延安氣田Y井區穩產時間研究

辛翠平，張 磊，王 凱，王振國，白慧芳，趙鵬飛

(陜西延長石油(集團)有限責任公司研究院，陜西西安 710075)

延安氣田位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡，主力產層為山西、盒8和本溪，作為典型的低壓、低孔、低滲、低產砂巖氣藏[1-5]，與常規氣藏相比，延安氣田開發中后期穩產難度更大.在開發過程中，準確預測氣田穩產期，及時調整氣田開發方式(氣井配產、增壓開采等)，對氣田中后期穩定生產具有極其重要的意義。

目前預測氣井和氣藏穩產能力的方法主要有兩種：①通過理論和經驗公式預測氣井單井穩產時間，進而評估氣田的整體穩產能力；②利用氣藏描述和數值模擬綜合評價氣藏開發效果并預測穩產潛力[6]。本文從延安氣田Y井區概況出發，通過產量不穩定分析法研究了單井穩產時間，進而利用數值模擬法，類比相似氣田，綜合預測延安氣田的穩產年限，為延安氣田中后期穩定開發和措施調整提供理論支撐和借鑒。

1 井區概況

Y井區位于鄂爾多斯盆地東南部延安東部，如圖1所示，構造特征為一西傾的單斜構造，局部發育低幅度，閉合高度為5～15 m，沉積環境主要為三角洲前緣沉積，主要發育次生溶孔、晶間孔等[7]。Y井區主力產層為山西組，其次為石盒子組盒8段和本溪組，孔隙度主要分布在3%～10%之間，滲透率主要分布在0.08～2.5 mD之間，為典型的低孔低滲砂巖氣藏。

Y井區自2015年底投產，單井平均日產氣為1×104m3/d，單井平均日產水為0.5 m3/d，井口套壓從初期的16.3 MPa降低到10 MPa。準確預測氣田的穩產時間，可為Y井區后期方案調整提供理論依據。

2 單井穩產時間預測

2.1 方法優選

單井穩產時間的預測方法主要有物質平衡法、產量不穩定分析法、數值模擬法等，表1分析了各種方法的適用條件。

圖1 延安氣田Y井區區域構造位置Fig.1 Location of Y wellblock, Yan＇an gas reservior

表1 單井穩產時間預測方法對比Table 1 Comparison of methods for predicting gas well production stable time

物質平衡法[8-9]只需要氣井的地層壓力和累計產氣量即可預測剩余穩產時間，計算簡單，但該方法需要連續的地層壓力監測數據；產量不穩定分析法需要生產數據(產量、井口壓力)以及氣井的孔隙度、有效厚度等參數，不需要長時間關井測壓，大大減少了測試時間以及費用，但要求生產數據具有一定的精度，否則會產生一定誤差；數值模擬方法是通過建立三維地質模型來模擬流體的流動，從而得到壓力、飽和度場的變化等，該方法可考慮氣藏的非均質性、氣井工作制度的改變等，但需要大量的試驗數據、氣井的物性參數等，過程復雜，耗時較長。

延安氣田Y井區屬于典型的低滲透氣藏，壓力恢復時間較長，關井測壓嚴重影響氣田的生產，因此物質平衡法在Y井區具有一定的局限性；而數值模擬需要獲取大量的參數，且計算過程復雜；產量不穩定分析法不需要長時間關井測試，且氣井的基本物性參數可通過測井曲線獲得，該方法更適應于研究區。

2.2 單井穩產時間

低滲壓裂氣井的不穩定生產時間長，短期內很難達到擬穩定滲流狀態，且礦場一般考慮減少測試時間、降低測試費用以及避免資源浪費等因素，導致氣井的實際測試時間較短，很難滿足試井要求。因此，對于低滲壓裂氣井，可直接利用生產數據與典型圖版進行擬合，從而得到氣井參數，通過獲得的參數建立單井解析模型，對氣井后期的生產進行預測。

常用的典型曲線有Arps、Fetkovich、Blasingame、Agarwal-Gardner等[10]。Arps、Fetkovich典型曲線法均只適用于分析定井底流壓生產情況，且只適用于徑向流模型，不適合該區塊；Blasingame典型曲線分析法考慮了產量和井底流壓的變化以及氣體pVT性質隨壓力的變化；Agarwal-Gardner典型曲線法的適用條件與Blasingame典型曲線分析法相同，但對數據質量要求高，如果實際生產數據比較分散，會導致曲線失去分析的意義。由于該區氣井產量和壓力均為變化的參數，因此本次研究選用Blasingame典型曲線。

以Y1井為例，Y1井從2015年11月開始穩定生產，平均日產氣量約為3×104m3/d；截至2018年3月底，井口套壓從初期的16.5 MPa下降到9.9 MPa。根據實際生產產量和壓力數據，計算物質平衡時間、規整化產量以及規整化產量積分導數，在雙對數圖版上繪制出Y1井規整化產量曲線與規整化產量積分導數曲線，與圖版中的典型曲線進行擬合，如圖2所示，擬合結果顯示與ReD=5.0的典型曲線擬合效果最佳。

圖2 雙對數典型曲線擬合圖版(Y1井)Fig.2 Double logarithmic typical curves match (well Y1)

在典型曲線ReD=5.0和Y1井的規整化產量曲線上選取任何一個擬合點，可計算得到Y1井的地層滲透率為0.42 mD，泄氣面積為0.42 km2，單井控制地質儲量為0.76×108m3，裂縫半長(xf)為72.6 m以及氣藏各向邊界值(ye、xe、xw和yw)，建立Y1井單井解析模型，示意如圖3所示。

