致密砂巖氣藏井網(wǎng)加密優(yōu)化研究
——以新場(chǎng)氣田沙溪廟組氣藏為例

向劉洋，鄒陳蓉

（中國(guó)石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院，四川成都 610041）

致密砂巖氣藏儲(chǔ)層物性差、砂體規(guī)模較小、非均質(zhì)性強(qiáng)、單層井控儲(chǔ)量低，采收率一般較低。致密砂巖氣藏開發(fā)經(jīng)驗(yàn)表明加密鉆井可以提高儲(chǔ)量動(dòng)用程度、增加波及面積、提高氣井的采收率，井網(wǎng)加密已經(jīng)成為開發(fā)致密砂巖氣藏的主要技術(shù)手段之一[1]。但實(shí)際操作過程中最大的難題是如何優(yōu)化井網(wǎng)井距，一方面是氣田開發(fā)要獲得較高的采收率，另一方面是要取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

新場(chǎng)氣田沙溪廟組（Js）氣藏單井的自然產(chǎn)能和井控儲(chǔ)量低，只有采取增產(chǎn)措施才能進(jìn)行有效開發(fā)，且開發(fā)階段存在穩(wěn)產(chǎn)困難、井控程度不完善、儲(chǔ)量動(dòng)用不均衡、低品位儲(chǔ)量不能有效接替等突出問題[2]。本文針對(duì)以上問題，在氣藏地質(zhì)特征研究及氣井動(dòng)態(tài)分析的基礎(chǔ)上，建立新場(chǎng)Js 氣藏的數(shù)值模型，確立井網(wǎng)，評(píng)價(jià)氣井動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量和泄氣半徑，進(jìn)行生產(chǎn)歷史擬合，并結(jié)合井網(wǎng)加密前后的生產(chǎn)實(shí)際情況分析，進(jìn)行井網(wǎng)優(yōu)化，得到井網(wǎng)密度與經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)系式，預(yù)測(cè)氣田加密潛力大小，為氣田加密調(diào)整決策提供可靠依據(jù)。

1 氣藏特征

新場(chǎng)Js 氣藏為多層疊置的大型致密中低孔超高壓砂巖氣藏，具有儲(chǔ)集能力的巖石類型主要為中–細(xì)粒長(zhǎng)石巖屑砂巖、巖屑長(zhǎng)石砂巖，巖性較單一，砂體厚度大，呈毯狀分布，縱向疊置程度較高，但巖性致密，儲(chǔ)層物性較差，平均孔隙度為9.69%，非均質(zhì)性強(qiáng)，含水飽和度高，屬典型低孔致密氣藏[3]。開發(fā)過程中總體表現(xiàn)出產(chǎn)能較低、氣井穩(wěn)產(chǎn)期短、單井控制泄氣半徑和動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量較小且差異較大、氣井產(chǎn)量和井口壓力遞減快的特點(diǎn)，即低滲致密氣藏特殊滲流規(guī)律下的“一低、一短、兩小、兩快”的典型開發(fā)特征。

多年的開發(fā)調(diào)整研究得出如下認(rèn)識(shí)：新場(chǎng)Js氣藏儲(chǔ)量動(dòng)用程度、單井穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間、單井泄氣半徑和單井控制儲(chǔ)量差異大，氣藏采氣速度、采收率較低，技術(shù)進(jìn)步在氣藏開發(fā)中起著關(guān)鍵性作用，發(fā)揮多氣層的生產(chǎn)能力能明顯地改善開發(fā)效果，不斷調(diào)整加密井網(wǎng)、滾動(dòng)開發(fā)是低滲透氣藏的主要開發(fā)方式。隨著氣藏地質(zhì)及開發(fā)認(rèn)識(shí)的加深，認(rèn)識(shí)到兩個(gè)主力氣層沙溪廟組沙二氣藏第二氣層（Js22）與第四氣層（Js24）的儲(chǔ)層平面非均質(zhì)性較強(qiáng)，儲(chǔ)量在平面上動(dòng)用程度差異大，氣井單井控制動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量差異大（Js22氣層單井控制動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量為0.09×108～3.61×108m3，平均為1.08×108m3；Js24氣層單井控制動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量為0.05×108～2.73×108m3，平均為0.82×108m3）。

