新場J2s2致密砂巖氣藏水平井采收率主控因素研究

劉 露，王勇飛，詹澤東，解金鳳

（1.中國石化西南油氣分公司,四川成都610041；2.中國石化江蘇油田,江蘇揚州225000）

新場J2s2氣藏河道疊置連片、砂體厚度大、儲層致密、含水飽和度高、產(chǎn)能低，是中國石化西南分公司第一個規(guī)模開發(fā)的致密砂巖氣藏[1-3]。近30年的開發(fā)實踐證明，水平井是提高致密砂巖氣藏單井產(chǎn)能及采收率的主要手段之一[4-6]，但隨著開采的進行，水平井開發(fā)效果越來越差。不同儲量區(qū)水平井動態(tài)特征差異大，不同儲量區(qū)單井可采儲量受不同物性影響[7-8]。為進一步提高氣藏采收率，需找到影響不同儲量區(qū)采收率的主控因素，定量評價主控因素對采收率的影響程度，針對性的提出開發(fā)對策[9-10]。目前主控因素研究多針對氣井產(chǎn)能[11-13]，研究目標為整個氣藏，對同一氣藏不同儲量區(qū)采收率主控因素的研究甚少[14-15]。研究方法多采用統(tǒng)計法，利用單井物性與可采儲量的散點圖確定影響因素，多為定性評價，難以做到定量評價。

以新場J2s2氣藏為例，利用Eclipse 數(shù)值模擬軟件完成數(shù)值模型生產(chǎn)歷史擬合確保模型可靠性后結合敏感性分析，針對影響采收率的地質因素（孔隙度、滲透率、有效厚度及含水飽和度）[16-17]，分儲量區(qū)研究水平井采收率主控因素，定量評價影響程度，為致密砂巖氣藏下一步開發(fā)提供一定的理論依據(jù)。

1 分析方法

主控因素及其敏感性分析常用統(tǒng)計法或數(shù)值模擬法。統(tǒng)計法中的多元回歸法和相關系數(shù)法利用大量的樣本數(shù)，分析主變量采收率和因變量（滲透率、孔隙度、含水飽和度和有效厚度等）的相關性，根據(jù)相關系數(shù)確定主控因素。但水平井取芯難度大，水平段測井解釋難度大，物性參數(shù)獲取困難，樣本數(shù)偏少。例如新場J2s2氣藏100 口水平井，僅44 口井做過測井解釋，樣本數(shù)不到50%。使用多元回歸分析，其相關系數(shù)為0.64，而相關系數(shù)法最高相關系數(shù)僅為0.56，準確率較低，且無法達到定量評價的目的。

數(shù)值模擬法依托地質認識建立地質模型，利用生產(chǎn)歷史擬合修正模型，真實還原氣藏實際地質特征，研究準確程度依托數(shù)值模型的準確性，但傳統(tǒng)的數(shù)值模擬方法設計方案時使用OAT（one at a time）局部分析法，每個方案變動一個參數(shù)，多用于單因素影響分析，多因素分析準確程度較低[18]。為此，研究采用數(shù)值模擬輔助軟件進行多因素敏感性分析，利用不同因變量的排列組合，設計大量方案，綜合考慮影響水平井采收率的主控因素，準確率高且能達到定量評價的目的。

2 模型建立

2.1 地質模型

新場J2s2氣藏埋深為2 120~2 530 m，單層砂厚為5～30 m，平均孔隙度9.69%，平均滲透率0.16×10-3μm2，儲量區(qū)分類標準見表1。模型平面采用均勻網(wǎng)格，縱向采用不等距網(wǎng)格，其值決定于氣層有效厚度，平面網(wǎng)格步長為50 m×50 m。模型中設置水平井有效水平段長為900 m、壓裂8 段、裂縫間距為100 m、裂縫半長為30 m。

表1 新場沙溪廟組氣藏儲量區(qū)分類標準Table 1 Reservoir reserve classification of Shaximiao Formation in Xinchang Gas Field

2.2 物性參數(shù)

原始地層壓力為39～48.33 MPa，平均為40.105 MPa；地層壓力系數(shù)為1.64～2.09，原始地層溫度為60.7～78 ℃，地溫梯度為18.2～23.9 ℃/km，各儲量區(qū)平均物性參數(shù)見表2。

2.3 流體參數(shù)

