神木氣田二疊系開發(fā)有利目標(biāo)區(qū)評(píng)價(jià)方法

付曉燕 王東旭 王少飛 夏勇輝 焦廷奎

1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司勘探開發(fā)研究院2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室3.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司氣田開發(fā)處

神木氣田二疊系開發(fā)有利目標(biāo)區(qū)評(píng)價(jià)方法

付曉燕1,2王東旭1,2王少飛1,2夏勇輝3焦廷奎1,2

1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司勘探開發(fā)研究院2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室3.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司氣田開發(fā)處

鄂爾多斯盆地神木氣田上古生界二疊系多層段含氣，但主力含氣層段為太原組、山西組和石盒子組盒8段[1-2]。單井鉆遇有效儲(chǔ)層個(gè)數(shù)平均為9個(gè)，有效儲(chǔ)層厚度平均為36.1 m，平均孔隙度為6.4%，滲透率為0.38 mD，屬典型的多層段含氣低孔、低滲致密巖性氣藏。針對(duì)多層段致密儲(chǔ)層開發(fā)難點(diǎn)，長(zhǎng)慶氣田不斷探索、實(shí)踐，形成了適合神木氣田的有利目標(biāo)區(qū)評(píng)價(jià)方法——綜合指數(shù)法。首先在充分選取與單層產(chǎn)能有關(guān)的眾多地質(zhì)參數(shù)，并逐一擬合分析其權(quán)重大小的基礎(chǔ)上，得到單層產(chǎn)能指數(shù)計(jì)算公式，建立單層有利目標(biāo)區(qū)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；其次依據(jù)產(chǎn)氣剖面測(cè)試明確不同層段的產(chǎn)能貢獻(xiàn)權(quán)重，結(jié)合單層評(píng)價(jià)結(jié)果，求取疊合層產(chǎn)能綜合指數(shù)；最后結(jié)合經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，確定綜合指數(shù)的經(jīng)濟(jì)開發(fā)界限，優(yōu)選開發(fā)有利目標(biāo)區(qū)。該方法不僅指導(dǎo)了神木氣田的高效、規(guī)模開發(fā)，而且對(duì)其他類似氣藏的有效開發(fā)具有一定的借鑒意義。

神木氣田多層段含氣產(chǎn)能指數(shù)權(quán)重系數(shù)經(jīng)濟(jì)極限產(chǎn)量有利目標(biāo)區(qū)

1 概況

神木氣田位于鄂爾多斯盆地一級(jí)構(gòu)造單元伊陜斜坡東北部(圖1)，西側(cè)與榆林氣田相鄰，北部與大牛地氣田相接，勘探面積1.0×104km2有余，探明地質(zhì)儲(chǔ)量3 333.9×108m3，開發(fā)潛力巨大。但氣田開發(fā)主要面臨兩方面的難點(diǎn)：一是多層段含氣[1-2]，上古生界二疊系太原組、山西組、石盒子組及石千峰組不同程度含氣，優(yōu)勢(shì)層不突出；二是儲(chǔ)層致密、單井產(chǎn)量低，儲(chǔ)層物性較差，投產(chǎn)氣井平均單井日產(chǎn)氣僅1.3× 104m3。針對(duì)這類復(fù)雜氣藏，長(zhǎng)慶油田不斷探索實(shí)踐，總結(jié)出一套適合神木氣田的有利目標(biāo)區(qū)評(píng)價(jià)方法——綜合指數(shù)法，有效指導(dǎo)了神木氣田的高效、規(guī)模開發(fā)。

2 氣田主要地質(zhì)特征

神木氣田上古生界二疊系地層發(fā)育完整，從下向上發(fā)育地層依次為太原組、山西組、石盒子組及石千峰組。太原組主要為陸表海環(huán)境下的潮控淺水三角洲前緣沉積與碳酸鹽潮坪相沉積，山西組主要發(fā)育準(zhǔn)平原環(huán)境下的河控淺水三角洲平原沉積，太原—山西期氣候濕潤(rùn)，陸源碎屑巖、石灰?guī)r、泥巖、煤系地層發(fā)育，石盒子組和石千峰組則為河流—湖泊三角洲沉積，砂泥巖互層，氣候炎熱干燥，尤其在上石盒子組，雜色泥巖發(fā)育[3-7]。結(jié)合地震研究成果，從地質(zhì)角度精細(xì)刻畫二疊系砂體平面展布特征，主力層段砂體均呈近南北向展布，發(fā)育2～3條主河道。有效砂體總體受控于砂體展布，亦呈近南北向展布，規(guī)模較小。

