產(chǎn)能預(yù)測分析方法的應(yīng)用研究

肖歡（中國石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東　青島　266580）

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產(chǎn)能預(yù)測分析方法的應(yīng)用研究

肖歡
（中國石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島266580）

摘要：對儲層產(chǎn)能進(jìn)行定性及定量評價一直是油氣勘探開發(fā)領(lǐng)域的一項基本任務(wù).最主要的手段是試井分析，這是目前最為準(zhǔn)確的方法之一，但是成本高，費時長.本文論述了測井預(yù)測儲層產(chǎn)能的可行性和具體方法，首先選擇地層和完井基本參數(shù)，然后針對油嘴尺寸、人工舉升制度以及重要的地層和生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行敏感性分析來確定這些參數(shù)對于產(chǎn)量的影響趨勢，進(jìn)而指導(dǎo)實際生產(chǎn)中的工作制度.

關(guān)鍵詞：產(chǎn)能預(yù)測；參數(shù)；動態(tài)曲線；敏感性

對儲層產(chǎn)能進(jìn)行定性及定量評價一直是油氣勘探開發(fā)領(lǐng)域的一項基本任務(wù).對產(chǎn)能的正確評價不僅可以檢驗油氣勘探成果，而且可以為油氣田開發(fā)提供最基本的依據(jù).它的重要性體現(xiàn)在兩方面：第一，在探井研究中，準(zhǔn)確的產(chǎn)能預(yù)測有利于勘探開發(fā)效益評價；第二，在低滲透儲層中，準(zhǔn)確的產(chǎn)能預(yù)測有利于評價產(chǎn)能改造潛力，指導(dǎo)酸化壓裂層位的選取和施工，提高油藏開發(fā)效益.

產(chǎn)能研究最主要的手段是試井分析，這是目前最為準(zhǔn)確的方法之一.但試井施工成本較高，費時較長，并且不可能對每口井的每個井段都進(jìn)行測試，只限于重點層位施工，這限制了該方法的推廣.長期以來，從測井角度預(yù)測儲層產(chǎn)能一直缺少必要的研究手段，方法較為單一，研究結(jié)果與實際結(jié)果差距較大.但是，測井預(yù)測儲層產(chǎn)能是可行的：第一，試井分析為測井產(chǎn)能預(yù)測提供了方法上的指導(dǎo)（尤其是相當(dāng)于小型試井技術(shù)的MDT模塊式地層動態(tài)測試技術(shù)及核磁共振油井技術(shù)的應(yīng)用）；第二，測井施工成本相對比較低，并且提供了產(chǎn)能預(yù)測所需要的諸多信息.利用測井資料預(yù)測儲層產(chǎn)能的主要意義就是在充分利用這些信息的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)儲層“靜態(tài)”信息向“動態(tài)”產(chǎn)能信息的轉(zhuǎn)變，以成本相對廉價的測井信息代替施工不菲的測試手段.

1　產(chǎn)能預(yù)測方法介紹[1-8]

目前主要的產(chǎn)能預(yù)測方法有：產(chǎn)能指數(shù)法、產(chǎn)能指數(shù)修正方法、修正比爾登方法、支持向量機(jī)方法、節(jié)點分析法.各種產(chǎn)能計算方法的適用范圍各不相同.

產(chǎn)能指數(shù)法適用于各種產(chǎn)能參數(shù)比較明確或者比較易于獲得的層位；

產(chǎn)能指數(shù)修正法適用于儲層產(chǎn)能參數(shù)不易于獲得或者參數(shù)的計算精度不準(zhǔn)確的井位，該方法能夠?qū)Ω鲄?shù)起到校正的作用，其精度依賴于試油資料的獲??；

修正比爾登方法是計算儲層壓裂產(chǎn)能的重要方法，它的精度依賴于試油、巖心資料的獲得；

支持向量機(jī)方法適用條件較為寬松，它的精度依賴于學(xué)習(xí)樣本的學(xué)習(xí)效率和精度，由于理論的完善，其精度明顯優(yōu)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法；

節(jié)點分析法是在儲層流入產(chǎn)能和儲層流出產(chǎn)能計算的基礎(chǔ)上分析儲層的協(xié)調(diào)產(chǎn)能，以利于井口的產(chǎn)量控制，科學(xué)開采儲層.

目前產(chǎn)能預(yù)測的方法主要采用油氣井系統(tǒng)分析（又稱節(jié)點分析）的方法：是一門綜合系統(tǒng)分析技術(shù)，其特點就是把油藏作為一個系統(tǒng)來分析，將地下、井筒和地面集輸工藝技術(shù)有機(jī)的結(jié)合.通常，節(jié)點分析方法在油田投入開發(fā)之后，用于油氣井生產(chǎn)過程進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化分析.

