產能預測分析方法的應用研究

肖歡（中國石油大學（華東）地球科學與技術學院，山東　青島　266580）

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產能預測分析方法的應用研究

肖歡
（中國石油大學（華東）地球科學與技術學院，山東青島266580）

摘要：對儲層產能進行定性及定量評價一直是油氣勘探開發領域的一項基本任務.最主要的手段是試井分析，這是目前最為準確的方法之一，但是成本高，費時長.本文論述了測井預測儲層產能的可行性和具體方法，首先選擇地層和完井基本參數，然后針對油嘴尺寸、人工舉升制度以及重要的地層和生產參數進行敏感性分析來確定這些參數對于產量的影響趨勢，進而指導實際生產中的工作制度.

關鍵詞：產能預測；參數；動態曲線；敏感性

對儲層產能進行定性及定量評價一直是油氣勘探開發領域的一項基本任務.對產能的正確評價不僅可以檢驗油氣勘探成果，而且可以為油氣田開發提供最基本的依據.它的重要性體現在兩方面：第一，在探井研究中，準確的產能預測有利于勘探開發效益評價；第二，在低滲透儲層中，準確的產能預測有利于評價產能改造潛力，指導酸化壓裂層位的選取和施工，提高油藏開發效益.

產能研究最主要的手段是試井分析，這是目前最為準確的方法之一.但試井施工成本較高，費時較長，并且不可能對每口井的每個井段都進行測試，只限于重點層位施工，這限制了該方法的推廣.長期以來，從測井角度預測儲層產能一直缺少必要的研究手段，方法較為單一，研究結果與實際結果差距較大.但是，測井預測儲層產能是可行的：第一，試井分析為測井產能預測提供了方法上的指導（尤其是相當于小型試井技術的MDT模塊式地層動態測試技術及核磁共振油井技術的應用）；第二，測井施工成本相對比較低，并且提供了產能預測所需要的諸多信息.利用測井資料預測儲層產能的主要意義就是在充分利用這些信息的基礎上，實現儲層“靜態”信息向“動態”產能信息的轉變，以成本相對廉價的測井信息代替施工不菲的測試手段.

1　產能預測方法介紹[1-8]

目前主要的產能預測方法有：產能指數法、產能指數修正方法、修正比爾登方法、支持向量機方法、節點分析法.各種產能計算方法的適用范圍各不相同.

產能指數法適用于各種產能參數比較明確或者比較易于獲得的層位；

產能指數修正法適用于儲層產能參數不易于獲得或者參數的計算精度不準確的井位，該方法能夠對各參數起到校正的作用，其精度依賴于試油資料的獲取；

修正比爾登方法是計算儲層壓裂產能的重要方法，它的精度依賴于試油、巖心資料的獲得；

支持向量機方法適用條件較為寬松，它的精度依賴于學習樣本的學習效率和精度，由于理論的完善，其精度明顯優于神經網絡方法；

節點分析法是在儲層流入產能和儲層流出產能計算的基礎上分析儲層的協調產能，以利于井口的產量控制，科學開采儲層.

目前產能預測的方法主要采用油氣井系統分析（又稱節點分析）的方法：是一門綜合系統分析技術，其特點就是把油藏作為一個系統來分析，將地下、井筒和地面集輸工藝技術有機的結合.通常，節點分析方法在油田投入開發之后，用于油氣井生產過程進行系統優化分析.

在勘探的油氣層產能評價中，往往過多地重視物探地質研究，依賴于現場試油測試工藝，從而忽略了室內預測分析.在勘探階段，雖然資料有限，但是基于滲流力學原理，通過常規測井資料，結合核磁共振測井及MDT電纜地層測試技術，采用系統分析技術可以進行較為準確的單井產能預測，從而幫助進行單井油氣層評價和儲量的計算工作.

油井系統生產是一個不間斷的連續流動過程，勘探階段油井的油氣生產（沒有注水）一般要經歷以下4個過程（見圖1- 1）：

圖1- 1單井油氣生產經歷的4個過程

1、油氣在油藏內向油井的滲流過程：這是油氣在多孔介質內的滲流，主要的壓力損失是地層壓力與井底流壓的壓差推動原油向前流動的滲流阻力，表明這一阻力的特征參數是采油指數.如果有氣體的存在，尤其是近井筒地帶油層傷害的影響，使得流動特征較復雜.低滲透、稠油和深層油氣藏，油氣在油藏內向油井的滲流過程變得更加復雜.

2、油氣通過完井井段向井筒的流動過程：隨著采油工藝技術的發展和油藏工程技術研究的進步，在射孔工藝參數對于完井特性的影響，進行了較深入的研究.例如，對射孔密度、射孔深度、孔徑、射孔相位，以及由于射孔造成的壓實、燒結作用的研究，都有了較大的進展.

