不確定性致密氣產(chǎn)能預(yù)測技術(shù)

白玉湖

（ 中海油研究總院有限責任公司 ）

致密儲層具有非均質(zhì)性很強[1]、孔隙尺度小、孔喉分布差異大[2]、滲透率低、應(yīng)力敏感性強、束縛水飽和度高且對氣水相對滲透率影響較大[3-7]、氣水滲流的非線性等特點[8]，因此需要進行壓裂開發(fā)。近些年，直井分層壓裂和水平井多級壓裂技術(shù)成為致密氣有效開發(fā)的重要手段[9-14]。儲層特殊性、流體滲流特性及壓裂改造措施等的多重復(fù)雜性，使得致密氣的產(chǎn)能預(yù)測具有一定難度[15-16]。前人針對致密氣特殊流動機理，考慮了滑脫效應(yīng)、啟動壓力梯度、應(yīng)力敏感、水鎖等因素對產(chǎn)能的影響，開展了大量的低滲透、致密氣直井壓裂和水平井多級壓裂的產(chǎn)能評價工作，建立了相應(yīng)的產(chǎn)能評價模型，并分析這些特殊因素對產(chǎn)能的影響規(guī)律[17-30]。前人的工作是建立在儲層物性參數(shù)、壓裂裂縫參數(shù)等是確定的基礎(chǔ)上，即給定確定的儲層物性及壓裂裂縫參數(shù)進行產(chǎn)能評價。

實際上，針對致密儲層，僅僅給參數(shù)賦一個確定的值進行產(chǎn)能評價是不夠全面的。比如，平均孔隙度一樣的致密儲層，滲透率甚至會有量級的差別；絕對滲透率相同的巖心，氣水相對滲透率、毛細管壓力曲線形態(tài)各異；而同樣的壓裂規(guī)模，裂縫形態(tài)、長度、導流能力等參數(shù)也會千差萬別。這也是致密氣井單井產(chǎn)量差別大的主要原因之一。因此，有必要開展儲層參數(shù)及壓裂裂縫參數(shù)的不確定性研究，進而探索不確定的產(chǎn)能評價技術(shù)，提高致密氣產(chǎn)能評價的客觀性，為致密氣開發(fā)提供重要的參考。

1 致密儲層參數(shù)的不確定性

致密儲層由于滲透率很低、孔隙尺度小、儲層非均質(zhì)性強，因此常采用直井多層壓裂和水平井多級壓裂進行開發(fā)，同一地區(qū)、甚至同一井場的單井產(chǎn)能差異較大。對直井壓裂而言，可以采用方程（1）對產(chǎn)能進行評價[31]，

式中 qsc——產(chǎn)量，m3/d;

K——氣相有效滲透率，mD；

h——厚度，m；

pe——原始地層壓力，MPa；

pw—f—井底壓力，MPa；

T——儲層溫度，K；

μ——儲層條件下的氣體黏度，mPa·s；

Z——儲層條件下氣體偏差因子；

re——供氣半徑，m；

rw——井筒半徑，m；

Lf——壓裂裂縫半長，m；

Wf——壓裂裂縫寬度，m；

Kf——壓裂裂縫滲透率，mD。

可見，影響致密氣產(chǎn)能的因素很多，主要包括，氣藏因素：如滲透率（絕對滲透率、氣相有效滲透率）、氣層厚度、孔隙度、含氣飽和度、地層壓力等；流體因素：如溫度、壓力、氣體偏差因子、流體黏度；工程因素：如壓裂裂縫半長、裂縫寬度、裂縫導流能力、裂縫間距等。在上述因素中，其中一些因素可以通過各種手段獲得確定性較高的數(shù)值，而有一些則是不確定性較高，且對產(chǎn)能有較大影響的因素，如絕對滲透率、氣相有效滲透率、壓裂裂縫半長等。

1.1 絕對滲透率的不確定性

在產(chǎn)能方程中，絕對滲透率通常通過巖心實驗獲取。在巖樣選取時，常常在儲層段選取有代表性的巖心進行實驗來獲取孔隙度、絕對滲透率等參數(shù)，回歸孔滲關(guān)系，然后結(jié)合測井解釋的孔隙度預(yù)測該儲層段的絕對滲透率分布。在進行產(chǎn)能評價時，采用該儲層段內(nèi)的絕對滲透率平均值進行計算。上述方法對于高孔高滲儲層具有一定的適用性，但對于致密儲層而言，由于致密儲層的非均質(zhì)性極強，即使在同一層位選取典型的代表性巖心進行絕對滲透率測試，仍存在一定的問題。圖1給出了鄂爾多斯盆地某礦區(qū)實驗測試的有效孔隙度和絕對滲透率的關(guān)系，可見，在同一孔隙度條件下，絕對滲透率有兩個數(shù)量級的差別，比如，當孔隙度為5%時，絕對滲透率的可能范圍為0.01～2.00mD。在預(yù)測儲層滲透率時，常常對這些散點進行回歸得到一個確定的關(guān)系式，以此為標準解釋確定孔隙度下的絕對滲透率。但對致密儲層而言，由于儲層孔隙空間的非均質(zhì)性極強，同樣孔隙度條件下對應(yīng)的孔喉結(jié)構(gòu)千差萬別，比如，有的是大孔和微小孔的組合，有的是中孔級別的孔隙，由此導致了同樣孔隙度下的絕對滲透率有數(shù)量級上的差別，采用單一回歸模型預(yù)測滲透率會有一定的誤差。

