南海深水區(qū)氣井產(chǎn)能評(píng)價(jià)新方法

楊楷樂 向耀權(quán) 彭小東

（中海石油（中國）有限公司海南分公司，海南 ?？?570100）

0 引言

用于深水氣田的開發(fā)投資數(shù)十倍于淺水氣田［1]，少井高產(chǎn)是深水氣田的主要開發(fā)策略［2]。準(zhǔn)確評(píng)價(jià)氣層產(chǎn)能，優(yōu)選高產(chǎn)儲(chǔ)層，是實(shí)現(xiàn)深水“少井高產(chǎn)”開發(fā)的關(guān)鍵。由于深水DST測試成本高，測試成本占探井成本的比例大，只有少量井能通過DST測試確定氣井產(chǎn)能［3-4]。中國南海已發(fā)現(xiàn)深水區(qū)氣田水深較深，介于980～1 800 m，DST測試井占探井總數(shù)的比例不到20%［5]，多數(shù)深水區(qū)的探井無法進(jìn)行DST測試確定產(chǎn)能。目前確定氣井產(chǎn)能的常規(guī)理論公式法所需參數(shù)過于繁瑣［6-8]，且多數(shù)參數(shù)難以通過常規(guī)資料取得，南海海域深水區(qū)急需建立一種新的具有適用性和經(jīng)濟(jì)性好的氣井產(chǎn)能評(píng)價(jià)方法［9]。

1 南海西部深水氣田儲(chǔ)層流體特征

南海已發(fā)現(xiàn)深水氣田海域水深介于980～1 800 m，儲(chǔ)層埋深介于2 700～3 800 m，屬于中深層。

1）深水區(qū)儲(chǔ)層特征。巖性以粉細(xì)砂巖、細(xì)砂巖為主，氣層測井自然伽馬曲線呈典型箱狀特征（圖1）。根據(jù)鑄體薄片圖像分析（圖2）顯示，儲(chǔ)層孔道與喉道連通性較好，平均孔喉比為2.30～8.42，平均配位數(shù)為0.66～1.24，表現(xiàn)出分選好、中等孔喉比的特征（表1）。沉積相為海底峽谷限制性水道中的濁積水道，儲(chǔ)層巖石學(xué)特征表現(xiàn)為成分成熟度較高的遠(yuǎn)離物源長距離搬運(yùn)的沉積特征。儲(chǔ)層總體特征為分選好、非均質(zhì)性弱的儲(chǔ)層。

圖1 LSZ-2-1井測井相特征圖

表1 深水區(qū)儲(chǔ)層參數(shù)表

圖2 深水區(qū)儲(chǔ)層孔喉特征圖

2）深水區(qū)流體特征。已發(fā)現(xiàn)氣田氣體具有高烴、低二氧化碳（CO2）特征，CO2含量介于0.1%～10.8%，天然氣相對(duì)密度（γg）介于0.577～0.741，偏差系數(shù)（Z）介于0.893～1.407，天然氣黏度（μg）介于0.023～0.047 mPa·s，地層壓力（pr）介于28.8～72.4 MPa，氣層溫度介于65.82～139.90℃（表2）。

表2 南海西部海域深水區(qū)儲(chǔ)層流體特征表

3）深水區(qū)流體規(guī)律。定義流體因子（天然氣黏度、偏差系數(shù)和氣層溫度的乘積），壓力因子（天然氣相對(duì)密度與地層壓力的乘積）。研究發(fā)現(xiàn)，深水區(qū)流體因子與壓力因子呈較好的線性關(guān)系（圖3），其表達(dá)式為：

圖3 南海深水區(qū)流體因子與壓力因子關(guān)系圖

式中，F(xiàn)＝μg×Z×T；E＝pr×γg；a為系數(shù)；μg為天然氣黏度，mPa·s；Z為偏差系數(shù)，無因次；T為氣層溫度，K；pr為地層壓力，MPa；γg為天然氣相對(duì)密度，無因次。

2 深水氣層產(chǎn)能評(píng)價(jià)經(jīng)驗(yàn)公式推導(dǎo)

根據(jù)氣體滲流力學(xué)推導(dǎo)氣井產(chǎn)能方程［10]為：

當(dāng)p2wf＝0時(shí)，可以得到氣井無阻流量公式：

式中，qAOF為無阻流量，104m3／d；pwf為井底壓力，MPa；qsc為日產(chǎn)氣量，104m3；K為有效滲透率，mD；h為有效厚度，m；re為泄氣半徑，m；rw為井筒半徑，m；S為表皮系數(shù)，無因次；Dqsc為流量表皮系數(shù)，無因次；D為流量表皮因子，1／（104m3·d-1）。

