頁巖氣藏生產(chǎn)井產(chǎn)量遞減規(guī)律研究

姚 猛 胡 嘉 李 勇 雷 剛 彭 攀 糜利棟

1.中國(guó)石油大學(xué)石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249；2.長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 荊州 434023；3.勝利油田臨盤采油廠，山東 臨邑 251507

0 前言

對(duì)于資源量巨大的頁巖氣［1］，快速精確評(píng)估其儲(chǔ)量和未來開發(fā)潛力，預(yù)測(cè)其區(qū)塊產(chǎn)能顯得尤為重要。由于頁巖氣的特殊滲流機(jī)理［2-3］，以往用于產(chǎn)量遞減分析的方法已不能準(zhǔn)確研究頁巖氣的遞減規(guī)律。國(guó)內(nèi)外專家、學(xué)者對(duì)于頁巖氣藏模型及其遞減規(guī)律做過相應(yīng)研究，白玉湖［4］采用常規(guī)的Arps 產(chǎn)量遞減方法對(duì)頁巖氣的遞減規(guī)律進(jìn)行了粗略研究；甘柏松［5］采用數(shù)值模擬的方法，研究了影響頁巖氣單井累計(jì)產(chǎn)量的各種因素；蔣佩［6］等提出了一種理想經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停苑治鲋旅軞夂晚搸r氣井的產(chǎn)量和儲(chǔ)量。但他們使用的方法僅適用于常規(guī)天然氣產(chǎn)量遞減分析，沒有考慮頁巖氣的特殊性；而且其中提出的新方法操作復(fù)雜，不利于推廣，也沒有提出計(jì)算頁巖氣井井控面積的方法。

針對(duì)頁巖氣藏獨(dú)特的流動(dòng)機(jī)理，通過實(shí)際頁巖氣井資料研究，優(yōu)選了5 種產(chǎn)量遞減分析方法，且這5 種方法相互驗(yàn)證，規(guī)避了上述不利因素，對(duì)頁巖氣藏生產(chǎn)井產(chǎn)量遞減分析提供了堅(jiān)實(shí)理論依據(jù)。且計(jì)算頁巖氣井井距對(duì)優(yōu)化井網(wǎng)井距、制定開發(fā)方案非常重要。

1 頁巖氣產(chǎn)量遞減規(guī)律

由于頁巖氣藏自生自儲(chǔ)，獨(dú)立成藏，其流動(dòng)經(jīng)歷解吸附、擴(kuò)散和滲流，導(dǎo)致其遞減規(guī)律和其它常規(guī)天然氣藏的遞減規(guī)律不同。因此在研究頁巖氣井遞減規(guī)律時(shí)，要選擇相適應(yīng)的遞減分析方法。

分析整理美國(guó)5 大頁巖氣田的開采數(shù)據(jù)，其單井產(chǎn)量典型遞減曲線見圖1。從圖1 可知，頁巖氣井初始產(chǎn)量在前兩年遞減很快，但后期產(chǎn)量較小，保持平穩(wěn)，下降很慢。這就導(dǎo)致頁巖氣井開采周期長(zhǎng)，需多次重復(fù)壓裂以提高產(chǎn)能，獲得經(jīng)濟(jì)效益。頁巖氣井遞減曲線形態(tài)可解釋為：開采初期，由于頁巖氣儲(chǔ)層裂縫發(fā)育，在裂縫中的頁巖氣為自由氣，能以較高的產(chǎn)量生產(chǎn)，且在裂縫內(nèi)形成壓降，但此時(shí)的壓降不能形成瞬間動(dòng)態(tài)平衡，只能使吸附于裂縫和基質(zhì)的天然氣緩慢解析而采出；隨著頁巖氣藏的開發(fā)，其產(chǎn)量不斷降低，使得解析出的吸附氣與生產(chǎn)量越來越接近，從而導(dǎo)致后期產(chǎn)量出現(xiàn)低產(chǎn)平穩(wěn)現(xiàn)象。

