威遠(yuǎn)頁巖氣井EUR 主控因素量化評價(jià)研究

熊小林

（ 中國石油集團(tuán)長城鉆探工程有限公司四川頁巖氣項(xiàng)目部 ）

0 引言

中國頁巖氣在海相頁巖中廣泛分布，具有廣闊的勘探開發(fā)前景[1-4]。對于資源量大的頁巖氣，要想準(zhǔn)確評估其開發(fā)潛力并規(guī)模效益開發(fā)，EUR（Estimated Ultimate Recovery，即估算的最終可采儲量）的評價(jià)尤為重要[5-8]。EUR 關(guān)系著氣井產(chǎn)量、工作制度、開發(fā)井網(wǎng)的部署和調(diào)整，是頁巖氣田高效、科學(xué)開發(fā)的基礎(chǔ)。

威遠(yuǎn)頁巖氣田于2014 年開始建產(chǎn)，至2017 年底已投產(chǎn)井95 口，采用多段壓裂水平井開發(fā)[9-10]，生產(chǎn)方式以“限壓控產(chǎn)”為主，氣井總體表現(xiàn)為初期遞減快、后期遞減趨緩，但下油管及井口增壓措施后可以進(jìn)一步減緩遞減。頁巖氣儲層具有納米級孔隙，氣井生產(chǎn)過程中生產(chǎn)模式和儲層流體的流動(dòng)特征復(fù)雜，存在多個(gè)流動(dòng)階段，產(chǎn)量遞減指數(shù)隨流態(tài)而發(fā)生變化，使得EUR 評價(jià)具有較大的不確定性。為了提高EUR 評價(jià)的準(zhǔn)確度和量化評價(jià)其主控因素，本文以威遠(yuǎn)典型頁巖氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征為研究對象，根據(jù)地質(zhì)特征及工程資料建立了動(dòng)態(tài)模型，采用蒙特卡羅法和主成分分析法量化評價(jià)影響EUR 的主要因素，并提出了提高EUR 的措施建議。

1 氣田概況

威遠(yuǎn)頁巖氣田位于四川盆地西南部（圖1），構(gòu)造上隸屬于川西南古中斜坡低褶帶，以古隆起為背景，發(fā)育威遠(yuǎn)背斜構(gòu)造；整體表現(xiàn)為由北西向南東方向傾斜的大型寬緩單斜構(gòu)造，埋深為2000～4000m。

圖1 威遠(yuǎn)頁巖氣田位置圖Fig.1 Location of Weiyuan shale gas field

綜合巖石學(xué)、沉積、古生物及電性等特征，將龍馬溪組劃分為龍一段和龍二段兩段，其中龍一段又細(xì)分為龍一1 和龍一2 兩個(gè)亞段，而龍一1 亞段又細(xì)分為a～d 4 個(gè)小層（圖2）。五峰組（WF）—龍一1亞段巖性以灰黑色、黑色頁巖為主，頁理發(fā)育，儲層品質(zhì)好，是頁巖氣有利儲集層段。

