大型高疊置致密砂巖氣藏提高采收率技術(shù)

李華昌，黎華繼，李 峰，許 鑫

中國(guó)石化西南油氣分公司采氣三廠，四川 德陽(yáng)618000

引言

中國(guó)經(jīng)濟(jì)進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展階段，在油氣安全與“雙碳”戰(zhàn)略下[1]，必將大力推進(jìn)天然氣大發(fā)展。自“十三五”以來(lái)，國(guó)內(nèi)天然氣需求量保持中高速增長(zhǎng)[2-3]，預(yù)計(jì)2030 年，天然氣需求量在一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的占比將達(dá)到15%[4]。在此背景下，中國(guó)石化提出高速、持續(xù)、跨越式發(fā)展目標(biāo)[5]，大力提升天然氣開(kāi)發(fā)力度，計(jì)劃天然氣產(chǎn)量在“十四五”末增至460×108m3，西南油氣分公司“十四五”末天然氣產(chǎn)量將達(dá)到130×108m3。“十四五”前，西南油氣分公司產(chǎn)量主要由致密氣和海相氣構(gòu)成，致密氣產(chǎn)量占比40%～95%，長(zhǎng)期占據(jù)產(chǎn)量構(gòu)成的主要地位，如圖1 所示。

圖1 西南油氣分公司產(chǎn)量構(gòu)成圖Fig.1 Production composition diagram of Southwest Petroleum Branch

按照發(fā)展規(guī)劃，致密砂巖氣藏高質(zhì)量開(kāi)發(fā)依然是中國(guó)石化西南油氣分公司的重要工作。

致密砂巖氣藏因儲(chǔ)層物性差、自然產(chǎn)能低，動(dòng)用程度及采收率雙低，經(jīng)濟(jì)效益開(kāi)發(fā)難度大。國(guó)內(nèi)外提高氣藏采收率的主要手段都是井網(wǎng)加密，對(duì)于致密砂巖氣藏來(lái)說(shuō)，儲(chǔ)層薄、儲(chǔ)量豐度低，采收率不僅受儲(chǔ)層本身地質(zhì)條件影響，更受工藝技術(shù)水平、經(jīng)濟(jì)環(huán)境及開(kāi)發(fā)政策等多種因素影響。井網(wǎng)井型選擇、水平井優(yōu)化以及加密界限等都直接影響氣藏采收率提高程度。中國(guó)石化西南油氣分公司經(jīng)過(guò)近30 a 的地質(zhì)、工程工藝及開(kāi)發(fā)技術(shù)一體化攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)了部分致密砂巖氣藏有效動(dòng)用及高效開(kāi)發(fā)。如致密砂巖氣藏開(kāi)發(fā)典范的新場(chǎng)沙溪廟組氣藏，15 a 內(nèi)采收率從24%提高到56%[6-7]，突破了國(guó)內(nèi)致密砂巖氣藏預(yù)測(cè)采收率50%的界限。以該氣藏為例，詳細(xì)論述致密砂巖氣藏提高采收率的主要思路、具體對(duì)策及其取得的實(shí)際成果，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)助力川西致密砂巖氣藏進(jìn)一步提高采收率，也為同類(lèi)型氣藏高效開(kāi)發(fā)提供借鑒。

1 氣藏特征

新場(chǎng)氣田侏羅系沙溪廟組氣藏是三角洲平原--前緣分流河道沉積下的大型整裝致密砂巖氣藏。埋深2 120～2 800 m，縱向上多氣層疊置，疊置程度達(dá)58.37%。巖石礦物成分多樣，次生孔隙發(fā)育；巖石孔喉細(xì)小，以小于0.1 μm 的小微孔隙為主；儲(chǔ)層物性差，主要含氣砂體孔隙度1.08%～17.07%，平均9.89%，滲透率0.01～3.00 mD，平均0.16 mD；屬于典型的低--特低孔、低滲致密儲(chǔ)層。

氣藏產(chǎn)出流體主要為天然氣，同時(shí)產(chǎn)出少量地層水和凝析油。原始地層壓力39.00～48.33 MPa，地層壓力系數(shù)1.64～2.09；原始地層溫度60.7～78.0°C，地溫梯度1.82～2.39°C/hm。整體上，新場(chǎng)沙溪廟組氣藏屬于異常高壓定容封閉干氣氣藏。

2 提高采收率主體技術(shù)

影響致密砂巖氣藏采收率的因素主要有地質(zhì)和開(kāi)發(fā)兩大類(lèi)。地質(zhì)因素主要包括儲(chǔ)層類(lèi)型、氣水分布、滲流條件和流體性質(zhì)等，開(kāi)發(fā)因素主要包括井網(wǎng)密度、井型及配產(chǎn)制度等。以此延伸出氣藏精細(xì)描述、水平井開(kāi)發(fā)、壓裂改造、井網(wǎng)加密、增壓開(kāi)采及排水采氣等提高采收率對(duì)策[8-10]。

