致密砂巖氣藏多層試井解釋方法研究

秦曉艷，趙曉東，曾鳳凰，張 濤

(1.陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 土木工程學(xué)院，陜西 咸陽 712000；2.中國石油長慶油田分公司 第十二采油廠，甘肅 合水 745400)

致密砂巖油氣藏，縱向分布上，多期疊置的砂巖數(shù)量多且厚度薄，各層物性差異大，橫向展布上，發(fā)育多個(gè)不滲透隔夾層，砂體變化快，連通性差，呈現(xiàn)出層間強(qiáng)非均質(zhì)性的復(fù)雜多層氣藏特點(diǎn)[1]，各小層物性和滲流特征復(fù)雜，難以獲取儲層精細(xì)參數(shù)。試井解釋能反映儲層動態(tài)信息，綜合應(yīng)用試井動態(tài)監(jiān)測技術(shù)評價(jià)分析油氣藏的儲層參數(shù)、地層壓力以及生產(chǎn)狀況已成為油氣田開發(fā)階段的一項(xiàng)重要技術(shù)手段。蘇里格氣田是鄂爾多斯盆地典型的致密砂巖氣藏，為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能及經(jīng)濟(jì)效益最大化，分層壓裂多層合采是目前氣田的主體開發(fā)技術(shù)[2]，在多年的開發(fā)生產(chǎn)過程中，因?qū)娱g強(qiáng)非均質(zhì)性及氣水分布關(guān)系復(fù)雜影響，試氣試產(chǎn)、產(chǎn)氣剖面測試、物模數(shù)模結(jié)果均顯示出層間干擾嚴(yán)重、產(chǎn)能貢獻(xiàn)不均衡的問題[3]，準(zhǔn)確評價(jià)分層產(chǎn)能對于后期同類型致密砂巖氣藏持續(xù)優(yōu)化壓裂改造方式、明確開發(fā)技術(shù)政策具有重要意義。

低滲透滲流模式的建立，是試井解釋模型建立及數(shù)值模擬的基礎(chǔ)[4]；李奇等[5]通過建立雙層開發(fā)動態(tài)物理模擬實(shí)驗(yàn)揭示直井多層合采時(shí)氣水兩相的復(fù)雜滲流問題；徐獻(xiàn)芝[6]提出了各層均質(zhì)、多層層間無竄流、外邊界無限大油藏多層合采試井解釋方法；王月杰等[7]利用礦場實(shí)例對多層合采試井模型的不同邊界類型適用范圍進(jìn)行了界定；賈英蘭[8]建立了多層油氣藏滲流模型，獲得了考慮層間竄流和多重介質(zhì)的試井樣版曲線和井底分層產(chǎn)量曲線；萬玉金等[9]系統(tǒng)梳理了產(chǎn)氣剖面成果在明確單層產(chǎn)氣量以及多層氣藏動態(tài)分析中的應(yīng)用；戴家才[10]引入分形幾何學(xué)和地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)理論，通過生產(chǎn)測井資料建立了預(yù)測產(chǎn)層參數(shù)的數(shù)學(xué)模型，最終確定地層壓力和剩余油的平面分布；白建平等[11-12]提出利用多層合試的試井資料、變流量生產(chǎn)測井等測井資料結(jié)合估算各產(chǎn)層的動態(tài)滲透率及氣水相對滲透率。

因此，針對傳統(tǒng)試井模型多解性強(qiáng)、無法獲取各小層參數(shù)的缺陷，而生產(chǎn)測井測試周期長，只關(guān)注井筒流動情況，結(jié)果單一無法反應(yīng)地層壓力、滲透率、裂縫半長等儲層參數(shù)，本文在前人研究基礎(chǔ)上，綜合利用生產(chǎn)測井和多層試井解釋的技術(shù)優(yōu)勢，利用研究區(qū)的典型氣井，建立多層試井的精細(xì)化解釋模型，以生產(chǎn)測井的分層產(chǎn)量作為解釋軟件擬合計(jì)算的新增約束條件，進(jìn)一步精細(xì)解釋各小層儲層參數(shù)及壓力數(shù)據(jù)，對比擬合測試結(jié)果，得出本文模型方法可為類似試井儲層解釋提供一定參考。

1 單層試井分析模型

試井解釋模型由內(nèi)邊界條件、基本模型和外邊界條件3部分組成，分別在測試的早、中、晚期起著支配作用，它們又各自包含至少5個(gè)種類，這3個(gè)部分中各種情形的任一組合，都可構(gòu)成1個(gè)理論模型。理論模型的組合選取是造成結(jié)果多解性的重要原因，需結(jié)合曲線特征與儲層性質(zhì)綜合考量多次嘗試得到最優(yōu)解。

測試井經(jīng)壓裂改造后投產(chǎn)，雙對數(shù)曲線中早期井儲段結(jié)束后導(dǎo)數(shù)曲線與壓差曲線平行上升，表現(xiàn)出裂縫線性流特征，因此內(nèi)邊界條件模型選取有限裂縫導(dǎo)流模型(圖1)；中期徑向流表現(xiàn)出徑向復(fù)合模型特征(圖2)；晚期導(dǎo)數(shù)曲線上翹表現(xiàn)出未探測到明顯的邊界影響，可選取無限大邊界模型或交叉封閉邊界，交叉封閉邊界夾角分別選取90°直角模型及60°夾角模型(圖3)。