2 EUR 評價(jià)模型

業(yè)界采用了很多方法來預(yù)測頁巖氣井的EUR?？偟膩碚f，有七大類計(jì)算方法，包括經(jīng)驗(yàn)產(chǎn)量遞減法[11-16]、現(xiàn)代產(chǎn)量遞減法[17-24]、線性流分析法[17，25-27]、物質(zhì)平衡法[17，25-27]、解析模型法[17，23-27]、數(shù)值模擬法[23-27]及其他方法[25-27]。由于每種方法都存在一定的適用性，所以不同階段采用的方法不一樣，計(jì)算的EUR 數(shù)值也存在很大差異，同時(shí)由于影響EUR的因素很多，且這些因素之間存在一定關(guān)聯(lián)性，進(jìn)一步加大了EUR 精確計(jì)算的難度[27-29]?；诘刭|(zhì)工程一體化的思想，建立典型井的評價(jià)動(dòng)態(tài)模型，根據(jù)單井的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)開展歷史擬合，預(yù)測不同儲層條件下、壓裂后水平井的產(chǎn)氣量，計(jì)算生產(chǎn)一段時(shí)間后的EUR。首先，根據(jù)測井、微地震、壓裂等靜態(tài)資料，建立以EUR 為核心的地質(zhì)工程一體化靜態(tài)評價(jià)模型（圖3）；然后以單井生產(chǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)（圖4），通過線性流模型和Blasingame 模型進(jìn)行流態(tài)判斷和擬合參數(shù)獲取，進(jìn)而開展歷史擬合，建立并完善動(dòng)態(tài)評價(jià)模型；最后，利用概率預(yù)測模型結(jié)合現(xiàn)代產(chǎn)量遞減法、解析模型法預(yù)測單井一段時(shí)間內(nèi)的日產(chǎn)氣量，得到單井的EUR。

圖2 典型井志留系龍馬溪組小層劃分Fig.2 Subdivision of Silurian Longmaxi Formation in a typical well

表1 威遠(yuǎn)頁巖氣田五峰組—龍一1 亞段各小層儲層參數(shù)統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistical reservoir parameters of each layer Wufeng Formation-Long 1-1 Sub-member in Weiyuan shale gas field

圖3 以EUR 為核心的地質(zhì)工程一體化靜態(tài)評價(jià)模型Fig.3 A static evaluation model based on geologyengineering integration for enhancing EUR

圖4 典型井的歸一化生產(chǎn)曲線Fig.4 Normalized production curve of a typical well

3 EUR 主控因素

影響EUR 的因素較多，涉及范圍較廣，主要包括地質(zhì)、工程和生產(chǎn)三大類22 小項(xiàng)[27](表2)。地質(zhì)因素是影響氣井EUR 的關(guān)鍵因素，是內(nèi)在因素，工程因素是可以提高氣井EUR，是外在因素，地質(zhì)因素通過工程實(shí)施而起作用。此外，還有生產(chǎn)因素，生產(chǎn)因素主要影響氣井的長期穩(wěn)定生產(chǎn)[28-29]。由此，影響EUR 的主控因素包括：①由于儲層存在較強(qiáng)的縱向非均質(zhì)特征[3]，孔隙度高、含氣量高、脆性礦物含量高的龍一1a小層的鉆遇長度直接決定了EUR大小；②由于頁巖儲層物性差，需要水平井分段改造，最大限度地提高SRV（儲層改造體積）而獲得高EUR，受復(fù)雜地質(zhì)條件影響，套變丟段會影響壓裂工藝措施的實(shí)施與改造效果，改造不充分會降低儲量動(dòng)用率；③工作制度、氣井出砂、工藝措施等也會影響氣井EUR；④布井模式不合理會造成儲量浪費(fèi)，井間距與壓裂規(guī)模不匹配會影響平臺的儲量動(dòng)用，從而降低平臺的EUR。

表2 EUR 主要影響因素Table 2 Factors influencing EUR

3.1 龍一1a 小層鉆遇長度

龍一1a小層是最優(yōu)頁巖儲層段，其鉆遇長度越長，氣井產(chǎn)量越高。選取A 平臺地質(zhì)參數(shù)、儲層改造相近及生產(chǎn)階段相同的3 口井進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（表3）：A1 井龍一1a鉆遇長度最短，EUR 最?。籄3 井龍一1a鉆遇長度最大，EUR 最大，達(dá)1.38×108m3，龍一1a小層鉆遇長度直接決定了EUR 大小。針對威遠(yuǎn)頁巖氣田儲層非均質(zhì)性強(qiáng)、龍一1a小層厚度薄的問題，加強(qiáng)地質(zhì)綜合評價(jià)及水平井地質(zhì)導(dǎo)向以提高龍一1a小層儲層鉆遇率，可以提高EUR。