對(duì)于特定氣藏而言，地質(zhì)因素是氣藏本身所固有的，是客觀存在的，準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)氣藏的地質(zhì)特征是提高采收率的基礎(chǔ)，對(duì)后續(xù)提高采收率對(duì)策的選擇至關(guān)重要[11]。致密砂巖氣藏儲(chǔ)層物性差、滲流能力弱，依靠單一技術(shù)對(duì)于采收率的提高非常有限，需要多種技術(shù)聯(lián)合攻關(guān)才能達(dá)到最大限度提高采收率目的。同時(shí)受構(gòu)造、沉積和成藏等因素影響，不同類(lèi)型的致密砂巖氣藏提高采收率的技術(shù)也存在差別[12]。如蘇里格致密砂巖氣藏，井網(wǎng)加密是該氣藏提高采收率的主體技術(shù)，同時(shí)配套了生產(chǎn)制度優(yōu)化、排水采氣以及降低廢棄產(chǎn)量等輔助技術(shù)[8]。新場(chǎng)沙溪廟組致密砂巖氣藏則是以氣藏精細(xì)描述及分類(lèi)評(píng)價(jià)作為基礎(chǔ)，以建模-數(shù)模一體化的剩余氣分布規(guī)律定量描述和以利潤(rùn)為約束的剩余儲(chǔ)量開(kāi)發(fā)潛力評(píng)價(jià)為核心，井網(wǎng)立體開(kāi)發(fā)及差異化對(duì)策優(yōu)化為手段，形成的提高采收率聯(lián)合攻關(guān)主體技術(shù)。

2.1 致密砂巖氣藏精細(xì)描述及分類(lèi)評(píng)價(jià)

氣藏描述的精細(xì)及準(zhǔn)確程度決定了氣藏采收率提高的程度，多輪次的氣藏精細(xì)描述對(duì)于后續(xù)提高采收率的方式和技術(shù)的選擇至關(guān)重要[13]。

新場(chǎng)沙溪廟組氣藏自開(kāi)發(fā)以來(lái)，經(jīng)歷了5 次全氣藏精細(xì)描述。

（1）2000 年以前，為解決儲(chǔ)滲體展布問(wèn)題開(kāi)展了以三維地震資料應(yīng)用為核心的氣藏描述。

（2）2005 年，為落實(shí)儲(chǔ)層有效展布，開(kāi)展了以地質(zhì)、測(cè)井和動(dòng)態(tài)資料為基礎(chǔ)的精細(xì)描述。

（3）2006 年，新場(chǎng)沙溪廟組氣藏開(kāi)發(fā)方案實(shí)施后，單層井網(wǎng)基本成型，面臨平面壓降不均衡、縱向氣層采出程度差異大的問(wèn)題。為此，開(kāi)展了以?xún)?chǔ)層非均質(zhì)性及儲(chǔ)量動(dòng)用研究為主的全氣藏精細(xì)描述，在氣藏構(gòu)造、沉積、儲(chǔ)集巖特征研究和儲(chǔ)層參數(shù)二次解釋基礎(chǔ)上，以地震屬性和測(cè)井資料為約束，首次建立全氣藏儲(chǔ)層精細(xì)地質(zhì)模型，包括構(gòu)造、巖相、儲(chǔ)層參數(shù)模型，實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)層參數(shù)精確表征和儲(chǔ)量的精細(xì)分類(lèi)評(píng)價(jià)。

（4）2010 年，為解決縱向氣層采出程度差異大的問(wèn)題，利用新增200 余口多層合采井資料，開(kāi)展以難采儲(chǔ)量及含水飽和度精細(xì)刻畫(huà)為主的氣藏精細(xì)描述，落實(shí)了砂體含氣面積并復(fù)算地質(zhì)儲(chǔ)量。此次，復(fù)算儲(chǔ)量較原探明儲(chǔ)量減少77×108m3，此后歷次復(fù)算儲(chǔ)量誤差率在2%以?xún)?nèi)，確定了新場(chǎng)沙溪廟組氣藏儲(chǔ)量規(guī)模。根據(jù)精細(xì)三維地質(zhì)模型建立了以?xún)?chǔ)能系數(shù)為核心的儲(chǔ)量分類(lèi)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，平面上I、II 類(lèi)儲(chǔ)量區(qū)在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下可效益開(kāi)發(fā)，為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)量；III、IV 類(lèi)儲(chǔ)量區(qū)單獨(dú)開(kāi)采無(wú)法獲得經(jīng)濟(jì)效益，為難采儲(chǔ)量區(qū)?？v向上氣層以I、II 類(lèi)儲(chǔ)量區(qū)為主，是開(kāi)發(fā)主力氣層；氣層以III、IV 類(lèi)儲(chǔ)量區(qū)為主[14]，是當(dāng)前開(kāi)發(fā)的難采層，如圖2 所示。后期多層合采井動(dòng)態(tài)特征表明，主力氣層?xùn)|部生產(chǎn)效果未達(dá)預(yù)期，與地質(zhì)認(rèn)識(shí)符合度較低。

圖2 新場(chǎng)沙溪廟組氣藏儲(chǔ)量分類(lèi)評(píng)價(jià)圖Fig.2 Classification and evaluation diagram of gas reserves in Xinchang Shaximiao Formation