圖3 Y1井單井解析模型示意Fig.3 Diagram of well Y1 analytical model

利用建立的單井解析模型對Y1井進行壓力擬合，如圖4所示，在解析模型中通過輸入歷史產氣量計算擬合壓力。從擬合區可以看出，擬合壓力與歷史壓力非常吻合，說明擬合效果非常好，證明單井解析模型可靠。進而利用單井解析模型對Y1井進行產量和壓力預測，如圖4的預測區所示，預測結果顯示Y1井以3×104m3/d的產氣量能夠穩定生產至2020年1月，剩余穩產時間為1.7年。

產量不穩定分析法直接利用生產數據對單井生產進行預測，不需要長時間關井測試，適用于所有氣井，不僅能實現對氣井生產狀況的簡單快速預測，而且大大提高了氣田開發的經濟性。

利用產量不穩定分析法計算了Y井區41口氣井的穩產時間，結果如圖5所示，可以發現Y井區氣井的穩產時間主要分布在3～7年，占總井數的85.33%，單井的穩產時間平均為5.6年。

3 氣田穩產時間的預測

3.1 Y井區氣田的穩產時間

針對研究區儲層的物性，采用單井分層數據和測井解釋的物性數據建立該區的氣藏三維地質模型。首先，依據單井分層數據建立工區的構造模型；其次，依據沉積相研究成果和測井解釋成果數據，應用隨機模擬方法建立巖相三維地質模型；再次，用相控隨機建模建立有效儲層離散分布模型；最后，用相控建模方法建立氣藏儲層參數：孔隙度、滲透率、含氣飽和度三維精細地質模型。

圖4 Y1井不穩定分析法生產動態預測曲線Fig.4 Dynamic prediction curves of well Y1 by yield instability analysis

圖5 典型井的穩產時間分布Fig.5 Histogram of gas well production stable time

建立的三維地質模型如圖6所示，網格為93 m×97 m×23 m的均勻直角網格，平面網格步長取值為10 m×10 m，縱向網格精度平均取值為1 m。

建立動態數值模型，各參數取值為：選取氣井試氣測得的平均地層壓力作為各層的初始地層壓力(表2)，選用試驗測得的氣水相滲曲線(圖7)和氣體高壓物性(圖8)等參數，采用等效裂縫模型，設定氣井的平均裂縫半長為80 m。

圖6 氣藏三維地質模型Fig.6 Gas reservoir three-dimension geologic mode

通過建立的模型對氣藏進行計算，以A1井為例，對生產數據進行歷史擬合。如圖9所示，可以看出模擬產氣量與實測產氣量之間的擬合結果十分吻合，前期和后期井底流壓的擬合效果很好，中期井底流壓的擬合效果相對一般，整體擬合效果較好，證明本次數模結果可靠，可用于氣藏生產動態預測。

表2 模型中各層的地層壓力取值Table 2 The formation pressures of each layer in the model

圖7 歸一化氣水相滲曲線Fig.7 Normalized gas-water phase permeability curves

圖8 天然氣高壓物性Fig.8 High-pressure physical property of natural gas

利用建立的靜態地質模型和動態數值模型，預測出4種不同的采氣速度下氣藏的產氣量隨時間變化的曲線，如圖10所示，可以看出采氣速度越高，穩產期越短。Y井區的地質儲量為124.1×108m3，目前年產氣量為3×108m3，計算得到目前Y井區的采氣速度約為2.4%，根據數值模擬預測結果進行插值，Y井區的穩產時間約為5.5年。

圖9 A1井生產歷史擬合曲線Fig.9 Production history fitting curves of well A1

3.2 Y井區與相似氣田的穩產時間對比

X井區位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡東側，為河控淺水三角洲前緣沉積，主要生產層位為山西組[5]；蘇里格氣田位于內蒙古鄂爾多斯市境內，主力產層為石盒子組盒8氣層[11-14]；大牛地氣田主力生產層位為盒3、盒2、山1[15-17]。3個氣田均處于鄂爾多斯盆地，為典型的低孔、低滲—特低滲氣藏。延安氣田Y井區地質條件與3個氣田一致，地質特征及穩產時間對比結果見表3。

圖10 氣藏不同采氣速度下的產量預測Fig.10 Prediction of production with different gas producting rates

表3 Y井區與相似氣田的穩產時間對比Table 3 Comparison of production stable time for Y wellblock and adjacent gas fields

相似區塊的穩產時間介于3～6年之間，Y井區的穩產時間為5.5年，對比結果證明數值模擬法預測得到的穩產時間結果可靠，為延安氣田中后期穩定開發和措施調整提供了理論支撐和借鑒。

4 結論

(1)物質平衡法計算簡單，但需要連續的壓力監測數據，該方法不能廣泛適用于低滲透氣藏；而產量不穩定分析法可直接利用生產數據對單井生產進行預測，不需要長時間關井測試，大大提高了氣田開發的經濟性；數值模擬方法可考慮氣藏的非均質性，計算結果更精確，但計算過程復雜。

(2)采用產量不穩定分析法預測得到Y井區41口氣井的穩產時間，結果顯示Y井區氣井的穩產時間主要分布在3～7年，占總井數的85.33%，單井的穩產時間平均為5.6年。

(3)在建立三維地質模型的基礎上，利用數值模擬預測不同采氣速度下的穩產時間，根據實際采氣速度，綜合確定Y井區的穩產時間為5.5年，與相似氣田的對比結果證明預測得到的穩產時間結果可靠，為延安氣田中后期的穩定開發和措施調整提供了理論支撐和借鑒。