致密氣井動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量計(jì)算方法討論

胡 靜，羅騰躍，胡曉輝，馮利軍，王軍鋒，杜奎甫

(1. 斯倫貝謝長(zhǎng)和油田工程有限公司，西安 710016；2. 陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，西安 710075；3. 斯倫貝謝，西安 710016)

1 研究背景

“十一五”和“十二五”期間，我國(guó)建成了以蘇里格、神木、米脂為代表的鄂爾多斯上古生界致密氣田群，成為中國(guó)致密砂巖氣資源主體。致密氣開(kāi)發(fā)的重要性和意義不言而喻。延長(zhǎng)氣田延北區(qū)塊構(gòu)造位置屬于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡的東南部，構(gòu)造形態(tài)單一，為一個(gè)東北高西南低的平緩斜坡，傾角不足1°。區(qū)塊主力含氣層段為石炭系上統(tǒng)本溪組、二疊系下統(tǒng)山西組和石盒子組盒8段。該文研究的山西組山23層為三角洲沉積體系的巖性氣藏，儲(chǔ)層垂深約3 000 m，地層平均厚度為20.4 m，砂體平均厚度為8.0 m，平均孔隙度為5.5%，測(cè)井滲透率約為0.5 mD，平均含氣飽和度為65%，平均地層壓力為24.5 MPa，地層壓力系數(shù)為0.75～0.90，屬于低孔、低滲、低壓氣藏；甲烷平均含量為94.3%，屬于無(wú)硫干氣氣藏?？傮w來(lái)說(shuō)主力氣藏山23層儲(chǔ)層物性比較差，非均質(zhì)性較強(qiáng)。

區(qū)塊投產(chǎn)3年，目前仍處于早期開(kāi)發(fā)評(píng)價(jià)階段。山23層開(kāi)發(fā)中存在部分氣井產(chǎn)量和壓力遞減快、穩(wěn)產(chǎn)期短、預(yù)測(cè)最終累采不確定性大等問(wèn)題，主要原因是對(duì)單井和氣藏的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量缺乏認(rèn)識(shí)；一批重點(diǎn)典型井也存在工作制度、配產(chǎn)等不合理的狀況，進(jìn)而影響單井和氣藏的產(chǎn)能、穩(wěn)產(chǎn)年限和最終采收率。如何提高最終采收率，首先得確定單井動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量的計(jì)算方法。

動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量的確定對(duì)于明確氣田穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間和開(kāi)發(fā)規(guī)模有著重要作用。油氣行業(yè)內(nèi)的油藏專業(yè)、試井專業(yè)等專家對(duì)單井動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量進(jìn)行了大量研究，確定了多種計(jì)算方法，這些方法一般都要求氣井流動(dòng)生產(chǎn)時(shí)間足夠長(zhǎng)，地層流動(dòng)達(dá)到擬穩(wěn)態(tài)流，達(dá)到較高的采出程度。但對(duì)于延長(zhǎng)氣田的延北區(qū)塊，其氣藏埋藏較深，開(kāi)發(fā)時(shí)間短，低壓集輸，滾動(dòng)開(kāi)發(fā)，而且初始產(chǎn)能、穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間等指標(biāo)較蘇里格、子洲氣田都偏低，這類低孔低滲儲(chǔ)層，還沒(méi)有形成適合自身開(kāi)發(fā)模式的計(jì)算單井動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量的方法。多方調(diào)研行業(yè)內(nèi)的各種研究成果和計(jì)算方法，目前計(jì)算單井動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量的方法包含物質(zhì)平衡法、單位壓降采氣量法、產(chǎn)量遞減法、彈性二相法、不穩(wěn)定生產(chǎn)擬合法等[1-2]。對(duì)比不同方法的計(jì)算原理、適用條件和典型井計(jì)算結(jié)果的區(qū)域合理性，該文優(yōu)選適合研究區(qū)塊的其中3種計(jì)算方法進(jìn)一步評(píng)價(jià)動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量，其準(zhǔn)確計(jì)算是優(yōu)化開(kāi)發(fā)方案和合理配產(chǎn)的基礎(chǔ)保障。

