大牛地氣田奧陶系碳酸鹽巖氣藏水平井產能主控因素評價

任廣磊，羅勇，高志彬

（1.中國石化華北油氣分公司勘探開發研究院，河南 鄭州 450006；2.西南石油大學油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室，四川 成都 610050；3.中國石油川慶鉆探工程有限公司地質勘探開發研究院，四川 成都 610056）

0 引言

鄂爾多斯盆地大牛氣田地奧陶系碳酸鹽巖氣藏資源豐富，儲層物性較差，孔喉結構及滲流特征復雜多樣[1-3]。多段壓裂水平井先導試驗獲得了初步成功，但氣井產能差異大，產能的主控因素及其影響機制還不清楚，這給氣田規模開發帶來了挑戰。科學評價產能主控因素，對水平井部署、優化設計意義重大。

國內學者使用數值模擬法、解析模型法、統計法、灰色關聯法、數據分析方法等，從理論上研究了致密砂巖氣、頁巖氣、煤層氣等氣藏多段壓裂水平井產能的主控因素[4-17]。常規統計法通過直接建立測試無阻流量與單個影響因素回歸公式來確定主控因素，相比數值模擬、解析模型法更加簡便實用，研究成本更低，在儲層物性相對均質的砂巖和頁巖氣井產能主控因素研究中取得了不錯的效果。但目前對碳酸鹽巖水平井產能的研究較少[18-21]，而這類氣藏儲層微觀孔隙結構和滲流特征比砂巖、頁巖更復雜，生產特征更多樣，常規統計方法對其適用性差。

本次研究以大牛地氣田奧陶系碳酸鹽巖氣藏為例，根據微觀滲流機理和生產動態特征，對常規統計方法進行改進和擴展，優化了產能評價指標，引入了基于分類的多種排序法，提出了一種更科學的水平井產能主控因素評價新方法，揭示了不同儲層類型水平井產能影響機制的差異性。

1 儲層微觀孔隙結構及滲流特征

大牛地氣田奧陶系碳酸鹽巖氣藏為古巖溶作用下形成的裂縫-孔洞型碳酸鹽巖儲層，品質低、滲透性差，有利古地貌單元分布局限、厚度小、連片性差[12]。氣藏儲集空間可分為孔隙型、裂縫-孔隙型、裂縫-溶蝕孔洞型，較碎屑巖相儲集空間復雜，次生變化非常明顯。儲層主要由溶蝕孔洞和裂縫2種儲集孔隙系統組成，溶蝕孔洞可容納天然氣，裂縫則具有良好的滲濾通道作用，二者的有機配置可形成碳酸鹽巖儲層高滲透帶[13-14]。

利用巖心薄片、恒速壓汞和CT等手段對馬五段儲層進行了巖石微觀特征分析。72塊巖樣孔隙度變化范圍為3.0%～10.9%，滲透率變化范圍為0.1×10-3～14.1×10-3μm2。儲層巖樣孔喉連通性較差，孔隙以晶間孔、晶間溶孔為主，發育晶間微縫和微裂縫。巖樣孔隙度均表現出雙峰的特征，喉道分布范圍廣，平均喉道半徑峰值為2.2 μm。兩相滲流實驗顯示：滲透率較低的基質孔隙型巖樣共滲區范圍較大，等滲點分布較為集中，束縛水飽和度低；裂縫或溶孔發育的滲透率較高巖樣，束縛水飽和度大于60%，等滲點大于80%，氣相單相流動區大。部分巖樣表現出擬啟動壓力特征，啟動壓力梯度與滲透率基本為對數關系。儲層發育基質、溶洞和裂縫，在微觀滲流特征上表現出很大的差異性。

