新場氣田致密砂巖氣藏采收率影響因素分析

高 偉，曹廷寬，李 鳳

(1.中國石化西南油氣分公司采氣三廠，四川德陽 618000；2.中國石化西南油氣分公司勘探開發研究院，四川成都 610041)

天然氣作為一種清潔能源，對社會經濟發展的支撐作用越來越大，其開采也越來越受重視。提高采收率是氣藏開發的重要目標，不同類型的氣藏采收率差異較大，低滲透致密砂巖氣藏采收率多在30%～80%[1-3]。石油可采用二次、三次開采技術提高采收率，但常規氣藏主要采用衰竭式開采，提高采收率的技術方法有限。因此，搞清影響致密砂巖氣藏采收率的主要因素，并制定相應的開發技術對策，對提高氣藏采收率十分重要[4-8]。以新場氣田J2s2氣藏為例，通過分析明確影響該致密砂巖氣藏采收率的主要因素，并結合氣藏實際開采特征提出相應的開發調整對策，為提高氣藏采收率奠定了基礎。

1 氣藏概況

新場氣田位于四川盆地川西凹陷中段的新場構造，呈鼻狀發育，整體上西高東低、南陡北緩，呈不對稱分布。沙溪廟組隸屬中侏羅統地層，埋深2 100～2 800 m，地層厚度約700 m，共劃分為九個砂層組，其中J2s1氣藏分為J2s11和J2s12兩個砂層組，J2s2氣藏分為J2s21、J2s22、J2s23和J2s24四個砂層組，J2s3氣藏分為J2s31、J2s32和J2s33三個砂層組。主要產氣層J2s2氣藏縱向上發育的四套砂體均呈寬帶狀或毯狀分布，儲層平均孔隙度為9.7%，滲透率為0.02×10-3～0.63×10-3μm2，無統一的氣水界面，氣水分布規律復雜[9-11]。J2s2氣藏原始地層壓力為40～45 MPa，壓力系數為1.5～2.0，屬典型異常高壓層狀致密砂巖氣藏。

新場氣田J2s2氣藏先后經歷了高速建產和綜合調整兩大階段，年產量大于1.0×108m3穩產8年，目前處于開發中后期，需進一步提高氣藏采收率，保證氣藏的持續高效開發。

2 氣藏采收率影響因素

地質條件是決定氣藏開發效果的基礎，工程工藝是提高采收率的關鍵。因此，影響氣藏采收率的因素可以分為地質因素和開發因素。地質因素主要包括氣藏類型、構造斷裂、儲層特征、儲層物性、儲層應力敏感性、孔隙結構、流體分布及流體性質等方面；開發因素主要包括井網密度、工藝技術、生產制度等方面[12-14]。針對新場氣田J2s2氣藏，結合氣藏開發歷程與實踐，對采收率的主要影響因素進行分析總結。

2.1 地質因素

2.1.1 儲層滲流能力

(1)巖心實驗。從新場氣田J2s2氣藏生產情況來看，儲層物性是影響氣藏開發效果的重要因素，決定了開發技術對策的選取。為此，選取典型儲層巖心，開展巖心實驗模擬彈性降壓開采過程中物性對采收率的影響。

首先，對巖心進行烘干處理，通過抽真空的方式使巖心含水飽和度達到原始含水飽和度。然后，將巖心放入高溫高壓巖心室，在內外壓差為2.5 MPa條件下將巖心飽和高壓氣體，將上覆壓力、溫度和孔隙壓力調節至模擬值，維持至系統平衡以達到模擬條件。模擬條件穩定后，按預先設定的壓降速度和采氣速度模擬降壓開采，計量階段采氣量(巖心孔隙壓力每次下降0.5 MPa)和累計采氣量(巖心孔隙壓力總壓降5.0 MPa)，從而計算階段采出程度和達到廢棄壓力時天然氣采收率。

根據8組物性不同的巖心實驗，建立滲透率與巖樣采收率的相關性曲線(圖1)。巖心實驗表明，新場氣田J2s2氣藏采收率可達47%～63%，巖心滲透率與采收率相關性較好，采收率隨儲層巖石滲透率的減小而降低，并在0.10×10-3μm2時出現明顯的拐點。當巖心滲透率從0.42×10-3μm2減小到0.15×10-3μm2時，采收率由55.24%降低至24.64%，采收率下降幅度較緩；當巖心滲透率從0.09×10-3μm2減小到0.06×10-3μm2時，采收率由16.99%迅速降低至9.07%，說明滲透率低于0.10×10-3μm2時，滲透率的減小對采收率影響更明顯。