2 動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量計(jì)算方法

區(qū)別于地質(zhì)儲(chǔ)量，動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量是指在目前開(kāi)發(fā)井網(wǎng)和開(kāi)發(fā)模式下，壓力波及范圍內(nèi)，參與滲流的地質(zhì)儲(chǔ)量，其是設(shè)計(jì)生產(chǎn)制度、確定氣井合理配產(chǎn)、預(yù)測(cè)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)以及預(yù)測(cè)最終累采的基礎(chǔ)。對(duì)于低滲透氣藏，由于地層的低滲透性及強(qiáng)非均質(zhì)性特征，不同方法計(jì)算出來(lái)的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量差異較大。

該文通過(guò)調(diào)研目前石油行業(yè)的通用方法并結(jié)合區(qū)域地質(zhì)認(rèn)識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)等資料，優(yōu)選出適合延北區(qū)塊單井動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量的計(jì)算方法。

借鑒鄰區(qū)經(jīng)驗(yàn)，研究區(qū)塊的直定向井產(chǎn)能分類標(biāo)準(zhǔn)為[3]：Ⅰ類儲(chǔ)層氣井無(wú)阻流量大于10×104m3/d，Ⅱ 類儲(chǔ)層氣井無(wú)阻流量介于4×104～10×104m3/d，Ⅲ類儲(chǔ)層氣井無(wú)阻流量小于4×104m3/d。

2.1 物質(zhì)平衡法

假定氣藏沒(méi)有連通的邊水、底水，即為定容封閉性氣藏[4]，按此標(biāo)準(zhǔn)，延北區(qū)塊屬于定容封閉氣藏。物質(zhì)平衡方程為：

(1)

式中：Pi,P分別為原始地層壓力和目前地層壓力，MPa；Zi,Z分別為初始條件下的偏差系數(shù)和目前壓力下的偏差系數(shù)；Gp,G分別為目前累積采出量和動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量，×108m3。

一般情況下，低滲透氣井在生產(chǎn)過(guò)程中，如果關(guān)井，那么關(guān)井初期的壓力恢復(fù)較快，然后壓力恢復(fù)越來(lái)越緩慢，而且需要相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間才能恢復(fù)至穩(wěn)定。研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于致密氣井一般需要0.5～1年的關(guān)井時(shí)間井底壓力才能恢復(fù)穩(wěn)定[5]。在產(chǎn)量任務(wù)緊張的形勢(shì)下，實(shí)際關(guān)井時(shí)間通常很有限，比如延北區(qū)塊的關(guān)井時(shí)間約15～20天，壓力恢復(fù)很難穩(wěn)定，因此恢復(fù)的終點(diǎn)壓力偏低，而且此階段的壓力恢復(fù)測(cè)試資料通過(guò)試井解釋的外推地層壓力主要反映裂縫和相對(duì)高滲透帶，壓力波及范圍小。所以用該地層壓力計(jì)算的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量普遍偏低。

Ⅰ類儲(chǔ)層YB15井產(chǎn)氣層山23層，砂體有效厚度為8.1 m，有效孔隙度為7.2%，測(cè)井滲透率為0.5 mD，含氣飽和度為72%, 初始試氣無(wú)阻為11.7×104m3/d，原始地層壓力為24.5 MPa，初始產(chǎn)量為5.5×104m3/d，已生產(chǎn)2年，關(guān)井壓力恢復(fù)測(cè)試井，試井解釋目前地層壓力為15.0 MPa，累采氣0.209 5×108m3。利用天然氣體積組分計(jì)算各壓力對(duì)應(yīng)的偏差系數(shù)，并計(jì)算視地層壓力P/Z分別為25.00 MPa和15.63 MPa，P/Z壓降為9.38 MPa，對(duì)應(yīng)單位壓降產(chǎn)氣量[10]為223×104m3/MPa，當(dāng)視地層壓力降為0時(shí)，動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量為0.558 7× 108m3，體現(xiàn)在物質(zhì)平衡曲線圖上外推得到該動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量，如圖1所示。