（5）2013 年，開(kāi)展了以Js2氣層為主的精細(xì)描述，氣層砂體厚度高達(dá)25～60 m，呈東厚西薄展布，東部區(qū)域存在砂體厚度5～10 m 局部夾層，原開(kāi)發(fā)井網(wǎng)在原工藝情況下只打開(kāi)其中一層，東部區(qū)域縱向上儲(chǔ)量動(dòng)用不充分，此次描述將氣層細(xì)分為氣層。至此，新場(chǎng)沙溪廟組氣藏地質(zhì)特征基本認(rèn)識(shí)清楚，后期僅對(duì)氣藏局部擴(kuò)邊區(qū)域進(jìn)行修正完善。

2.2 建模-數(shù)模一體化的剩余氣定量描述

剩余氣分布規(guī)律直接影響井網(wǎng)部署及開(kāi)發(fā)對(duì)策選擇。部分學(xué)者認(rèn)為致密砂巖氣藏剩余氣分布與地層壓力成正相關(guān)關(guān)系；地層壓力保持程度高的區(qū)域，剩余氣相對(duì)富集；地層壓力保持程度較低的區(qū)域，剩余氣相對(duì)較少[15-18]。前期研究剩余氣分布規(guī)律主要通過(guò)描述地層壓力分布，后期逐步增加含氣飽和度、有效厚度等儲(chǔ)層參數(shù)共同描述剩余氣分布規(guī)律[16]。近年來(lái)則主要以地層壓力和剩余儲(chǔ)量豐度綜合描述剩余氣分布規(guī)律。新場(chǎng)沙溪廟組氣藏剩余氣分布規(guī)律的研究經(jīng)歷了從單一參數(shù)定性描述到多參數(shù)綜合定量描述，形成了建模-數(shù)模一體化的剩余氣定量描述技術(shù)。

在2010 年，明確儲(chǔ)量規(guī)模后，首次利用數(shù)值模擬技術(shù)完成了新場(chǎng)沙溪廟組全氣藏300 余井20 a的生產(chǎn)歷史擬合，得到地層壓力和含水飽和度分布圖，結(jié)合地質(zhì)認(rèn)識(shí)及動(dòng)態(tài)特征，明確了剩余氣分布規(guī)律。新場(chǎng)沙溪廟組氣藏剩余氣主要分為沉積微相控制型、非均質(zhì)型以及井網(wǎng)不完善型，如圖3a 所示。

圖3 新場(chǎng)沙溪廟組氣藏剩余氣壓力分布圖Fig.3 Distribution of pressure of residual gas in Shaximiao Formation,Xinchang

沉積微相控制型，因儲(chǔ)層物性較差、含水飽和度較高、氣相相對(duì)滲透率低、氣體流動(dòng)困難，該區(qū)域天然氣長(zhǎng)期得不到有效開(kāi)發(fā)而形成的剩余氣，主要分布在各氣層邊部及III、IV 類(lèi)儲(chǔ)量區(qū)，通過(guò)工程工藝技術(shù)的進(jìn)步可有效動(dòng)用。

非均質(zhì)型剩余氣又分層間非均質(zhì)型及層內(nèi)非均質(zhì)型，因儲(chǔ)層層間層內(nèi)物性差異大，主力氣層或合采井物性較好層采出程度高，而非主力氣層及合采井物性較差層采出程度低，由此，形成了剩余氣。這些剩余氣主要分布于非均質(zhì)變異系數(shù)高達(dá)0.945和0.714 的氣層的多層合采區(qū)以及新場(chǎng)氣層?xùn)|部。這些剩余氣區(qū)域在開(kāi)發(fā)后期可通過(guò)水平井調(diào)整、側(cè)鉆或者轉(zhuǎn)層挖潛進(jìn)一步挖掘。

井網(wǎng)不完善型剩余氣主要是目前開(kāi)發(fā)井距偏大，井網(wǎng)未能完全控制所造成。氣藏前期開(kāi)發(fā)井網(wǎng)密度0.60～1.34 口/km2，井距1 000～1 400 m；經(jīng)過(guò)2006--2010 年的多層合采調(diào)整井網(wǎng)，井網(wǎng)密度增大到1.60～2.50 口/km2，井距700～900 m，生產(chǎn)主力區(qū)井距約為600～700 m；但地層壓力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及數(shù)值模擬研究表明，氣藏單井泄氣半徑主要分布在180～260 m，遠(yuǎn)小于實(shí)際井網(wǎng)密度，井網(wǎng)控制程度差。該類(lèi)型剩余儲(chǔ)量主要分布在各氣層開(kāi)發(fā)主體部位?？赏ㄟ^(guò)加密調(diào)整，完善井網(wǎng)，有效開(kāi)發(fā)。

2019 年，在前期研究基礎(chǔ)上，建立了建模-數(shù)模一體化的數(shù)值模型。通過(guò)定量描述地層壓力和剩余儲(chǔ)量豐度分布規(guī)律，落實(shí)了剩余氣分布、規(guī)模及成因。目前，剩余氣主要為高含水飽和度型和井網(wǎng)控制差型兩大類(lèi)，如圖3b 所示。高含水飽和度型剩余氣即前期沉積微相控制型剩余氣中因含水飽和度過(guò)高、砂體薄、物性差，目前技術(shù)條件難以建產(chǎn)留下的剩余氣，主要分布在各氣層邊部以及Js2氣層?xùn)|部條帶等區(qū)域，儲(chǔ)量豐度低但地層壓力保持程度高，占此次剩余儲(chǔ)量的68%。對(duì)于高含水飽和度型剩余氣目前依靠傳統(tǒng)技術(shù)難以經(jīng)濟(jì)效益開(kāi)發(fā)，有待工程改造和排水采氣工藝的進(jìn)步才能實(shí)現(xiàn)效益開(kāi)發(fā)。