3、油氣生產流體沿油管垂直舉升過程；油氣生產流體在克服油藏內的滲流阻力和完井井段的壓力損失之后，在油井井底具有一定的剩余壓力.這個壓力是沿油管向上舉升流體的原動力.如果這個壓力大于生產流體的油管內向上舉升的阻力，則油井在自噴條件下生產；反之，則不能將生產流體舉升到井口，而需要人工舉升方式，進行機械采油.

油氣生產在油管內向上舉升過程的流動狀態也是相當復雜的，輕質相和重質相會隨之流速、所占井筒截面積不同，經歷泡狀流、段塞流、環流和狀流等幾種流動狀態.

4、流體通過油嘴的流動過程：主要是流體通過小孔眼管道的節流過程.

目前對于上述的四個過程，已經研究出很多數學相關式來描述這些流動特性，雖然數學公式非常復雜，循環計算量很大，但是隨著計算機技術的發展，使得油井節點分析計算快速準確，在單井油氣層快速評價中，可以幫助解決很多油井的實際問題.

2　地層和完井基本參數選擇

1、油藏地質參數是根據MDT測試、常規測井曲線和核磁共振測井解釋的結果得到的，并且根據測井曲線將油層厚度減去泥巖隔層厚度，得到產能預測采用的有效厚度.

圖2- 1地層和完井參數的選擇

油層壓力為MDT測試得到的地層壓力折算到油層中部深度所得到的；

地層滲透率為MDT測試壓降流度計算得到的滲透率與核磁共振滲透率相結合確定.由于MDT測試為單點測量，由此可得到地層在該深度處的滲透率，而核磁共振曲線能夠提供很好的縱向上連續滲透率相對變化趨勢.因此將核磁共振曲線用MDT計算得到的滲透率重新刻度便可得到修正后的滲透率曲線.由修正后的滲透率曲線進行有效厚度內的線性積分，最終得到油層的平均滲透率.

?1400.6- 1407.6米層段平均滲透率為170md；

?1424.5- 1429.0米層段平均滲透率為130md.

2、生產流體參數主要是根據MDT測試、實驗室流體分析的結果，例如流體密度、氣油比等等，其余一些流體性質等，采用經驗關系式計算.

圖2- 2埕北273井地層滲透率修正

3、油井完井數據由于還沒有完井，是假設的一組參數，采用7英寸套管下至井底，3英寸油管下至油氣層頂.射孔采用10孔徑，90度相位，40孔每米，穿深0.4米，射孔壓實帶滲透率系數采用0.8.

4、生產基礎數據是油井自噴生產初產時采用的一組生產工作制度，包括井口壓力，溫度，油嘴尺寸等等.

對以上預測參數選取，見表2- 1.

表2- 1埕北273井1400.6- 1407.6米層段產能預測基本參數

3　流入流出動態曲線

表3- 1埕北273井1400.6- 1407.6米層段產量預測（改變人工舉升工作制度）

圖3- 1埕北273井1400.6- 1407.6米層段流入流出曲線（改變人工舉升工作制度）

通過以上一組基礎數據，計算了流入流出動態曲線.同時分別分析人工舉升制度對流出曲線的影響進而分析其對產能的影響；另外可以分析油井敞噴（取消油嘴，無回壓）以及不同油嘴條件下各層段的產能；

圖3- 1為1400.6- 1407.6米層段的流入流出曲線，每一個流出曲線與流入曲線的交點對應為油井的預測產量，產量數據以及其它計算參數見表1所示.在10mm油嘴的條件下油井自然產能為17.6方/天，人工舉升對提高產能貢獻很大，若人工舉升增壓4MPa，產量可增加至46.4方/天.

在沒有油嘴截流的情況下該層的產能見表3- 2.可以看出在沒有油嘴截流的情況下該層敞噴的自然產能為24.9方/天；人工舉升增壓4MPa的條件下產量達到57.1方/天.

表3- 2埕北273井1400.6- 1407.6米層段產量預測（改變人工舉升，無油嘴）

圖3- 2埕北273井1400.6- 1407.6米層段流入流出曲線（改變人工舉升,無油嘴）

進行產能分析的這個層段為稠油油層，原油屬于典型的低收縮性、低飽和的中質至重質原油，揮發性弱，氣油比低.流入曲線基本上略向下凹，說明油藏的彈性能和溶解氣驅能量弱.自噴生產需要較大的生產壓差，協調點產量較低.1400.6- 1407.6米層段由于滲透率高，厚度大，有較高產量.

油層的生產可能需要人工舉升措施如下入螺桿泵增壓，從而提高生產壓差，提高產量.

4　敏感性分析

上一節分析一個層段的流入流出動態，確定了相應條件下油層的產能.本節將針對油嘴尺寸、人工舉升制度以及重要的地層和生產參數進行敏感性分析來確定這些參數對于產量的影響趨勢，進而指導實際生產中的工作制度.

