控壓生產(chǎn)頁巖氣井早期產(chǎn)能評(píng)價(jià)方法研究

王 勇，王自明，張林霞，曹銀平

（1.川慶鉆探公司地質(zhì)勘探開發(fā)研究院，四川成都 610051；2.西南油氣田分公司安全環(huán)保與技術(shù)監(jiān)督研究院，四川成都 610051）

由于頁巖儲(chǔ)層裂縫應(yīng)力敏感較強(qiáng)，頁巖氣井放壓生產(chǎn)易造成儲(chǔ)層傷害，影響最終累產(chǎn)氣量。與放壓生產(chǎn)相比，控壓限產(chǎn)有利于降低壓裂液返排率，更重要的作用在于保持人工裂縫的長(zhǎng)期開啟，緩解滲流場(chǎng)的應(yīng)力敏感效應(yīng)[1-5]。然而頁巖氣控壓生產(chǎn)井生產(chǎn)初期無法用測(cè)試求產(chǎn)來評(píng)價(jià)氣井真實(shí)產(chǎn)能，目前又缺少可靠的評(píng)價(jià)方法。而氣田管理決策者又希望能盡早了解氣井的產(chǎn)能情況，便于投資決策和產(chǎn)能規(guī)劃參考，因此，早期準(zhǔn)確預(yù)測(cè)頁巖氣控壓生產(chǎn)單井產(chǎn)能是頁巖氣開發(fā)十分重要的技術(shù)工作[6-11]。在詳細(xì)分析了放壓生產(chǎn)氣井產(chǎn)能指數(shù)與測(cè)試產(chǎn)量線性相關(guān)性并得到了相應(yīng)線性數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，提出了以該數(shù)學(xué)模型評(píng)價(jià)同平臺(tái)控壓生產(chǎn)井早期產(chǎn)能的方法，并以某頁巖氣藏X 區(qū)塊頁巖氣井生產(chǎn)數(shù)據(jù)為例，應(yīng)用該方法進(jìn)行了產(chǎn)能評(píng)價(jià)并通過單井地質(zhì)、工程及鄰井資料分析評(píng)價(jià)了評(píng)價(jià)結(jié)果，印證了該方法的可靠性（圖1）。

圖1 典型頁巖氣控壓生產(chǎn)井采氣綜合曲線圖

1 K 區(qū)塊地質(zhì)概況

區(qū)塊目的層地層劃分見表1。開發(fā)目的層是志留系龍馬溪組和奧陶系五峰組。龍馬溪組自上而下分為龍二、龍一2 和龍一1 亞段，依據(jù)沉積旋回、巖性組合特征、電性特征、古生物特征及地球化學(xué)特征，又將龍一1亞段進(jìn)一步劃分為4 個(gè)小層。

表1 K 區(qū)塊目的層地層劃分表

2 早期產(chǎn)能評(píng)價(jià)方法的建立[12-20]

2.1 產(chǎn)能指數(shù)理論基礎(chǔ)

氣井達(dá)到擬穩(wěn)態(tài)流動(dòng)狀態(tài)后，總壓降（從原始地層壓力到井底流壓）由兩部分組成：一部分是衰竭開采形成的壓降；另一部分是氣體從地層流向井底過程中的壓力損失。可以由式（1）表述：

將式（2）中的m 代入式（4），則有：

式中：Ppi-擬原始?jí)毫?，MPa；Ppwf-擬井底壓力，MPa；-平均壓力，MPa；PI-產(chǎn)能指數(shù)；tc-物質(zhì)平衡時(shí)間；A-儲(chǔ)層面積，m2；CA-Dietz 形狀因子；γ-形狀參數(shù)；rw-井口半徑，m；i-積分；G-井控儲(chǔ)量；K-滲透率，1012D；h-儲(chǔ)層厚度，m；-壓縮系數(shù)，Pa-1；B-流體體積系數(shù)；μ-流體黏度，Pa·s。

從油藏的角度來看，井的管理主要取決于井的產(chǎn)能指數(shù)，而產(chǎn)能指數(shù)又取決于巖石和流體的性質(zhì)。對(duì)于流動(dòng)物質(zhì)平衡（FMB）分析而言，當(dāng)找到正確的OGIP（原始地質(zhì)儲(chǔ)量）時(shí)，生產(chǎn)產(chǎn)能指數(shù)數(shù)據(jù)集應(yīng)該是相對(duì)平坦的，這表明產(chǎn)能指數(shù)不會(huì)隨著時(shí)間發(fā)生劇烈變化。

2.2 測(cè)試產(chǎn)量與產(chǎn)能指數(shù)相關(guān)性分析

K 區(qū)塊HB 平臺(tái)目前共投產(chǎn)8 口井（圖2），其中上半支5 口井均進(jìn)行測(cè)試求產(chǎn)，應(yīng)用Harmony 軟件的Reservoir 模塊對(duì)其進(jìn)行了FMB 及產(chǎn)能指數(shù)分析（圖3～圖7），測(cè)試產(chǎn)量及產(chǎn)能指數(shù)結(jié)果見表2。