圖1 巖心衰竭實驗模擬采收率與巖樣物性的關系

(2)數值模擬。在目標氣藏中選擇典型井區采用單因素分析的方法，模擬分析不同滲透率對致密砂巖氣藏采收率的影響，數值模擬與巖心實驗結果的趨勢基本一致(圖2)。當滲透率從0.95×10-3μm2減小到0.16×10-3μm2時，采收率由63.15%降低到36.72%，下降幅度較緩；而滲透率從0.16×10-3μm2減小到0.01×10-3μm2時，采收率隨滲透率的減小迅速降低到14.43%。

圖2 數值模擬采收率與滲透率的關系曲線

綜合巖心衰竭實驗和數值模擬結果可以看出，儲層滲流能力變差，采收率也隨之降低，當儲層滲透率小于0.10×10-3μm2后，對采收率影響更強。致密砂巖氣藏儲層滲透性的變化引起采收率差異較大，在新場氣田開發中也得到了證實。J2s2氣藏的4個砂層組中，J2s21和J2s23氣層滲透性較差，巖心平均滲透率分別為0.11×10-3μm2和0.13×10-3μm2，而主力層J2s22和J2s24氣層平均滲透率分別為0.19×10-3μm2和0.23×10-3μm2，物性相對較好；根據采收率預測結果，J2s22、J2s24氣層采收率分別達50.48%和54.08%，而J2s21、J2s23氣層預測的采收率為31.08%和40.04%。

2.1.2 儲層含氣性

由于新場氣田J2s2氣藏為致密砂巖氣藏，儲層巖石孔喉狹小且分布不均勻，小孔喉毛管壓力大，造成束縛水飽和度偏高，氣藏主力層含水飽和度為30%～65%，平均含水飽和度為52%，對采收率影響較大。巖心實驗表明，采收率隨著含水飽和度的增加而降低，二者大致呈線性的負相關性。當巖樣含水飽和度從30%增加到65%時，采收率從65%降低至30%，下降35%，說明含水飽和度對采收率影響比較明顯(圖3)。

圖3 巖心實驗模擬采收率與含水飽和度的關系

典型井區的數值模擬也表明儲層采收率與含水飽和度相關性與巖心實驗結果基本一致(圖4)。從數值模擬結果來看，當儲層含水飽和度從30%上升至65%時，采收率從85%降低至35%，下降50%，比巖心實驗的降幅更大。

圖4 數值模擬采收率與含水飽和度的關系

巖心實驗和數值模擬證明，致密砂巖儲層含水飽和度是影響采收率的重要因素，采收率隨著含水飽和度的增加而降低。

2.1.3 應力敏感性

氣藏開發過程中，隨著地層壓力下降，巖石有效應力不斷變化，造成儲層物性發生改變，從而引起氣井產能的變化。新場氣田J2s2氣藏的氣井主要采用水力壓裂后投產，因此，對巖樣進行人工造縫，并開展含裂縫的巖樣應力敏感性實驗，建立圍壓與巖樣有效滲透率的相關性曲線(圖5)。巖樣的應力敏感性實驗表明，隨著圍壓升高，裂縫應力敏感性逐漸增強，滲透率大幅下降，巖樣的采收率也隨之降低。

圖5 典型井區人工裂縫巖樣應力敏感性分析

為了盡可能減小物性、含氣性等因素的干擾，優選氣藏儲層條件和含氣性均較好的井區開展數值模擬，分析應力敏感性對致密砂巖儲層采收率的影響。如表1所示，考慮應力敏感性的致密砂巖儲層的采收率明顯比不考慮應力敏感性的儲層的采收率低，采收率降低4.3%～13.0%。

表1 應力敏感對儲層采收率的影響

2.2 開發因素

開發因素對采收率的影響與氣田的開發管理和工程工藝密不可分，隨著開發工作不斷深入，新場J2s2氣藏采出程度不斷提高，影響采收率的因素主要包括井網密度、廢棄地層壓力及開采工藝技術等方面。