地質(zhì)錄井資料表明，神木氣田縱向上發(fā)育多套氣層，多層段含氣特征明顯（圖2），單井鉆遇氣層個(gè)數(shù)主要集中在8～12個(gè)，平均為9個(gè)。太原組、山西組山2段、山1段及石盒子組盒8段平均氣層鉆遇率均大于70%，平均有效厚度介于6～10 m，為神木氣田的主力含氣層段（圖3）。

圖3 神木氣田上古生界各層鉆遇有效儲(chǔ)層柱狀圖

巖心分析測(cè)試表明，神木氣田主力層段巖性以巖屑砂巖和巖屑石英砂巖為主，少量石英砂巖。太原組儲(chǔ)層孔隙度主要介于4%～12%，平均孔隙度為7.8%；滲透率主要介于0.01～1.0 mD，平均滲透率為0.64 mD。山西組儲(chǔ)層孔隙度主要介于2%～10%，平均孔隙度為6.2%；滲透率主要介于0.01～1.0 mD，平均滲透率為0.85 mD。盒8段儲(chǔ)層孔隙度主要介于2%～10%，平均孔隙度為6.0%；滲透率主要介于0.01～1.0 mD，平均滲透率為0.47 mD。對(duì)比來(lái)看，太原組和山西組物性相對(duì)較好，盒8段雖然有效儲(chǔ)層鉆遇率高且厚度大，但物性相對(duì)較差。依據(jù)砂巖儲(chǔ)層劃分標(biāo)準(zhǔn)（表1），神木氣田主力層段基本上都屬于低—特低孔、低—特低滲致密砂巖儲(chǔ)層。整體來(lái)看，雖然儲(chǔ)層物性總體較差，但低孔、低滲的背景上仍然存在相對(duì)較高孔滲的儲(chǔ)層。

表1 國(guó)家“石油天然氣儲(chǔ)量規(guī)范”砂巖儲(chǔ)層級(jí)別劃分表

神木氣田于2014年9月投產(chǎn)，截至2015年底，投產(chǎn)氣井272口，累計(jì)產(chǎn)氣量11.79×108m3，平均單井日產(chǎn)量1.31×104m3，油、套壓分別為1.6 MPa、9.9 MPa。氣田投產(chǎn)時(shí)間短，單井產(chǎn)量低。

3 有利目標(biāo)區(qū)評(píng)價(jià)方法

本次有利目標(biāo)區(qū)評(píng)價(jià)首先考慮了氣層厚度、物性參數(shù)、試氣產(chǎn)量及生產(chǎn)情況等眾多影響因素，并逐一分析確定不同因素的影響程度大小即權(quán)重，建立每口氣井單層的產(chǎn)能指數(shù)，其次結(jié)合產(chǎn)氣剖面測(cè)試確定不同層段產(chǎn)氣量的貢獻(xiàn)大小，將各層段的產(chǎn)氣指數(shù)加權(quán)求和得到多層段疊合的綜合產(chǎn)能指數(shù)，最后通過(guò)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)確定綜合產(chǎn)能指數(shù)的經(jīng)濟(jì)界限，進(jìn)而結(jié)合儲(chǔ)層分布規(guī)律實(shí)現(xiàn)由點(diǎn)到面的有利目標(biāo)區(qū)預(yù)測(cè)。綜合指數(shù)法使得氣井產(chǎn)能評(píng)價(jià)由多個(gè)復(fù)雜的單層歸一到一個(gè)簡(jiǎn)便的合層，使得有利目標(biāo)區(qū)評(píng)價(jià)由傳統(tǒng)的定性描述轉(zhuǎn)變到現(xiàn)在的定量化表征，對(duì)于多層段氣藏規(guī)模有效開發(fā)具有非常重要的意義。

3.1 單層產(chǎn)能指數(shù)

