川南頁巖氣井控壓生產(chǎn)制度優(yōu)化方法研究

＊王廣東

（中油國際（土庫曼斯坦）阿姆河天然氣公司 北京 100028）

1.前言

頁巖氣作為非常規(guī)天然氣資源的類型之一，近年來得到了快速的發(fā)展[1-2]。由于頁巖儲層裂縫網(wǎng)絡(luò)-基質(zhì)具有強應(yīng)力敏感特征，對頁巖氣井產(chǎn)量影響較大[3]，因此，頁巖氣井生產(chǎn)制度是提高EUR和采出程度的關(guān)鍵因素。近年來隨著頁巖氣等非常規(guī)資源的大規(guī)模開發(fā)，實際生產(chǎn)過程中出現(xiàn)了越來越多井產(chǎn)能陡降的現(xiàn)象[4-5]。

頁巖氣開發(fā)實踐表明，控壓限產(chǎn)可以有效提高單井最終累積產(chǎn)量（EUR）。相比于北美的Barnett、Marcellus等頁巖氣藏，Haynesville頁巖由于地層壓力較高、應(yīng)力敏感性顯著，大量開發(fā)經(jīng)驗也證明了控壓生產(chǎn)較放壓生產(chǎn)可普遍提高28%的單井EUR[6-8]。2005年以來，北美Marcellus和Barnett頁巖氣井采用放壓或大壓差的生產(chǎn)制度，而Haynesville頁巖氣田由于地層壓力較高以及考慮儲層強應(yīng)力敏感性的影響，氣井采用控壓限產(chǎn)的生產(chǎn)制度進行生產(chǎn)[9]。

國內(nèi)長寧—威遠、昭通等頁巖氣示范區(qū)的地質(zhì)條件與Haynesville相似，賈愛林等針對頁巖氣井在控壓生產(chǎn)制度下的增產(chǎn)潛力進行了研究[10]。當(dāng)氣井采用放壓方式進行生產(chǎn)時，生產(chǎn)壓差較大，裂縫閉合現(xiàn)象嚴重，致使裂縫導(dǎo)流能力急劇降低至最小值；在控壓生產(chǎn)制度下，氣井生產(chǎn)壓差逐漸增大至最高值，對裂縫導(dǎo)流能力的衰減起到了有效延緩作用，產(chǎn)氣量表現(xiàn)出逐漸增大至峰值后再逐漸減小的變化趨勢；在生產(chǎn)一段時間后控壓生產(chǎn)制度下的氣井產(chǎn)量將超過放壓制度下的氣井產(chǎn)量，如果能夠制定出合理的控壓生產(chǎn)制度，氣井在生產(chǎn)過程中會出現(xiàn)明顯的穩(wěn)產(chǎn)期。

通過選取川南地區(qū)典型頁巖氣井進行生產(chǎn)動態(tài)定量化分析，并以此為基礎(chǔ)優(yōu)化生產(chǎn)制度、預(yù)測生產(chǎn)動態(tài)、量化不同生產(chǎn)制度對氣井生產(chǎn)特征和EUR的影響。

2.典型氣井生產(chǎn)制度優(yōu)化

為了厘清生產(chǎn)制度對氣井生產(chǎn)的影響以及控壓生產(chǎn)制度的優(yōu)勢，本節(jié)通過調(diào)整3口典型井的生產(chǎn)制度，對比氣井在不同生產(chǎn)制度下的EUR，量化生產(chǎn)制度對釋放氣井生產(chǎn)潛力以及提高EUR的作用。