產(chǎn)能方程（式1）考慮了儲(chǔ)層的污染，計(jì)算無阻流量不代表真實(shí)儲(chǔ)層的產(chǎn)能，對(duì)污染表皮校正后，反映儲(chǔ)層真實(shí)產(chǎn)能的氣井無阻流量［11]計(jì)算公式為：

將式1代入式4可得：

結(jié)合Ramey公式（式6）、達(dá)西公式（式7）、泄氣半徑計(jì)算公式［12]（式8），發(fā)現(xiàn)非達(dá)西表皮是儲(chǔ)層滲透率的函數(shù)［13]，同時(shí)南海西部在生產(chǎn)氣田表明，流量表皮系數(shù)、泄氣半徑隨著滲透率的增大而增大，二者呈指數(shù)式關(guān)系（式8）。考慮井筒半徑變化較小，將式9、式10代入產(chǎn)能公式5，同時(shí)進(jìn)行簡單數(shù)學(xué)變換可得：

式中，φ為孔隙度，%；Bg為氣體體積系數(shù)，無因次；Ct為氣體綜合壓縮系數(shù)，1／MPa。其中，C1、C2、C、n為與儲(chǔ)層特征相關(guān)的參數(shù)，具有區(qū)域性，數(shù)值小于1。

新公式表明，氣井產(chǎn)能因子為儲(chǔ)層有效滲透率的函數(shù)。深水氣井只需要通過測井、取壁心或測壓資料預(yù)測儲(chǔ)層滲透率，從而快速經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行深水氣層產(chǎn)能評(píng)價(jià)，極具經(jīng)濟(jì)應(yīng)用價(jià)值。

3 南海深水區(qū)區(qū)域產(chǎn)能評(píng)價(jià)圖版

南海深水區(qū)是我國典型的天然氣富集區(qū)，深水氣田開發(fā)投資高，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)氣井產(chǎn)能是降低氣田開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵［14]。目前南海深水區(qū)DST測試井占探井總數(shù)的比例不到20%，多數(shù)深水區(qū)的探井無法進(jìn)行DST測試確定產(chǎn)能［15]。在上述推導(dǎo)的氣井產(chǎn)能評(píng)價(jià)新方法基礎(chǔ)上，結(jié)合目前南海深水區(qū)已測試產(chǎn)能資料，建立南海深水區(qū)區(qū)域產(chǎn)能評(píng)價(jià)圖版，用于未測試儲(chǔ)層的產(chǎn)能評(píng)價(jià)。

3.1 深水區(qū)區(qū)域產(chǎn)能評(píng)價(jià)圖版建立

2014-2018年南海已發(fā)現(xiàn)的深水區(qū)LS氣田進(jìn)行了3口井的DST測試，儲(chǔ)層射開有效厚度介于26.8～42.0 m，有效滲透率介于12～1 350 mD，測試無阻流量為（377～2 619）×104m3／d，測試數(shù)據(jù)如表3所示。通過測試數(shù)據(jù)分析，深水LS區(qū)的產(chǎn)能因子與有效滲透率成較好的冪指數(shù)關(guān)系（圖4），由此建立了南海已發(fā)現(xiàn)深水區(qū)LS氣田區(qū)域產(chǎn)能評(píng)價(jià)公式（式12）。新圖版認(rèn)識(shí)與公式推導(dǎo)結(jié)果一致。

圖4 南海深水區(qū)LS氣田產(chǎn)能評(píng)價(jià)圖版

表3 南海深水海域DST測試數(shù)據(jù)表

南海深水區(qū)LS氣田區(qū)域產(chǎn)能評(píng)價(jià)公式：

3.2 有效滲透率預(yù)測評(píng)價(jià)

通過巖性資料、測井資料、DST測試資料研究發(fā)現(xiàn)（表4），深水區(qū)LS氣田為海底峽谷限制性水道中的濁積水道，形成了遠(yuǎn)離物源長距離搬運(yùn)的砂巖，砂巖為粉細(xì)砂巖、細(xì)砂巖儲(chǔ)層，在此背景下，巖性越細(xì)，分選越好，均質(zhì)系數(shù)越大，儲(chǔ)層越均質(zhì)。同時(shí)，粉細(xì)砂巖的平均配位數(shù)高于細(xì)砂巖的平均配位數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)，有效滲透率（K有效）與測井滲透率（K測井）的比值具有明顯的規(guī)律，K有效／K測井的比值與均質(zhì)系數(shù)和平均配位數(shù)呈正相關(guān)（圖5），根據(jù)壁心滲透率或測井滲透率，結(jié)合K有效／K測井的比值規(guī)律，實(shí)現(xiàn)有效滲透率的預(yù)測。深水區(qū)壁心取樣成本遠(yuǎn)低于DST測試成本，通過壁心資料預(yù)測有效滲透率具有較好的應(yīng)用前景。

