可靠依據(jù)。

1 氣藏特征

新場Js 氣藏為多層疊置的大型致密中低孔超高壓砂巖氣藏，具有儲集能力的巖石類型主要為中–細粒長石巖屑砂巖、巖屑長石砂巖，巖性較單一，砂體厚度大，呈毯狀分布，縱向疊置程度較高，但巖性致密，儲層物性較差，平均孔隙度為9.69%，非均質(zhì)性強，含水飽和度高，屬典型低孔致密氣藏[3]。開發(fā)過程中總體表現(xiàn)出產(chǎn)能較低、氣井穩(wěn)產(chǎn)期短、單井控制泄氣半徑和動態(tài)儲量較小且差異較大、氣井產(chǎn)量和井口壓力遞減快的特點，即低滲致密氣藏特殊滲流規(guī)律下的“一低、一短、兩小、兩快”的典型開發(fā)特征。

多年的開發(fā)調(diào)整研究得出如下認識：新場Js氣藏儲量動用程度、單井穩(wěn)產(chǎn)時間、單井泄氣半徑和單井控制儲量差異大，氣藏采氣速度、采收率較低，技術進步在氣藏開發(fā)中起著關鍵性作用，發(fā)揮多氣層的生產(chǎn)能力能明顯地改善開發(fā)效果，不斷調(diào)整加密井網(wǎng)、滾動開發(fā)是低滲透氣藏的主要開發(fā)方式。隨著氣藏地質(zhì)及開發(fā)認識的加深，認識到兩個主力氣層沙溪廟組沙二氣藏第二氣層（Js22）與第四氣層（Js24）的儲層平面非均質(zhì)性較強，儲量在平面上動用程度差異大，氣井單井控制動態(tài)儲量差異大（Js22氣層單井控制動態(tài)儲量為0.09×108～3.61×108m3，平均為1.08×108m3；Js24氣層單井控制動態(tài)儲量為0.05×108～2.73×108m3，平均為0.82×108m3）。

2 井網(wǎng)井距優(yōu)化研究方法

優(yōu)化井網(wǎng)設計的原則是調(diào)整井網(wǎng)部署使氣井達到最大的排流面積和最大的控制儲量。而確定氣藏合理井網(wǎng)密度與極限井網(wǎng)密度，一般要考慮三方面因素：一是氣田地質(zhì)特征與氣層物性特征；二是經(jīng)濟合理性；三是市場對天然氣的需求[4–8]。此次合理井網(wǎng)井距優(yōu)化主要采用加砂壓裂工藝法、經(jīng)濟極限井距法和數(shù)值模擬法三種方法綜合確定。

2.1 單層開采的合理井距研究

2.1.1 加砂壓裂工藝法

新場Js 氣藏除少數(shù)井自然投產(chǎn)外，其余大多數(shù)井均需壓裂投產(chǎn)，因此，井網(wǎng)密度還應滿足加砂壓裂開發(fā)的要求。通過對區(qū)內(nèi)目前壓裂縫半長統(tǒng)計可知，壓裂縫半長為 21.0～75.6 m，大多集中于35.0～70.0 m，平均為45.0 m，按照國內(nèi)外壓裂井井距與裂縫半長的較好匹配關系，新場氣田沙溪廟組沙二氣藏（Js2）的開發(fā)井距應為500～700 m。

2.1.2 經(jīng)濟極限井距法

經(jīng)濟極限井距法為動態(tài)法，也稱現(xiàn)金流量法，是指投入資金與產(chǎn)出效益進行折現(xiàn)后相平衡，即凈現(xiàn)值為零時的井網(wǎng)密度（井距）。該方法從市場經(jīng)濟角度考慮了資金的時間價值，在當前經(jīng)濟條件下內(nèi)部收益率為8%，凈現(xiàn)值為0 萬元時的各項經(jīng)濟界限指標[9]。

通過現(xiàn)金流量法可計算出在某年氣價水平和單位長度鉆井投資水平下的單井經(jīng)濟極限可采儲量、經(jīng)濟極限初期產(chǎn)量和經(jīng)濟極限井控地質(zhì)儲量等開發(fā)指標。按照稅后基準收益率8%、2019 年四川省天然氣門站價格1.404 元/m3（不含稅）、單位長度鉆井投資3 200 元/m 計算新場Js2氣藏各氣層單井開發(fā)經(jīng)濟極限指標（表1），其中，新場Js2氣藏的經(jīng)濟極限井距為393～586 m，并可根據(jù)不同氣價和不同單位長度鉆井投資繪制相應的新場Js2氣藏經(jīng)濟極限井距圖版。