表3 同一平臺不同龍一1a 小層鉆遇長度氣井EUR 對比表Table 3 EUR of gas wells drilled in different layers of Long 1-1a on a same pad

3.2 壓裂改造效果

套變丟段影響壓裂改造效果，降低儲量動(dòng)用率。選取A 平臺地質(zhì)參數(shù)、鉆遇長度相近及生產(chǎn)階段相同的3 口井進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（表4），A4 和A6 兩口水平井壓裂平均單段長度、單段加砂量和單段用液量基本相同，但A4 井由于套變放棄了11 段，從而影響了改造效果，EUR 明顯低于A6 井。

表4 同一平臺采用不同壓裂工藝措施氣井EUR 對比表Table 4 EUR of gas wells stimulated by different fracturing processes on a same pad

采取密切割、縮小簇間距、高加砂強(qiáng)度等壓裂工藝可以提高壓裂改造效果。A5 和A6 兩口水平井壓裂液均為低黏滑溜水，支撐劑為70/140 目石英砂+40/70 目陶粒，采用分簇射孔+橋塞封隔的分段壓裂工藝。兩口井鉆遇龍一1a小層的長度基本一致，但A5 井采用了密切割工藝，降低單段長度，提高壓裂加砂強(qiáng)度（表4），開發(fā)效果較好，EUR 明顯高于A6 井。另外，氣井壓竄至鄰井也會導(dǎo)致該井壓裂效果變差，從而降低氣井EUR。

建議加強(qiáng)暫堵壓裂試驗(yàn)及應(yīng)用，以提高套變井段及壓竄井的壓裂改造；采用密切割、縮小簇間距、提高加砂強(qiáng)度，以提高儲層改造效果，增加氣井EUR及儲量動(dòng)用率。

3.3 其他因素

如果氣井積液不能及時(shí)排出，占據(jù)了氣體流動(dòng)通道，兩相流使得壓力折算存在較大的不確定性，從而影響EUR 的計(jì)算精度，并且氣井也有可能被鎖死甚至報(bào)廢。通過氣井增壓可以降低廢棄壓力，提高氣井EUR。

El Nio事件:Nio3.4指數(shù)大于等于0.5 ℃持續(xù)5個(gè)月或以上記為一次El Nio事件。斷點(diǎn)的處理:若指數(shù)大于等于0.5 ℃間斷兩個(gè)月或以上,則認(rèn)為兩次事件不連續(xù);若間斷一個(gè)月,并且該月的Nio3.4指數(shù)的3個(gè)月滑動(dòng)平均值大于等于0.5 ℃則認(rèn)為前后事件連續(xù),否則不連續(xù)。El Nio爆發(fā)時(shí)間:Nio3.4指數(shù)第一次大于等于0.5 ℃的月份的前一個(gè)月。El Nio事件分類:SP型:爆發(fā)時(shí)間在2—5月;SU型:爆發(fā)時(shí)間在6—9月。CPC計(jì)算ERSST.v4資料得到的Nio3.4指數(shù),如圖1所示。

井距過大、壓裂規(guī)模小，使得井間改造不充分，也會影響儲量的整體動(dòng)用，從而降低平臺的EUR。利用評價(jià)模型分別采用200m 和300m 井距模擬運(yùn)算，鉆遇龍一1a的長度均為1500m，單段長度和加砂量也相同，均采用放壓生產(chǎn)，模擬運(yùn)算20 年。從最終的運(yùn)算結(jié)果（圖5）可以看出，與200m 井距相比，300m井距井間儲量動(dòng)用不充分，即降低了平臺的EUR。建議優(yōu)化布井方式、加大評價(jià)部署力度、開展井距與壓裂規(guī)模匹配試驗(yàn)等，從而提高儲量動(dòng)用率。