2 水平井生產特征及分類

多段壓裂改造后的水平井生產特征大致可以分為3個階段（見圖1）：第1階段——降壓穩產階段，有效壓裂改造體的流體向井筒供給。受工作制度調整影響，可能出現產量、油壓雙降特點，通過逐漸降低產量延緩油壓遞減速率，即降壓穩產。第2階段——定壓降產階段，外圍地層流體向有效壓裂體供給速度小于有效壓裂體向井筒的供給速度，油壓平輸壓后產量遞減生產。第3階段——低速降壓降產階段，外圍地層流體向有效壓裂改造體供給與有效壓裂體向井筒供給基本達到平衡，產量、油壓緩慢下降。

圖1 典型水平井生產階段劃分

受儲層物性和水平井工程因素影響，區塊內各單井生產井初期產量、油壓、穩定生產時間、遞減率等差別較大，據此可將其分成3類（見表1）。

表1 氣井分類標準及生產指標統計

其中：Ⅰ類井9口，儲層以裂縫-溶蝕孔洞型為主，初期產能較大，日產氣量大于2.5×104m3，初期井口壓力大于10 MPa，地層能量足，基本能穩產降壓生產。Ⅱ類井10口，儲層類型以裂縫-孔隙型為主，初期日產氣量為 1.2×104～1.5×104m3，生產壓差較大，初期油壓小于10 MPa，穩產期較短，較快進入定壓降產階段。Ⅲ類井18口，儲層以孔隙型為主，初期穩定日產氣量小于1.2×104m3，油壓很快下降到較低水平，后期低產量生產，低速遞減。

3 產能評價指標優選

業內常用無阻流量（AOF）作為產能評價指標，但低滲透儲層氣井不同工作制度下的產量和井底流壓在測試時間內很難達到穩定。“一點法”AOF（采用“一點法”測定計算的日無阻流量）計算結果準確率較低，而且AOF只代表測試時刻的氣井產能，沒有包含實際工作制度、氣井壓力、排液等限制條件，不能準確代表氣井的實際生產能力。同一區塊生產井深度、管柱尺寸、油嘴大小和輸氣管線壓力等參數基本相同，氣井初始日產量代表了其真實產能，可作為產能評價指標的前提。因而，分別建立平均日產量（前1個月、前3個月和前6個月）、未來10 a累計產量與“一點法”AOF的關系（見圖2）。累計產量與“一點法”AOF相關性最差，線性回歸判定系數R2=0.341 9。平均日產量與累計產量相關性較好，前3個月、6個月平均日產量的R2分別達到了0.601 2和0.660 0。對于投產初期的氣田，部分氣井投產時間短，雖然使用較長時間段的平均日產量更為可靠，但樣本點相對更少；因此，使用前3個月平均日產量作為產能評價指標較為合適。

圖2 預測未來10 a累計產量與日產量的相關性曲線

4 影響因素定量評分方法

統計學方法廣泛應用于分析影響參數和評價指標之間的相關性，一般通過系數評分來定量評價影響參數的重要性。Pearson，Spearman相關系數法和決策樹評分法是常用的3種統計學方法。其中，前二者屬于單因素評分法[22-23]，后者屬于多因素評分法[24]。 這 3 種方法各有優缺點，需要綜合應用，相互驗證。

為此，建立了工區37口井的地質和工程數據集，包括砂體有效厚度H、測井滲透率Klog、孔隙度φ、含氣飽和度Sg、試井解釋地層系數HK、試井解釋有效滲透率Ke、水平段鉆遇氣層段長度Lh、水平段長度L和壓裂級數N等9個影響參數和評價指標Q（前3個月平均日產氣量）。基于Python軟件，運用Pearson系數法、Spearman系數法和決策樹評分法對影響因素的重要性進行了評分和排序（見表2）。由于樣本點數量過少，個別參數可能得分為負而沒有評價意義，得分和排名均需舍棄。3種方法得到的參數重要性排名基本一致，Pearson系數法和決策樹評分法的評價結果幾乎一樣。其中：HK，Ke最重要，其次是 Sg，L，Lh。H，φ，N，Klog得分小于等于0，顯示這幾個參數與產量之間無正相關性。

