超深高壓裂縫性砂巖氣藏產能預測研究綜述

秦 莎，廖凱飛

（長江大學地球科學學院，湖北 武漢430100）

超深高壓氣藏是典型的非常規氣藏。2008年，我國探明該類氣藏儲量占總儲量的10%，發展前景十分可觀。對該類做氣藏產能測試時，其開井期井底壓力容易上升，有時甚至出現井底流壓隨產量增加而升高的現象，致使建立的產能方程出現異常，無法得到無阻流量［1］。由于該類氣藏中砂巖氣藏埋藏深、地層溫度及壓力高，天然裂縫發育，且多采用衰竭式開采，生產壓差變化幅度大，因而在開發過程中，應力敏感及高速非達西是這類氣藏的主要特征，許多學者對其進行了大量研究工作。下面，筆者對超深高壓裂縫性砂巖氣藏產能預測研究情況進行闡述。

1 儲層應力敏感性研究

1.1 儲層物性參數應力敏感性研究

從20世紀50年代開始，很多國外學者對儲層的滲透率、孔隙度和孔隙壓縮系數隨有效應力的變化規律進行了研究。Hall［2］根據砂巖和石灰巖的巖樣分析結果制作了孔隙壓縮系數隨孔隙度的變化關系，得到了著名的Hall圖版，在油藏工程中廣泛應用。Fatt［3］用砂巖巖心進行覆壓孔滲實驗，定性分析了壓縮系數與滲透率隨有效覆壓的變化關系。Jose G［4］建立了三維全隱式有限差分數學模型，由此描述致密氣藏滲透率隨有效應力顯著變化的特性。Latchie等［5］用實驗對泥質砂巖和純砂巖巖樣先增壓后減壓，研究了2組巖樣的滲透率隨壓力的變化曲線，得到高滲透純砂巖儲層滲透率損失率為4%，而低滲透泥質砂巖的滲透率不可逆損失高達60%，這表明巖心的變形既有彈性變形，又有彈塑性變形和塑性變形，對此前蘇聯石油工作者的相關研究也證實了上述結論的正確性［6］。

近年來，國內石油工作者對于儲層的應力敏感性也進行了大量研究。阮敏等［7］通過試驗分析，認為低滲透油藏中應力敏感的存在會導致井筒附近滲透率降低45%，產量降低13%。張新紅等［8］通過圍壓試驗，得到低滲透巖心滲透率、孔隙度和壓縮系數均隨有效應力呈指數式變化，并建立了考慮應力敏感的低滲儲層近井地帶一維兩相流數學模型。黃繼新等［9］基于巖石力學理論，經理論推導，得到了異常高壓氣藏巖石變形規律及變形方程，并通過試驗證實了理論推導的合理性。孫龍德等［10］將克拉2氣田應力敏感性儲層劃分成4個滲透率區間，通過試驗得到了各區間內滲透率隨有效應力變化的關系式。王峰等［11］對造成儲層應力敏感的因素進行了分析，指出水的存在及泥化現象是造成應力敏感的主要原因。薛永超等［12］用對不同滲透率儲層的應力敏感模式進行分析，認為隨著有效覆壓增加，中高滲油藏的滲透率變化比較平緩，低滲透油藏的滲透率前期迅速下降，而后逐漸平緩。

1.2 應力敏感性儲層滲流規律研究

隨著地層壓敏性的研究的深入，壓敏地層的流體滲流方面的研究也成為研究熱點。Raghavan等［13］提出了巖石和流體物性均隨壓力變化的變形介質氣藏二階非線性數學模型，并分別得到了滲流解析解和數值解。Pedr osa［14］通過引入滲透率隨壓力變化的變異關系，用小擾動方法計算了應力敏感性儲層非線性滲流一階近似解。

2 儲層高速非達西效應研究

自20世紀初期，國內外許多學者發現達西定律在描述氣體滲流時存在局限性。為此，Forchheimer［15］首先提出了二項式滲流定律，對氣體滲流過程中慣性力的影響加以修正。Ramey［16］借助于修正解引入了視表皮和包含慣性－紊流效應的流動系數的概念。不久，Al－Hussainy等［17］又引入了真實氣體的擬壓力函數，消除了流動方程的非線性，避免了數學上的復雜性。

2.1 高速非達西系數研究

對高速非達西效應的研究，最重要的內容是確定紊流系數。針對這一問題，Fredrick［18］提出了2種方法來確定高速非達西系數，而王新海等［19］通過巖樣的覆壓孔滲試驗分析，得到更適用于克依構造帶的紊流系數求解式。