(1)放壓氣井生產(chǎn)制度優(yōu)化

對長寧H2-7井在3種不同優(yōu)化路徑下（如圖1(a)所示）的生產(chǎn)動態(tài)進行預(yù)測，其中氣井自投產(chǎn)之日起即采用控壓生產(chǎn)，井口壓力最終降至5.0MPa，預(yù)測結(jié)果如圖1(b)所示。根據(jù)長寧H2-7井EUR的模擬計算結(jié)果（如表1所示）可知，優(yōu)化路徑2更加合理，氣井控壓幅度過大或過小均會對累積產(chǎn)氣量產(chǎn)生影響，這是因為生產(chǎn)壓差過大會導(dǎo)致有效應(yīng)力對儲層導(dǎo)流能力產(chǎn)生不可逆?zhèn)?，而生產(chǎn)壓差過小則會抑制氣井產(chǎn)能潛力的釋放，兩種情況均會導(dǎo)致EUR較低。

圖1 長寧H2-7井不同優(yōu)化路徑下井底壓力與累積產(chǎn)氣量與時間對應(yīng)關(guān)系

表1 長寧H2-7井累積產(chǎn)氣量統(tǒng)計表

(2)放壓與控壓氣井生產(chǎn)制度優(yōu)化效果對比

①長寧H3-6井

長寧H3-6井采用放壓生產(chǎn)方式，生產(chǎn)至470d時，其井底壓力穩(wěn)定在5.0MPa。因此，優(yōu)化方案為從第471d起將其生產(chǎn)制度調(diào)整為控壓生產(chǎn)，井底壓力從5.0MPa按照3種不同的優(yōu)化路徑降至2.5MPa（如圖2(a)所示），預(yù)測結(jié)果如圖2(b)所示。長寧H3-6井的生產(chǎn)制度由放壓變?yōu)榭貕?，EUR從6632×104m3最高提升至9399×104m3，增幅為41.7%（如表2所示）。

表2 長寧H3-6井累積產(chǎn)氣量統(tǒng)計表

圖2 長寧H3-6井不同優(yōu)化路徑下井底壓力與累積產(chǎn)氣量與時間對應(yīng)關(guān)系

此處需要注意的是優(yōu)化路徑3（壓降速率最大、控壓幅度最?。?yīng)的氣井EUR最大，分析認為此時儲層中的有效應(yīng)力相對較低，生產(chǎn)壓差對產(chǎn)量的“促進”作用大于應(yīng)力敏感所引起的“抑制”作用，提前放大壓差致使氣井的增產(chǎn)潛力得以釋放，體現(xiàn)為氣井EUR與生產(chǎn)壓差成正相關(guān)關(guān)系。由此可見，控壓生產(chǎn)的實質(zhì)并非以單純控制生產(chǎn)壓差為目的，而是根據(jù)每口井的產(chǎn)量和井底壓力的變化選擇合適的壓力調(diào)節(jié)路徑，從而實現(xiàn)提高氣井產(chǎn)量的效果。

②昭通YS108H6-3井

YS108H6-3井采用控壓生產(chǎn)方式，顯示出良好的生產(chǎn)規(guī)律，目前井底壓力在2.5MPa左右。由于該井的井底壓力從生產(chǎn)第500d（5.0MPa左右）至今下降速率相對平穩(wěn)，因此有必要對比不同控壓路徑對氣井產(chǎn)能的影響，本節(jié)針對YS108H6-3井采取以下3種優(yōu)化方案進行動態(tài)預(yù)測（如圖3所示）。

圖3 YS108H6-3井不同優(yōu)化路徑下井底壓力與累積產(chǎn)氣量與時間對應(yīng)關(guān)系

與長寧區(qū)塊2口典型井的預(yù)測結(jié)果不同，昭通YS108H6-3井在優(yōu)化路徑1（壓降速率最小、控壓幅度最大）對應(yīng)的氣井EUR最高，為9954×104m3，增幅為20.1%（如表3所示）。此現(xiàn)象說明由于昭通區(qū)塊一直采用控壓生產(chǎn)，壓降速率適中，生產(chǎn)制度合理，對儲層滲透率提供了有效保護，因此在條件允許的情況下應(yīng)盡可能維持平穩(wěn)的壓降速率，保護氣井的增產(chǎn)潛能。

