頁巖氣井增壓時機的確定
——以四川盆地長寧區(qū)塊為例

張大雙 周潮光 王學(xué)華

（1.中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院，四川 成都 610057；2.四川長寧天然氣開發(fā)有限責(zé)任公司，四川 成都 610056；3.中國石油西南油氣田公司蜀南氣礦，四川 瀘州 646000）

0 引言

頁巖氣井生產(chǎn)初期井口壓力較高［1］，但壓力在短時間內(nèi)會迅速衰減，此后大部分時間處于低壓生產(chǎn)狀態(tài)［2-3］；與普通氣田相比，頁巖氣田進入增壓開采的時間較早，絕大部分井組或平臺都需要進行增壓［4］；同時，頁巖氣的開發(fā)模式是不斷補充新井，既要充分利用頁巖氣新井較高的初期壓力，又要應(yīng)對先期投產(chǎn)氣井長期低壓生產(chǎn)的局面。因此，確定頁巖氣井的增壓目標(biāo)和合理增壓時機對頁巖氣田穩(wěn)產(chǎn)具有實際意義。

1 頁巖氣井增壓時機的預(yù)測計算步驟

當(dāng)氣井井口壓力低于管網(wǎng)外輸壓力時［5-6］，氣井即需要增壓，頁巖氣井增壓時機的確定以這個基本思路為出發(fā)點，但是在頁巖氣滾動開發(fā)模式下［7］，井口壓力和地面管網(wǎng)壓力在不斷動態(tài)變化［8］，增壓時機的確定較為困難，需要將氣藏工程和地面集輸工程聯(lián)合起來進行分析。因此，采取氣藏-地面一體化分析思路，即首先建立頁巖氣井壓力遞減預(yù)測模型，然后再建立頁巖氣地面集輸管網(wǎng)模型，通過兩個模型聯(lián)合計算分析，確定增壓目標(biāo)和時間節(jié)點。具體步驟如下：①建立頁巖氣井壓力預(yù)測曲線，可預(yù)測頁巖氣井未來某個時間點的壓力；②收集頁巖氣田各集氣站、各個單井或平臺采集氣管線的設(shè)計參數(shù)［9］，采用軟件建立地面集輸管網(wǎng)模型，并利用管網(wǎng)運行數(shù)據(jù)對模型進行校核；③在已知產(chǎn)量數(shù)據(jù)和給定邊界條件（外輸壓力）的基礎(chǔ)上，通過地面集輸管網(wǎng)模型，預(yù)測未來某個時間點地面集輸管網(wǎng)各個節(jié)點的壓力；④將預(yù)測的井口壓力與地面管網(wǎng)節(jié)點壓力進行對比，當(dāng)井口預(yù)測壓力小于地面管網(wǎng)節(jié)點壓力時，即可確定受影響的氣井及時間節(jié)點，明確該區(qū)塊下步的增壓目標(biāo)及增壓時機［10-11］。

2 頁巖氣井的壓力預(yù)測

頁巖氣井由于采用水力壓裂的增產(chǎn)開發(fā)方式［12-14］，初期井口壓力遞減迅速，后期長期處于低壓生產(chǎn)階段。以長寧頁巖氣田的N201 井區(qū)為例，N201 井區(qū)投產(chǎn)的水平井初期井口壓力為15～40 MPa，平均井口壓力為28.2 MPa。在放壓生產(chǎn)制度下［15］，井口壓力在投產(chǎn) 150 d 左右降到 10 MPa 以下；在投產(chǎn)260 d 左右井口壓力遞減至5 MPa 左右，此后氣井就平輸壓生產(chǎn)（圖1）。

根據(jù)區(qū)塊內(nèi)已投產(chǎn)頁巖氣井的壓力統(tǒng)計數(shù)據(jù)，首先按照小于15 MPa、15～20 MPa、20～25 MPa、25～30 MPa、30～35 MPa、大于35 MPa 的初始井口壓力進行分類，確定每一類井的最高井口壓力，再分類抽提出壓力預(yù)測曲線，抽提出來的壓力預(yù)測曲線與實際壓力變化誤差較大，需要根據(jù)壓力遞減快慢，橫向平移冪模型參數(shù)，擬合快速遞減期的壓力，最后校準(zhǔn)模型。由于初始井口壓力達到30～35 MPa 或大于35 MPa 的頁巖氣井較少，抽提出來的數(shù)據(jù)樣本不具代表性，主要對初始井口壓力為小于15 MPa、15～20 MPa、20～25 MPa、25～30 MPa 的這四類氣井進行了壓力預(yù)測（圖2）。