氣藏產(chǎn)出流體主要為天然氣，同時產(chǎn)出少量地層水和凝析油。天然氣中甲烷平均含量為92.66%，相對密度為0.60，重烴平均含量為5.5%，二氧化碳平均含量為0.38%，氮氣平均含量為0.95%，屬于高甲烷、低重烴、低二氧化碳、不含硫化氫的優(yōu)質干氣藏。地層水水型為CaCl2型，總礦化度約為17 195.25 mg/L。氣水兩相相對滲透率曲線見圖1，廢棄產(chǎn)量0.05×104m3。數(shù)值模擬模型根據(jù)表2及圖1參數(shù)建立。

圖1 不同儲量區(qū)氣水兩相相對滲透率Fig.1 Relative permeability of gas-water two-phase in reservoirs with different reserves

表2 各儲量區(qū)物性參數(shù)平均值Table 2 Mean values of physical parameters of each reserve area

2.4 方案設計

新場J2s2氣藏孔隙度—滲透率及孔隙度—含水飽和度相關性低，相關系數(shù)分別為0.10和0.38（圖2）。研究區(qū)各物性參數(shù)僅具有一定的相關趨勢，即隨著孔隙度的增大，滲透率增加，含水飽和度降低。如孔隙度為10%時，滲透率變化范圍為（0.09～0.45）×10-3μm2，含水飽和度為40%～58%。方案設計孔隙度、滲透率及含水飽和度聯(lián)動變化符合地質認識。

圖2 孔隙度與滲透率及含水飽和度相關性Fig.2 Correlation of porosity and permeability,water saturation

同時，以表1的儲量區(qū)分類標準中儲能系數(shù)變化范圍和氣藏物性下限為限制條件，確定各儲量區(qū)孔隙度、滲透率、含水飽和度及有效厚度的極限變化倍數(shù)，確保物性變化不改變各儲量區(qū)儲量級別（表3）。敏感性分析中，Ⅰ、Ⅲ儲量區(qū)設計108 組方案，II儲量區(qū)設計81組方案，Ⅳ儲量區(qū)設計192組方案。

表3 儲量區(qū)物性參數(shù)極限倍數(shù)統(tǒng)計Table 3 Statistic of limit multiples of physical parameters in areas with different reserves

3 結果與討論

根據(jù)設計方案得到不同儲量區(qū)水平井采收率受物性影響變化范圍及影響幅度，見圖3～圖6 及表4。Ⅰ類儲量區(qū)水平井采收率與含水飽和度、滲透率、有效厚度成正比，與孔隙度成反比，即含水飽和度降低或者孔隙度增大，采收率反而降低。其原因是增加的孔隙度或者降低的含水飽和度導致地質儲量增加，而累產(chǎn)氣的增加幅度卻小于地質儲量增加幅度，采收率降低。該類儲量區(qū)采收率主要受含水飽和度影響，影響幅度達到87.62%；其他3個物性參數(shù)影響幅度僅為12.38%。同時，該儲量區(qū)物性對采收率影響小，影響幅度最大的主控因素含水飽和度僅影響采收率0.17%。

表4 不同儲量區(qū)不同物性水平井采收率范圍及變化幅度Table 4 Scope and changing amplitude of recovery ratio of horizontal wells with different properties in areas with different reserves

圖3 Ⅰ類儲層區(qū)水平井可采儲量敏感性分析Fig.3 Recoverable reserves sensitivity analysis of horizontal wells in class Ⅰreservoir

圖4 Ⅱ類儲層區(qū)水平井可采儲量敏感性分析Fig.4 Recoverable reserves sensitivity analysis of horizontal wells in class Ⅱreservoir

圖5 Ⅲ類儲層區(qū)水平井可采儲量敏感性分析Fig.5 Recoverable reserves sensitivity analysis of horizontal wells in class Ⅲreservoir

圖6 Ⅳ類儲層區(qū)水平井可采儲量敏感性分析Fig.6 Recoverable reserves sensitivity analysis of horizontal wells in class Ⅳreservoir

Ⅱ類儲量區(qū)水平井采收率與滲透率及有效厚度成正比，與含水飽和度及孔隙度成反比，但孔隙度對采收率的影響低，僅0.04 %。該類儲量區(qū)采收率主要受有效厚度的影響，當有效厚度從0.80 倍增大到1.30 倍，采收率降低0.79%，影響幅度為54.33%；其次是含水飽和度與滲透率，兩者對Ⅱ類儲量區(qū)采收率影響均為0.42%，影響幅度為25.15%。

