非常規(guī)致密砂巖儲(chǔ)層產(chǎn)能模擬分析——以西湖凹陷Z構(gòu)造為例

徐 發(fā) 時(shí) 瓊 鹿克峰 黃導(dǎo)武

（中海石油（中國(guó)）有限公司上海分公司）

西湖凹陷位于下?lián)P子地區(qū)東部東海陸架盆地的東北部，面積約5.9×104km2，新生代最大沉積厚度超過(guò)10 000 m［1-2］。位于該凹陷西部次洼帶Z構(gòu)造的中深層（埋深3 500 m以下）漸新統(tǒng)花港組已被鉆探證實(shí)為致密砂巖儲(chǔ)層，屬于非常規(guī)致密砂巖氣儲(chǔ)層［3-4］，壓裂改造前實(shí)測(cè)產(chǎn)能較低，達(dá)不到工業(yè)產(chǎn)能。統(tǒng)計(jì)資料表明，Z構(gòu)造花港組儲(chǔ)層自上而下依次分為H1～H12等12個(gè)儲(chǔ)層段，其中H5以上以低孔-中低滲儲(chǔ)層為主，平均孔隙度為9.2%～11.7%，平均滲透率為8.46～15.87 mD；H6～H12以特低孔-特低滲儲(chǔ)層為主，平均孔隙度為8.30%～9.56%，平均滲透率為0.10～0.60 mD。由于氣井產(chǎn)能是一個(gè)地區(qū)天然氣開(kāi)發(fā)投資決策的重要依據(jù)，對(duì)于進(jìn)一步指導(dǎo)該區(qū)油氣勘探開(kāi)發(fā)具有重要意義［5］，因此以西湖凹陷Z構(gòu)造為例深入開(kāi)展非常規(guī)致密砂巖儲(chǔ)層產(chǎn)能模擬分析，可以不斷深化對(duì)該凹陷致密砂巖儲(chǔ)層特征的認(rèn)識(shí)，為該區(qū)域天然氣的勘探開(kāi)發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)條件

本次實(shí)驗(yàn)研究是在成都理工大學(xué)“油氣藏地質(zhì)與開(kāi)發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研制的 WS-2000全巖心產(chǎn)能模擬綜合測(cè)試系統(tǒng)［6-9］上完成的，該系統(tǒng)可在上覆壓力70 MPa、地層壓力40 MPa、模擬溫度140℃條件下進(jìn)行油-水、氣-水兩相滲流實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)步驟為：將已制備好的巖心烘干稱重；抽真空加壓飽和地層水并稱重，以確定孔隙總體積；在隔板裝置上作油（氣）驅(qū)水的束縛水飽和度測(cè)定，以模擬巖心原始狀態(tài)；將巖心放入全模擬實(shí)驗(yàn)流程密封，系統(tǒng)升溫至地層溫度，巖石飽和油（氣）至模擬地層壓力，同時(shí)提高上覆壓力至模擬上覆壓力并保證地層壓力在模擬值，維持上述條件3 h至系統(tǒng)溫度、壓力達(dá)到模擬條件并維持系統(tǒng)平衡；調(diào)節(jié)出口回壓裝置，按照預(yù)先設(shè)定的模擬生產(chǎn)壓差作采油（氣）試驗(yàn)，分別測(cè)定相應(yīng)壓差下的流速。

本次研究所選用的模型都是西湖凹陷Z構(gòu)造花港組井下實(shí)際產(chǎn)層巖心，在磨床上磨制成正圓柱體并測(cè)定常規(guī)物性后作為實(shí)驗(yàn)樣品。為了研究不同物性儲(chǔ)層的產(chǎn)能，分別選擇花港組的6塊巖心在全模擬條件（上覆壓力、地層壓力、地層溫度、束縛水飽和度）下作彈性氣驅(qū)產(chǎn)能模擬，參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 西湖凹陷Z構(gòu)造產(chǎn)能模擬實(shí)驗(yàn)條件

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其處理計(jì)算

根據(jù)產(chǎn)能模擬資料，計(jì)算出樣品在不同的模擬生產(chǎn)壓差下、不同產(chǎn)層厚度時(shí)的單井產(chǎn)量，如表2所示。

