致密氣不穩定“一點法”產能評價研究

徐兵祥 白玉湖 董志強 陳 嶺 王蘇冉 李彥尊 杜江峰

(中海油研究總院有限責任公司 北京 100028)

氣井產能試井通常包括回壓試井、等時試井、等時修正試井[1-2]，“一點法”測試是在常用的氣井產能試井基礎上，獲取經驗系數，之后僅需要測試一個穩定點，便可以計算氣井無阻流量，該方法大幅度降低了試井期間天然氣浪費和產能試井時間，因此被廣泛應用于國內氣田的探井測試[3-15]。然而，“一點法”測試仍要求儲層中流體進入穩定或擬穩定狀態，對于致密儲層，壓力穩定時間通常需要數月甚至一年以上[13]，現場實施難度大，而不得已又要為之，因此現場常界定一個壓力、產量變化值范圍為穩態標準，開展“一點法”測試和無阻流量計算，這種不穩定“一點法”對無阻流量計算勢必會造成一定影響。為進一步論證方法可行性，對不穩定“一點法”進行了誤差分析，并對神府致密氣區塊適用性進行評價，提出不穩定“一點法”產能評價推薦做法，指導氣井產能認識及合理配產。

1 “一點法”產能評價

“一點法”產能測試要求測試一個穩定點，根據經驗系數計算無阻流量，通用公式如下[7]：

(1)

其中

pD=1-(pwf/pi)2

(2)

式(1)、(2)中：QAOF為氣井的無阻流量，104m3/d；qg為氣井在地面標準條件下的產量，104m3/d；α為經驗系數，根據試井產能方程進行確定，一般一個區塊采用統一值；pD為無因次壓力;pwf為井底流壓，MPa；pi為原始地層壓力，MPa。

“一點法”要求測試時流動處于穩定狀態，試井作業過程中通常將“油壓波動范圍小于0.1 MPa，產量變化不超過5%”視為穩定狀態。然而對于致密氣井而言，這種工程上認為的穩定狀態并非真正的穩定狀態。致密氣井測試或生產過程中，無邊底水情況下一般不存在定壓邊界，而致密氣層受巖性和物性共同控制，可視為存在封閉邊界。封閉邊界氣井測試或生產過程中，不存在真正的穩態，壓力傳播到封閉邊界后，可認為進入擬穩態狀態。擬穩態定義為“一定范圍的排氣范圍內，氣井定產量生產一段較長時間，層內各點壓力隨時間的變化相同，不同時間的壓力分布曲線依時間變化互成一組平行的曲線族”[1]，而工程上常采用的穩定標準并不能真正有效的表征氣井已經進入了擬穩態，不穩定流動過程中，同樣可能出現壓力產量變化較小的情況。

因此對于致密氣井而言，現場“一點法”測試常常是一種不穩定“一點法”。

2 不穩定“一點法”誤差分析及在神府區塊適用性評價

從氣井產能方程及“一點法”公式出發，分析不穩定“一點法”無阻流量計算誤差及影響因素，結合神府致密氣區塊典型地質和儲層參數，分析該方法在神府區塊的適用性。

2.1 測試時間對無阻流量計算影響

為分析測試時間對無阻流量影響，根據氣井二項式產能方程和穩態逐次替換法，不穩定階段各時間點產能方程如下[1]：

(3)

其中影響半徑為[2]

(4)

根據公式(3)、(4)可計算得到不同測試時間下的無阻流量，當影響半徑等于氣井泄氣半徑時，計算無阻流量為擬穩態無阻流量。以神府區塊典型井參數為例(表1)，計算不同滲透率條件下不同測試時間無阻流量，并與擬穩態無阻流量進行對比，相對誤差見圖1。可以看出，隨測試時間增加、滲透率增大，相對誤差均減??；測試時間10 h，滲透率大于0.1 mD時相對誤差小于27.1%，滲透率大于0.5 mD時相對誤差小于12.1%。