圖1 有限裂縫導(dǎo)流模型Fig.1 Finite fracture infusion model

圖2 徑向復(fù)合模型Fig.2 Radial composite model

圖3 交錯(cuò)封閉邊界模型Fig.3 Interleaved closed boundary model

上述的有限裂縫導(dǎo)流—徑向復(fù)合—無限大、直角封閉、60°夾角封閉3種解釋模型，其模型均能較好的符合早、中期段曲線特征，有效刻畫出高致密性氣井有效砂體的變化規(guī)律。應(yīng)用3種模型解釋出的雙對數(shù)變化趨勢(圖4)、半對數(shù)變化趨勢及壓力史的數(shù)據(jù)變化趨勢均獲得較好的擬合效果，解釋結(jié)果見表1。

圖4 研究井的雙對數(shù)曲線Fig.4 Double logarithmic curve of the study well

表1 試井解釋結(jié)果Tab.1 Well test interpretation results

2 生產(chǎn)測井解釋

試井測試過程中獲得的各生產(chǎn)層的流量和流動壓力等是詳細(xì)把握地層動態(tài)信息的重要分析參數(shù)。生產(chǎn)測井是監(jiān)控井筒生產(chǎn)動態(tài)，了解氣井各生產(chǎn)層產(chǎn)出情況的主要方法。通過控制生產(chǎn)制度調(diào)整氣井產(chǎn)量由小到大變化至少4個(gè)參數(shù)，每次調(diào)節(jié)后待井底流動狀態(tài)達(dá)到平穩(wěn)后進(jìn)行測試(圖5)，對研究井開展4個(gè)生產(chǎn)層的試井測試，利用多參數(shù)組合測井儀以不同的電纜速度經(jīng)過4個(gè)生產(chǎn)子層，分別在子層中采集相應(yīng)生產(chǎn)狀態(tài)下井溫、流動壓力、流量、持氣率和流體密度等數(shù)據(jù)信息，解釋后可得到每個(gè)工作制度下的各生產(chǎn)子層產(chǎn)量和對應(yīng)的井底壓力。

各生產(chǎn)子層氣、水產(chǎn)量的計(jì)算主要是運(yùn)用電纜速度與渦輪轉(zhuǎn)速交會出視流體速度，再與密度、持水率相結(jié)合得出。由于黏度及上下測渦輪非對稱性的影響，實(shí)際應(yīng)用中，為了提高求解精度，常采用至少4次以上的電纜速度進(jìn)行下測和上測，然后采用最小二乘法確定視流體速度和渦輪響應(yīng)系數(shù)[13]。

圖5 研究井生產(chǎn)測井曲線Fig.5 Production logging curves for research wells

3 多層滲流試井分析模型

3.1 模型建立

按照測試井實(shí)際特征建立多層合采的物理模型(圖6)，生產(chǎn)井為直井4個(gè)生產(chǎn)子層生產(chǎn)，層間發(fā)育有穩(wěn)定分布的隔夾層。產(chǎn)層經(jīng)過分層壓裂產(chǎn)生有效裂縫且假設(shè)裂縫沿井筒對稱分布，裂縫具有一定長度且縫內(nèi)在末端與近井筒部位有壓差，氣體具有可壓縮性受井儲效應(yīng)影響，各生產(chǎn)子層的層間物性參數(shù)、儲層性質(zhì)不同但層內(nèi)視作均質(zhì)[14]，據(jù)此建立4層合采井試井解釋模型。

圖6 多層合采井物理模型Fig.6 Physical model diagram of multi-layer co-production well

3.2 模型解釋結(jié)果

在多層試井解釋模型中(圖7)，充分考慮各生產(chǎn)子層的物性差異，將生產(chǎn)測井中各小層的產(chǎn)量作為試井模型新增的約束條件降低多解性，在試井分析軟件中擬合，最終解釋出各生產(chǎn)子層的表皮系數(shù)、滲透率、裂縫半長等儲層參數(shù)。為了判斷多層滲流試井模型能否獲得有效的儲層動態(tài)參數(shù)，對研究區(qū)試驗(yàn)井進(jìn)行實(shí)例擬合解釋，并將解釋結(jié)果同生產(chǎn)試井實(shí)測壓力進(jìn)行比對，通過誤差分析(表2)，說明了多層滲流試井模型擬合結(jié)果的可靠性。

圖7 多層合采井試井解釋模型Fig.7 Test well interpretation model diagram for multi-layered co-production wells

表2 多層滲流試井模型壓力誤差Tab.2 Multi-layer seepage test well model pressure error

4 結(jié)論

將生產(chǎn)試井獲得的各生產(chǎn)子層的流量數(shù)據(jù)引入模型變量，建立致密砂巖氣藏多層滲流試井模型，并通過井的實(shí)例擬合與生產(chǎn)測井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行對比，取得的結(jié)論如下：

(1)從滲流力學(xué)理論出發(fā)，多層滲流試井模型，需要在研究分析各生產(chǎn)子層流量特征的基礎(chǔ)上構(gòu)建，通過解釋結(jié)果比對，多層滲流試井模型能更好的體現(xiàn)各層的滲流差異，對于精細(xì)化描述儲層開發(fā)動態(tài)具有參考意義。

(2)由于地層具有非均質(zhì)性強(qiáng)的復(fù)雜特征，且模型的構(gòu)建都是基于一定的假設(shè)理論條件，因此，多層滲流試井模型仍具有局限性，與實(shí)際存在一定偏差。