從表2可以看出，同一巖樣計(jì)算出的單井產(chǎn)量與有效厚度有關(guān)，即有效厚度越大，單井產(chǎn)量越大。為驗(yàn)證二者的線性關(guān)系，將單井產(chǎn)量除以有效厚度，可知同一巖心在相同模擬生產(chǎn)壓差下的單位有效厚度產(chǎn)量幾乎完全一致，也就是說(shuō)若不考慮實(shí)驗(yàn)誤差的影響，單井產(chǎn)量qsc與有效厚度h成正比，即對(duì)于某個(gè)巖樣而言，在模擬生產(chǎn)壓差Δpi下，qsc／h=C（常數(shù)），只需考慮單位有效厚度下的產(chǎn)量與模擬生產(chǎn)壓差及儲(chǔ)層物性的關(guān)系。

表2 西湖凹陷Z構(gòu)造花港組巖心在不同生產(chǎn)壓差、不同產(chǎn)層厚度下產(chǎn)能模擬單井日產(chǎn)量表

產(chǎn)能模擬實(shí)驗(yàn)是在全模擬條件下沿平行層理方向由低至高分別建立不同的模擬生產(chǎn)壓差做單向滲流模擬實(shí)驗(yàn)，然后再轉(zhuǎn)換成徑向流動(dòng)條件下的單井日產(chǎn)氣量［10］，因而可認(rèn)為整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程服從線性滲流規(guī)律下的氣體穩(wěn)定滲流。由穩(wěn)定狀態(tài)流動(dòng)的達(dá)西產(chǎn)能公式可知，氣體體積流量與產(chǎn)層滲透率和壓力平方差均呈線性關(guān)系［11-12］。由此繪制出的單位有效厚度下的產(chǎn)量qsc／h隨巖心滲透率K與壓力平方差p2R-p2wf的乘積變化關(guān)系曲線如圖1所示，擬合得到該地區(qū)花港組單位產(chǎn)層厚度下的產(chǎn)量和滲透率與壓力平方差的乘積的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式為

式（1）、（2）中：qsc為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的產(chǎn)氣量，104m3／d；h為產(chǎn)層有效厚度，m；K為產(chǎn)層滲透率，mD；pR為地層壓力，MPa；pwf為井底流壓，MPa；qAOF為無(wú)阻流量，104m3／d；psc為氣體標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓力，psc=0.101 MPa。

上述關(guān)系式是在實(shí)驗(yàn)室條件下測(cè)定而得，因此qsc和qAOF可認(rèn)為是在地層無(wú)污染情況下求得的產(chǎn)量和無(wú)阻流量。實(shí)際上，鉆井過(guò)程會(huì)產(chǎn)生鉆井液污染，會(huì)對(duì)井底附近儲(chǔ)層的滲透性造成傷害，因此需要對(duì)利用回歸公式求得的產(chǎn)量和無(wú)阻流量做校正，其校正方法如下：針對(duì)該區(qū)域在花港組產(chǎn)層做過(guò)DST測(cè)試的3口井，首先應(yīng)用公式（1）求得該產(chǎn)層在不同生產(chǎn)壓差下的單位有效厚度產(chǎn)量，再將計(jì)算值與實(shí)際測(cè)試值進(jìn)行比較（表3），并擬合出實(shí)際測(cè)試值對(duì)于計(jì)算值的校正的回歸關(guān)系式（圖2）。

圖1 西湖凹陷Z構(gòu)造花港組單位產(chǎn)層厚度下的產(chǎn)量和滲透率與壓力平方差的乘積的關(guān)系曲線

表3 西湖凹陷Z構(gòu)造花港組產(chǎn)能模擬計(jì)算值與實(shí)際測(cè)試值對(duì)比表

圖2 西湖凹陷Z構(gòu)造花港組產(chǎn)能模擬計(jì)算值與實(shí)際測(cè)試值的關(guān)系曲線

由表3及圖2可知，Z構(gòu)造花港組產(chǎn)能模擬計(jì)算值大致是實(shí)際測(cè)試值的4倍左右，其回歸關(guān)系式為

將式（1）、（2）代入式（3）得

3 儲(chǔ)層產(chǎn)能預(yù)測(cè)