井網(wǎng)控制差型剩余氣主要是非均質(zhì)型及井網(wǎng)不完善型剩余氣進(jìn)一步開(kāi)發(fā)后的剩余氣，因儲(chǔ)量規(guī)模較小，合并為一類(lèi)表述。2011--2017 年，通過(guò)細(xì)分層系、水平井多段壓裂、老井挖潛等對(duì)策調(diào)整，前期非均質(zhì)型剩余氣及井網(wǎng)不完善型剩余氣約67%的儲(chǔ)量被動(dòng)用，該類(lèi)剩余氣包含了水平井靶前300 m左右未射孔區(qū)域中難以有效動(dòng)用的剩余氣；井距偏大造成井區(qū)儲(chǔ)量動(dòng)用不充分的剩余氣；直井穿過(guò)多套氣層，未全部射開(kāi)或低滲低壓層生產(chǎn)受到抑制的剩余氣。儲(chǔ)量豐度較高但地層壓力保持程度較低，約占此次剩余儲(chǔ)量的32%。該類(lèi)剩余氣通過(guò)明確經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)界限，在確保提高采收率的同時(shí)也能獲得效益的前提下可有效開(kāi)發(fā)。

2.3 利潤(rùn)為約束的剩余儲(chǔ)量開(kāi)發(fā)潛力評(píng)價(jià)

剩余氣開(kāi)發(fā)潛力評(píng)價(jià)多考慮地層壓力下降程度、儲(chǔ)層物性及含氣性等，只要技術(shù)可行，初期預(yù)測(cè)日產(chǎn)氣量能達(dá)到經(jīng)濟(jì)極限日產(chǎn)氣量即評(píng)價(jià)為潛力區(qū)。此種方法對(duì)于采出程度較高且低儲(chǔ)量豐度氣藏適應(yīng)性較差，經(jīng)濟(jì)可行性論證不夠全面。新場(chǎng)沙溪廟組氣藏經(jīng)過(guò)多層直井合采及水平井調(diào)整后，68%以上的剩余氣都是高含水飽和度型，直井難以有效建產(chǎn)，水平井又面臨水淹風(fēng)險(xiǎn)。提高采收率的重點(diǎn)在于該類(lèi)剩余氣能否有效動(dòng)用并效益開(kāi)發(fā)。新場(chǎng)沙溪廟組氣藏剩余儲(chǔ)量潛力的評(píng)價(jià)需從定性轉(zhuǎn)為定量[17]，并以獲得經(jīng)濟(jì)利益作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，形成了以利潤(rùn)為約束的剩余儲(chǔ)量潛力評(píng)價(jià)技術(shù)。

2016 年，川西致密砂巖氣藏首次進(jìn)行了不同氣藏不同儲(chǔ)層水平井開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)極限研究，利用現(xiàn)金流法建立了不同氣價(jià)下經(jīng)濟(jì)極限寬度、經(jīng)濟(jì)極限孔隙度、經(jīng)濟(jì)極限有效厚度、經(jīng)濟(jì)極限含水飽和度及經(jīng)濟(jì)極限水平段長(zhǎng)度圖版[18]。

經(jīng)濟(jì)極限系列圖版明確了剩余氣效益開(kāi)發(fā)的儲(chǔ)層參數(shù)下限，達(dá)到下限值的剩余氣儲(chǔ)量即為效益開(kāi)發(fā)剩余儲(chǔ)量。以II 類(lèi)儲(chǔ)量區(qū)為例，水平井效益開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)極限含水飽和度及經(jīng)濟(jì)極限水平段長(zhǎng)度圖版如圖4 所示。

圖4 II 類(lèi)儲(chǔ)量區(qū)不同井深水平井經(jīng)濟(jì)極限含水飽和度及水平段長(zhǎng)度Fig.4 Economic limit water saturation and horizontal section length of horizontal wells at different depths in Class II reserves area

由圖4 可見(jiàn)，當(dāng)氣價(jià)為1.291 元/m3時(shí)，II 類(lèi)儲(chǔ)量區(qū)經(jīng)濟(jì)極限含水飽和度為59.65%，經(jīng)濟(jì)極限水平段長(zhǎng)度為700 m。表明對(duì)于含水飽和度上限55.00%的II 類(lèi)儲(chǔ)量區(qū)，利用水平段長(zhǎng)度達(dá)到700 m 以上的水平井可效益開(kāi)發(fā)該類(lèi)儲(chǔ)量區(qū)的所有剩余氣。當(dāng)氣價(jià)上漲到1.400 元/m3時(shí)，II 類(lèi)儲(chǔ)量區(qū)經(jīng)濟(jì)極限含水飽和度增加到62.81%，水平段長(zhǎng)度僅需大于676 m即可效益開(kāi)發(fā)。氣價(jià)上漲有利于高含水飽和度儲(chǔ)量區(qū)的經(jīng)濟(jì)有效動(dòng)用。

