頁巖氣井產(chǎn)量上升階段開發(fā)指標(biāo)的預(yù)測方法

王 勇，張林霞

（1.中國石油川慶鉆探工程公司地質(zhì)勘探開發(fā)研究院，四川成都 610051；2.中國石油西南油氣田分公司安全環(huán)保與技術(shù)監(jiān)督研究院，四川成都 610051）

頁巖氣井特殊滲流機(jī)理決定了其不同于常規(guī)氣井的生產(chǎn)特征，其生產(chǎn)過程一般可分為三個(gè)階段（見圖1）：產(chǎn)量上升階段、產(chǎn)量遞減階段、產(chǎn)量相對(duì)穩(wěn)定階段。氣井投產(chǎn)初期產(chǎn)量上升階段還沒有測試求產(chǎn)，生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)相對(duì)較少，開發(fā)指標(biāo)評(píng)價(jià)相對(duì)困難。而氣田管理決策者又希望能盡早了解氣井的產(chǎn)能情況，包括：測試產(chǎn)量、第一年平均日產(chǎn)、動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量（Expected Ultimate Recovery，縮寫為EUR）等，便于投資決策和產(chǎn)能規(guī)劃參考，這就需要建立相應(yīng)的預(yù)測方法。而頁巖氣水平井開采過程中涉及的流動(dòng)產(chǎn)出機(jī)理十分復(fù)雜[1，2]，很難像常規(guī)氣井那樣利用各種滲流方程計(jì)算井的產(chǎn)能[3-12]。本文依托某頁巖氣藏X 區(qū)塊頁巖氣地質(zhì)、壓裂及生產(chǎn)資料，從頁巖氣儲(chǔ)層測井評(píng)價(jià)入手，結(jié)合地區(qū)頁巖氣水平井的壓裂、測試、生產(chǎn)數(shù)據(jù)，研究分析頁巖氣水平井產(chǎn)能的主控因素，并以一定數(shù)量的生產(chǎn)井?dāng)?shù)據(jù)做樣本，依此采用統(tǒng)計(jì)擬合技術(shù)建立多元線性回歸產(chǎn)能預(yù)測模型進(jìn)行產(chǎn)能評(píng)價(jià)，提出了預(yù)測該階段不同開發(fā)指標(biāo)的方法。

圖1 典型頁巖氣井產(chǎn)量運(yùn)行曲線圖

1 X 區(qū)塊地質(zhì)概況

區(qū)塊目的層地層劃分（見表1）。開發(fā)目的層是志留系龍馬溪組和奧陶系五峰組。龍馬溪組自上而下分為龍二、龍一2和龍一1 亞段，依據(jù)沉積旋回、巖性組合特征、電性特征、古生物特征及地球化學(xué)特征，又將龍一1亞段進(jìn)一步劃分為4 個(gè)小層。

表1 X 區(qū)塊目的層地層劃分表

圖2 X 區(qū)塊頁巖氣水平井產(chǎn)能與地質(zhì)及壓裂改造參數(shù)的關(guān)系

2 預(yù)測方法的建立

2.1 氣井首年平均日產(chǎn)氣量的預(yù)測方法

頁巖氣井首年平均日產(chǎn)氣量是一個(gè)主要的開發(fā)指標(biāo)，是實(shí)現(xiàn)氣井動(dòng)態(tài)分類管理的一個(gè)主要依據(jù)，也是評(píng)價(jià)一口氣井開發(fā)潛力的重要指標(biāo)。

2.1.1 產(chǎn)量主控因素分析 研究分析頁巖氣井鉆井地質(zhì)參數(shù)、儲(chǔ)層參數(shù)、壓裂參數(shù)等與水平井產(chǎn)量的關(guān)系，包括：水平段長、龍一11小層厚度、龍一11底以上4 m鉆遇長度、總有機(jī)碳含量、礦物組分、孔隙度、飽和度、含氣量、脆性指數(shù)、壓裂段長、壓裂段數(shù)、加砂強(qiáng)度等，通過對(duì)這些參數(shù)與氣井首年平均日產(chǎn)氣量的相關(guān)性分析，篩選出了8 個(gè)參數(shù)與氣井首年平均日產(chǎn)氣量呈正相關(guān)（見圖2），影響氣井產(chǎn)量的主要因素。壓裂實(shí)踐已證明[13]，頁巖氣水平井鉆遇的龍一11小層越厚、越長，壓裂效果越好；儲(chǔ)層脆性指數(shù)高、物性好，其可壓裂性越好；壓裂入井總砂量與壓裂改造體積密切相關(guān)，而改造體積決定產(chǎn)量高低。

2.1.2 X 區(qū)塊頁巖氣水平井首年平均日產(chǎn)氣量預(yù)測模型 通過擬合分析建立頁巖氣水平井產(chǎn)能預(yù)測模型。

q=H×6.057 1-T×14.706 6-L1×0.199 9+Lz×0.102 2+B×0.127 3+Lg×0.137 3-S×0.207 1-N×4.115 2+95.215 4