Ⅲ類儲量區(qū)水平井采收率受物性影響趨勢與Ⅱ類儲量區(qū)相同，均是與滲透率和有效厚度成正比，與含水飽和度及孔隙度成反比，孔隙度對水平井影響極低。該類儲量區(qū)采收率主控因素為含水飽和度，當含水飽和度從0.98 倍增大到1.14 倍，采收率降低16.88%，影響幅度為62.10%。其次，對采收率影響較大的是有效厚度和滲透率，分別影響采收率6.44%和3.43%，影響幅度為23.69%和12.62%。

Ⅳ類儲量區(qū)水平井采收率與物性參數(shù)變化趨勢與前兩類儲量區(qū)相同，主控因素依然是含水飽和度，當含水飽和度從0.95 倍增大到1.05 倍，采收率從0.18 降低到0.06，影響采收率12.65 %，影響幅度為44.67%。其次是有效厚度和滲透率，兩者對采收率影響相當，分別影響采收率7.75%和7.40%，影響幅度為27.36%和26.13%。

從Ⅰ到Ⅳ類儲量區(qū)，隨儲層物性的變差，水平井采收率受物性的影響從含水飽和度占絕對優(yōu)勢變?yōu)楹柡投?、有效厚度及滲透率的綜合影響，孔隙度對致密砂巖氣藏水平井采收率基本無影響。I 類、III類和IV類儲量區(qū)水平井采收率受物性影響從大到小分別為含水飽和度、有效厚度、滲透率及孔隙度，II類儲量區(qū)水平井采收率受物性影響從大到小分別為有效厚度、含水飽和度、滲透率及孔隙度。在各儲量區(qū)內，物性參數(shù)的變化對儲層物性好的Ⅰ、Ⅱ類儲量區(qū)采收率影響小，Ⅰ類儲量區(qū)采收率變化幅度最大僅為0.16%，Ⅱ類儲量區(qū)采收率變化幅度最大0.79%；對物性較差的Ⅲ、Ⅳ類儲量區(qū)影響大，Ⅲ類儲量區(qū)采收率變化幅度達到16.88%，Ⅳ類儲量區(qū)采收率變化幅度為12.66%。

4 實例論證

利用新場J2s2氣藏不同儲量區(qū)水平井測井解釋的含水飽和度、孔隙度、滲透率和有效厚度，試井解釋的水平段長度及壓裂段數(shù)擬合與采收率的關系式及相關系數(shù)（表5）。氣藏實測參數(shù)對采收率的影響與數(shù)值模擬結果一致，但實測擬合相關系數(shù)均較低，進一步證明本次研究的必要性。

根據(jù)研究結果，在新場J2s2氣藏的Ⅰ類儲量區(qū)部署的XC23HF 井可采儲量1.32×108m3，采收率63%，較前期在該區(qū)部署的水平井采收率提高了1.8%；在Ⅲ類儲量區(qū)部署的CX40HF 井可采儲量0.33×108m3，采收率48%，較前期在該區(qū)部署的水平井采收率提高了4.8%。

5 結論

1）不同儲量區(qū)采收率主控因素不同且影響程度差異較大。Ⅰ類、Ⅲ類和Ⅳ類儲量區(qū)主控因素為含水飽和度，Ⅱ類儲量區(qū)為有效厚度。Ⅰ類儲量區(qū)主控因素對采收率影響幅度達到87.62%，占絕對主導地位；Ⅱ類儲量區(qū)和Ⅳ類儲量主控因素影響幅度分別為54.33%和45.18%，約占一半；Ⅲ類儲量區(qū)主控因素影響幅度61.82%，約占三分之二。

2）Ⅰ類和Ⅱ類儲量區(qū)水平井，物性的變化對采收率的影響幾乎可以忽略，提高該區(qū)采收率可從水平井工程因素加強，如增加水平段長度、壓裂段數(shù)等；Ⅲ類儲量區(qū)部署水平井需優(yōu)選含水飽和度低、儲層有效厚度大區(qū)域；Ⅳ類儲量需優(yōu)選含水飽和度低、儲層有效厚度大、滲透率高區(qū)域，以達到提高采收率的目的。

3）氣藏實例證明研究結果真實可靠，根據(jù)本次研究優(yōu)化對策，相同儲量區(qū)部署水平井可提高采收率1%～5%。