姜志高，曹海虹，丁安徐，高和群

(中國(guó)石化 華東油氣分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，江蘇 揚(yáng)州 225007)

目前，國(guó)家越來(lái)越重視清潔能源的開(kāi)發(fā)，頁(yè)巖氣等非常規(guī)能源在我國(guó)也越來(lái)越重要[1-4]，其高效合理的開(kāi)發(fā)對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)具有重大的推動(dòng)作用[5-14]，現(xiàn)今，國(guó)內(nèi)和國(guó)外對(duì)頁(yè)巖氣和煤層氣等非常規(guī)能源的開(kāi)發(fā)已經(jīng)進(jìn)入了快速發(fā)展的階段，出于對(duì)成本的控制，需要對(duì)單井產(chǎn)能提前進(jìn)行預(yù)測(cè)。目前，此類研究較少[15-18]，姜寶益等[19]從滲流力學(xué)出發(fā)，根據(jù)頁(yè)巖氣藏壓裂后儲(chǔ)層特征，建立了頁(yè)巖氣藏復(fù)合模型，對(duì)產(chǎn)能進(jìn)行評(píng)價(jià)；李旋等[20]用試井?dāng)?shù)值模擬法預(yù)測(cè)實(shí)例井頁(yè)巖氣產(chǎn)能；余友等[21]按照裂縫和基質(zhì)雙重介質(zhì)模型，建立了一種新的數(shù)學(xué)模型。他們對(duì)頁(yè)巖氣產(chǎn)能通過(guò)不同方法進(jìn)行了初步的模擬，但其缺點(diǎn)在于均是壓裂后才能進(jìn)行模擬，無(wú)法做到提前對(duì)產(chǎn)能進(jìn)行預(yù)測(cè)。如果實(shí)現(xiàn)對(duì)單井產(chǎn)能提前進(jìn)行預(yù)測(cè)，既可以提前預(yù)測(cè)目標(biāo)區(qū)域資源儲(chǔ)量，也能指導(dǎo)頁(yè)巖氣井下一步施工方案，包括頁(yè)巖氣井水平段長(zhǎng)度設(shè)計(jì)、壓裂規(guī)模及壓裂方案設(shè)計(jì)等，可以有效降低開(kāi)發(fā)成本，提高頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)利用經(jīng)濟(jì)效益。

中國(guó)石化華東油氣分公司在平橋南區(qū)塊、南川武隆區(qū)塊以及彭水部署的探井和開(kāi)發(fā)井已經(jīng)達(dá)到幾十口，但每口井產(chǎn)能差異較大，還沒(méi)有辦法對(duì)單井產(chǎn)能進(jìn)行提前預(yù)測(cè)。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)含氣性的實(shí)驗(yàn)普遍是利用現(xiàn)場(chǎng)含氣量測(cè)試，得到含氣量[22-24]，但是，越來(lái)越多的經(jīng)驗(yàn)告訴我們，很多井的含氣量差不多，而產(chǎn)量卻相差很大，這是為什么？目前幾乎沒(méi)有文獻(xiàn)能夠解答此問(wèn)題。因此，本文對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行初步探索，待現(xiàn)場(chǎng)含氣量測(cè)試結(jié)束，即可對(duì)單井產(chǎn)能進(jìn)行初步的預(yù)測(cè)。

1 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)方法按照“SY/T6940-2013頁(yè)巖含氣量測(cè)定方法”[25]，巖心出筒后迅速裝入解吸罐，然后將解吸罐升溫，一階溫度為泥漿循環(huán)溫度，在規(guī)定時(shí)間間隔內(nèi)讀取解吸氣體積；一定時(shí)間后升溫至二階解吸溫度，二階解吸溫度為地層溫度，直至解吸結(jié)束，停止解吸。為消除人為讀數(shù)因素導(dǎo)致的解吸速率誤差，本文的解吸速率計(jì)算均為一階解吸溫度時(shí)去除第一個(gè)異常高點(diǎn)后的平均解吸速率，解吸氣含量為從開(kāi)始解吸至解吸結(jié)束后的折算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的解吸氣含量。