2.2.1 井網密度

井網完善程度對于低滲致密砂巖氣藏的開發有重要影響。新場J2s2氣藏初期部署采用近似均勻的正方形井網布井，后期井網部署則根據儲層儲量類型和儲量豐度采用非均勻布井方式，井距700～800 m。受儲層非均質性、壓裂改造規模等因素影響，局部井區儲量動用不充分，需要進一步完善井網以提高氣藏采收率和儲量動用程度。綜合考慮新場J2s2氣藏儲層的啟動壓力梯度、應力敏感和裂縫閉合等因素，并結合儲層滲透率、含水飽和以及地層壓力差異，對各氣層儲量動用程度、氣井泄氣半徑、經濟極限井距等參數進行了綜合研究，主要認識包括以下幾個方面。

(1)與主力層J2s22、J2s24氣層相比，J2s21、J2s23氣層物性更差，直井單層動用程度低，單井泄氣半徑為110～130 m。

(2)對于多層合采井，當氣層滲透率和含水飽和度差異較大時，低滲透、高含水氣層對產量貢獻較小，儲量動用率較低。

(3)結合經濟評價結果，新場J2s2氣藏3層合采經濟極限井距約為350 m，而2層合采經濟極限井距為400 m。

從新場J2s2氣藏剩余氣富集區選擇典型井組開展數值模擬，預測部署不同加密井數對氣藏采收率的影響，結果見表2。由于新場J2s2氣藏儲層滲流能力差，單井控制半徑小，井間剩余儲量豐富，每加密1口井，井組采收率可提高3%～5%，部署3口加密井，典型井區采收率可提高10%以上，井網密度對采收率影響較大。

表2 典型井區加密前后預測采收率對比

2.2.2 廢棄地層壓力

廢棄地層壓力是影響氣藏采收率的另一重要因素，通過儲層改造、增壓工藝、排液采氣等降低氣藏的廢棄地層壓力，能夠明顯提高氣藏采收率。選取2個典型井組開展數值模擬，預測氣藏廢棄地層壓力從17 MPa降低至8 MPa時，D、E兩個井區的采收率最大增幅分別為27.64%和13.48%(表3)。

表3 不同廢棄壓力下預測采收率

新場J2s2氣藏大部分老井低壓低產，通過優化實施增壓開采，進一步降低老井廢棄壓力，可有效延長老井生產時間、維持生產平穩，并提高氣藏采收率。

新場J2s2氣藏A井組包含10口氣井，增壓前日產氣量僅3.1×104m3，產量年綜合遞減率8.04%，增壓初期日產氣量最高增加至3.6×104m3，60 d后恢復到增壓前的日產氣量，但產量遞減變緩。通過增壓開采，井組的廢棄地層壓力可降低0.6 MPa，采收率提高1.80%(圖6)。

圖6 新場J2s2氣藏A井組增壓開采遞減關系

2.2.3 開采工藝技術

對于低滲致密氣藏中的難動用儲量，僅依靠直井單層開采，水力壓裂后也很難獲得工業產量。開發實踐表明，水平井結合分段壓裂工藝對提高薄層致密砂巖儲層的采收率效果較好[15-18]。水平井可增大井筒與儲層的接觸面積，從而增加單井泄流面積、增大控制儲量，提高氣藏采收率；分段壓裂技術可通過增加滲流通道改善儲層滲流條件，提高氣藏采收率。

新場J2s2氣藏2010年后采用水平井開發，先后經歷了水平井試驗階段(籠統壓裂)、難采層試開發階段(多種壓裂方式)和推廣應用階段(多級多縫壓裂)，水平井平均無阻流量逐步從2.1×104m3/d增加到10.3×104m3/d，無阻流量不斷提高，動用儲量不斷增加，特別是突破了J2s21、J2s23氣層單層開發難的困局，氣藏采收率逐年提高，僅2011—2013年間，新場J2s2氣藏采收率提高了6.24%。

3 結論與建議

(1)根據新場J2s2氣藏的開發實踐，影響致密砂巖氣藏采收率因素包括含水飽和度、滲透率等地質因素以及井網密度、工程工藝技術等工程因素。

(2)對于低滲致密砂巖氣藏，通過優化合理井網井距、采用先進工程工藝技術及開采技術克服低滲致密砂巖氣藏儲層低孔致密、含水飽和度高等不利因素的影響，盡可能地降低廢棄地層壓力以提高氣藏采收率。