隨著開(kāi)發(fā)進(jìn)行，新場(chǎng)沙溪廟組氣藏經(jīng)過(guò)細(xì)分層系及水平井加密調(diào)整，井網(wǎng)高度完善，2018 年底開(kāi)發(fā)井網(wǎng)密度2.26～2.99 口/km2，井距650～750 m，主力區(qū)井距縮小到200～350 m。剩余儲(chǔ)量出現(xiàn)保持原始地層壓力的區(qū)域剩余氣儲(chǔ)量豐度低，儲(chǔ)量豐度高的區(qū)域地層壓力偏低。若堅(jiān)持保持原始地層壓力才能加密調(diào)整，氣藏提高采收率空間極小。實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，部署在地層壓力下降區(qū)的部分井可采儲(chǔ)量依然能達(dá)到經(jīng)濟(jì)極限，同時(shí)多方法也證實(shí)致密砂巖氣藏獲得最高采收率時(shí)井間干擾約為30%。在經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)許可的情況下，接受一定程度的井間干擾，利用密井網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)采收率的提高。為保證經(jīng)濟(jì)效益，剩余儲(chǔ)量潛力評(píng)價(jià)從前期的單一物性參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合參數(shù)，經(jīng)濟(jì)約束條件從經(jīng)濟(jì)可采儲(chǔ)量轉(zhuǎn)變?yōu)閮衾麧?rùn)。利用典型井區(qū)數(shù)值模擬方法與現(xiàn)金流法相結(jié)合，得到不同井型部署在不同地層壓力、不同儲(chǔ)量豐度下所獲的凈利潤(rùn)，建立了剩余儲(chǔ)量效益開(kāi)發(fā)地層壓力與儲(chǔ)量豐度界限圖版。在氣價(jià)1.404 元/m3、內(nèi)部收益率8%條件下，潛力評(píng)價(jià)及對(duì)策表見(jiàn)表1。

由表1 可見(jiàn)，I 類(lèi)儲(chǔ)量區(qū)剩余儲(chǔ)量滿(mǎn)足地層壓力大于原始地層壓力的47% 及儲(chǔ)量豐度大于4.07×108m3/km2，II 類(lèi)儲(chǔ)量區(qū)剩余儲(chǔ)量滿(mǎn)足地層壓力大于原始地層壓力的51% 及剩余儲(chǔ)量豐度大于2.20×108m3/km2，III 類(lèi)儲(chǔ)量區(qū)剩余儲(chǔ)量需滿(mǎn)足地層壓力大于原始地層壓力的88% 且儲(chǔ)量豐度大于1.60×108m3/km2，可評(píng)價(jià)為具有效益開(kāi)發(fā)的潛力區(qū)。通過(guò)該方法，落實(shí)可效益開(kāi)發(fā)剩余儲(chǔ)量21.30×108m3，提高氣藏采收率4.30%。

表1 潛力評(píng)價(jià)及對(duì)策表Tab.1 Potential evaluation and countermeasures

2.4 井網(wǎng)立體優(yōu)化及差異化開(kāi)發(fā)對(duì)策

隨著對(duì)氣藏地質(zhì)的深入認(rèn)識(shí)，致密氣藏開(kāi)發(fā)方式與井網(wǎng)優(yōu)化研究不斷深化。通過(guò)氣藏精細(xì)描述與分類(lèi)評(píng)價(jià)明確不同儲(chǔ)層、儲(chǔ)量空間疊置關(guān)系，采用氣藏工程及數(shù)值模擬方法優(yōu)化不同開(kāi)發(fā)方式下井網(wǎng)、井距、合理配產(chǎn)、采氣速度等[19-20]，建立了“多層組混合井網(wǎng)立體化開(kāi)發(fā)”模式，形成了以“多層壓裂合采技術(shù)+水平井優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)”為特色的開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)[21]。部署多層合采直井130 余口，采收率提高15.96%，水平井100 余口，采收率提高7.47%。

2.4.1 多層組混合井網(wǎng)立體化開(kāi)發(fā)

2006 年前，新場(chǎng)沙溪廟組氣藏利用單層直井均勻面積布井開(kāi)采，僅氣層為主產(chǎn)開(kāi)發(fā)氣層，平均井距800～1 500 m，主力產(chǎn)區(qū)平均井距700～900 m。

2006 年后，為解決氣藏穩(wěn)產(chǎn)困難及井控程度低的問(wèn)題，氣藏開(kāi)發(fā)模式發(fā)生了巨大轉(zhuǎn)變。從單層直井開(kāi)采變?yōu)槎鄬又本喜?，從單層縱向接替變?yōu)槎鄬佣囝?lèi)的平面接替。多層合采解決了和主產(chǎn)層I 類(lèi)和II 類(lèi)儲(chǔ)量區(qū)動(dòng)用程度不高的問(wèn)題并兼顧動(dòng)用難產(chǎn)氣層的儲(chǔ)量，實(shí)現(xiàn)了主產(chǎn)層井網(wǎng)完善及難采層的儲(chǔ)量動(dòng)用。調(diào)整后氣藏井網(wǎng)密度從2005 年底的0.60～1.34 口/km2增加到2010 年底的1.60～2.50 口/km2，主力產(chǎn)區(qū)平均井距600～700 m，氣藏的平均井距縮小了近一倍，但相對(duì)于利用單井動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量控制面積計(jì)算的井網(wǎng)密度3.53～5.07 口/km2，井網(wǎng)控制程度依然較低。

