多層段致密砂巖氣藏有利區(qū)評(píng)價(jià)方法再認(rèn)識(shí)

付曉燕，王彥卿，黃有根，王德龍

（1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，陜西西安 710021；2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710021）

致密砂巖油氣藏的儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)及有利區(qū)優(yōu)選一直是國(guó)內(nèi)外普遍關(guān)注的地質(zhì)難題之一。長(zhǎng)期的勘探開發(fā)和研究證實(shí)，鄂爾多斯盆地既是我國(guó)天然氣儲(chǔ)量最大的盆地之一，也是近年來(lái)天然氣儲(chǔ)量增長(zhǎng)最快的盆地之一。由于在歷史演化中相對(duì)穩(wěn)定，盆地上古生界天然氣藏多是由河道砂體、三角洲平原分流河道砂體、前緣分流河道砂體控制的巖性氣藏，大多與局部構(gòu)造無(wú)關(guān)，隱蔽性強(qiáng)，勘探、開發(fā)難度大，風(fēng)險(xiǎn)高。神木氣田位于鄂爾多斯盆地東部伊陜斜坡東北部，勘探面積1.0×104km2有余，在上古生界二疊系太原組、山西組、石盒子組等不同層段均鉆遇含氣層。目前氣田探明地質(zhì)儲(chǔ)量4 570×108m3，開發(fā)潛力巨大。但氣田具有“多層段含氣、儲(chǔ)層物性差、單層產(chǎn)量低”的開發(fā)難點(diǎn)，對(duì)此，在前期分析研究的基礎(chǔ)上，不斷優(yōu)化并完善出一套適合神木氣田的有利區(qū)評(píng)價(jià)方法。該方法不僅實(shí)現(xiàn)了多層段含氣致密砂巖氣藏有利區(qū)優(yōu)選的定量化，同時(shí)也解決了多層合采井位優(yōu)選的技術(shù)難題。

1 儲(chǔ)層發(fā)育特征

盆地東部上古生界二疊系地層發(fā)育齊全，從下向上發(fā)育地層依次為太原組、山西組、石盒子組及石千峰組。太原組主要為陸表海環(huán)境下的潮控淺水三角洲前緣沉積與碳酸鹽潮坪相沉積，山西組主要發(fā)育準(zhǔn)平原環(huán)境下的河控淺水三角洲平原沉積，太原-山西組氣候濕潤(rùn)，陸源碎屑巖、灰?guī)r、泥巖、煤系地層發(fā)育，石盒子組和石千峰組則為河流-湖泊三角洲沉積，砂泥巖互層沉積，氣候炎熱干燥，尤其在上石盒子組，雜色泥巖沉積發(fā)育[1-5]。近幾年實(shí)鉆資料顯示，盆地東部三大氣田具有不同的氣藏特征。榆林氣田、子洲氣田上古生界主力層為山23，具有主力層突出、砂體橫向連續(xù)性好、儲(chǔ)層厚度大的特點(diǎn)；而神木氣田上古生界自下而上太原、山西、石盒子及石千峰組不同程度含氣，具有多薄層含氣、主力層不突出的特點(diǎn)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，氣田單井鉆遇氣層層數(shù)最多23 層，主要集中在8～12 層，太原、山2、山1 及盒8 為主力層。

根據(jù)巖性及物性測(cè)試結(jié)果，神木氣田太原、山2、山1 及盒8 段巖性以巖屑砂巖和巖屑石英砂巖為主。太原組儲(chǔ)層孔隙度平均7.9 %，滲透率平均0.53 mD；山2 儲(chǔ)層孔隙度平均6.9 %，滲透率平均0.81 mD；山1儲(chǔ)層孔隙度平均6.5 %，滲透率平均0.73 mD；盒8 段儲(chǔ)層孔隙度平均7.0 %，滲透率平均0.49 mD。相對(duì)比來(lái)看，太原組和山西組物性相對(duì)較好，盒8 段相對(duì)較差。依據(jù)砂巖儲(chǔ)層劃分標(biāo)準(zhǔn)（見圖1），氣田主力層段均屬于物性差的致密儲(chǔ)層。另外，氣田完試井單層試氣結(jié)果統(tǒng)計(jì)表明（見圖2），太原、山2、山1 及盒8 各層平均日產(chǎn)量低，且高低不一，山2、太原較高，盒8 最低。同時(shí)，目前投產(chǎn)井平均單井日產(chǎn)量0.8×104m3，平均套壓為7.6 MPa，平均單井產(chǎn)量低。

2 有利區(qū)評(píng)價(jià)

圖1 砂巖儲(chǔ)層劃分標(biāo)準(zhǔn)