單井初期產(chǎn)量界限需同時滿足式（1）和式（2）。

評價期單井累計產(chǎn)氣量界限為評價期年產(chǎn)氣量界限的累計，氣井經(jīng)濟壽命期內(nèi)的累計年產(chǎn)氣量界限為經(jīng)濟可采儲量界限，年產(chǎn)氣量界限等于初期產(chǎn)量界限與產(chǎn)量變化系數(shù)的乘積，累計產(chǎn)氣量界限（經(jīng)濟可采儲量界限）見式（3）。

式中：pcG 為累計產(chǎn)氣量界限（經(jīng)濟可采儲量界限），108m3。

求得單井控制經(jīng)濟極限儲量后，就可以根據(jù)式（4）求得氣藏的經(jīng)濟極限井距。

式中：d 為經(jīng)濟極限井距，m；A 為面積，m2；G 為原始地質(zhì)儲量，108m3。

表1 新場Js2氣藏單井開發(fā)經(jīng)濟極限指標

2.1.3 數(shù)值模擬法

儲量豐度、控制半徑、單井配產(chǎn)等直接影響井底地層壓力的變化。控制半徑越小、配產(chǎn)越高，壓降漏斗越深；控制半徑越大、配產(chǎn)越小、壓降漏斗越淺[5]。根據(jù)不同類型儲層差異，分別以I、Ⅱ、Ⅲ類儲層物性條件建立單井地質(zhì)模型，通過模擬模型歷史擬合，調(diào)整儲層參數(shù)，并在此基礎上分別預測Js22、Js24氣層各類儲層到穩(wěn)產(chǎn)期末時井底的壓降漏斗曲線圖，再結(jié)合單井數(shù)值模擬研究結(jié)果，確定儲層的合理井距。

2.1.4 單層合理井距的綜合確定

通過對多種方法合理井距的論證結(jié)果分析，各種方法計算出的合理井距大小不等，不同氣層、不同儲層類型氣井的合理井距為330～590 m。新場Js2氣藏屬低產(chǎn)、低豐度、淺層、強非均質(zhì)性致密砂巖氣藏，依據(jù)儲層性質(zhì)，應采用大密度井網(wǎng)；依據(jù)儲量豐度，具備較小井距開發(fā)的潛力；但基于經(jīng)濟效益和氣藏工程角度考慮，井網(wǎng)密度不宜過大，否則井間干擾嚴重且經(jīng)濟效益差。

2.2 多層合采的經(jīng)濟極限井距研究

自2006 年新場Js2氣藏引入多層開采的工藝技術，采用“以優(yōu)帶差”的開發(fā)思路尋求低品位儲量的有效開發(fā)動用，從技術層面上進一步降低了單井經(jīng)濟極限井距，為提高儲量動用程度和氣井產(chǎn)量創(chuàng)造了條件。 用程度。

表2 不同氣層、不同儲層類型氣井合理井距的綜合確定

考慮低滲致密氣藏存在啟動壓力梯度、儲層應力敏感和裂縫閉合等因素，結(jié)合層間物性及壓力系數(shù)差異，綜合評價確定：新場Js2氣藏三層合采的經(jīng)濟極限井距為350 m 左右，兩層合采的經(jīng)濟極限井距為400 m 左右。

表3 新場Js2氣藏多層合采的單井各項經(jīng)濟極限指標

2.3 井網(wǎng)加密技術研究

2.3.1 井網(wǎng)加密經(jīng)濟性評價

氣井的井網(wǎng)井距經(jīng)濟界限與氣藏儲層品位、開采工藝技術水平和氣井產(chǎn)能大小密切相關。井網(wǎng)井距的經(jīng)濟界限是基于儲層類型分布清楚，大型壓裂、分層壓裂多層合采等工藝技術過關，氣井產(chǎn)能有保障的條件下獲得的，其結(jié)果與實際情況偏差不大。通過對新場Js2氣藏開展經(jīng)濟評價可知：主力層的經(jīng)濟井網(wǎng)密度為2.8 ～6.6 口/km2，經(jīng)濟井距為392～508 m，而多層合采技術可以有效降低氣井的經(jīng)濟極限井網(wǎng)井距，由單層的500 m 左右降低到多層合采的285 m，從而保證了新場Js2氣藏進行井網(wǎng)加密的經(jīng)濟可行性。