圖1 YB15井物質(zhì)平衡法曲線圖Fig.1 Well YB15 material balance curve

Ⅱ類儲(chǔ)層YB68井產(chǎn)氣層山23層，砂體有效厚度為6.0 m，有效孔隙度為6.0%，測(cè)井滲透率為0.3 mD，含氣飽和度為60%，初始試氣無(wú)阻為5.0×104m3/d，原始地層壓力為24.5 MPa，初始產(chǎn)量為2.0×104m3/d，已生產(chǎn)2.5年，長(zhǎng)期井下流壓觀察井，試井解釋目前地層壓力為16.5 MPa，累采氣0.157 8×108m3。利用天然氣體積組分計(jì)算各壓力對(duì)應(yīng)的偏差系數(shù)，并計(jì)算視地層壓力P/Z分別為25.00 MPa和17.19 MPa，P/Z壓降為7.81 MPa，對(duì)應(yīng)單位壓降產(chǎn)氣量[10]為202×104m3/MPa，當(dāng)視地層壓力降為0時(shí)，動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量為0.505 0×108m3，體現(xiàn)在物質(zhì)平衡曲線圖上外推得到該動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量，如圖2所示。

圖2 YB68井物質(zhì)平衡法曲線圖Fig.2 Well YB68 material balance curve

文獻(xiàn)[4]指出，當(dāng)單井采出程度大于10%、關(guān)井恢復(fù)時(shí)間足夠長(zhǎng)的井可以采用物質(zhì)平衡法推算動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量；如果生產(chǎn)時(shí)間短、采出量低、關(guān)井恢復(fù)時(shí)間短，則物質(zhì)平衡法計(jì)算的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量偏低。但礦場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用中，該方法對(duì)初步評(píng)價(jià)單井動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量、最終累采量，及與井控地質(zhì)儲(chǔ)量進(jìn)行比較等方面有一定的意義。另外，設(shè)計(jì)定點(diǎn)測(cè)壓關(guān)鍵井，然后根據(jù)年度的測(cè)壓數(shù)據(jù)和累采量及時(shí)來(lái)更新該物質(zhì)平衡法曲線圖，以此校正動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量。

2.2 產(chǎn)量遞減法

對(duì)到達(dá)遞減階段的生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和擬合，利用Arps遞減曲線回歸每口井的遞減趨勢(shì)，然后繪制累采氣量和日產(chǎn)氣量的關(guān)系曲線Gp-q；延長(zhǎng)趨勢(shì)線, 當(dāng)q=0時(shí)所對(duì)應(yīng)的累計(jì)產(chǎn)量即為動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量[6]。由于延北區(qū)塊采用滾動(dòng)開(kāi)發(fā)模式，為了研究生產(chǎn)井的遞減規(guī)律，對(duì)所有直定向井生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了生產(chǎn)時(shí)間歸一化處理，深入分析生產(chǎn)井的遞減規(guī)律。遞減分析結(jié)果如圖3所示，研究區(qū)塊的生產(chǎn)井符合Arps衰竭遞減規(guī)律(遞減指數(shù)n=0.5)。另外，國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過(guò)研究也發(fā)現(xiàn)，致密砂巖氣藏一般符合Arps衰竭遞減規(guī)律(n=0.5)，相鄰蘇里格氣田的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)同樣顯示，當(dāng)氣井達(dá)到邊界控制流后，生產(chǎn)井符合Arps衰竭遞減規(guī)律[7-8]。因此，采用Arps衰竭遞減分析延北區(qū)塊生產(chǎn)井的遞減規(guī)律是合理的。