2010 年底，氣藏平面及縱向儲(chǔ)量動(dòng)用不均衡，非主產(chǎn)層產(chǎn)量貢獻(xiàn)低。生產(chǎn)測(cè)井顯示80%以上的多層合采井在難采層的產(chǎn)量貢獻(xiàn)率小于20%，泄氣半徑小于100 m，難采層儲(chǔ)量動(dòng)用程度僅10%左右。

2011--2014 年，利用水平井生產(chǎn)壓差小、流動(dòng)阻力小、泄流面積大等特點(diǎn)解決難采層的儲(chǔ)量動(dòng)用問(wèn)題[22]?？紤]水平井井軌跡以及分段壓裂工藝對(duì)其方位的特殊要求，新場(chǎng)沙溪廟組氣藏采用了NESW 向的平行水平井網(wǎng)，局部輔以“一臺(tái)多井”及“叢式井網(wǎng)”進(jìn)行開(kāi)發(fā)，在氣層疊置程度較高的區(qū)域采用多層合采直井和水平井組成的不規(guī)則混合型井網(wǎng)進(jìn)行加密調(diào)整開(kāi)發(fā)，如圖5 所示。

圖5 新場(chǎng)沙溪廟組氣藏開(kāi)發(fā)模式示意圖Fig.5 Schematic diagram of gas reservoir development mode in Xinchang Shaximiao Formation

多層組混合井網(wǎng)解決了難采層的II、III 類(lèi)儲(chǔ)量區(qū)及主力層邊部III、IV 類(lèi)儲(chǔ)量區(qū)的動(dòng)用問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)難采層整體開(kāi)發(fā)。調(diào)整后，氣藏井網(wǎng)密度2.30～3.30 口/km2，主力產(chǎn)區(qū)平均井距500～600 m，井網(wǎng)控制程度高，僅氣層邊部及高含水飽和度區(qū)域井網(wǎng)控制程度較低。

2.4.2 多層合采井對(duì)策優(yōu)化

新場(chǎng)沙溪廟組氣藏非均質(zhì)性嚴(yán)重，多層合采時(shí)產(chǎn)層物性差異大將導(dǎo)致物性較差氣層產(chǎn)能受到限制，影響氣井正常生產(chǎn)[23]。特別是當(dāng)上產(chǎn)層產(chǎn)量貢獻(xiàn)不足50%且地層壓力偏低，可能導(dǎo)致下產(chǎn)層采出氣倒灌進(jìn)入上產(chǎn)層。為保證多層合采井生產(chǎn)效果，利用典型井區(qū)建立不同滲透率比值模型。根據(jù)不同滲透率比值模型，得到不同地層壓力上產(chǎn)層的產(chǎn)量貢獻(xiàn)率變化趨勢(shì)圖，明確多層合采技術(shù)界限，如表2及圖6 所示。

表2 多層合采界限及經(jīng)濟(jì)極限井距Tab.2 Multi-layer co-production limit and economic limit well spacing

圖6 不同滲透率比、地層壓力比下合采井上產(chǎn)層的產(chǎn)量貢獻(xiàn)率圖Fig.6 Contribution of upper production at different permeability and formation pressure ratios of co-production wells

合采井上產(chǎn)層產(chǎn)量貢獻(xiàn)率隨上下產(chǎn)層滲透率比及地層壓力比的增加而增大，地層壓力比對(duì)產(chǎn)量貢獻(xiàn)的影響大于滲透率比。當(dāng)上下產(chǎn)層地層壓力比大于1.20，即使上產(chǎn)層滲透率極低，僅為下產(chǎn)層的10%，上產(chǎn)層產(chǎn)量貢獻(xiàn)依然大于50%，合采井不受影響。上產(chǎn)層地層壓力降低，與下產(chǎn)層比值為0.96～1.20 時(shí)，上產(chǎn)層滲透率為下產(chǎn)層2.10 倍以上，上產(chǎn)層依然不受干擾。當(dāng)上產(chǎn)層壓力繼續(xù)降低，上下產(chǎn)層壓力比小于0.96，即使上產(chǎn)層滲透率為下產(chǎn)層的5.00 倍以上，產(chǎn)量貢獻(xiàn)率依然低于50%。新場(chǎng)沙溪廟組氣藏上下產(chǎn)層滲透率比約為0.13～3.30，原始地層壓力比0.93～0.99，確定氣層和氣層合采以及氣層和氣層合采不產(chǎn)生干擾，上產(chǎn)層產(chǎn)量貢獻(xiàn)率較高。