利用上述擬合的不同生產(chǎn)壓差、不同有效厚度、不同滲透率儲(chǔ)層日產(chǎn)氣量表達(dá)式，對(duì)該區(qū)域某井花港組各儲(chǔ)層段進(jìn)行了產(chǎn)能預(yù)測(cè)，并與實(shí)測(cè)資料的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 西湖凹陷Z構(gòu)造某井花港組各氣層產(chǎn)能預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)資料計(jì)算結(jié)果對(duì)比

由表4可以看出：

（1）產(chǎn)能模擬實(shí)驗(yàn)法求得的計(jì)算無(wú)阻流量（未校正）與利用實(shí)測(cè)資料計(jì)算得到的表皮系數(shù)為零（S=0）時(shí)的無(wú)阻流量值相近，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)能模擬法可作為無(wú)DST測(cè)試產(chǎn)層的無(wú)阻流量（S=0）的取值參考方法。

（2）產(chǎn)能模擬實(shí)驗(yàn)法求得的理論無(wú)阻流量遠(yuǎn)大于實(shí)測(cè)無(wú)阻流量（S=5），說(shuō)明該區(qū)域測(cè)試過(guò)程中地層均受到不同程度的污染，產(chǎn)能分析需要進(jìn)行表皮校正。

4 結(jié)束語(yǔ)

氣井產(chǎn)能大小是決策一個(gè)地區(qū)天然氣開(kāi)發(fā)投資的重要依據(jù)，而且對(duì)于分析該區(qū)域天然氣分布特征、認(rèn)識(shí)儲(chǔ)層滲透特征，從而進(jìn)一步指導(dǎo)該區(qū)油氣勘探開(kāi)發(fā)具有重要意義。以西湖凹陷Z構(gòu)造為例，深入開(kāi)展非常規(guī)致密砂巖儲(chǔ)層產(chǎn)能模擬分析，可以不斷深化對(duì)西湖凹陷致密砂巖儲(chǔ)層特征的認(rèn)識(shí)，從而為該區(qū)域天然氣勘探開(kāi)發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

［1］熊斌輝，王春紅，張錦偉，等.西湖凹陷龍井運(yùn)動(dòng)特征［J］.中國(guó)海上油氣，2008，20（2）：9-13.

［2］張敏強(qiáng)，鐘志洪，夏斌，等.東海西湖凹陷中南部晚中新世構(gòu)造反轉(zhuǎn)與油氣運(yùn)聚［J］.中國(guó)海上油氣，2005，18（2）：3-9.

［3］鄒才能，陶士振，朱如凱.“連續(xù)型”氣藏及其大氣區(qū)形成機(jī)制與分布——以四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組煤系大氣區(qū)為例［J］.石油勘探與開(kāi)發(fā)，2009，36（3）：307-319.

［4］羅蟄潭.非常規(guī)天然氣資源的類型及技術(shù)開(kāi)發(fā)研究［R］.四川碳酸巖研究中心學(xué)術(shù)年會(huì)，1979.

［5］康毅力，羅平亞.中國(guó)致密砂巖氣藏勘探開(kāi)發(fā)關(guān)鍵工程技術(shù)現(xiàn)狀與展望［J］.石油勘探與開(kāi)發(fā)，2007，34（2）：239-245.

［6］黃大志，向丹.川中充西地區(qū)香四段氣藏產(chǎn)能研究［J］.天然氣工業(yè)，2004，24 （9）：33-35.

［7］黃大志.陸相致密砂巖儲(chǔ)層參數(shù)研究及表征——以四川潼南地區(qū)須二段儲(chǔ)層為例［D］.成都：成都理工大學(xué)，2009.

［8］向丹，施澤進(jìn)，黃大志.鄂爾多斯盆地北部上古生界氣藏氣井產(chǎn)能評(píng)價(jià)［J］.成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2005，32（1）：54-57.

［9］劉成川.應(yīng)用產(chǎn)能模擬技術(shù)確定儲(chǔ)層基質(zhì)孔、滲下限［J］.天然氣工業(yè)，2005，25（10）：27-29.

［10］向丹.碎屑巖儲(chǔ)層物性下限研究及儲(chǔ)量計(jì)算——以川中充西氣田須四氣藏為例［D］.成都：成都理工大學(xué)，2007.

［11］李士倫.天然氣工程 ［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2008：85-90.

［12］翟云芳.滲流力學(xué) ［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2003：103-109.