表4 深水區(qū)有效滲透率參數(shù)預(yù)測表

圖5 深水區(qū)LS氣田K有效／K測井比值相關(guān)性圖

4 應(yīng)用

2019年南海深水區(qū)成功鉆探LSX-W1井，主力氣組為Ⅱ氣組，沉積相為海底峽谷限制性水道中的濁積水道，遠(yuǎn)離物源，具有長距離搬運(yùn)沉積特征，分選性較好，壁心分析均質(zhì)系數(shù)為0.55。氣層厚度為18 m，測井滲透率為28 mD，測壓流度為14.8 mD／cP，測壓地層壓力為43.29 MPa，結(jié)合深水區(qū)儲(chǔ)層K有效／K測井比值規(guī)律，預(yù)測LSX-W1井Ⅱ氣組K有效／K測井比值介于2.6～3.2，平均K有效／K測井比值為2.9，預(yù)測有效滲透率為81 mD，采用南海深水氣田區(qū)域產(chǎn)能評(píng)價(jià)公式，計(jì)算Ⅱ氣組全部射開天然氣無阻流量為465×104m3／d。

由于Ⅱ氣組儲(chǔ)量規(guī)模較大，對(duì)后期開發(fā)影響較大，同時(shí)Ⅱ氣組與其他已測試氣組的物性差異較大，為了準(zhǔn)確落實(shí)其產(chǎn)能，對(duì)Ⅱ氣組進(jìn)行了DST測試，測試5個(gè)工作制度的油嘴，測試壓差介于0.653～4.299 MPa，測試日產(chǎn)氣量為（9.88～73.1）×104m3，二項(xiàng)式產(chǎn)能方程計(jì)算測試無阻流量為517×104m3，試井解釋有效滲透率為87 mD，計(jì)算產(chǎn)能因子為0.663［（104m3·d-1）·（MPa·m-1）]。LSX-W1井產(chǎn)能因子與有效滲透率符合南海深水氣田區(qū)域的產(chǎn)能規(guī)律。南海深水氣田區(qū)域產(chǎn)能評(píng)價(jià)公式預(yù)測無阻流量與DST測試產(chǎn)能誤差為10%，具有較高的預(yù)測精度。

對(duì)于深水區(qū)，通過常規(guī)的測井、測壓、壁心取樣及區(qū)域地質(zhì)研究，可以較好地預(yù)測儲(chǔ)層有效滲透率，其成本遠(yuǎn)低于DST測試成本。南海深水氣田區(qū)域產(chǎn)能評(píng)價(jià)方法在深水區(qū)具有較好的應(yīng)用前景。

5 結(jié)論

1）南海深水區(qū)海域DST測試井占比少，多數(shù)深水區(qū)的探井無法進(jìn)行DST測試確定產(chǎn)能。目前確定氣井產(chǎn)能評(píng)價(jià)的方法所需參數(shù)過于繁瑣，且多數(shù)參數(shù)難以通過常規(guī)資料取得，不適用于深水氣田產(chǎn)能評(píng)價(jià)。

2）南海已發(fā)現(xiàn)深水氣田儲(chǔ)層總體特征為分選好、非均質(zhì)性弱的好儲(chǔ)層，儲(chǔ)層有效滲透率與非均質(zhì)性具有較好的規(guī)律性。

3）基于南海已發(fā)現(xiàn)深水氣田流體特征的研究，南海深水區(qū)的流體因子與壓力因子呈較好的線性關(guān)系。

4）推導(dǎo)了深水區(qū)產(chǎn)能因子與有效滲透率公式，基于南海已發(fā)現(xiàn)深水氣井DST測試資料，建立了南海深水氣田區(qū)域產(chǎn)能評(píng)價(jià)新公式，新公式通過預(yù)測有效滲透率進(jìn)行產(chǎn)能評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果與DST測試對(duì)比，誤差為10%，極大地節(jié)省了深水區(qū)DST測試成本，具有較高的經(jīng)濟(jì)推廣價(jià)值。