低滲透氣藏水平井開發(fā)產(chǎn)能影響因素分析

陳冠旭，程順有，劉 森，馬占國，劉曉瑞，趙 明

(1.西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點實驗室，陜西西安710069;2.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西西安710069;3.長慶油田分公司油氣工藝研究院，陜西 西安710021;4.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室，陜西 西安710021;5西安長慶地產(chǎn)集團有限公司，陜西西安710021)

低滲透氣藏水平井開發(fā)產(chǎn)能影響因素分析

陳冠旭1.2，程順有1.2，劉 森1.2，馬占國3.4，劉曉瑞3.4，趙 明5

(1.西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點實驗室，陜西西安710069;2.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西西安710069;3.長慶油田分公司油氣工藝研究院，陜西 西安710021;4.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室，陜西 西安710021;5西安長慶地產(chǎn)集團有限公司，陜西西安710021)

為了探索和提高吉林油田水平井開發(fā)深層天然氣的產(chǎn)能和經(jīng)濟效益，必須進(jìn)一步研究影響其產(chǎn)能的影響因素。通過科學(xué)的抽象，建立了反映氣藏地質(zhì)特征的非均質(zhì)地質(zhì)模型，以油藏數(shù)值模擬為手段，研究了水平井在低滲透率氣藏中的產(chǎn)能變化，建立了水平井初期產(chǎn)能與影響因素的定量關(guān)系圖版。所考慮的影響因素包括氣層厚度、儲層滲透率、滲透率各向異性、滲透率變異模擬數(shù)。研究表明研究表明:隨著氣層厚度的增加，氣藏滲透率對水平井采氣指數(shù)的影響越明顯;滲透率大于一定數(shù)值，水平井產(chǎn)能才增加明顯。

低滲透;水平井;產(chǎn)能;影響因素

近年來，隨著鉆井技術(shù)的進(jìn)步和鉆井成本的不斷降低，水平井適用的油氣藏類型越來越廣泛，水平井開發(fā)已經(jīng)成為低滲透油氣藏轉(zhuǎn)換開發(fā)方式、提高采收率的有效手段。水平井改造技術(shù)已在中國石油長慶、塔里木、遼河、冀東、大慶、新疆、吉林等14個油田得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了理想的應(yīng)用效果，已成為提高低滲透油氣田勘探開發(fā)綜合效益的重要途徑。

1 低滲透氣田的分類和開發(fā)特征

1.1 低滲透氣藏的分類

低滲透砂巖氣藏，一般是指孔隙度低于10%、氣藏滲透率低于0.1×10－3μm2、含氣飽和度低于60%、含水飽和度高于40%的砂巖層中的天然氣藏，需要進(jìn)行人工改造。但滲透率往往是一相對而言的概念數(shù)值，界限隨油氣開采工藝技術(shù)的進(jìn)步而改變。目前儲層滲透率小于50×10－3μm2的油藏判定為低滲透油藏。

中國石油專家在“低滲氣藏高效開發(fā)新技術(shù)—四川特低滲透氣藏開發(fā)新技術(shù)研究”中，明確了碎屑巖儲層低滲透氣藏的劃分標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)(表1)。

表1 關(guān)于低滲透氣藏劃分的最新標(biāo)準(zhǔn)

1.2 低滲透氣田的地質(zhì)以及開采特征

由于低滲透儲層形成的特殊沉積背景和成藏條件，使得低滲透氣藏具有不同于一般中高滲透儲層的氣藏地質(zhì)與開采特征，，低滲透氣田的基本地質(zhì)特征主要表現(xiàn)為“兩低兩高”，即低孔隙度、低滲透率、高含水飽和度、高非均質(zhì)性，開發(fā)井單井產(chǎn)量低，壓力下降快、氣田開發(fā)井單井穩(wěn)產(chǎn)程度差，大型低滲透砂巖巖性氣田開發(fā)井的單井經(jīng)過壓裂措施后，產(chǎn)量會有所增加，但穩(wěn)產(chǎn)期短，幾乎一投產(chǎn)就很快地遞減，這是供氣砂體規(guī)模小所決定的。

2 低滲透氣藏水平井產(chǎn)能影響因素分析

在低滲透氣藏的開發(fā)中，水平井的產(chǎn)能是評價水平井開發(fā)效果的重要指標(biāo)。為實現(xiàn)水平井的合理開發(fā)，首先要深入研究水平井產(chǎn)能的影響因素及影響規(guī)律，明確影響水平井產(chǎn)能的各種因素，從而有針對性的對水平井各要素進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，提高水平井開發(fā)效益具有重要的理論意義和實際應(yīng)用價值。