在勘探的油氣層產(chǎn)能評價中，往往過多地重視物探地質(zhì)研究，依賴于現(xiàn)場試油測試工藝，從而忽略了室內(nèi)預(yù)測分析.在勘探階段，雖然資料有限，但是基于滲流力學(xué)原理，通過常規(guī)測井資料，結(jié)合核磁共振測井及MDT電纜地層測試技術(shù)，采用系統(tǒng)分析技術(shù)可以進(jìn)行較為準(zhǔn)確的單井產(chǎn)能預(yù)測，從而幫助進(jìn)行單井油氣層評價和儲量的計算工作.

油井系統(tǒng)生產(chǎn)是一個不間斷的連續(xù)流動過程，勘探階段油井的油氣生產(chǎn)（沒有注水）一般要經(jīng)歷以下4個過程（見圖1- 1）：

圖1- 1單井油氣生產(chǎn)經(jīng)歷的4個過程

1、油氣在油藏內(nèi)向油井的滲流過程：這是油氣在多孔介質(zhì)內(nèi)的滲流，主要的壓力損失是地層壓力與井底流壓的壓差推動原油向前流動的滲流阻力，表明這一阻力的特征參數(shù)是采油指數(shù).如果有氣體的存在，尤其是近井筒地帶油層傷害的影響，使得流動特征較復(fù)雜.低滲透、稠油和深層油氣藏，油氣在油藏內(nèi)向油井的滲流過程變得更加復(fù)雜.

2、油氣通過完井井段向井筒的流動過程：隨著采油工藝技術(shù)的發(fā)展和油藏工程技術(shù)研究的進(jìn)步，在射孔工藝參數(shù)對于完井特性的影響，進(jìn)行了較深入的研究.例如，對射孔密度、射孔深度、孔徑、射孔相位，以及由于射孔造成的壓實、燒結(jié)作用的研究，都有了較大的進(jìn)展.

3、油氣生產(chǎn)流體沿油管垂直舉升過程；油氣生產(chǎn)流體在克服油藏內(nèi)的滲流阻力和完井井段的壓力損失之后，在油井井底具有一定的剩余壓力.這個壓力是沿油管向上舉升流體的原動力.如果這個壓力大于生產(chǎn)流體的油管內(nèi)向上舉升的阻力，則油井在自噴條件下生產(chǎn)；反之，則不能將生產(chǎn)流體舉升到井口，而需要人工舉升方式，進(jìn)行機(jī)械采油.

油氣生產(chǎn)在油管內(nèi)向上舉升過程的流動狀態(tài)也是相當(dāng)復(fù)雜的，輕質(zhì)相和重質(zhì)相會隨之流速、所占井筒截面積不同，經(jīng)歷泡狀流、段塞流、環(huán)流和狀流等幾種流動狀態(tài).

4、流體通過油嘴的流動過程：主要是流體通過小孔眼管道的節(jié)流過程.

目前對于上述的四個過程，已經(jīng)研究出很多數(shù)學(xué)相關(guān)式來描述這些流動特性，雖然數(shù)學(xué)公式非常復(fù)雜，循環(huán)計算量很大，但是隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使得油井節(jié)點分析計算快速準(zhǔn)確，在單井油氣層快速評價中，可以幫助解決很多油井的實際問題.

2　地層和完井基本參數(shù)選擇

1、油藏地質(zhì)參數(shù)是根據(jù)MDT測試、常規(guī)測井曲線和核磁共振測井解釋的結(jié)果得到的，并且根據(jù)測井曲線將油層厚度減去泥巖隔層厚度，得到產(chǎn)能預(yù)測采用的有效厚度.

圖2- 1地層和完井參數(shù)的選擇

油層壓力為MDT測試得到的地層壓力折算到油層中部深度所得到的；

地層滲透率為MDT測試壓降流度計算得到的滲透率與核磁共振滲透率相結(jié)合確定.由于MDT測試為單點測量，由此可得到地層在該深度處的滲透率，而核磁共振曲線能夠提供很好的縱向上連續(xù)滲透率相對變化趨勢.因此將核磁共振曲線用MDT計算得到的滲透率重新刻度便可得到修正后的滲透率曲線.由修正后的滲透率曲線進(jìn)行有效厚度內(nèi)的線性積分，最終得到油層的平均滲透率.

?1400.6- 1407.6米層段平均滲透率為170md；

?1424.5- 1429.0米層段平均滲透率為130md.

2、生產(chǎn)流體參數(shù)主要是根據(jù)MDT測試、實驗室流體分析的結(jié)果，例如流體密度、氣油比等等，其余一些流體性質(zhì)等，采用經(jīng)驗關(guān)系式計算.