4.1油嘴尺寸敏感性分析

如圖4- 1所示為1400.6- 1407.6米層段改變油嘴尺寸與人工舉升增壓壓差對該層產能的影響，對應的數據見表4- 1.從圖表中可以看出該層在2mm油嘴條件下產能很低，并隨著油嘴尺寸的增加逐漸增加，但增加的趨勢漸緩，當油嘴尺寸達到16mm時產量基本不再增加，鑒于油井的整體產量，建議在井口不設置截流裝置.根據不同人工舉升增壓壓差對產量的影響可以看出，隨著壓差的增加該層的產能都有明顯的增加，建議采用人工舉升措施，降低井底流壓，提高生產壓差以提高產能.接下來具體分析不同人工舉升制度對產能的影響.

表4- 1 1400.6- 1407.6米層段產量（改變人工舉升,油嘴尺寸），單位sm3/day

圖4- 1埕北273井1400.6- 1407.6米層段油嘴尺寸敏感性分析

4.2人工舉升制度敏感性分析

從每一層段的流入流出動態分析可以看出人工舉升將大大提高油井的產能.為了尋求最優的人工舉升制度，分別針對該油層人工舉升增壓大小進行敏感性分析，如圖4- 2所示.

圖4- 2埕北273井1400.6- 1407.6米層段人工增壓敏感性分析(800m泵深)

根據上節中的流入流出動態分析，在實際生產中可以不用裝置油嘴截流，因此在對人工舉升的敏感性分析中將不使用油嘴，這樣井口的生產條件為無油嘴敞噴，并且人工舉升下泵深度為800米.從該層段的分析圖中可以看到：隨著人工增壓從0MPa逐漸增大，油層產量有顯著提高，但當增壓數值達到4.5MPa后油井產量則幾乎保持一個恒定的水平不再明顯增加，因此在800米下泵深度的條件下（利用螺桿泵增壓）采用人工舉升措施時，4.5MPa為最優的人工增壓壓差，也是在該深度處可以達到的最大的人工增壓壓差.此壓差下：

1400.6- 1407.6米層段對應的最大產能為59.85方/天.

以上是對人工舉升增壓壓差的敏感性分析，圖4- 3為改變人工舉升的下泵深度對產能的影響.這里選取下泵深度為1200米，井口為敞噴條件.從圖中可以看出8.0MPa為最優的人工增壓壓差，此壓差下：

1400.6- 1407.6米層段對應的最大產能為63.1方/天.

對比800米和1200米下泵深度可以看出，增大下泵深度可以提高產能，但提高數量有限，該層段為5.4%，增加下泵深度未對產量產生較大影響.

圖4- 3埕北273井1400.6- 1407.6米層段人工增壓敏感性分析(1200m泵深)

4.3地層及生產參數不確定分析

另外，未知參數采用經驗公式估算，如果有測量的值，可以及時進行校正，進一步提高產能分析的精度.圖4- 4為該產層改變生產氣油比以及地層滲透率，對產能的敏感性分析.

圖4- 4埕北273井1400.6- 1407.6米層段K，GOR敏感性分析

4.4氣油比敏感性分析

產能預測分析時，氣油比采用MDT估算的平均數值，可能存在誤差，因此對氣油比進行了敏感性分析（見圖4- 5）.通過分析發現，它對于產量影響非常大.通過實驗室PVT分析可以得到溶解氣油比的參數.

圖4- 5產能預測敏感性分析（墾東48井PF1：1555.5- 1562.0米）

4.5表皮系數第三性分析

表皮系數是表明油層傷害程度的一個參數[9]，計算時沒有考慮，假設表皮系數為0，通過表皮系數的敏感性發現，它對產氣量的影響較大，見圖4- 6.通過試井可以得到表皮系數的參數.

圖4- 6產能預測敏感性分析（墾東48井PF4：1440.2- 1444.2米）

5　結論和應用

截至目前，勝利油田已經分別在墾東地區、埕北地區進行了三口井的產能預測分析（墾東48、墾東481、埕北273），其中墾東48井對6個油氣層進行了產能預測，實際試油兩個層段.在相同制度下產能預測產量為37m3/d、63.2m3/d，實際試油產量分別為43.6m3/d、61m3/d.從而證實了產能預測在實際應用中的可行性.

目前產能預測主要應用于以下幾個方面：

1、產能預測通過結合測井、地質和地層測試資料，對油井產能進行預測，雖然它不能替代試油，但有很多方面的應用：

可以減少試油的層數；

應用于由于油井問題無法測試井；

分析放大生產壓差后的產能和壓力保持水平.

2、根據產能分析的結果，準備試油和地面處理設備. 3、進行敏感性分析，幫助確定油井增產的瓶頸.

參考文獻：

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中圖分類號：TE32

文獻標識碼：A

文章編號：1673- 260X（2015）06- 0070- 04