表2 產能影響參數評分排序

為了進一步分析各類氣井之間的差異，在井分類基礎上用Pearson系數法再次進行了評分（見表3）。Ⅰ，Ⅱ類井產能主控因素還是 HK，Ke和 Sg，Lh，得分略有增加。Ⅲ類井的N和L得分大幅度增加后，排名前列，說明壓裂級數和水平井長度對產能有明顯正相關作用。在Ⅰ，Ⅱ類井中，壓裂級數和水平井長度的重要性被儲層物性、含氣性掩蓋，故會出現得分較低的情況。

表3 基于井分類的產能影響參數評分結果

5 主控因素影響機制

運用產能解析模型法[25]對上述參數影響產能的重要性進行評價，結果也顯示Ke，HK對產能影響較大（見圖3a、圖3b），驗證了3種統計學方法評分結果的正確性。采用不穩定產量法得到的Ke，HK，比測井解釋得到的Klog值更能真實反映地層的滲透性。雖然Sg相關性得分不高，但是Sg影響Ke，也是氣井產能的重要因素之一。φ只是儲層儲集能力的表征參數，不是控制儲層滲流能力的因素。有效厚度H通常是利用孔隙度下限來計算得到，計算結果誤差大，與初始產量相關性差，但這不表明有效厚度對產能的影響程度小，解析模型結果顯示，有效厚度對產能影響較大（見圖2b）。

Ⅲ類井L，N的評分增加明顯，表明儲層改造對物性較差的氣井產能影響更大。解析法計算結果表明，水平井長度對產能的影響要比壓裂級數更大（見圖3c、圖3d），水平井長度增加不僅可以提高氣井產能指數，還可以提高氣井的儲量控制半徑。

主控因素影響機制分析結果表明，儲層物性是影響氣井產能的主導因素，而水平井長度、壓裂級數對氣井產能也具有較大影響。對于不同類型的儲層，有必要分類優化水平井長度和壓裂級數，以使經濟效益最大化。

圖3 采用解析模型法得到的主控因素與產能關系曲線

6 礦場應用效果

奧陶系碳酸鹽巖氣藏是大牛地氣田重要的儲量產量接替陣地，一直以來，都在開展地質、物探、工程等方面系列配套項目攻關，積極進行水平井開發試驗。2011—2015年期間，該區域開發試驗水平井的水平段長度在750～1 200 m，壓裂級數為4～12，水平井平均無阻流量為8.6×104m3/d，平均初始產量為 2.2×104m3/d，初始油壓為8.8 MPa。雖然水平井長度和壓裂規模逐漸增加，但是水平井產能和開發效果增加幅度并不明顯。通過開展產能主控因素評價研究，提出了水平井位部署的優先原則和工程設計優化原則，即優先選擇裂縫-溶蝕孔洞發育、含氣性好、有效厚度大的儲層部署水平井，針對不同儲層物性的水平井分類優化水平井長度和壓裂規模。2016—2019年，該區域投產7口水平井（見表 4），平均無阻流量為 12.5×104m3/d，平均初始產量為3.2×104m3/d，初始油壓達到12.4 MPa，各項開發指標均好于之前的水平井。X34井水平段1 800 m，設計壓裂19段，先期壓裂9段后，即獲得較好產能，因而，沒有必要繼續實施壓裂作業，大大節約了成本。

表4 2016—2019年水平井開發指標統計

7 結論

1）初始平均日產量更適合作為產能評價指標。投產初期3～6個月的平均日產量可較好地代表產能，適合作為產能評價指標。

2）本文提出的產能評價方法有必要與產能解析模型法結果進行相互驗證，確保評價結果可靠。

3）儲層物性、含氣性是影響氣井產能的主控因素，水平井長度、壓裂級數對氣井產能也具有較大影響。裂縫-溶蝕孔洞發育的儲層是水平井部署的首選目標；孔隙型儲層水平井有必要通過增加水平段長度和壓裂級數來提高產量，但如何實現該類儲層效益開發，水平段長度與壓裂規模的優化還有待進一步研究。