式中：q-首年平均日產(chǎn)氣量，104m3；H-龍一11厚度，m；T-總含氣量，m3/t；L1-龍一11長度，m；Lz-龍一11底以上4 m 鉆遇長度，m；B-脆性指數(shù)，%；Lg-改造段長度，m；S-加砂強(qiáng)度，t/m；N-實(shí)際壓裂有效段數(shù)，段。

2.2 測試產(chǎn)氣量和EUR 的預(yù)測方法

統(tǒng)計(jì)區(qū)塊一定數(shù)量的生產(chǎn)井?dāng)?shù)據(jù)做樣本，依此采用統(tǒng)計(jì)擬合技術(shù)建立多元線性回歸得到相應(yīng)的預(yù)測模型。

2.2.1 測試產(chǎn)量預(yù)測模型 根據(jù)區(qū)塊單井的實(shí)際資料，線性擬合首年平均日產(chǎn)氣量與測試產(chǎn)量數(shù)據(jù)相關(guān)系數(shù)為0.954 4（見圖3），可以看出兩者密切相關(guān)，得到測試產(chǎn)量預(yù)測模型如下：

式中：Q-測試產(chǎn)量，104m3/d；q-首年平均日產(chǎn)氣量，104m3。

2.2.2 EUR 預(yù)測模型 根據(jù)區(qū)塊單井的實(shí)際資料，線性擬合首年平均日產(chǎn)氣量與動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量數(shù)據(jù)相關(guān)系數(shù)為0.932（見圖4），可以看出兩者密切相關(guān)，得到EUR 預(yù)測模型如下：

式中：EUR-動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量，108m3；q-首年平均日產(chǎn)氣量，104m3。

圖3 首年平均日產(chǎn)與測試產(chǎn)量關(guān)系曲線圖

圖4 首年平均日產(chǎn)與EUR 關(guān)系曲線圖

圖5 Well504 井生產(chǎn)產(chǎn)量運(yùn)行曲線圖

3 方法應(yīng)用舉例

表2 X 區(qū)塊頁巖氣井Well504 儲(chǔ)層及改造裂縫參數(shù)

表3 Well504 井預(yù)測參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

在區(qū)塊上選一口連續(xù)生產(chǎn)性較好的投產(chǎn)老井Well504 井，來驗(yàn)證產(chǎn)量上升階段生產(chǎn)指標(biāo)預(yù)測與實(shí)際值的符合程度，從而驗(yàn)證前面建立的預(yù)測方法正確性（見圖5）。

該井儲(chǔ)層及改造裂縫參數(shù)（見表2），2018 年12 月20 日投產(chǎn)，截止目前生產(chǎn)了523 d，累產(chǎn)氣3 281×104m3，日產(chǎn)氣量4.6×104m3，套壓6.0 MPa，油壓3.9 MPa。

3.1 產(chǎn)量上升階段預(yù)測首年平均日產(chǎn)氣量

預(yù)測所用到的單井基本參數(shù)（見表3），根據(jù)預(yù)測公式計(jì)算首年平均日產(chǎn)氣量8.35×104m3，根據(jù)第一年實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算首年平均日產(chǎn)氣量為8.12×104m3，相對(duì)誤差為2.83 %。

3.2 產(chǎn)量上升階段預(yù)測測試產(chǎn)量

根據(jù)預(yù)測公式可預(yù)測測試產(chǎn)量為：

Q=2.223 5×8.35-0.134 2=18.43×104m3/d

圖6 Duong 方法預(yù)測單井EUR 曲線圖

該井實(shí)測的測試產(chǎn)量為20.18×104m3/d，相對(duì)誤差為8.67 %。

3.3 產(chǎn)量上升階段預(yù)測EUR

根據(jù)預(yù)測公式可預(yù)測動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量為：

EUR=0.079 6×8.35+0.138 3=0.80×108m3

該井有一年半的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，應(yīng)用目前流行的頁巖氣EUR 預(yù)測Duong 方法[14]實(shí)測其值為0.77×108m3（見圖6），相對(duì)誤差為3.9 %。

表4 生產(chǎn)指標(biāo)預(yù)測值與實(shí)測值對(duì)比結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

預(yù)測數(shù)據(jù)和實(shí)測數(shù)據(jù)（見表4），可見預(yù)測數(shù)據(jù)和實(shí)際數(shù)據(jù)有較好的一致性，平均相對(duì)誤差僅5 %左右。

4 結(jié)論

（1）頁巖氣初期產(chǎn)量上升階段是氣田開發(fā)的重要階段，本文針對(duì)該階段提出了預(yù)測氣田開發(fā)指標(biāo)的方法。實(shí)例應(yīng)用表明，這些方法是實(shí)用、有效的。

（2）預(yù)測方法基于經(jīng)驗(yàn)遞減法，依據(jù)氣井生產(chǎn)數(shù)據(jù)能快速、簡單且有效地預(yù)測氣井初期階段的生產(chǎn)指標(biāo)，特別對(duì)于獲取地層參數(shù)、井筒參數(shù)等較困難氣井很方便。

（3）目前預(yù)測的各項(xiàng)開發(fā)指標(biāo)，是基于當(dāng)前的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。當(dāng)進(jìn)行有效的開發(fā)調(diào)整之時(shí)，需要根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的變化，進(jìn)行跟蹤預(yù)測。