2 井網(wǎng)井距優(yōu)化研究方法

優(yōu)化井網(wǎng)設(shè)計(jì)的原則是調(diào)整井網(wǎng)部署使氣井達(dá)到最大的排流面積和最大的控制儲(chǔ)量。而確定氣藏合理井網(wǎng)密度與極限井網(wǎng)密度，一般要考慮三方面因素：一是氣田地質(zhì)特征與氣層物性特征；二是經(jīng)濟(jì)合理性；三是市場(chǎng)對(duì)天然氣的需求[4–8]。此次合理井網(wǎng)井距優(yōu)化主要采用加砂壓裂工藝法、經(jīng)濟(jì)極限井距法和數(shù)值模擬法三種方法綜合確定。

2.1 單層開采的合理井距研究

2.1.1 加砂壓裂工藝法

新場(chǎng)Js 氣藏除少數(shù)井自然投產(chǎn)外，其余大多數(shù)井均需壓裂投產(chǎn)，因此，井網(wǎng)密度還應(yīng)滿足加砂壓裂開發(fā)的要求。通過對(duì)區(qū)內(nèi)目前壓裂縫半長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)可知，壓裂縫半長(zhǎng)為 21.0～75.6 m，大多集中于35.0～70.0 m，平均為45.0 m，按照國(guó)內(nèi)外壓裂井井距與裂縫半長(zhǎng)的較好匹配關(guān)系，新場(chǎng)氣田沙溪廟組沙二氣藏（Js2）的開發(fā)井距應(yīng)為500～700 m。

2.1.2 經(jīng)濟(jì)極限井距法

經(jīng)濟(jì)極限井距法為動(dòng)態(tài)法，也稱現(xiàn)金流量法，是指投入資金與產(chǎn)出效益進(jìn)行折現(xiàn)后相平衡，即凈現(xiàn)值為零時(shí)的井網(wǎng)密度（井距）。該方法從市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)角度考慮了資金的時(shí)間價(jià)值，在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)條件下內(nèi)部收益率為8%，凈現(xiàn)值為0 萬元時(shí)的各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)界限指標(biāo)[9]。

通過現(xiàn)金流量法可計(jì)算出在某年氣價(jià)水平和單位長(zhǎng)度鉆井投資水平下的單井經(jīng)濟(jì)極限可采儲(chǔ)量、經(jīng)濟(jì)極限初期產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)極限井控地質(zhì)儲(chǔ)量等開發(fā)指標(biāo)。按照稅后基準(zhǔn)收益率8%、2019 年四川省天然氣門站價(jià)格1.404 元/m3（不含稅）、單位長(zhǎng)度鉆井投資3 200 元/m 計(jì)算新場(chǎng)Js2氣藏各氣層單井開發(fā)經(jīng)濟(jì)極限指標(biāo)（表1），其中，新場(chǎng)Js2氣藏的經(jīng)濟(jì)極限井距為393～586 m，并可根據(jù)不同氣價(jià)和不同單位長(zhǎng)度鉆井投資繪制相應(yīng)的新場(chǎng)Js2氣藏經(jīng)濟(jì)極限井距圖版。

單井初期產(chǎn)量界限需同時(shí)滿足式（1）和式（2）。

評(píng)價(jià)期單井累計(jì)產(chǎn)氣量界限為評(píng)價(jià)期年產(chǎn)氣量界限的累計(jì)，氣井經(jīng)濟(jì)壽命期內(nèi)的累計(jì)年產(chǎn)氣量界限為經(jīng)濟(jì)可采儲(chǔ)量界限，年產(chǎn)氣量界限等于初期產(chǎn)量界限與產(chǎn)量變化系數(shù)的乘積，累計(jì)產(chǎn)氣量界限（經(jīng)濟(jì)可采儲(chǔ)量界限）見式（3）。

式中：pcG 為累計(jì)產(chǎn)氣量界限（經(jīng)濟(jì)可采儲(chǔ)量界限），108m3。

求得單井控制經(jīng)濟(jì)極限儲(chǔ)量后，就可以根據(jù)式（4）求得氣藏的經(jīng)濟(jì)極限井距。

式中：d 為經(jīng)濟(jì)極限井距，m；A 為面積，m2；G 為原始地質(zhì)儲(chǔ)量，108m3。

表1 新場(chǎng)Js2氣藏單井開發(fā)經(jīng)濟(jì)極限指標(biāo)

2.1.3 數(shù)值模擬法

儲(chǔ)量豐度、控制半徑、單井配產(chǎn)等直接影響井底地層壓力的變化?？刂瓢霃皆叫?、配產(chǎn)越高，壓降漏斗越深；控制半徑越大、配產(chǎn)越小、壓降漏斗越淺[5]。根據(jù)不同類型儲(chǔ)層差異，分別以I、Ⅱ、Ⅲ類儲(chǔ)層物性條件建立單井地質(zhì)模型，通過模擬模型歷史擬合，調(diào)整儲(chǔ)層參數(shù)，并在此基礎(chǔ)上分別預(yù)測(cè)Js22、Js24氣層各類儲(chǔ)層到穩(wěn)產(chǎn)期末時(shí)井底的壓降漏斗曲線圖，再結(jié)合單井?dāng)?shù)值模擬研究結(jié)果，確定儲(chǔ)層的合理井距。