2.3.2 井網(wǎng)加密可行性評價

3 實例分析

以新場Js2氣藏的CX370–3—CX633—CX628–1 井組作為井網(wǎng)加密調(diào)整的實驗井組，該井組井網(wǎng)井距密度較小，含氣面積1.3 km2，地質(zhì)儲量為6.02×108m3，目前已累計采出天然氣1.32×108m3，采出程度為22%，地層壓力為30.4 MPa；加密前井網(wǎng)密度為2.3 口/km2，井距為693 m。

表4 新場Js2氣藏單層井網(wǎng)加密可行性綜合分析

根據(jù)生產(chǎn)動態(tài)監(jiān)測結(jié)果，該井組多數(shù)氣井井口壓力已低于6 MPa，井底流壓不足10 MPa，甚至部分井井底流壓只有5 MPa。地層壓力的下降導致人工壓裂裂縫不同程度閉合，氣井的滲流能力出現(xiàn)不同程度降低，因此在進行井組歷史擬合時，將井組區(qū)與外圍區(qū)分開，采用不同的相滲和壓力敏感曲線來進行擬合。

根據(jù)CX370–3—CX633—CX628–1 井組地層壓力分布情況，加密前地層壓力保持水平較高的地區(qū)主要分布在東北部壓力波及相對較弱的地方。據(jù)此設計三種加密方案，因為該區(qū)域單層井控儲量較低，無加密潛力，三口加密井都是采用雙層合采加密，設評價期為10 年，方案預測指標見表5，評價期末壓力分布見圖1。

表5 CX370–3—CX633—CX628–1 井組加密方案指標

圖1 不同加密方案評價末期壓力分布

通過分析加密井對老井的影響可知：總體上，部署的加密調(diào)整井對老井的生產(chǎn)影響相對較小，但隨著加密井數(shù)量的增多，生產(chǎn)井距減小，影響越來越大。當加密3 口井時老井累計產(chǎn)氣量降低4.34%，分析認為，由于井網(wǎng)加密后產(chǎn)生了井間干擾，導致地層壓力下降加快，生產(chǎn)壓差減小，產(chǎn)量降幅加快。

當開發(fā)井網(wǎng)密度較小時，井間一般不存在干擾，或井間干擾概率很低；但隨著開發(fā)井網(wǎng)密度的增大，井間干擾的概率將會明顯提高。根據(jù)開發(fā)經(jīng)驗，新場Js2氣藏井間干擾概率與井網(wǎng)密度之間的關系[4]如表6 所示。

由表6 可知，井網(wǎng)密度小于3.0 時，井間干擾概率較低（小于12%），但隨著井網(wǎng)密度的增大，井間干擾概率急劇提高。當井網(wǎng)密度大于3.5 時，井間干擾概率將大于59%，即有超過59%的氣井產(chǎn)生井間干擾，但從圖4 中未見其有效泄氣半徑造成明顯井間干擾。通過對實施加密調(diào)整后的井網(wǎng)完善程度分析，雙層合采時的經(jīng)濟極限井距為430 m，加密前該井組的實際井距為693 m，井控程度不足，當實施3 口雙層加密井時，該井組的井距從693 m 加密至490 m，大于經(jīng)濟極限井距，有效提高了井網(wǎng)控制程度。對儲量動用程度分析，加密前儲量動用程度為10.5%，加密后儲量動用程度顯著提高，達到21.7%。因此，運用雙層合采，“以優(yōu)帶差”的開發(fā)方式，可有效增加井控儲量。

表6 新場Js2氣藏井間干擾概率與井網(wǎng)密度關系

4 結(jié)論

（1）綜合工程工藝、數(shù)值模擬和經(jīng)濟評價等方法，開展了井距適應性評價和井網(wǎng)加密的可行性研究，明確了多層合采，“以優(yōu)帶差”的開發(fā)模式，可有效降低經(jīng)濟極限井距，從而使井區(qū)具備經(jīng)濟井網(wǎng)加密調(diào)整的空間，提高氣藏儲量動用程度，達到經(jīng)濟有效提高采收率的目的。

（2）通過對新場Js2氣藏CX370–3—CX633—CX628–1 井組加密井實施效果的差異分析，形成了以實現(xiàn)井控儲量和采收率最大化、經(jīng)濟效益最優(yōu)化的加密方式。實施加密調(diào)整后，三種加密調(diào)整方案平均單井凈增產(chǎn)量為3 633×104m3，遠高于單井經(jīng)濟極限可采儲量2 800×104m3。

（3）本文所提出的致密砂巖氣藏井組加密優(yōu)化技術適用于新場Js2氣藏，可有效提高單井產(chǎn)能和井控儲量，為氣藏的高效開發(fā)提供有力的技術支撐。