圖2- 2埕北273井地層滲透率修正

3、油井完井?dāng)?shù)據(jù)由于還沒有完井，是假設(shè)的一組參數(shù)，采用7英寸套管下至井底，3英寸油管下至油氣層頂.射孔采用10孔徑，90度相位，40孔每米，穿深0.4米，射孔壓實帶滲透率系數(shù)采用0.8.

4、生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是油井自噴生產(chǎn)初產(chǎn)時采用的一組生產(chǎn)工作制度，包括井口壓力，溫度，油嘴尺寸等等.

對以上預(yù)測參數(shù)選取，見表2- 1.

表2- 1埕北273井1400.6- 1407.6米層段產(chǎn)能預(yù)測基本參數(shù)

3　流入流出動態(tài)曲線

表3- 1埕北273井1400.6- 1407.6米層段產(chǎn)量預(yù)測（改變?nèi)斯づe升工作制度）

圖3- 1埕北273井1400.6- 1407.6米層段流入流出曲線（改變?nèi)斯づe升工作制度）

通過以上一組基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，計算了流入流出動態(tài)曲線.同時分別分析人工舉升制度對流出曲線的影響進(jìn)而分析其對產(chǎn)能的影響；另外可以分析油井敞噴（取消油嘴，無回壓）以及不同油嘴條件下各層段的產(chǎn)能；

圖3- 1為1400.6- 1407.6米層段的流入流出曲線，每一個流出曲線與流入曲線的交點對應(yīng)為油井的預(yù)測產(chǎn)量，產(chǎn)量數(shù)據(jù)以及其它計算參數(shù)見表1所示.在10mm油嘴的條件下油井自然產(chǎn)能為17.6方/天，人工舉升對提高產(chǎn)能貢獻(xiàn)很大，若人工舉升增壓4MPa，產(chǎn)量可增加至46.4方/天.

在沒有油嘴截流的情況下該層的產(chǎn)能見表3- 2.可以看出在沒有油嘴截流的情況下該層敞噴的自然產(chǎn)能為24.9方/天；人工舉升增壓4MPa的條件下產(chǎn)量達(dá)到57.1方/天.

表3- 2埕北273井1400.6- 1407.6米層段產(chǎn)量預(yù)測（改變?nèi)斯づe升，無油嘴）

圖3- 2埕北273井1400.6- 1407.6米層段流入流出曲線（改變?nèi)斯づe升,無油嘴）

進(jìn)行產(chǎn)能分析的這個層段為稠油油層，原油屬于典型的低收縮性、低飽和的中質(zhì)至重質(zhì)原油，揮發(fā)性弱，氣油比低.流入曲線基本上略向下凹，說明油藏的彈性能和溶解氣驅(qū)能量弱.自噴生產(chǎn)需要較大的生產(chǎn)壓差，協(xié)調(diào)點產(chǎn)量較低.1400.6- 1407.6米層段由于滲透率高，厚度大，有較高產(chǎn)量.

油層的生產(chǎn)可能需要人工舉升措施如下入螺桿泵增壓，從而提高生產(chǎn)壓差，提高產(chǎn)量.

4　敏感性分析

上一節(jié)分析一個層段的流入流出動態(tài)，確定了相應(yīng)條件下油層的產(chǎn)能.本節(jié)將針對油嘴尺寸、人工舉升制度以及重要的地層和生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行敏感性分析來確定這些參數(shù)對于產(chǎn)量的影響趨勢，進(jìn)而指導(dǎo)實際生產(chǎn)中的工作制度.

4.1油嘴尺寸敏感性分析

如圖4- 1所示為1400.6- 1407.6米層段改變油嘴尺寸與人工舉升增壓壓差對該層產(chǎn)能的影響，對應(yīng)的數(shù)據(jù)見表4- 1.從圖表中可以看出該層在2mm油嘴條件下產(chǎn)能很低，并隨著油嘴尺寸的增加逐漸增加，但增加的趨勢漸緩，當(dāng)油嘴尺寸達(dá)到16mm時產(chǎn)量基本不再增加，鑒于油井的整體產(chǎn)量，建議在井口不設(shè)置截流裝置.根據(jù)不同人工舉升增壓壓差對產(chǎn)量的影響可以看出，隨著壓差的增加該層的產(chǎn)能都有明顯的增加，建議采用人工舉升措施，降低井底流壓，提高生產(chǎn)壓差以提高產(chǎn)能.接下來具體分析不同人工舉升制度對產(chǎn)能的影響.

表4- 1 1400.6- 1407.6米層段產(chǎn)量（改變?nèi)斯づe升,油嘴尺寸），單位sm3/day

圖4- 1埕北273井1400.6- 1407.6米層段油嘴尺寸敏感性分析

4.2人工舉升制度敏感性分析

從每一層段的流入流出動態(tài)分析可以看出人工舉升將大大提高油井的產(chǎn)能.為了尋求最優(yōu)的人工舉升制度，分別針對該油層人工舉升增壓大小進(jìn)行敏感性分析，如圖4- 2所示.