表1 神府區塊典型井參數Table 1 Parameters of typical well in Shenfu tight gas block

圖1 不同測試時間計算無阻流量相對誤差Fig.1 The relative error of absolute open flow effected by different test times

2.2 經驗系數對無阻流量計算影響

經驗系數是“一點法”測試方法中需要確定的關鍵參數，需要有一定數量井的常規產能試井數據并獲得每口單井的經驗系數，進而通過統計方法獲取區塊的經驗系數。實際上，各區塊甚至單井經驗系數均有差異。

為了分析經驗系數對無阻流量計算的影響，選取經驗系數從0.1到0.9計算無阻流量，并將其與經驗系數為0.9時計算無阻流量的比值作為分析對象，可以看出：當pD≥0.5時，經驗系數0.1～0.9范圍內比值大于0.75；經驗系數大于0.6，該比值大于0.85(圖2)。根據國內蘇里格[12]、大牛地[9,13]、延長[14]、臨興[15]等氣田經驗，致密氣“一點法”經驗系數均大于0.6，因此，該比值大于0.85，說明經驗系數對無阻流量計算結果影響不明顯。

圖2 不同經驗系數對無阻流量計算的影響Fig.2 Relative error of absolute open flow effected by different α

2.3 測試生產壓差對無阻流量計算影響

對于特定的測試層，測試生產壓差對無阻流量計算理論上是沒有影響的，但由于經驗系數的差異性，經驗系數對不同測試生產壓差下無阻流量計算結果有影響。如圖3所示，無因次壓力越大，測試生產壓差越大，則經驗系數α對無阻流量影響就越小。當無因次壓力為0.5時，α從0.1到0.9時計算無阻流量差異在24%內；當無因次壓力為0.8時，差異在8%；當無因次壓力為0.9時，差異在4%。

圖3 測試生產壓差對無阻流量計算的影響Fig.3 Relative error of absolute open flow effected by production pressure difference

2.4 神府區塊不穩定“一點法”適用性分析

如前所述，測試時間、經驗系數及測試生產壓差對無阻流量計算均存在一定影響，且不同參數范圍影響效果存在較大差異。結合神府區塊測試的20口井案例，分析不穩定“一點法”在神府區塊的適用性，并提出測試建議。

圖4a為神府區塊20口井測試時間分布，測試時間范圍從12～76 h，且多數井測試時間在20 h以內。根據表1參數，利用式(2)計算達到擬穩態所需時間，采用壓后試井滲透率，神府區塊壓后試井解釋滲透率多為0.01～0.1 mD，據此計算擬穩態時間在2 980～298 h。而由圖1可知，若滲透率小于0.1 mD、測試時間小于20 h時，無阻流量計算誤差大于20%。因此，從測試時間上來說，目前神府區塊“一點法”測試計算無阻流量較實際值偏高20%以上，具體誤差值受物性和測試時間共同影響。

圖4 神府區塊不穩定“一點法”壓裂試氣參數(20口井)Fig.4 One-point test parameters in Shenfu tight gas area(20 wells)

圖4b為神府區塊20口井測試工作制度下的無因次壓力，統計可見70%的井測試時無因次壓力大于0.9，80%的井測試時無因次壓力大于0.8。根據圖2和圖3，當無因次壓力大于0.8，經驗系數大于0.6時，經驗系數對無阻流量的影響不超過4%，可以忽略不計。

綜上，神府區塊“一點法”測試時，測試壓差較大，無因次壓力大于0.8，經驗系數對計算無阻流量影響不大；測試時間遠低于擬穩態時間，估算無阻流量偏高20%左右，在各井物性參數、測試時間相差不大的情況下，誤差值亦相差不大。采用不穩定“一點法”獲取的無阻流量與實際無阻流量雖有差距，但仍可作為勘探開發工作的基礎。

3 不穩定“一點法”產能評價推薦做法

現行天然氣試井規范中沒有對“一點法”測試方法提出相關要求，現場操作時主要依據經驗進行。為了進一步規范致密氣“一點法”測試，使致密氣產能評價更準確，現提出不穩定“一點法”推薦做法。