圖1 鄂爾多斯盆地某礦區(qū)有效孔隙度和絕對滲透率關(guān)系圖

1.2 氣相有效滲透率的不確定性

對于常規(guī)油氣藏而言，氣相有效滲透率通常由兩種方法獲得，一種是由氣水兩相相對滲透率實驗獲得，然后針對多個相對滲透率曲線進行歸一化后，代表該儲層的相對滲透率曲線用于產(chǎn)能評價；另外，還可以通過分層或者分段測試，進行試井分析獲取有效滲透率。但對致密儲層而言，該兩種方法都具有一定的難度和不確定性。圖2和圖3給出了氣測絕對滲透率分別為0.857mD、2.81mD的巖心的相對滲透率曲線，針對絕對滲透率為0.857mD的巖心，在束縛水條件下，氣相的有效滲透率為0.00726mD，僅為絕對滲透率的0.847%；針對絕對滲透率為2.81mD的巖心，在束縛水條件下，氣相的有效滲透率為0.587mD，為絕對滲透率的20.9%。大量實驗表明，儲層越致密，含水飽和度對氣相相對滲透率影響越大，因此，用巖心相對滲透率曲線時也存在一定的不確定性。

圖2 氣測絕對滲透率為0.857mD巖心的相對滲透率曲線

圖3 氣測絕對滲透率為2.81mD巖心的相對滲透率曲線

獲取儲層氣相有效滲透率的另一種方法是通過試井解釋，致密儲層一般采用壓裂開發(fā)，往往需要非常長的時間才能達到擬穩(wěn)態(tài)，試井解釋的徑向流段往往難以完整呈現(xiàn)[32]，試井解釋曲線不完整，試井的成功率非常低，因此造成試井解釋結(jié)果的不確定性。圖4給出了鄂爾多斯盆地某致密砂巖氣礦區(qū)井1和井2的典型試井曲線形態(tài)，圖中dm(p)和dm(p)p＇分別為擬壓力及擬壓力導數(shù)，dt為時間，基于此，試井解釋得到的滲透率及裂縫半長的不確定性較大。

圖4 鄂爾多斯盆地某致密砂巖氣礦區(qū)試井解釋曲線

1.3 壓裂裂縫半長的不確定性

對于致密儲層而言，壓裂效果對產(chǎn)能有很大的影響，因此，壓裂裂縫半長等裂縫形態(tài)參數(shù)的解釋是一項重要的工作。可以通過壓裂模擬、微地震監(jiān)測、試井解釋等手段獲取壓裂裂縫半長，但這幾種方法獲得的結(jié)果往往差異較大，壓裂模擬側(cè)重從巖石力學參數(shù)、地應(yīng)力、壓裂液支撐劑用量等方面預(yù)測裂縫的形態(tài)參數(shù)；微地震監(jiān)測則通過巖石壓裂過程中監(jiān)測巖石應(yīng)力釋放產(chǎn)生的能量而獲得可能的壓裂破裂區(qū)域；試井解釋則是通過流體流動的宏觀規(guī)律反演裂縫形態(tài)參數(shù)。圖5給出了鄂爾多斯盆地某致密砂巖氣礦區(qū)某井壓裂裂縫方位和裂縫半長的微地震監(jiān)測結(jié)果，可見裂縫半長為203m，壓裂監(jiān)測認為該礦區(qū)裂縫半長為115～203m，但試井解釋認為裂縫半長為10～43m，因此，有效裂縫半長存在很大的不確定性。在實踐中，只有試井解釋方法獲取的有效裂縫半長才更具有指導意義，前提是試井曲線能夠反映出裂縫線性流特征。

圖5 某井盒8段和太2段壓裂裂縫方位和裂縫半長的微地震監(jiān)測結(jié)果

2 不確定性致密氣產(chǎn)能預(yù)測思路

針對致密儲層絕對滲透率、氣相有效滲透率、有效裂縫半長等影響產(chǎn)能的重要參數(shù)的不確定性特點，本文提出了不確定性致密氣產(chǎn)能預(yù)測技術(shù)，主要思路如下：①以單井壓裂測試的無阻流量為基礎(chǔ)，利用產(chǎn)能方程進行反算，確定單井壓裂裂縫半長和氣相有效滲透率的可能組合，從而確定裂縫參數(shù)和氣相有效滲透率的概率分布。②獲取區(qū)塊內(nèi)所有測試井的氣相有效滲透率和裂縫半長分布，建立代表該區(qū)塊的裂縫半長及氣相有效滲透率的概率分布，從而估算區(qū)塊的無阻流量概率分布。③獲取參數(shù)概率分布以及其他確定參數(shù)后，采用解析模型方法計算產(chǎn)量剖面的概率分布。該方法既可應(yīng)用于區(qū)塊的產(chǎn)能評價，也適合于單井的產(chǎn)能評價，在單井不確定產(chǎn)能評價中，可以通過給定單井的參數(shù)概率分布進行評價。下面以鄂爾多斯盆地某致密砂巖氣礦區(qū)山2段為例，闡述不確定性致密氣產(chǎn)能預(yù)測技術(shù)。