2.2 高速非達西滲流模型研究

對裂縫性氣藏高速非達西流的研究首先由Millhei m等［20］發起，選用徑向流模型分析了均質氣藏中的高速非達西效應。Wattenbar ger等［21］用有限差分法分析了無限導流縫中的高速非達西問題，認為短小裂縫中的高速非達西效應更加明顯。Guppy等［22］通過考慮裂縫中的高速非達西效應，引入了有限導流縫和無限導流縫中井底定壓和井底定產的半對數圖版。Roberts等［23］分析了裂縫發育的致密氣藏中水平井的產能，得出認為裂縫與井筒的連接會引起節流效應，導致裂縫導流能力下降。Jin等［24］提出用考慮氣液比的經驗模型預測兩相流高速非達西條件下支撐劑充填層的有效滲透率。Vincent等［25］研究了兩相流下裂縫中高速非達西效應的影響。Alvarez等［26］分析了高速非達西效應在試井中的影響，指出不考慮其影響會導致氣井產能估計過高。Torsten等［27］同時考慮了致密砂巖氣藏中裂縫和基質的高速非達西效應，并給出了新的試井理論圖版。

3 氣井產能分析研究

在氣田開發過程中，準確預測氣井的產能、分析氣井的開發動態并了解氣層和井筒的特性，是科學開發油氣田的基礎。氣井產能分析通常分為2個階段，即氣井產能測試階段和氣井產能分析階段［28］。

3.1 氣井產能測試方法

常規產能試井方法包括回壓測試、等時測試、修正等時測試和一點法測試等方法。Wyckoff等［29］提出了回壓試井分析方法，該方法要求氣井以不同產量生產，但每個工作制度下都要持續到壓力達到穩定狀態，但對于測試時間不夠長的井，該方法的實用性受到限制。Dyes等［30］提出了等時試井方法，要求氣井在等時間間隔下以不同產量生產，同時要求關井做壓力恢復時井底壓力需達到測試前地層壓力，這對于低滲透氣藏來說需要花費大量時間，因而具有一定局限性。Dunsh等［31］提出了修正等時試井方法，該方法不要求長時間關井使井底壓力恢復到原始值，只要關井時間和生產時間相同即可，這為低滲致密氣藏的產能試井提供了經濟有效的方法。此外，陳元千［32］提出了一點法試井，該方法進一步縮短了測試時間，適用于已獲得產能方程、但隨著生產進行需要對產能進行修正的氣井以及缺少集輸流程和裝置的探井。

3.2 氣井產能分析方法

產能分析即對產能測試資料的解釋與處理，目前國內外學者對氣井產能分析的研究主要涉及以下模型：①產能方程修正模型。針對在穩態或擬穩態下得到的傳統二項式方程，通過分析影響產能系數A、B的因素，以便更合理地確定氣井產能。王江等［33］通過統計分析，認為平均滲流阻力系數主要與射孔厚度有關，而與總厚度、有效厚度相關性很小，因此進行產能分析時應代入射孔厚度以提高計算精度。唐洪俊等［34］為了提高一點法產能方程的適用范圍，提出了一點法變系數無阻流量經驗公式，提高了產能預測的可信度。李曉平［35］提出用氣井壓力恢復資料求產能方程的方法，該方法測試時間短，所需費用也低。②不穩態產能分析模型。研究認為，由于地層滲流與井筒流動的相互耦合促成了油氣井的正常生產，通過建立不穩定滲流數學模型來預測各生產時間段氣井的產能，可從根本上提高生產系統分析的精度。如葛家理［36］提出未考慮井底污染壓力恢復曲線法，用壓力恢復曲線建立了二項式產能方程。陳堅等［37］提出了油氣藏與井筒耦合的不穩定滲流模型，為裂縫－孔隙性油氣藏單井產能的計算提供依據。王怒濤等［38］針對測試壓力與穩定時壓力有一定誤差的問題，引入測試點的誤差值，建立了帶約束條件的優化模型。

4 結 語

針對學者研究超深高壓裂縫性砂巖氣藏的儲層應力敏感性、高速非達西效應和氣井產能的情況進行了闡述。總體來說，應力敏感和高速非達西的存在均使超深高壓裂縫性砂巖氣藏產能降低，因而對該類氣藏進行產能預測時，必須考慮兩者的影響。此外，由于應力敏感性的影響，隨著生產壓差增大，氣井的采氣指數先增大后減小，因此生產過程中必須嚴格控制生產壓差，以減輕應力敏感和高速非達西的影響。今后，應進一步從定量的角度去進行研究，給出明確的定量性評價標準，從而提高生產系統的分析精度，最終達到提高超深高壓裂縫性砂巖氣藏產量的目的。

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