利用現(xiàn)金流法計(jì)算多層合采時(shí)的單層經(jīng)濟(jì)極限井距，結(jié)果顯示，兩層合采時(shí)的單層經(jīng)濟(jì)極限井距比單層開(kāi)采所需經(jīng)濟(jì)極限井距縮小約20%。如氣層的單層開(kāi)采所需經(jīng)濟(jì)極限井距約580 m，與氣層合采經(jīng)濟(jì)極限井距385 m，與氣層合采經(jīng)濟(jì)極限井距449 m氣層合采經(jīng)濟(jì)極限井距439 m，井距縮短20%～35%。若氣層與和氣層進(jìn)行3 層合采，單層井距可縮短到320 m；氣層與氣層進(jìn)行4 層合采，則單層井距僅為280 m。多層合采技術(shù)界限的確定為部署合采井提供了依據(jù)，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完善了井網(wǎng)，提高了氣藏采收率。

2.4.3 水平井優(yōu)化設(shè)計(jì)

水平井對(duì)策優(yōu)化不僅要考慮氣藏地質(zhì)特征、剩余儲(chǔ)量分布特征以及水平井壓裂施工等工藝要求，還要考慮經(jīng)濟(jì)效益。前期常使用的綜合優(yōu)化法側(cè)重于技術(shù)最優(yōu)化，即通過(guò)氣藏工程方法以及經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)分別進(jìn)行水平井井距、合理產(chǎn)量、合理采速和水平段參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[24-29]，綜合各方法限定合理范圍，從而確定滿(mǎn)足最低經(jīng)濟(jì)極限的最優(yōu)參數(shù)。隨著氣藏開(kāi)發(fā)要求從前期要產(chǎn)能要規(guī)模到如今高質(zhì)量開(kāi)發(fā)的轉(zhuǎn)變，新場(chǎng)沙溪廟組氣藏水平井優(yōu)化也轉(zhuǎn)為利潤(rùn)最優(yōu)的對(duì)策優(yōu)化，結(jié)果如表3 所示。

表3 新場(chǎng)沙溪廟組氣藏對(duì)策優(yōu)化表Tab.3 Gas reservoir strategy optimization table of Xinchang Shaximiao Formation

（1）水平井井距

水平井井距優(yōu)化常采用單井控制儲(chǔ)量法、經(jīng)濟(jì)極限合理井網(wǎng)密度法和單井經(jīng)濟(jì)極限控制儲(chǔ)量法分別確定各方法的合理井距，綜合各方法確定的合理井距范圍確定開(kāi)發(fā)井距。如新場(chǎng)沙溪廟組氣藏I、II 類(lèi)儲(chǔ)量區(qū)利用單井控制法計(jì)算的合理井距600 和700 m，經(jīng)濟(jì)極限合理井網(wǎng)密度法則為680 和870 m，單井經(jīng)濟(jì)極限控制儲(chǔ)量法為450 和550 m，綜合確定I、II 類(lèi)儲(chǔ)量區(qū)合理井距為600 和700 m。經(jīng)濟(jì)-技術(shù)一體化的對(duì)策優(yōu)化，利用數(shù)值模擬選取典型井區(qū)預(yù)測(cè)不同井距下水平井可采儲(chǔ)量，利用現(xiàn)金流法計(jì)算其利潤(rùn)，建立井距與利潤(rùn)的直接關(guān)系圖，選取拐點(diǎn)值前后范圍作為水平井最優(yōu)井距，得到I、II 和III 類(lèi)儲(chǔ)量區(qū)合理井距分別為550～650、400～500 及300～400 m。兩種優(yōu)化方法對(duì)于I 類(lèi)儲(chǔ)量區(qū)最優(yōu)井距的確定差異較??；對(duì)于II、III 類(lèi)儲(chǔ)量區(qū)，經(jīng)濟(jì)-技術(shù)一體化的最優(yōu)井距比綜合法的最優(yōu)井距降低約30%～50%，這與實(shí)際情況中II、III 類(lèi)儲(chǔ)量區(qū)150～200 m 的泄氣半徑更為匹配，充分考慮了井網(wǎng)的完善及經(jīng)濟(jì)效益的最優(yōu)化。

（2）合理產(chǎn)量

致密砂巖氣藏合理產(chǎn)量確定需滿(mǎn)足3 個(gè)條件：生產(chǎn)需要、經(jīng)濟(jì)需要及攜液量需要。綜合優(yōu)化法采用節(jié)點(diǎn)分析法、試采動(dòng)態(tài)法、臨界攜液流量確定新場(chǎng)沙溪廟組氣藏I、II 和III 類(lèi)儲(chǔ)量區(qū)水平井合理產(chǎn)量分別為（3.0～4.0）×104、（1.5～2.5）×104和（0.8～1.5）×104m3/d。對(duì)于確定氣藏，經(jīng)濟(jì)極限合理產(chǎn)量不會(huì)根據(jù)儲(chǔ)量品質(zhì)的降低而降低，只會(huì)根據(jù)井深的增加而增大，所以I、II 和III 類(lèi)儲(chǔ)量區(qū)水平井經(jīng)濟(jì)極限合理產(chǎn)量均為（1.8～2.2）×104m3/d。利用綜合法確定的II 類(lèi)和III 類(lèi)儲(chǔ)量區(qū)合理產(chǎn)量達(dá)不到經(jīng)濟(jì)極限產(chǎn)量。與水平井合理井距優(yōu)化方法相同，依然利用經(jīng)濟(jì)-技術(shù)一體化建立井距與利潤(rùn)的關(guān)系圖，得到新場(chǎng)沙溪廟組氣藏I、II 和III類(lèi)儲(chǔ)量區(qū)合理產(chǎn)量分別為（4.0～5.0）×104、（3.0～4.0）×104及（1.5～2.5）×104m3/d。