表3 YS108H6-3井累積產(chǎn)氣量統(tǒng)計表

研究結(jié)果表明，不同氣井所對應(yīng)的最佳生產(chǎn)制度優(yōu)化路徑不同，在實際生產(chǎn)中應(yīng)針對各井的具體情況進行分析，結(jié)合生產(chǎn)資料與模擬結(jié)果，通過選擇適用于各井的最優(yōu)井底壓力（產(chǎn)量）調(diào)節(jié)路徑，最終達到提高氣井產(chǎn)量的目的。

(3)氣井生產(chǎn)制度優(yōu)化

為了研究氣井增壓后的生產(chǎn)規(guī)律以及評價增壓效果，現(xiàn)將增壓開發(fā)階段生產(chǎn)動態(tài)特征分為兩種情形。

第一種情形：氣井壓降速率發(fā)生顯著變化。其特征為當(dāng)井口壓力接近輸壓時開始增壓，增壓后井口壓力明顯降低，日產(chǎn)氣量明顯上升，產(chǎn)量遞減得到有效控制（以YS108H3-1井為例），如圖4所示。

圖4 YS108H3-1井生產(chǎn)曲線

第二種情形：氣井壓降速率未發(fā)生顯著變化。其特征為增壓時井口壓力未達到輸壓，增壓后壓降速率沒有明顯改變，日產(chǎn)氣量上升不明顯（以YS108H4-1井為例），如圖5所示。

圖5 YS108H4-1井生產(chǎn)曲線

通過對兩口氣井增壓前后生產(chǎn)規(guī)律的對比可知，當(dāng)井口壓力接近輸壓時進行增壓效果最好，而當(dāng)井口壓力明顯高于輸壓時增壓的效果并不顯著。

由于頁巖儲層的應(yīng)力敏感性很強，不同增壓時機壓力的變化量不同，應(yīng)力敏感系數(shù)不同，生產(chǎn)特征和最終EUR也不同。

從圖6中可以看出，增壓時間越晚，儲層應(yīng)力敏感對氣井產(chǎn)量的影響越小，單井EUR越大。然而影響現(xiàn)場增壓時機的因素較多（如修井、調(diào)節(jié)氣井產(chǎn)量、集輸管線的壓力波動等），考慮外輸產(chǎn)量的需求，現(xiàn)場通常在井口壓力接近外輸管線壓力時就進行增壓。

圖6 預(yù)測三種情況下YS108H1-1井的日產(chǎn)氣和累產(chǎn)氣曲線

3.結(jié)論

對川南地區(qū)典型氣井的生產(chǎn)特征進行了定量化分析，利用提出的新模型計算對比了各井在生產(chǎn)制度優(yōu)化前后的產(chǎn)能差異，取得了以下認識：

（1）對于長寧區(qū)塊，氣井生產(chǎn)制度從放壓調(diào)整為控壓后EUR可至多提高40%，對于昭通區(qū)塊，氣井在控壓生產(chǎn)的基礎(chǔ)上按照最優(yōu)產(chǎn)量路徑進行優(yōu)化后EUR可提高20%；

（2）不同氣井所對應(yīng)的最佳生產(chǎn)制度優(yōu)化路徑不同，在實際生產(chǎn)中應(yīng)針對各井的具體情況進行分析，結(jié)合生產(chǎn)資料與模擬結(jié)果，通過選擇適用于各井的最優(yōu)井底壓力（產(chǎn)量）調(diào)節(jié)路徑使氣井獲得高產(chǎn)；

（3）對于進入低壓生產(chǎn)階段的氣井，現(xiàn)場在井口壓力接近外輸壓力時進行增壓，日產(chǎn)量平均提高18%；理論分析表明，在考慮儲層應(yīng)力敏感的條件下，越晚增壓，單井EUR提升越多，平均增幅為15.2%；

（4）基于川南頁巖氣井實例分析，總結(jié)得出了適用于該地區(qū)的頁巖氣井生產(chǎn)制度具體優(yōu)化步驟。