2.1 儲層氣相有效滲透率概率分布

在該礦區(qū)內(nèi)，目前已經(jīng)對井1、井2的山2段進行壓裂后測試，獲取無阻流量分別為1.1×104m3/d、0.65×104m3/d。采用方程（1），令井底流壓為0.1MPa時計算的產(chǎn)量作為無阻流量，根據(jù)經(jīng)驗假定裂縫半長成均勻分布，從10m到200m均有可能。井1和井2山2段的溫度、壓力、流體物性、含氣飽和度等參數(shù)均為已知，且為確定的。從而可對井1、井2的山2段有效滲透率概率分布進行分析。圖6給出了井1和井2山2段氣相有效滲透率概率分布，可見，山2段氣相有效滲透率概率分布均為伽馬分布，井1和井2山2段P50氣相有效滲透率分別為0.0145mD和0.0072mD。把所有井的可能有效滲透率放在一起進行概率分析，就得到了能代表該礦區(qū)山2段的氣相有效滲透率分布，測試井數(shù)越多，所得的概率分布越能代表該區(qū)域的可能情況。

圖6 井1和井2山2段氣相有效滲透率概率分布

2.2 無阻流量分布

在獲得該礦區(qū)山2段氣相有效滲透率概率分布基礎(chǔ)上，針對已有的測試化驗數(shù)據(jù)，得到井1和井2山2段的厚度、孔隙度、含氣飽和度、溫度壓力分布、流體相關(guān)數(shù)據(jù)，然后采用方程（1），計算能夠代表山2段的無阻流量分布。圖7給出了山2段預(yù)測無阻流量的概率分布，可見P50無阻流量為0.7270×104m3/d。在實際應(yīng)用中，隨著測試井的增多，就能獲取更多的地質(zhì)及流體參數(shù)的分布，預(yù)測的結(jié)果準確度就會越高。應(yīng)該指出，P50的無阻流量代表著該礦區(qū)山2段測試的無阻流量的最可能值。通過此方法，對于勘探階段獲取區(qū)塊尺度無阻流量評價具有較好的指導意義，可以確定區(qū)塊無阻流量可能的概率分布，有利于對區(qū)塊產(chǎn)能進行整體認識。

圖7 某礦區(qū)山2段預(yù)測無阻流量概率分布

2.3 解析模型預(yù)測產(chǎn)量剖面概率分布

采用RTA的解析模型方法，針對直井壓裂條件下，在得到該礦區(qū)井1和井2山2段的厚度、孔隙度、含氣飽和度、溫度壓力分布、流體相關(guān)數(shù)據(jù)、氣相有效滲透率概率分布等基礎(chǔ)上，進行產(chǎn)量剖面概率分布分析。其中對于一些確認程度高的參數(shù)，則直接給定確定值，而對于參數(shù)分布范圍較大，具有一定不確定性的，給出其概率分布，進而預(yù)測產(chǎn)量剖面的概率分布。圖8給出了該礦區(qū)山2段預(yù)測產(chǎn)量剖面的概率分布，20年P(guān)50累計產(chǎn)量為606×104m3。通過預(yù)測單井產(chǎn)量剖面概率分布，可獲得該井最可能、最悲觀、最樂觀的產(chǎn)量剖面，從而可以確定該井經(jīng)濟效益的范圍，有利于客觀評價，為井位決策部署、開發(fā)投資決策提供依據(jù)。

圖8 某礦區(qū)山2段預(yù)測產(chǎn)量剖面概率分布

3 結(jié)論

（1）致密儲層由于滲透率很低，孔隙尺度小，儲層非均質(zhì)性強，孔喉分布差異大，束縛水飽和度高且對氣水相對滲透率影響較大，應(yīng)力敏感性強，氣水滲流的非線性等特點，因此，精確獲得儲層絕對滲透率、有效滲透率、有效壓裂裂縫半長等難度很大，即使通過現(xiàn)有手段獲得，其仍舊具有一定的不確定性，為產(chǎn)量預(yù)測帶來一定的困難。

（2）提出了不確定性致密氣產(chǎn)能預(yù)測技術(shù)，并應(yīng)用直井壓裂產(chǎn)能評價，以測試的無阻流量為基礎(chǔ)，通過產(chǎn)能方程反算確定氣相有效滲透率的概率分布，在獲取儲層及流體物性參數(shù)基礎(chǔ)上，估算區(qū)塊的無阻流量概率分布，最后采用RTA解析模型方法預(yù)測產(chǎn)量剖面的概率，該方法也適用于單井產(chǎn)能評價，為降低致密氣產(chǎn)能評價的不確定性提供了一種新的思路。