（3）合理采氣速度

新場(chǎng)沙溪廟組氣藏儲(chǔ)層致密，應(yīng)力敏感性強(qiáng)，異常高壓，生產(chǎn)動(dòng)態(tài)表明氣井初期產(chǎn)量下降快。其原因主要是投產(chǎn)初期，主要供氣通道為微裂縫，隨著生產(chǎn)進(jìn)行，地層壓力下降導(dǎo)致部分裂縫閉合，被裂縫溝通的部分孔隙形成死氣區(qū)，供氣能力不足，產(chǎn)量快速下降。投產(chǎn)初期應(yīng)盡量降低氣井的采氣速度，前期類(lèi)比同類(lèi)型氣藏合理采速約為3%。綜合考慮儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性、合理產(chǎn)量、合理井網(wǎng)井距研究成果，得到I、II 和III 類(lèi)儲(chǔ)量區(qū)水平井合理采速分別為3.0%～4.0%、2.0%～3.0%和1.5%～2.0%。

（4）水平段長(zhǎng)度

水平段的長(zhǎng)度直接影響氣井產(chǎn)量及可采儲(chǔ)量，合理水平井長(zhǎng)度對(duì)氣藏采收率、及開(kāi)發(fā)效果至關(guān)重要。水平段長(zhǎng)度的選擇需要充分考慮儲(chǔ)層物性、井網(wǎng)井距、氣井產(chǎn)能等地質(zhì)及氣藏工程指標(biāo)，還需要考慮鉆井施工、完井工程等現(xiàn)場(chǎng)因素。通過(guò)理論公式法、經(jīng)驗(yàn)法及經(jīng)濟(jì)法確定的新場(chǎng)沙溪廟組氣藏I、II 類(lèi)儲(chǔ)量區(qū)水平井合理水平段長(zhǎng)度分別為600～800 和800～1 000 m。經(jīng)濟(jì)-技術(shù)一體化優(yōu)化后，I、II 和III 類(lèi)儲(chǔ)量區(qū)水平井合理水平段長(zhǎng)度分別為400～600、700～800 以及1 000～1100 m。相比綜合優(yōu)化，I 類(lèi)儲(chǔ)量區(qū)水平井長(zhǎng)度縮短了約30%，主要是氣藏I 類(lèi)儲(chǔ)量區(qū)砂體厚、物性好，在壓裂規(guī)模偏小的情況下，長(zhǎng)水平段改造不充分，更適宜短水平段開(kāi)發(fā)。

3 結(jié)論

（1）新場(chǎng)沙溪廟組氣藏形成的以氣藏精細(xì)描述及分類(lèi)評(píng)價(jià)為基礎(chǔ)，建模-數(shù)模一體化的剩余氣分布規(guī)律定量評(píng)價(jià)和利潤(rùn)為約束的剩余儲(chǔ)量開(kāi)發(fā)潛力評(píng)價(jià)為核心，井網(wǎng)立體開(kāi)發(fā)及差異化對(duì)策優(yōu)化為手段的提高采收率主體技術(shù)，提高氣藏采收率高達(dá)32%，實(shí)現(xiàn)了新場(chǎng)沙溪組致密砂巖氣藏的效益開(kāi)發(fā)。

（2）提高采收率的主體技術(shù)在川西致密砂巖氣藏均有推廣試用，助力了川西致密砂巖氣藏提高采收率。如建模-數(shù)模一體化的剩余氣定量描述及差異化開(kāi)發(fā)對(duì)策已在中江沙溪廟組氣藏成熟使用，氣藏采收率提高12.98%；以利潤(rùn)為核心的剩余儲(chǔ)量開(kāi)發(fā)潛力評(píng)價(jià)技術(shù)目前在新場(chǎng)蓬萊鎮(zhèn)組氣藏試用，提高氣藏采收率3.86%。

（3）對(duì)于在目前技術(shù)條件下不能效益開(kāi)發(fā)的低剩余儲(chǔ)量豐度區(qū)，可進(jìn)行體積壓裂技術(shù)適應(yīng)性評(píng)價(jià)，利用其密切割、大排量、強(qiáng)加砂的特點(diǎn)來(lái)擴(kuò)大裂縫體展布、溝通天然裂縫和增加泄氣面積，進(jìn)一步提高氣藏采收率。

（4）致密砂巖氣藏開(kāi)發(fā)從早期的建產(chǎn)能要產(chǎn)量轉(zhuǎn)變?yōu)樾б鏋殚_(kāi)發(fā)，提高采收率技術(shù)也應(yīng)該從早期的單一技術(shù)疊加向地質(zhì)-工程一體化轉(zhuǎn)變。利用地震-地質(zhì)-開(kāi)發(fā)一體化優(yōu)選部署井位，地質(zhì)-工程一體化優(yōu)化儲(chǔ)層改造參數(shù)，技術(shù)-經(jīng)濟(jì)一體化制定最優(yōu)經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)方案，實(shí)現(xiàn)少井高產(chǎn)的高質(zhì)量開(kāi)發(fā)。