3.1 測試時間確定

致密氣產能測試過程中難以達到穩定狀態，產能評價結果與實際存在差異，但若能保證這種差異相對穩定，同樣可達到產能評價效果。因此，儲層流體物性相同或相近時，各井測試時間設計相同。對于某特定區塊，可根據測試層位物性和流體特征評價其導壓系數，并進行分區分類，導壓系數如下：

(5)

式(5)中：η為導壓系數，mD/(mPa·s MPa-1)。對于導壓系數相近的，且同一測試時間無阻流量誤差相近的，可以作為一類。

對儲層分區分類后，對各類別進行測試時間設計，設計時需滿足現場盡量降低排放量、節省測試時間的要求。神府區塊各層流體特征相近，儲層物性中滲透率差異較大，因此可按滲透率進行分類。根據圖1誤差分析結果，建議分為4類：①滲透率小于0.05 mD，測試時間24 h，測試無阻流量誤差大于25%；②滲透率0.05～0.1 mD，測試時間18 h，測試無阻流量誤差平均為25%；③滲透率0.1～0.5 mD，測試時間12 h，測試無阻流量誤差平均為18%；④滲透率大于0.5 mD，測試時間8 h，測試無阻流量誤差小于13%。

3.2 測試工作制度確定

根據測試生產壓差對無阻流量計算影響分析，測試生產壓差越大，經驗系數引起的誤差就越小。當測試無因次壓力大于0.8時，經驗系數引起的誤差小于8%。因此建議測試時井底流壓控制滿足無因次壓力pD≥0.8，轉換成井底流壓為pwf≤0.447pi。

由于不穩定“一點法”測試需要較大生產壓差，現場在具體操作時，必然有個增大壓差的過程，根據最終測試工作制度下的產量和壓力計算無阻流量即可。

3.3 經驗系數確定

根據研究區等時試井或等時修正試井確定經驗系數。若研究區無等時試井數據，則采用鄰區經驗系數，或類比類似區塊，國內致密氣井經驗系數一般大于0.6。在測試工作制度較大時，經驗系數對結果影響可忽略。

4 不穩定“一點法”測試在神府區塊應用

對神府區塊采用“一點法”測試的20口典型井進行分析，這些井測試按照傳統的產量和油壓穩定的做法，測試時間并未統一或規范。根據各井孔隙度、滲透率、飽和度等參數，結合區塊流體特征，計算得到各井測試無阻流量與真實無阻流量的誤差，并根據這個誤差計算得到真實無阻流量。神府區塊不穩定“一點法”測試誤差從4.60%～30.80%，平均為18.72%，評價真實無阻流量為(0.25～8.58)× 104m3/d，平均為2.76 × 104m3/d(表2)。

表2 神府區塊致密氣典型井不穩定“一點法”測試無阻流量Table 2 Absolute open flow by unsteady one-point test in Shenfu tight gas block

若不穩定“一點法”采用文中推薦方法設計測試時間，則不同地層條件下計算無阻流量誤差在設計階段是已知的，可以批量求取氣井真實產能。

5 結論

1) 由于致密氣井試氣時間短，現場常用的“一點法”測試實則是一種不穩定“一點法”，計算無阻流量較真實無阻流量要高。研究得到：測試時間對無阻流量具有較大影響，且滲透率越小，影響越大；經驗系數和測試生產壓差對無阻流量也具有一定影響，但當經驗系數大于6，無因次壓力大于0.8時，影響在4%以內，可忽略不計。

2) 經綜合分析，神府區塊“一點法”測試為不穩定測試，無阻流量偏高20%左右。20口典型井應用表明：不穩定“一點法”測試誤差平均為18.72%，評價真實無阻流量平均為2.76×104m3/d。

3) 提出了不穩定“一點法”產能評價推薦做法，包括測試時間、工作制度和經驗系數的確定方法。