圖1 美國(guó)主要頁巖氣氣田單井產(chǎn)量典型遞減曲線

當(dāng)運(yùn)用Arps 常規(guī)產(chǎn)量遞減分析方法研究美國(guó)主要頁巖氣田單井產(chǎn)量規(guī)律時(shí)，計(jì)算出其理論遞減指數(shù)n ＞1，說明常規(guī)遞減分析方法已不適用于頁巖氣井，為此優(yōu)選出5 種產(chǎn)量遞減分析方法，通過相互驗(yàn)證，以用于頁巖氣井產(chǎn)量遞減分析研究。

2 頁巖氣井生產(chǎn)數(shù)據(jù)

某頁巖氣藏的一口實(shí)際生產(chǎn)井?dāng)?shù)據(jù)見圖2。該井為我國(guó)首批頁巖氣開采試驗(yàn)井，位于四川盆地，為壓裂直井，目的層位為龍馬溪組，測(cè)試資料齊全。具體氣藏參數(shù)見表1。

圖2 該頁巖氣井生產(chǎn)資料

表1 頁巖氣藏生產(chǎn)井基本參數(shù)

3 頁巖氣氣井產(chǎn)量遞減類型

3.1 Blasingame 產(chǎn)量遞減分析

Blasingame 方法將試井分析中的曲線擬合技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析，充分考慮了生產(chǎn)動(dòng)態(tài)中壓力變化特征，并成功解決了常規(guī)分析方法中壓力必須保持穩(wěn)定的局限性。傳統(tǒng)的Arps 遞減分析方法不能分析徑向流不穩(wěn)定階段的變井底流壓生產(chǎn)情形；而且在后期邊界控流制動(dòng)階段也只是用經(jīng)驗(yàn)遞減系數(shù)來分析變井底流壓的影響，沒考慮流體PVT 隨地層壓力的變化。Blasingame 產(chǎn)量遞減分析能克服上述兩個(gè)缺陷；且三條曲線擬合減小了結(jié)果的多解性。同時(shí)可以用于徑向流、裂縫、水平井、擬穩(wěn)態(tài)水驅(qū)和多井模型等情況。

使用Blasingame 方法對(duì)該頁巖氣井進(jìn)行擬合（見圖3），擬合結(jié)果：OGIP 為23.024×105m3。

圖3 Blasingame 曲線擬合

3.2 Fetkovich 產(chǎn)量遞減分析

Fetkovich 以均質(zhì)地層不穩(wěn)定滲流理論為基礎(chǔ)，結(jié)合Arps 經(jīng)驗(yàn)公式，建立了一套完善的受控于滲流機(jī)理的產(chǎn)量遞減曲線分析方法。其圖版前半部分表示為不穩(wěn)定流動(dòng)階段有界封閉邊界（或有限供給邊界）中心一口井，以定井底流壓生產(chǎn)時(shí)的解析解；后半部分代表的是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)規(guī)律所得到的產(chǎn)量遞減規(guī)律。

使用Fetkovich 方法對(duì)該頁巖氣井進(jìn)行擬合（見圖4），擬合結(jié)果：OGIP 為23.953×105m3。

3.3 AG 產(chǎn)量遞減分析

AG（Agarwal Gardner Rate vs Time Typecurve Analysis）方法采用等效定速和恒壓方法，提出用于研究生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析的一種典型遞減曲線。與Fetkovitch 不同的是，AG 方法全部為解析解畫的圖版，其理論基礎(chǔ)是定壓或定產(chǎn)條件下壓力不穩(wěn)定分析滲流理論。

使用AG 方法對(duì)該頁巖氣井進(jìn)行擬合（見圖5），擬合結(jié)果：OGIP 為23.491×105m3。

圖4 Fetkovich 曲線擬合

圖5 AG 曲線擬合

3.4 FMB 產(chǎn)量遞減分析

FMB（物質(zhì)平衡）是用來估算儲(chǔ)層以往以及未來動(dòng)態(tài)進(jìn)行情況的一種油藏工程基本方法, 它以儲(chǔ)層的質(zhì)量守恒定律為基礎(chǔ)。