圖3 延北區(qū)塊直定向井衰竭遞減回歸曲線Fig.3 Decline curve of directional well in Yanbei block

Ⅱ類儲(chǔ)層YB82井產(chǎn)氣層山23層, 砂體有效厚度為6.3 m, 有效孔隙度為6.0%, 測(cè)井滲透率為0.35 mD, 含氣飽和度為65%, 初始試氣無(wú)阻為4.3×104m3/d, 原始地層壓力為24.5 MPa, 初始產(chǎn)量為1.6×104m3/d, 井口針閥控制生產(chǎn), 因初期配產(chǎn)較高, 產(chǎn)量遞減較快, 無(wú)穩(wěn)產(chǎn)期, 已生產(chǎn)3年, 累采氣0.15×108m3, 目前井底流壓為3 MPa, 關(guān)井狀況下壓力恢復(fù)較慢；在生產(chǎn)過(guò)程中, 利用地面三相分離器設(shè)備進(jìn)行多次移動(dòng)計(jì)量核定井口產(chǎn)量，結(jié)合每個(gè)移動(dòng)計(jì)量時(shí)間點(diǎn)的累采量，繪制累采氣量和日產(chǎn)氣量的關(guān)系曲線，外推動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量為0.24×108m3，如圖4所示。該井儲(chǔ)層條件和初始產(chǎn)能與YB68井幾乎完全相似，但是產(chǎn)量遞減法動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量為0.24×108m3，遠(yuǎn)低于YB68井的物質(zhì)平衡法動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量0.505×108m3。

圖4 YB82井產(chǎn)量遞減曲線預(yù)測(cè)圖Fig.4 Well YB82 production decline curve & forecast chart

目前延北區(qū)塊生產(chǎn)井整體采出程度低, 部分井因配產(chǎn)較高, 導(dǎo)致產(chǎn)量和壓力均遞減較快, 井下壓力過(guò)低, 近井地帶壓降漏斗過(guò)大, 致密儲(chǔ)層

條件下遠(yuǎn)端的壓力供給區(qū)很難波及和補(bǔ)充到井筒附近區(qū)域[9]。在開(kāi)發(fā)初期，使用產(chǎn)量遞減法計(jì)算動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量數(shù)據(jù)偏低，但是對(duì)于遞減較快的生產(chǎn)井，依據(jù)此方法在優(yōu)選措施類型方面有一定的借鑒價(jià)值。

2.3 不穩(wěn)定生產(chǎn)擬合法

不穩(wěn)定生產(chǎn)擬合法又稱高級(jí)遞減分析法或試井分析方法，目前行業(yè)內(nèi)比較常用的動(dòng)態(tài)分析軟件Topaze中內(nèi)嵌了多種分析特征圖版，這些特征圖版既是傳統(tǒng)產(chǎn)量遞減法的改進(jìn)方法，也整合了行業(yè)頂尖研究成果；其引入不穩(wěn)定試井分析的基本思想，以滲流為基礎(chǔ)理論，以氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的產(chǎn)量、流動(dòng)壓力等為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，依托各種特征圖版模型，進(jìn)行壓力歷史和產(chǎn)量歷史的擬合。主要分析圖版包括log-log雙對(duì)數(shù)曲線、Blasingame曲線、Arps曲線、Fetkovich曲線和FMB流動(dòng)物質(zhì)平衡曲線等現(xiàn)代產(chǎn)量遞減分析模型診斷圖版，這些分析方法互相驗(yàn)證，可快速擬合計(jì)算儲(chǔ)層物性參數(shù)、表皮系數(shù)、動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量、壓力波及到的泄氣半徑及生產(chǎn)預(yù)測(cè)等，該方法也解決了生產(chǎn)井因工作制度頻繁改變而導(dǎo)致動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量評(píng)價(jià)難度大的問(wèn)題[11-15]。

Ⅱ類儲(chǔ)層YB68井，利用井下連續(xù)監(jiān)測(cè)12個(gè)月實(shí)際流壓數(shù)據(jù)和井口穩(wěn)定產(chǎn)量2.0×104m3/d，使用Topaze生產(chǎn)分析軟件，擬合多種遞減分析圖版，解釋模型為定井儲(chǔ)+無(wú)限導(dǎo)流垂直裂縫+均質(zhì)油藏+矩形邊界；解釋結(jié)果原始地層壓力為24.5 MPa，有效滲透率為0.15 mD，裂縫半長(zhǎng)為62 m，探測(cè)半徑為300 m, 動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量為0.6×108m3，如表1所示。對(duì)比物質(zhì)平衡法計(jì)算的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量0.505×108m3, 不穩(wěn)定生產(chǎn)擬合法高約0.100×108m3, 結(jié)合區(qū)域開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn), 得出Ⅱ類儲(chǔ)層直定向井動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量約0.600×108m3比較準(zhǔn)確，結(jié)果如圖5、圖6所示。