3.4 EUR 量化評價(jià)

建立氣井EUR 與各主要影響參數(shù)的關(guān)系矩陣，應(yīng)用蒙特卡羅法和主成分分析法量化評價(jià)各主要因素對EUR 的影響程度。蒙特卡羅法與主成分分析法量化評價(jià)的基本原理是用較少的幾個(gè)不相關(guān)的綜合指標(biāo)（變量、參數(shù)）代替原有較多的相關(guān)聯(lián)變量（指標(biāo)、參數(shù)），并且該綜合指標(biāo)為原有指標(biāo)的線性組合，所選取的綜合指標(biāo)被稱為主因子或主成分。選取的原則是盡可能保留原有變量中所包含的信息，綜合指標(biāo)比原始變量少，則包含的信息量相對損失就少，主成分分析的同時(shí)也是對原始變量的綜合分析。

（1）按下式建立主成分分析模型：

圖5 模擬生產(chǎn)20 年后不同井距下儲量動(dòng)用情況Fig.5 Simulated producing reserves at different well spacing after producing 20 years

式中 X——原始變量向量矩陣；

A——公因子負(fù)荷系數(shù)矩陣；

F——特殊因子向量矩陣；

E——公因子向量矩陣。

若F 中各分量Fi與Fj（i 與j 不相等）之間彼此不相關(guān)，則可作為主成分分析矩陣，此時(shí)：

其中

式中 B——主成分變換矩陣。即：

（2）評價(jià)過程主要包括：

①原始數(shù)據(jù)的無因次化。對各評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行無因次化處理，使其具有良好的可比性。

②提取特征向量，確定主成分個(gè)數(shù)。特征向量即每個(gè)主成分的方差，表示對應(yīng)主成分能夠表征原來所有信息的多少，取累計(jì)貢獻(xiàn)率大于90%的關(guān)鍵主成分，如前3 個(gè)特征值的累計(jì)貢獻(xiàn)率＞90%，則采用這3 個(gè)變量來代替原來的N 個(gè)變量。

③EUR 累積概率分布。首先采用拉丁超立方抽樣的方法對影響因素做先驗(yàn)概率分布，接著設(shè)定EUR作為預(yù)測的約束條件，建立影響因素與單井EUR 的代理函數(shù)，最后對代理函數(shù)進(jìn)行蒙特卡羅模擬得到EUR 的累積概率分布，從中讀取P50 的值。

④綜合評價(jià)。根據(jù)各主成分對EUR 的累積概率P50 的貢獻(xiàn)率進(jìn)行綜合評價(jià)排序。

對已投入生產(chǎn)時(shí)間達(dá)6 個(gè)月以上的60 余口井22項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行無因次化處理后，采用蒙特卡羅法與主成分分析模型計(jì)算，以特征值大于1 和累計(jì)貢獻(xiàn)率大于90%為原則，最大收斂迭代次數(shù)為23 次時(shí)，共提取5個(gè)主成分（龍一1a鉆遇長度、壓裂效果、積液、出砂、生產(chǎn)制度），其對EUR 累積概率P50 的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)98.31%，即提取出的5 個(gè)主成分可綜合反映21 項(xiàng)原始指標(biāo)98.31%的信息。從圖6 可以看出，威遠(yuǎn)頁巖氣井EUR 主控因素為龍一1a小層鉆遇長度、增產(chǎn)改造效果。

圖6 頁巖氣井EUR 主要影響因素蜘蛛網(wǎng)分析圖Fig.6 Spider diagram of factors influencing EUR

4 結(jié)論與建議

龍一1a小層的鉆遇長度、儲層壓裂效果是影響威遠(yuǎn)頁巖氣井EUR 的主要因素。加強(qiáng)儲層綜合評價(jià)及地質(zhì)導(dǎo)向工作，提高龍一1a小層鉆遇長度；采用密切割、縮小簇間距、高加砂強(qiáng)度及預(yù)防套變等技術(shù)手段，提高儲層改造效果，從而達(dá)到提高氣井EUR 的目的。優(yōu)化布井方式、加大評價(jià)部署力度、開展井距與壓裂規(guī)模匹配試驗(yàn)等，能有效增大儲量動(dòng)用程度，最終提高氣田采收率。