根據(jù)因素類型，可以將氣井水平井產(chǎn)能的主要影響因素分為氣藏因素和工程因素兩大類。其中，氣藏因素主要包括氣層砂體分布、氣層厚度、氣層孔隙度、滲透率及含氣飽和度等先天條件，這類因素在氣藏形成時便已確定，基本認(rèn)為不可控因素;工程因素主要包括水平段長度、水平井偏心距、井眼尺寸等因素，該類因素屬于人為可控因素。通過參數(shù)優(yōu)化設(shè)計及精細(xì)施工可以揚長避短，對于充分發(fā)揮氣井生產(chǎn)潛力，提高開發(fā)效益具有重要意義。

2.1 影響氣井水平井產(chǎn)能的地層參數(shù)研究

2.1.1 氣層厚度對水平井產(chǎn)能的影響

低滲透氣田的開發(fā)過程中，氣層厚度一定程度上決定了儲層的儲集能力。此外，因為水平井在近井地帶滲流近似為徑向流，所以氣層厚度對水平井的產(chǎn)能也有較大的影響。以氣層厚度分別為2 m，5 m，10 m，30 m，40 m，60 m 進(jìn)行模擬研究，建立模型及確定流體參數(shù)，水平井長度為600 m，定壓生產(chǎn)模擬20 a。

圖1 不同氣藏厚度水平井日產(chǎn)量、累產(chǎn)量對比圖

由圖1可以看出隨著氣層有效厚度的增加，水平井的產(chǎn)能迅速增加。但同時水平井的增產(chǎn)倍數(shù)有所下降，在氣層厚度比較小時，水平井的增產(chǎn)倍數(shù)大幅增加，所以水平井技術(shù)在薄層氣藏的開發(fā)中有較好的開發(fā)效果。

2.1.2 儲層滲透率對水平井產(chǎn)能的影響

滲透率作為儲層最重要的一個參數(shù)對水平井的產(chǎn)能有著較大的影響，根據(jù)低滲透氣藏滲透率的取值范圍選取氣藏的滲透率分別為 0.01、0.1、0.5、1、3 × 10－3μm2，氣層厚度 10 m，水平井長度為600 m進(jìn)行模擬研究。

由圖2可以看出，當(dāng)絕對滲透率大于1×10－3μm2時，水平井的產(chǎn)能增幅迅速增加，當(dāng)絕對滲透率小于1×10－3μm2時，水平井的產(chǎn)能隨氣藏絕對滲透率的增加近似線性增加，在儲層絕對滲透率較小(小于0.01×10－3μm2)時，水平井的產(chǎn)能非常小，此時水平井的開發(fā)效果并不好，需要對水平井進(jìn)行改造，比如大型壓裂措施等才能有效提高油井產(chǎn)能，改善水平井的開發(fā)效果。

圖2 低滲透氣藏水平井產(chǎn)能與滲透率的關(guān)系曲線

2.1.3 滲透率各向異性對水平井產(chǎn)能的影響

大多數(shù)氣藏在一定程度上都存在著滲透率各向異性，對于低滲透氣藏，由于儲層沉積物性差，儲層的非均質(zhì)性強，垂向物性變化明顯。儲層的滲透率各向異性對水平井的產(chǎn)能有較大的影響。選取氣層厚度10 m，水平井長度為600 m，水平滲透率為1×10－3μm2。用β表示垂向滲透率和水平滲透率的比值，即 β=Kv/Kh，其中，Kv、Kh分別表示垂向與水平方向的滲透率，QM表示水平井的增產(chǎn)倍數(shù)。分別模擬計算氣藏滲透率各向異性系數(shù) β 取值為 0.2、0.4、0.6、0.8、1.0時水平井產(chǎn)能的變化情況。

圖3 低滲透氣藏水平井增產(chǎn)倍數(shù)與滲透率各向異性系數(shù)的關(guān)系圖

由圖3可以看出，隨著氣層垂向滲透率的降低，流體在垂向上的滲流阻力增加，水平井的產(chǎn)能減小。隨著氣層絕對滲透率的降低，滲透率各向異性系數(shù)的影響也逐漸增大，其增產(chǎn)倍數(shù)與氣層絕對滲透率呈線性增加。