對(duì)于任何氣藏，儲(chǔ)層的單個(gè)參數(shù)只能從某一方面表征儲(chǔ)層的特性，但如果對(duì)它們進(jìn)行組合分析，就可以全面、有效地評(píng)價(jià)儲(chǔ)層。因此，本次在參照國(guó)內(nèi)對(duì)致密砂巖儲(chǔ)層評(píng)價(jià)選取的參數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)[8-11]的基礎(chǔ)上，結(jié)合神木氣田地質(zhì)特點(diǎn)，優(yōu)選了有效儲(chǔ)層厚度、孔隙度、滲透率、含氣飽和度及泥質(zhì)含量共5個(gè)參數(shù)與試氣產(chǎn)量進(jìn)行相關(guān)性擬合分析。結(jié)果顯示前4個(gè)參數(shù)與試氣產(chǎn)量均成正比關(guān)系，泥質(zhì)含量與試氣產(chǎn)量成反比關(guān)系。由于各項(xiàng)參數(shù)的物理意義不同，導(dǎo)致不同參數(shù)通常具有不同的量綱，而且有的參數(shù)數(shù)值相差懸殊，這樣在分析時(shí)直接應(yīng)用就難以得到正確的結(jié)論。因此需要首先對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，使之具有等效性和可比性。然后采用加權(quán)平均的方法對(duì)其進(jìn)行疊加（公式1），得到單層產(chǎn)能指數(shù)F，F(xiàn)值越大，表示產(chǎn)能越好。

式中：

Ki—第i個(gè)參數(shù)的權(quán)重系數(shù)，無(wú)量綱；

Xi—第i個(gè)參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化值，無(wú)量綱；

n—評(píng)價(jià)參數(shù)個(gè)數(shù)。

參數(shù)的權(quán)重系數(shù)（Ki）反映各參數(shù)對(duì)儲(chǔ)層產(chǎn)能的貢獻(xiàn)程度。利用各層單個(gè)參數(shù)與其試氣產(chǎn)量之間的線性相關(guān)系數(shù)占相關(guān)系數(shù)之和的比重來(lái)求?。ū?）。結(jié)果顯示，有效儲(chǔ)層厚度及滲透率與試氣產(chǎn)量相關(guān)性較大，對(duì)應(yīng)權(quán)重值亦較高。

表2 各層單個(gè)參數(shù)權(quán)重系數(shù)分配表

另外，本次運(yùn)用極大值界限化法對(duì)各個(gè)參數(shù)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，即對(duì)于與試氣產(chǎn)量均成正比的參數(shù)利用公式（2）標(biāo)準(zhǔn)化，與試氣產(chǎn)量均成反比的參數(shù)利用公式（3）標(biāo)準(zhǔn)化。將各個(gè)參數(shù)的值歸一在0～1之間變化，值越接近1表示儲(chǔ)層越好。

式中：

Xi—第i個(gè)參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化值；

Ei—第i個(gè)參數(shù)的實(shí)際值；

Emax—第i個(gè)參數(shù)樣本中的最大值。

3.2 綜合產(chǎn)能指數(shù)及經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

根據(jù)產(chǎn)氣剖面測(cè)試（圖4）、單層試氣成果等綜合確定各小層產(chǎn)能貢獻(xiàn)權(quán)重，結(jié)合單層產(chǎn)能指數(shù)F，建立疊合層綜合產(chǎn)能指數(shù)W（公式4），W值越大，表示氣井產(chǎn)量越高。

圖4 神木氣田產(chǎn)氣剖面測(cè)試圖

式中：

a、b、c、d分別為盒8、山1、山2及太原組的產(chǎn)能貢獻(xiàn)權(quán)重。經(jīng)過(guò)分析計(jì)算，a、b、c、d分別取值0.21、0.10、0.38、0.31。

產(chǎn)能指數(shù)法求得的綜合指數(shù)W以現(xiàn)行氣價(jià)及開發(fā)技術(shù)為條件，計(jì)算其經(jīng)濟(jì)極限值，以期優(yōu)選結(jié)果可指導(dǎo)氣田經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)。經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，當(dāng)單井產(chǎn)量為1.0×104m3/d時(shí)，氣田稅后收益率能達(dá)到行業(yè)要求的內(nèi)部收益率的12%。單井日產(chǎn)氣量與綜合產(chǎn)能指數(shù)相關(guān)性分析可知（圖5），綜合產(chǎn)能指數(shù)W值大于20時(shí)氣田開發(fā)才具有經(jīng)濟(jì)效益。