2.1.4 單層合理井距的綜合確定

通過對(duì)多種方法合理井距的論證結(jié)果分析，各種方法計(jì)算出的合理井距大小不等，不同氣層、不同儲(chǔ)層類型氣井的合理井距為330～590 m。新場(chǎng)Js2氣藏屬低產(chǎn)、低豐度、淺層、強(qiáng)非均質(zhì)性致密砂巖氣藏，依據(jù)儲(chǔ)層性質(zhì)，應(yīng)采用大密度井網(wǎng)；依據(jù)儲(chǔ)量豐度，具備較小井距開發(fā)的潛力；但基于經(jīng)濟(jì)效益和氣藏工程角度考慮，井網(wǎng)密度不宜過大，否則井間干擾嚴(yán)重且經(jīng)濟(jì)效益差。

2.2 多層合采的經(jīng)濟(jì)極限井距研究

自2006 年新場(chǎng)Js2氣藏引入多層開采的工藝技術(shù)，采用“以優(yōu)帶差”的開發(fā)思路尋求低品位儲(chǔ)量的有效開發(fā)動(dòng)用，從技術(shù)層面上進(jìn)一步降低了單井經(jīng)濟(jì)極限井距，為提高儲(chǔ)量動(dòng)用程度和氣井產(chǎn)量創(chuàng)造了條件。 用程度。

表2 不同氣層、不同儲(chǔ)層類型氣井合理井距的綜合確定

考慮低滲致密氣藏存在啟動(dòng)壓力梯度、儲(chǔ)層應(yīng)力敏感和裂縫閉合等因素，結(jié)合層間物性及壓力系數(shù)差異，綜合評(píng)價(jià)確定：新場(chǎng)Js2氣藏三層合采的經(jīng)濟(jì)極限井距為350 m 左右，兩層合采的經(jīng)濟(jì)極限井距為400 m 左右。

表3 新場(chǎng)Js2氣藏多層合采的單井各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)極限指標(biāo)

2.3 井網(wǎng)加密技術(shù)研究

2.3.1 井網(wǎng)加密經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)

氣井的井網(wǎng)井距經(jīng)濟(jì)界限與氣藏儲(chǔ)層品位、開采工藝技術(shù)水平和氣井產(chǎn)能大小密切相關(guān)。井網(wǎng)井距的經(jīng)濟(jì)界限是基于儲(chǔ)層類型分布清楚，大型壓裂、分層壓裂多層合采等工藝技術(shù)過關(guān)，氣井產(chǎn)能有保障的條件下獲得的，其結(jié)果與實(shí)際情況偏差不大。通過對(duì)新場(chǎng)Js2氣藏開展經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)可知：主力層的經(jīng)濟(jì)井網(wǎng)密度為2.8 ～6.6 口/km2，經(jīng)濟(jì)井距為392～508 m，而多層合采技術(shù)可以有效降低氣井的經(jīng)濟(jì)極限井網(wǎng)井距，由單層的500 m 左右降低到多層合采的285 m，從而保證了新場(chǎng)Js2氣藏進(jìn)行井網(wǎng)加密的經(jīng)濟(jì)可行性。

2.3.2 井網(wǎng)加密可行性評(píng)價(jià)

3 實(shí)例分析

以新場(chǎng)Js2氣藏的CX370–3—CX633—CX628–1 井組作為井網(wǎng)加密調(diào)整的實(shí)驗(yàn)井組，該井組井網(wǎng)井距密度較小，含氣面積1.3 km2，地質(zhì)儲(chǔ)量為6.02×108m3，目前已累計(jì)采出天然氣1.32×108m3，采出程度為22%，地層壓力為30.4 MPa；加密前井網(wǎng)密度為2.3 口/km2，井距為693 m。

表4 新場(chǎng)Js2氣藏單層井網(wǎng)加密可行性綜合分析

根據(jù)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果，該井組多數(shù)氣井井口壓力已低于6 MPa，井底流壓不足10 MPa，甚至部分井井底流壓只有5 MPa。地層壓力的下降導(dǎo)致人工壓裂裂縫不同程度閉合，氣井的滲流能力出現(xiàn)不同程度降低，因此在進(jìn)行井組歷史擬合時(shí)，將井組區(qū)與外圍區(qū)分開，采用不同的相滲和壓力敏感曲線來進(jìn)行擬合。