圖2 單層試氣平均日產(chǎn)量柱狀圖

有利區(qū)評(píng)價(jià)對(duì)氣藏的合理、有效開發(fā)具有重要的指導(dǎo)作用。本次有利區(qū)評(píng)價(jià)是在上述儲(chǔ)層發(fā)育特征分析的基礎(chǔ)上，首先開展單層有利區(qū)評(píng)價(jià)，其次引入PI 因子的概念，依據(jù)單層PI 因子值計(jì)算，結(jié)合產(chǎn)氣剖面測(cè)試結(jié)果，明確各層段產(chǎn)能貢獻(xiàn)權(quán)重；然后根據(jù)單層產(chǎn)能貢獻(xiàn)權(quán)重，將四個(gè)主力層段的有利區(qū)評(píng)價(jià)指數(shù)加權(quán)求和得到疊合層的有利區(qū)評(píng)價(jià)指數(shù)，即綜合指數(shù)；進(jìn)而通過(guò)經(jīng)濟(jì)極限評(píng)價(jià)，明確綜合指數(shù)經(jīng)濟(jì)開發(fā)界限；最后結(jié)合有效砂體分布，精細(xì)刻畫有利區(qū)。

2.1 單層有利區(qū)評(píng)價(jià)

單層有利區(qū)評(píng)價(jià)時(shí)，評(píng)價(jià)參數(shù)選取與儲(chǔ)層緊密相關(guān)的有效厚度、孔隙度、滲透率及含氣飽和度。各個(gè)參數(shù)與試氣產(chǎn)量相關(guān)性擬合結(jié)果顯示，單層各個(gè)儲(chǔ)層參數(shù)與產(chǎn)量之間均呈正相關(guān)，但相關(guān)性均較低（見圖3a、b、c、d）。而儲(chǔ)能系數(shù)和地層系數(shù)尤其是儲(chǔ)能系數(shù)與試氣產(chǎn)量相關(guān)性相對(duì)較高（見圖3e、f），由此可以明確的說(shuō)，單一因素?zé)o法準(zhǔn)確全面評(píng)價(jià)氣井產(chǎn)能，必須多因素權(quán)衡定量來(lái)科學(xué)、有效地評(píng)價(jià)單層有利區(qū)。多因素綜合評(píng)價(jià)單層有利區(qū)，不僅能夠根據(jù)儲(chǔ)層的實(shí)際情況選取出最能反映儲(chǔ)層品質(zhì)的代表性參數(shù)，使評(píng)價(jià)結(jié)果最大程度地與實(shí)際地質(zhì)情況一致，而且還能夠提高儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的可靠性和氣田開發(fā)效益[6]。

圖3 儲(chǔ)層參數(shù)與試氣產(chǎn)量相關(guān)關(guān)系圖

評(píng)價(jià)參數(shù)選取好后，先按公式（1）對(duì)各參數(shù)進(jìn)行歸一化，使得不同參數(shù)之間具有等效性和可比性；然后按照公式（2）對(duì)各歸一化后的參數(shù)結(jié)合對(duì)應(yīng)權(quán)重系數(shù)進(jìn)行加權(quán)求和，得到單層產(chǎn)能評(píng)價(jià)指數(shù)Y。Y 值越大，代表儲(chǔ)層越好，產(chǎn)能越高。

式中：Xi-歸一化后儲(chǔ)層參數(shù)；Ni-儲(chǔ)層參數(shù)；Nimin-參數(shù)最小值；Nimax-參數(shù)最大值。

式中：ki-第i 個(gè)參數(shù)的權(quán)重系數(shù)；Xi-第i 個(gè)參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化值；n-評(píng)價(jià)參數(shù)個(gè)數(shù)。

權(quán)重系數(shù)（ki），是用來(lái)反映某儲(chǔ)層參數(shù)對(duì)儲(chǔ)層產(chǎn)能貢獻(xiàn)大小的數(shù)值。通過(guò)某個(gè)儲(chǔ)層參數(shù)與其試氣產(chǎn)量之間的線性相關(guān)系數(shù)占總相關(guān)系數(shù)的比重來(lái)求?。ㄒ姳?）。結(jié)果顯示，各層有效儲(chǔ)層厚度權(quán)重系數(shù)均最大。

表1 單層各儲(chǔ)層參數(shù)權(quán)重系數(shù)取值表

2.2 疊合層有利區(qū)評(píng)價(jià)

針對(duì)氣田多層段氣藏單層產(chǎn)能的差異性，在單層有利區(qū)評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上，首先對(duì)各單層產(chǎn)能貢獻(xiàn)權(quán)重進(jìn)行評(píng)價(jià)，然后利用各層產(chǎn)能貢獻(xiàn)權(quán)重值，多層歸一化將四個(gè)主力層的單層產(chǎn)能評(píng)價(jià)指數(shù)進(jìn)行加權(quán)求和，得到疊合層有利區(qū)評(píng)價(jià)綜合指數(shù)F 的求取公式（公式3）。F 值越大，氣井產(chǎn)量越高，F(xiàn) 值與氣井產(chǎn)氣量之間呈明顯的正相關(guān)關(guān)系。