2.2 影響氣井水平井產(chǎn)能的工程因素研究

2.2.1 水平段長度對氣井水平井產(chǎn)能影響

水平段長度是影響水平井產(chǎn)能的重要因素，水平井長度分別為200 m、400 m、600 m、800 m、1 000 m水平井長度對水平井產(chǎn)能的影響。

由圖4可以看出，水平井日產(chǎn)量和累產(chǎn)量隨著水平井長度的增加而增加。由于增加水平井水平段能夠大幅度地提高井與氣層之間的接觸面積。因此，在其他各項參數(shù)一定的條件下，水平段長度越大水平井的泄氣面積增大，采出程度越大。隨著水平井段的增加，水平井產(chǎn)氣量與水平段長度關(guān)系曲線近似為一條直線，當(dāng)水平井段長度大于800 m后，由于水平段內(nèi)摩擦損失的緣故，直線下掉，水平井產(chǎn)氣量增加幅度變緩。

圖4 水平井日產(chǎn)量、累產(chǎn)量隨時間的變化曲線

2.2.2 井眼尺寸對氣井水平井產(chǎn)能影響

由油氣滲流理論知，井眼尺寸是影響水平井產(chǎn)能的重要因素。在保證氣藏厚度、屬性參數(shù)和水平段長度一定的條件下，應(yīng)用數(shù)值模擬方法，分別計算了不同井眼尺寸(0.15 m、0.12 m、0.1 m、0.08 m、0.06 m)下水平井的產(chǎn)能。

圖5 水平井日產(chǎn)量、累產(chǎn)量隨時間的變化曲線

圖5可以看出，在不考慮井筒摩阻損失影響時，日產(chǎn)氣量隨井眼尺寸的增加呈線性增加，水平井井眼尺寸越大，井筒泄氣面積越大，日產(chǎn)氣量和累產(chǎn)氣量越大，但增幅較小，而且井眼尺寸越大，鉆井，修井，采油的成本越高。因此，采用小井眼井來大幅度地降低開采成本，提高油氣田開發(fā)經(jīng)濟效益顯得十分緊迫和非常必要。

2.2.3 水平井偏心距對水平井產(chǎn)能的影響

水平井在氣層中垂向的位置通常用水平井的偏心距來表示，定義水平井的偏心距為水平井到氣層中部的距離與氣層厚度一半的比值(小于0表示水平井位于油層中部以下，大于0表示水平井位于油層中部以上)。水平井長度為600 m，分別模擬計算偏心距為0.8、0.4、0、－0.4、－0.8 時水平井的產(chǎn)能。

圖6 水平井日產(chǎn)量、累產(chǎn)量隨時間的變化曲線

結(jié)合圖6可以看出，水平井的垂向位置在水平井距離氣層中部以內(nèi)時水平井的產(chǎn)量較高，越靠近氣層頂?shù)撞克骄男褂兔娣e越小，產(chǎn)能越低，但總體上偏心距對水平井產(chǎn)能的影響并不大。

3 結(jié)論

低滲透氣藏水平井產(chǎn)能影響因素研究表明:對水平井絕對產(chǎn)能影響最大的為氣層有效厚度和無因次水平井長度，其余依次為滲透率各向異性系數(shù)和滲透率變異模數(shù);對水平井較直井增產(chǎn)倍數(shù)影響最大為水平井無因次長度，其余依次為氣層厚度、滲透率各向異性性系數(shù);滲透率變異模數(shù)和偏心距對增產(chǎn)倍數(shù)的影響并不明顯。

［1］陳偉，段永剛.煤層氣有限導(dǎo)流壓裂井的壓力動態(tài)分析.西南石油氣學(xué)院學(xué)報.2000(1).

［2］陳偉，段永剛.水平裂縫水平井試井分析.油氣氣井測試.2000(3).

［3］劉振宇，劉洋，等.人工壓裂水平井研究綜述.大慶石油學(xué)院學(xué)報.2002，26(4).

［4］周學(xué)民，唐亞會.徐深氣田火山巖氣藏產(chǎn)能特點及影響因素分析［J］.天然氣工業(yè).2007，27(1):90 －92.

［5］賀偉，馮曦，王陽.低滲氣藏氣井產(chǎn)能影響因素分析［J］.天然氣勘探與開發(fā).2000，23(2):23 －26.

TE37

B

1004－1184(2012)03－0163－03

2012－03－09

陳冠旭(1986－)，女，內(nèi)蒙古包頭人，在讀碩士研究生，主攻方向:構(gòu)造地質(zhì)學(xué)及固體地球物理研究。