根據(jù)CX370–3—CX633—CX628–1 井組地層壓力分布情況，加密前地層壓力保持水平較高的地區(qū)主要分布在東北部壓力波及相對(duì)較弱的地方。據(jù)此設(shè)計(jì)三種加密方案，因?yàn)樵搮^(qū)域單層井控儲(chǔ)量較低，無加密潛力，三口加密井都是采用雙層合采加密，設(shè)評(píng)價(jià)期為10 年，方案預(yù)測(cè)指標(biāo)見表5，評(píng)價(jià)期末壓力分布見圖1。

表5 CX370–3—CX633—CX628–1 井組加密方案指標(biāo)

圖1 不同加密方案評(píng)價(jià)末期壓力分布

通過分析加密井對(duì)老井的影響可知：總體上，部署的加密調(diào)整井對(duì)老井的生產(chǎn)影響相對(duì)較小，但隨著加密井?dāng)?shù)量的增多，生產(chǎn)井距減小，影響越來越大。當(dāng)加密3 口井時(shí)老井累計(jì)產(chǎn)氣量降低4.34%，分析認(rèn)為，由于井網(wǎng)加密后產(chǎn)生了井間干擾，導(dǎo)致地層壓力下降加快，生產(chǎn)壓差減小，產(chǎn)量降幅加快。

當(dāng)開發(fā)井網(wǎng)密度較小時(shí)，井間一般不存在干擾，或井間干擾概率很低；但隨著開發(fā)井網(wǎng)密度的增大，井間干擾的概率將會(huì)明顯提高。根據(jù)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，新場(chǎng)Js2氣藏井間干擾概率與井網(wǎng)密度之間的關(guān)系[4]如表6 所示。

由表6 可知，井網(wǎng)密度小于3.0 時(shí)，井間干擾概率較低（小于12%），但隨著井網(wǎng)密度的增大，井間干擾概率急劇提高。當(dāng)井網(wǎng)密度大于3.5 時(shí)，井間干擾概率將大于59%，即有超過59%的氣井產(chǎn)生井間干擾，但從圖4 中未見其有效泄氣半徑造成明顯井間干擾。通過對(duì)實(shí)施加密調(diào)整后的井網(wǎng)完善程度分析，雙層合采時(shí)的經(jīng)濟(jì)極限井距為430 m，加密前該井組的實(shí)際井距為693 m，井控程度不足，當(dāng)實(shí)施3 口雙層加密井時(shí)，該井組的井距從693 m 加密至490 m，大于經(jīng)濟(jì)極限井距，有效提高了井網(wǎng)控制程度。對(duì)儲(chǔ)量動(dòng)用程度分析，加密前儲(chǔ)量動(dòng)用程度為10.5%，加密后儲(chǔ)量動(dòng)用程度顯著提高，達(dá)到21.7%。因此，運(yùn)用雙層合采，“以優(yōu)帶差”的開發(fā)方式，可有效增加井控儲(chǔ)量。

表6 新場(chǎng)Js2氣藏井間干擾概率與井網(wǎng)密度關(guān)系

4 結(jié)論

（1）綜合工程工藝、數(shù)值模擬和經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)等方法，開展了井距適應(yīng)性評(píng)價(jià)和井網(wǎng)加密的可行性研究，明確了多層合采，“以優(yōu)帶差”的開發(fā)模式，可有效降低經(jīng)濟(jì)極限井距，從而使井區(qū)具備經(jīng)濟(jì)井網(wǎng)加密調(diào)整的空間，提高氣藏儲(chǔ)量動(dòng)用程度，達(dá)到經(jīng)濟(jì)有效提高采收率的目的。

（2）通過對(duì)新場(chǎng)Js2氣藏CX370–3—CX633—CX628–1 井組加密井實(shí)施效果的差異分析，形成了以實(shí)現(xiàn)井控儲(chǔ)量和采收率最大化、經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)化的加密方式。實(shí)施加密調(diào)整后，三種加密調(diào)整方案平均單井凈增產(chǎn)量為3 633×104m3，遠(yuǎn)高于單井經(jīng)濟(jì)極限可采儲(chǔ)量2 800×104m3。

（3）本文所提出的致密砂巖氣藏井組加密優(yōu)化技術(shù)適用于新場(chǎng)Js2氣藏，可有效提高單井產(chǎn)能和井控儲(chǔ)量，為氣藏的高效開發(fā)提供有力的技術(shù)支撐。