式中：c1、c2、c3、c4分別為盒8、山1、山2 及太原組的產(chǎn)能貢獻(xiàn)權(quán)重。

式中：Sg-含氣飽和度，%；Φ-孔隙度，%；K-滲透率，mD；H-有效厚度，m。

在各單層產(chǎn)能貢獻(xiàn)權(quán)重評(píng)價(jià)方法上，與以往不同的是，本次引入PI 因子的概念。PI 因子，反映單層產(chǎn)能大小的指標(biāo)，可由公式（4）求得。通過(guò)產(chǎn)氣剖面測(cè)試井各個(gè)主力層的PI 值與其對(duì)應(yīng)無(wú)阻流量的關(guān)系圖可以看出，PI 與無(wú)阻流量之間呈明顯的正相關(guān)（見圖4）。因此，可以確定的說(shuō)，在一定程度上PI 因子可以代表單層產(chǎn)能。根據(jù)公式（5），經(jīng)過(guò)分析計(jì)算，c1、c2、c3、c4分別取值0.24、0.11、0.35、0.30。

圖4 產(chǎn)氣剖面測(cè)試井的無(wú)阻流量與PI 的關(guān)系圖

圖5 單井產(chǎn)量與內(nèi)部收益率關(guān)系圖

利用公式（6），代入PI 值可以計(jì)算氣井的合理產(chǎn)能。氣田400 余口井的計(jì)算值與測(cè)試值對(duì)比，符合率達(dá)到85%以上，可見該方法在一定程度上是可靠有效的。

上述方法求取的疊合層有利區(qū)評(píng)價(jià)綜合指數(shù)F 以現(xiàn)行氣價(jià)及開發(fā)技術(shù)為條件，計(jì)算其經(jīng)濟(jì)極限值，以期優(yōu)選結(jié)果可指導(dǎo)氣田經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)。經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，當(dāng)單井產(chǎn)量為0.9×104m3/d 時(shí)，氣田稅后收益率能達(dá)到行業(yè)要求的內(nèi)部收益率的8 %（見圖5）。單井產(chǎn)量與綜合產(chǎn)能指數(shù)相關(guān)性分析可知（見圖6），綜合產(chǎn)能指數(shù)F 值大于38 時(shí)氣田開發(fā)才具有經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 有利區(qū)評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)實(shí)鉆井點(diǎn)疊合層有利區(qū)評(píng)價(jià)綜合指數(shù)F 值，結(jié)合產(chǎn)氣量大小建立疊合層分類評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（見表2），氣田Ⅰ+Ⅱ類比例占到68.5 %。本次在氣田盒8、山1、山2 及太原組疊合有效砂體厚度展布圖繪制的基礎(chǔ)上，利用綜合指數(shù)F 值，精細(xì)刻畫并預(yù)測(cè)了疊合層有利區(qū)展布特征。評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，Ⅰ+Ⅱ類有利區(qū)分布較為分散，呈土豆塊狀、片狀或帶狀展布，可見氣田還具有十分可觀的開發(fā)潛力

表2 神木氣田疊合層綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

3 應(yīng)用效果

圖6 產(chǎn)量與綜合指數(shù)F 關(guān)系圖

根據(jù)有利區(qū)評(píng)價(jià)結(jié)果，2018 年在有利區(qū)部署并完鉆開發(fā)井500 余口，靜態(tài)Ⅰ+Ⅱ類比例持續(xù)高達(dá)85 %以上，鉆井成功率高。試氣無(wú)阻流量最高81.9×104m3/d，平均13.4×104m3/d，試氣產(chǎn)量較往年有大幅度提高。由此可見，本次有利區(qū)評(píng)價(jià)結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。

4 結(jié)論

（1）神木氣田探明地質(zhì)儲(chǔ)量4 570×108m3，開發(fā)潛力巨大，但氣田開發(fā)具有“多層段含氣、儲(chǔ)層物性差、單層產(chǎn)量低”的開發(fā)難點(diǎn)。

（2）針對(duì)神木氣田開發(fā)難點(diǎn)，在以前有利區(qū)評(píng)價(jià)方法研究的基礎(chǔ)上，引入PI 因子，進(jìn)一步完善綜合產(chǎn)能指數(shù)有利區(qū)評(píng)價(jià)方法。

（3）有利區(qū)實(shí)鉆效果表明，完鉆開發(fā)井不僅靜態(tài)Ⅰ+Ⅱ類比例高，而且試氣產(chǎn)量較往年有大幅提高?？梢姡晟坪蟮木C合產(chǎn)能指數(shù)有利區(qū)評(píng)價(jià)方法對(duì)于多層段致密砂巖氣藏經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。