表2 HB 平臺(tái)上半支井測(cè)試產(chǎn)量及產(chǎn)能指數(shù)統(tǒng)計(jì)表

圖2 HB 平臺(tái)投產(chǎn)井位圖

圖3 HB-2 井產(chǎn)能指數(shù)分析圖

圖4 HB-3 井產(chǎn)能指數(shù)分析圖

圖5 HB-4 井產(chǎn)能指數(shù)分析圖

圖6 HB-5 井產(chǎn)能指數(shù)分析圖

圖7 HB-6 井產(chǎn)能指數(shù)分析圖

分析了這5 口井的測(cè)試產(chǎn)量與產(chǎn)能指數(shù)的線性相關(guān)性，呈現(xiàn)較好的線性正相關(guān)（圖8），得到了相應(yīng)的線性數(shù)學(xué)模型：

圖8 產(chǎn)能指數(shù)與測(cè)試產(chǎn)量相關(guān)性分析圖

因此，只要知道同平臺(tái)或鄰近控壓生產(chǎn)井的產(chǎn)能指數(shù)（PI），根據(jù)模型公式（8）就能預(yù)測(cè)單井的測(cè)試產(chǎn)量（Q）。

2.3 控壓生產(chǎn)井測(cè)試產(chǎn)量評(píng)價(jià)

HB 平臺(tái)下半支3 口井進(jìn)行了控壓生產(chǎn)，無法用測(cè)試求產(chǎn)的方法進(jìn)行測(cè)試產(chǎn)量的求取，因此首先應(yīng)用Harmony 軟件的Reservoir 模塊對(duì)其進(jìn)行了FMB 及產(chǎn)能指數(shù)分析（圖9～圖11），得到單井產(chǎn)能指數(shù)，再應(yīng)用上半支5 口井的測(cè)試產(chǎn)量與產(chǎn)能指數(shù)的線性數(shù)學(xué)模型（公式8）進(jìn)行早期產(chǎn)能評(píng)價(jià)。下半支3 口井的產(chǎn)能指數(shù)及測(cè)試產(chǎn)量預(yù)測(cè)結(jié)果見表3。

表3 HB 平臺(tái)下半支井產(chǎn)能指數(shù)及測(cè)試產(chǎn)量預(yù)測(cè)統(tǒng)計(jì)表

圖9 HB-8 井產(chǎn)能指數(shù)分析圖

圖10 HB-9 井產(chǎn)能指數(shù)分析圖

圖11 HB-10 井產(chǎn)能指數(shù)分析圖

3 評(píng)價(jià)結(jié)果合理性分析

HB 平臺(tái)投產(chǎn)的8 口井地質(zhì)條件差不多，均位于甜蔗區(qū)。上半支5 口井壓裂過程中沒有出現(xiàn)套變和合壓情況，單井的測(cè)試產(chǎn)量相對(duì)較高。

HB-8 井和HB-2 井比較，兩者地質(zhì)條件相當(dāng)，前者壓裂改造工藝上要優(yōu)于HB-2 井，但HB-2 井水平段長(zhǎng)較HB-8 井長(zhǎng)200 m 且沒有套變和合壓，HB-8 井因?yàn)閴毫堰^程中發(fā)生套變且多段合壓，對(duì)壓裂效果有一定的影響，綜合考慮兩井的早期測(cè)試產(chǎn)量應(yīng)該基本相當(dāng)。HB-9 井和HB-5 井情況類似。

HB-10 井和HB-4 井地質(zhì)、儲(chǔ)層鉆遇、壓裂等情況都基本差不多，HB-4 井發(fā)生了套變并合壓了10 段，而HB-10 井沒有發(fā)生套變僅合壓了3 段，因此，HB-10井生產(chǎn)效果應(yīng)好于HB-4 井，測(cè)試產(chǎn)量相對(duì)較高一點(diǎn)。

通過HB-8、HB-9、HB-10 井的地質(zhì)、壓裂工藝及鄰井測(cè)試情況的對(duì)比，綜合分析認(rèn)為，其測(cè)試產(chǎn)量預(yù)測(cè)結(jié)果可靠，與實(shí)際生產(chǎn)動(dòng)態(tài)情況較符合（表4）。

表4 HB 平臺(tái)投產(chǎn)井單井基本參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)論

（1）控壓生產(chǎn)頁巖氣井早期產(chǎn)能評(píng)價(jià)是氣田開發(fā)的重要技術(shù)工作，本文針對(duì)其早期產(chǎn)能評(píng)價(jià)難度提出了相應(yīng)的評(píng)價(jià)方法。實(shí)例應(yīng)用表明，這些方法是實(shí)用、有效的。

（2）評(píng)價(jià)方法基于產(chǎn)能指數(shù)，依據(jù)同平臺(tái)井或地質(zhì)條件相當(dāng)?shù)泥従褱y(cè)試求產(chǎn)的測(cè)試產(chǎn)量和其產(chǎn)能指數(shù)的線性模型，能快速、簡(jiǎn)單且有效地預(yù)測(cè)控壓生產(chǎn)氣井早期的測(cè)試產(chǎn)量。

（3）產(chǎn)能指數(shù)是基于氣井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行流動(dòng)物質(zhì)平衡分析求出。當(dāng)進(jìn)行有效的開發(fā)調(diào)整之時(shí)，需要根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的變化進(jìn)行跟蹤預(yù)測(cè)。