圖5 神木氣田產(chǎn)氣量與綜合產(chǎn)能指數(shù)W相關(guān)圖

3.3 有利區(qū)評(píng)價(jià)結(jié)果

依據(jù)已鉆井點(diǎn)單層產(chǎn)能指數(shù)計(jì)算結(jié)果，編制盒8、山1、山2及太原組單層產(chǎn)能指數(shù)平面圖，明確了各個(gè)層段的有利目標(biāo)區(qū)展布特征。同時(shí)，利用疊合各層綜合產(chǎn)能指數(shù)，結(jié)合產(chǎn)氣量建立疊合層分類評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（表3），進(jìn)一步精細(xì)刻畫了疊合層有利目標(biāo)區(qū)。優(yōu)選結(jié)果顯示，Ⅰ+Ⅱ類有利區(qū)主要分布在雙××、雙××等多個(gè)井區(qū)，面積合計(jì)超過(guò)2 900 km2，容積法儲(chǔ)量超過(guò)2 300×108m3，氣田具有巨大的開發(fā)潛力。

表3 神木氣田疊合層綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)表

4 應(yīng)用效果

根據(jù)有利目標(biāo)區(qū)評(píng)價(jià)結(jié)果，2014～2015年連續(xù)兩年在有利區(qū)部署并完鉆開發(fā)井200余口，試氣無(wú)阻流量大于2×104m3/d的工業(yè)氣井190余口，氣井成功率95%。試氣井無(wú)阻流量最高為73.4×104m3/d，平均無(wú)阻流量為11.2×104m3/d，試氣日產(chǎn)量較以前大幅度提高。可見，本方法評(píng)選的有利目標(biāo)區(qū)評(píng)價(jià)結(jié)果準(zhǔn)確、可靠，對(duì)神木氣田開發(fā)井部署具有指導(dǎo)作用。

5 結(jié)論

1）神木氣田二疊系多層段含氣特征明顯，單井鉆遇氣層個(gè)數(shù)8～12個(gè)，平均9個(gè)，太原組、山2段、山1段及盒8段為主力含氣層段，其巖性以巖屑砂巖和巖屑石英砂巖為主，儲(chǔ)層平均孔隙度為6.4%，滲透率為0.38 mD，屬典型的低孔低滲致密巖性氣藏。

2）針對(duì)神木氣田多層段含氣致密氣藏，建立有利目標(biāo)區(qū)評(píng)價(jià)方法及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，采用該方法及標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)選出多個(gè)有利目標(biāo)區(qū)，計(jì)算有利區(qū)容積法儲(chǔ)量規(guī)模超過(guò)2 300×108m3，氣田開發(fā)潛力巨大。

3）有利目標(biāo)區(qū)實(shí)鉆效果表明，Ⅰ+Ⅱ類有利區(qū)內(nèi)工業(yè)氣井鉆井成功率高達(dá)95%，單井平均無(wú)阻流量為11.2×104m3/d，試氣產(chǎn)量較以前大幅提高。表明本方法及評(píng)價(jià)結(jié)果準(zhǔn)確、可靠，對(duì)神木氣田開發(fā)井部署具有指導(dǎo)作用。

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（修改回稿日期 2016-08-30 編輯 陳古明）

中國(guó)石油重大專項(xiàng)“低/特低滲透油藏有效開發(fā)技術(shù)研究-長(zhǎng)慶油田油氣當(dāng)量上產(chǎn)5000萬(wàn)噸關(guān)鍵技術(shù)研究”（編號(hào):2011E-1306）。

付曉燕，女，1978年生，工程師，碩士；主要從事氣田開發(fā)研究工作。地址：（710021）陜西省西安市未央?yún)^(qū)鳳城四路長(zhǎng)慶油田分公司勘探開發(fā)研究院。電話：13020713322。E-mail：fuxy1_cq@petrochina.com.cn