表1 擬合圖版適用條件和YB68井解釋結(jié)果對(duì)比表Table 1 Applicable conditions of the fitting chart and the interpretation results of well YB68

圖5 YB68井log-log雙對(duì)數(shù)曲線圖Fig.5 Well YB68 log-log curve

圖6 YB68井Blasingame曲線圖Fig.6 Well YB68 Blasingame curve

2.4 計(jì)算方法優(yōu)選

在前期調(diào)研和動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量評(píng)價(jià)方法適應(yīng)性分析基礎(chǔ)上進(jìn)行評(píng)價(jià)分析, 結(jié)果如表2所示。延北區(qū)塊目前處于生產(chǎn)初期, 采出程度低, 部分井的產(chǎn)量和壓力遞減較快。如何較為準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)單井動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量, 一方面, 由于物質(zhì)平衡法和產(chǎn)量遞減法計(jì)算的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量偏低；另一方面, 具體計(jì)算方法需要根據(jù)單井的實(shí)際資料情況, 因此應(yīng)盡量選擇不穩(wěn)定生產(chǎn)擬合法。

表2 延北區(qū)塊動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量評(píng)價(jià)方法適應(yīng)性分析表Table 2 Adaptability analysis of dynamic reserves evaluation method in Yanbei Block

3 結(jié)語(yǔ)

延長(zhǎng)氣田延北區(qū)塊主力氣藏山23層是典型的低孔、低滲、低壓致密砂巖氣藏，儲(chǔ)層物性總體比較差，非均質(zhì)性也較強(qiáng)。氣井試氣無(wú)阻分別大于10×104m3/d和4×104m3/d的 Ⅰ 類儲(chǔ)層、 Ⅱ 類儲(chǔ)層，制定不同配產(chǎn)會(huì)出現(xiàn)不同穩(wěn)產(chǎn)期和不同流動(dòng)狀態(tài)，而如何找到配產(chǎn)氣量、穩(wěn)定壓降漏斗、合理遞減速率、合理采氣速度以及達(dá)到臨界攜液流量和最優(yōu)井網(wǎng)井距等開(kāi)發(fā)因素的協(xié)調(diào)點(diǎn)，是準(zhǔn)確計(jì)算單井動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量要解決的問(wèn)題。

延北區(qū)塊實(shí)際開(kāi)發(fā)和計(jì)算動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量過(guò)程中，關(guān)井足夠長(zhǎng)時(shí)間獲取的地層壓力、生產(chǎn)足夠長(zhǎng)、穩(wěn)定工作制度、穩(wěn)定井口產(chǎn)量和實(shí)測(cè)井底流壓數(shù)據(jù)體等是計(jì)算結(jié)果可靠性的基本保障。綜合分析認(rèn)為，不穩(wěn)定生產(chǎn)擬合法的Topaze軟件中，整合了多種現(xiàn)代產(chǎn)量遞減分析方法和各種擬合圖版，對(duì)于壓力數(shù)據(jù)資料豐富的井，該方法提供的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量結(jié)果可靠性更高。

低滲致密氣藏氣井動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量計(jì)算方法與壓裂后產(chǎn)能評(píng)價(jià)，一直是科研工作者研究和關(guān)注的重點(diǎn)，不同地理區(qū)域、不同氣藏特點(diǎn)、不同開(kāi)發(fā)模式、不同開(kāi)發(fā)階段，甚至氣井的資料情況等，都對(duì)應(yīng)特定的計(jì)算方法。行業(yè)內(nèi)其他研究方法[16]如油藏影響函數(shù)法、數(shù)學(xué)模型法，理論上適合各開(kāi)發(fā)階段，具體是否適合延北區(qū)塊需要進(jìn)一步驗(yàn)證。