圖4- 2埕北273井1400.6- 1407.6米層段人工增壓敏感性分析(800m泵深)

根據(jù)上節(jié)中的流入流出動態(tài)分析，在實際生產(chǎn)中可以不用裝置油嘴截流，因此在對人工舉升的敏感性分析中將不使用油嘴，這樣井口的生產(chǎn)條件為無油嘴敞噴，并且人工舉升下泵深度為800米.從該層段的分析圖中可以看到：隨著人工增壓從0MPa逐漸增大，油層產(chǎn)量有顯著提高，但當(dāng)增壓數(shù)值達(dá)到4.5MPa后油井產(chǎn)量則幾乎保持一個恒定的水平不再明顯增加，因此在800米下泵深度的條件下（利用螺桿泵增壓）采用人工舉升措施時，4.5MPa為最優(yōu)的人工增壓壓差，也是在該深度處可以達(dá)到的最大的人工增壓壓差.此壓差下：

1400.6- 1407.6米層段對應(yīng)的最大產(chǎn)能為59.85方/天.

以上是對人工舉升增壓壓差的敏感性分析，圖4- 3為改變?nèi)斯づe升的下泵深度對產(chǎn)能的影響.這里選取下泵深度為1200米，井口為敞噴條件.從圖中可以看出8.0MPa為最優(yōu)的人工增壓壓差，此壓差下：

1400.6- 1407.6米層段對應(yīng)的最大產(chǎn)能為63.1方/天.

對比800米和1200米下泵深度可以看出，增大下泵深度可以提高產(chǎn)能，但提高數(shù)量有限，該層段為5.4%，增加下泵深度未對產(chǎn)量產(chǎn)生較大影響.

圖4- 3埕北273井1400.6- 1407.6米層段人工增壓敏感性分析(1200m泵深)

4.3地層及生產(chǎn)參數(shù)不確定分析

另外，未知參數(shù)采用經(jīng)驗公式估算，如果有測量的值，可以及時進(jìn)行校正，進(jìn)一步提高產(chǎn)能分析的精度.圖4- 4為該產(chǎn)層改變生產(chǎn)氣油比以及地層滲透率，對產(chǎn)能的敏感性分析.

圖4- 4埕北273井1400.6- 1407.6米層段K，GOR敏感性分析

4.4氣油比敏感性分析

產(chǎn)能預(yù)測分析時，氣油比采用MDT估算的平均數(shù)值，可能存在誤差，因此對氣油比進(jìn)行了敏感性分析（見圖4- 5）.通過分析發(fā)現(xiàn)，它對于產(chǎn)量影響非常大.通過實驗室PVT分析可以得到溶解氣油比的參數(shù).

圖4- 5產(chǎn)能預(yù)測敏感性分析（墾東48井PF1：1555.5- 1562.0米）

4.5表皮系數(shù)第三性分析

表皮系數(shù)是表明油層傷害程度的一個參數(shù)[9]，計算時沒有考慮，假設(shè)表皮系數(shù)為0，通過表皮系數(shù)的敏感性發(fā)現(xiàn)，它對產(chǎn)氣量的影響較大，見圖4- 6.通過試井可以得到表皮系數(shù)的參數(shù).

圖4- 6產(chǎn)能預(yù)測敏感性分析（墾東48井PF4：1440.2- 1444.2米）

5　結(jié)論和應(yīng)用

截至目前，勝利油田已經(jīng)分別在墾東地區(qū)、埕北地區(qū)進(jìn)行了三口井的產(chǎn)能預(yù)測分析（墾東48、墾東481、埕北273），其中墾東48井對6個油氣層進(jìn)行了產(chǎn)能預(yù)測，實際試油兩個層段.在相同制度下產(chǎn)能預(yù)測產(chǎn)量為37m3/d、63.2m3/d，實際試油產(chǎn)量分別為43.6m3/d、61m3/d.從而證實了產(chǎn)能預(yù)測在實際應(yīng)用中的可行性.

目前產(chǎn)能預(yù)測主要應(yīng)用于以下幾個方面：

1、產(chǎn)能預(yù)測通過結(jié)合測井、地質(zhì)和地層測試資料，對油井產(chǎn)能進(jìn)行預(yù)測，雖然它不能替代試油，但有很多方面的應(yīng)用：

可以減少試油的層數(shù)；

應(yīng)用于由于油井問題無法測試井；

分析放大生產(chǎn)壓差后的產(chǎn)能和壓力保持水平.

2、根據(jù)產(chǎn)能分析的結(jié)果，準(zhǔn)備試油和地面處理設(shè)備. 3、進(jìn)行敏感性分析，幫助確定油井增產(chǎn)的瓶頸.

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中圖分類號：TE32

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1673- 260X（2015）06- 0070- 04