圖1 長寧頁巖氣田N201井區(qū)氣井壓力變化圖

3 長寧頁巖氣田計算實例

3.1 長寧頁巖氣田N201井區(qū)概況

N201 井區(qū)主要集輸工藝流程是各平臺井口所產(chǎn)天然氣統(tǒng)一集輸至N201井區(qū)中心站，然后脫水后外輸。管網(wǎng)布局是以N201中心站為中心，呈放射狀分布，放射狀管網(wǎng)的每一路分支又以枝狀管路布局將各平臺連接。井區(qū)管網(wǎng)各條支路的輸送壓力在N201中心站進站處自然平衡。其中H6、H2、H9 等平臺來氣是直接進入N201 中心站，H12、H13、H8 等平臺來氣匯集至H7內(nèi)輸集氣站（圖3）。

3.2 地面集輸管網(wǎng)建模

圖2 長寧頁巖氣田N201井區(qū)4種初始壓力氣井壓力預(yù)測曲線圖

圖3 長寧頁巖氣田N201井區(qū)各平臺地面集輸布局示意圖

利用Pipeline Studio 軟件進行建模。通過收集N201 區(qū)塊內(nèi)各采集氣管線的基本參數(shù)，建立地面集輸管網(wǎng)模型。為了進一步提高模型計算精度，選取氣體狀態(tài)方程、水力學(xué)公式（摩阻系數(shù)）和管網(wǎng)高程數(shù)據(jù)等參數(shù)［16］，輸入管網(wǎng)日常運行數(shù)據(jù)，對模型進行不斷校核調(diào)整，提高模型計算精度［17-19］，最終管網(wǎng)節(jié)點壓力預(yù)測精度控制在5%左右（表1）。

3.3 井口壓力預(yù)測結(jié)果

以長寧頁巖氣區(qū)塊2017 年生產(chǎn)數(shù)據(jù)為例，預(yù)測計算N201井區(qū)在2017年10月～2018年4月這個時間范圍內(nèi)需要增壓的平臺。由于頁巖氣一般為叢式井組［20］，每個平臺有6～7口井，在每個生產(chǎn)平臺選取一口典型井，預(yù)測該平臺的井口壓力，現(xiàn)選取長寧頁巖氣區(qū)塊的H2-7、H3-5、H4-3 等覆蓋所有已投產(chǎn)平臺的12 口典型井，依據(jù)提出的壓力預(yù)測方法，預(yù)測了2017年10月至2018年4月的井口壓力（表2）。

表1 長寧頁巖氣區(qū)塊N201井區(qū)地面集輸管網(wǎng)節(jié)點壓力預(yù)測對比表

表2 長寧頁巖氣區(qū)塊N201井區(qū)壓力預(yù)測數(shù)據(jù)表 單位：MPa

3.4 地面集輸管網(wǎng)節(jié)點壓力預(yù)測結(jié)果與井口壓力預(yù)測結(jié)果比對

將地面集輸管網(wǎng)節(jié)點壓力與井口壓力進行比對，篩選出三個目標(biāo)平臺，在2017年10月到2018年4 月這個時間段內(nèi)有H5、H8、H13 等三個平臺的井口壓力將低于管線輸壓，由此可將增壓目標(biāo)平臺篩選出來（表3）。

3.5 增壓時機分析

在頁巖氣井口壓力低于輸壓前必須考慮增壓，由于頁巖氣生產(chǎn)動態(tài)變化快，井網(wǎng)和地面管網(wǎng)不斷調(diào)整，各井壓力遞減至輸壓的時間節(jié)點不盡相同。根據(jù)計算結(jié)果，對于長寧區(qū)塊的頁巖氣井，井口壓力遞減至高于輸壓0.5～1.0 MPa 大概需要10～14 個月時間（表4），即在氣井投產(chǎn)一年左右時就需要考慮進行增壓。

表3 長寧頁巖氣區(qū)塊N201井區(qū)目標(biāo)增壓平臺壓力比對表 單位：MPa

表4 長寧頁巖氣區(qū)塊N201井區(qū)增壓時機對比表

4 結(jié)論

1）在頁巖氣持續(xù)補充新井的模式下，井口壓力和地面管網(wǎng)壓力在不斷動態(tài)變化，增壓時機的確定需要將氣藏工程和地面集輸工程聯(lián)合起來進行分析。

2）通過建立頁巖氣井壓力預(yù)測模型和頁巖氣地面集輸管網(wǎng)模型，將兩個模型計算結(jié)果進行對比，可確定增壓目標(biāo)和時間節(jié)點。

3）實例計算結(jié)果表明長寧頁巖氣區(qū)塊的氣井井口壓力遞減至高于輸壓0.5～1.0 MPa大概需要10～14個月時間，即在頁巖氣井投產(chǎn)一年左右時就需考慮進行增壓。