使用FMB 方法對(duì)該頁巖氣井進(jìn)行擬合（見圖6），擬合結(jié)果：OGIP 為23.063×105m3。

3.5 NPI 產(chǎn)量遞減分析

NPI（無因次產(chǎn)量規(guī)整化壓力和物質(zhì)平衡） 方法利用產(chǎn)量規(guī)整化的壓力積分形式,由Blasingame 提出, 主要通過積分建立一種可靠的、不受數(shù)據(jù)分散影響的分析方法。NPI 遞減曲線典型圖版的橫坐標(biāo)與Blasingame 以及AG 方法相同, 橫坐標(biāo)為物質(zhì)平衡擬時(shí)間, 縱坐標(biāo)為產(chǎn)量規(guī)整化擬壓力。

使用NPI 方法對(duì)該頁巖氣井進(jìn)行擬合（見圖7），擬合結(jié)果：OGIP 為23.885×105m3。

圖6 FMB 曲線擬合

圖7 NPI 曲線擬合

由于頁巖氣藏儲(chǔ)層和滲流規(guī)律的特殊性，應(yīng)結(jié)合多種遞減分析方法研究頁巖氣井產(chǎn)量遞減規(guī)律，上述5 種方法均有各自優(yōu)缺點(diǎn)，從所得結(jié)果看出，數(shù)值都比較接近，可通過取平均儲(chǔ)量以提高精度。

4 對(duì)比Saphir 軟件中頁巖氣井控半徑

通過以上5 種方法擬合得到各自儲(chǔ)量，在考慮吸附氣基礎(chǔ)上，可通過容積法，計(jì)算出這口井的井控半徑。

式中：Gt為總頁巖氣地質(zhì)儲(chǔ)量，m3；Ga為吸附氣量，m3；Gf為游離氣量，m3；

式中：A 為含氣面積，m2；h 為有效厚度，m；φ 為有效孔隙度；Sgi為原始含氣飽和度；α 為吸附氣系數(shù)；r為井控半徑，m。

帶入數(shù)值，計(jì)算出該壓裂井井控半徑為576.815 9 m，且通過Saphir 試井軟件分析得到滲流半徑為568.55 m，相對(duì)誤差為1.45 %，在工程誤差許可范圍內(nèi)。故上述5種產(chǎn)量遞減方法在研究頁巖氣井產(chǎn)量遞減時(shí)都適用，但為提高精度，應(yīng)同時(shí)使用多種方法，以相互驗(yàn)證。

5 結(jié)論

a）通過分析美國(guó)主要頁巖氣田的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)頁巖氣井產(chǎn)量遞減規(guī)律與常規(guī)氣藏的規(guī)律不同，主要表現(xiàn)在初期遞減速度很快，后期保持平穩(wěn)，且遞減指數(shù)n ＞1，常規(guī)Arps 遞減分析方法已不適用。

b）由于頁巖氣藏特殊的儲(chǔ)層條件以及滲流規(guī)律，在研究其遞減規(guī)律時(shí)，要結(jié)合多種分析方法，相互驗(yàn)證，最大限度減小各種方法的缺陷，以取得精確的結(jié)果。

c）頁巖氣井控制半徑是一個(gè)非常重要的參數(shù)，對(duì)井網(wǎng)井距、布井方式、頁巖氣采收率、生產(chǎn)年限等都起著決定性作用。

d）頁巖氣藏的開發(fā)在國(guó)內(nèi)屬于起步階段，加之地下儲(chǔ)層物性和流體的復(fù)雜性，各種參數(shù)的計(jì)算都存在不確定性，可借助試井資料對(duì)頁巖氣遞減分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

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