2 實(shí)驗(yàn)分析和討論

2.1 解吸過(guò)程

目前現(xiàn)場(chǎng)含氣量測(cè)試經(jīng)常碰到一個(gè)問(wèn)題，即很多口井的含氣量差不多，但其產(chǎn)量卻相差很大。以渝東南地區(qū)Z1井和L1井為例，這2口井都處于四川盆地外圍，屬于常壓頁(yè)巖氣井，含氣量Z1井跟L1井相當(dāng)，甚至有些樣品含氣量還要高于L1井，但Z1井壓裂后日產(chǎn)量只有7 000～8 000 m3，而L1井日產(chǎn)量在6×104m3左右(圖1)。

為解決含氣量相近而產(chǎn)量差異較大的問(wèn)題，將此2口井的解吸過(guò)程進(jìn)行對(duì)比，就會(huì)發(fā)現(xiàn)其中的差異：圖2為Z1井和L1井2個(gè)典型樣品的解吸曲線以及解吸速率對(duì)比，可以看出，Z1井解吸氣量比L1井還要高；但是Z1井現(xiàn)場(chǎng)解吸速率慢，解吸時(shí)間長(zhǎng)，計(jì)算出的損失氣含量低；而L1井雖解吸氣量低，但是具有解吸速率快，解吸時(shí)間短，計(jì)算出的損失氣含量高的特點(diǎn)。因此，通過(guò)這2口井解吸過(guò)程的對(duì)比，可以較好地回答這2口井產(chǎn)量有很大差異的問(wèn)題。

因此，筆者認(rèn)為單一含氣量數(shù)據(jù)不足以表征含氣性，還應(yīng)該考慮其解吸過(guò)程，如解吸速率、游離氣含量因素，將解吸過(guò)程結(jié)合起來(lái)，總氣量代表頁(yè)巖容納了多少氣體；解吸速率代表頁(yè)巖釋放氣體的快慢，游離氣占比越高，則初期產(chǎn)量越高，從而得到一個(gè)綜合性指數(shù)，即含氣性指數(shù)，并且含氣性指數(shù)計(jì)算方法定義如下：

圖1 渝東南地區(qū)Z1井和L1井含氣量對(duì)比

圖2 渝東南地區(qū)Z1井和L1井解吸曲線及解吸速率對(duì)比

圖3 四川盆地外圍常壓頁(yè)巖氣井含氣性指數(shù)與日產(chǎn)量關(guān)系

含氣性指數(shù)=解吸速率×游離氣占比×總氣量

為了驗(yàn)證含氣性指數(shù)計(jì)算方法是否合理，筆者從四川盆地外圍常壓頁(yè)巖氣井到盆地內(nèi)部超壓頁(yè)巖氣井挑選具有代表性的8口井，對(duì)其含氣性指數(shù)進(jìn)行計(jì)算(圖3)。

含氣性指數(shù)與日產(chǎn)量正相關(guān)性明顯(圖3)，說(shuō)明含氣性指數(shù)計(jì)算方法較為合理。如圖4所示，J43井縱向上含氣量范圍為1～4 cm3/g，差距并不大，而對(duì)于其含氣性指數(shù)而言，縱向上范圍為5～70，差異較為明顯，且可以明顯篩選出含氣性指數(shù)最高的井段為2 670.5～2 696.4 m，此段為該井的“甜點(diǎn)段”，也就是該井水平段的最佳井深。因此，通過(guò)含氣性指數(shù)，可實(shí)現(xiàn)單井最優(yōu)段評(píng)價(jià)，對(duì)水平段層位的選取有較大幫助。橫向上，可對(duì)不同井的含氣性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)比對(duì)。

2.2 含氣性指數(shù)內(nèi)在含義分析

含氣性指數(shù)包含了含氣量、解吸速率、游離氣占比3部分內(nèi)容，其中含氣量則與TOC和保存條件息息相關(guān)，代表著地層的生烴儲(chǔ)烴能力。

渝東南地區(qū)J43井和L1井主要發(fā)育楔形或V形孔，此類孔隙有利于氣體的解吸，從掃描電鏡圖像上來(lái)看，與大量的黏土礦物伴生有關(guān)，而P1井則以墨水瓶形孔隙為主，不利于氣體的解吸(圖5)。表1結(jié)果顯示J43井和L1井的孔隙度、解吸速率以及游離氣占比均要高于P1井，因此，認(rèn)為解吸速率和游離氣占比與孔隙度、孔隙形狀以及連通孔隙率相關(guān)，孔隙度越大，連通孔隙率越高，孔隙形狀發(fā)育越好的井其解吸速率和游離氣占比越高，代表了頁(yè)巖中氣體釋放的能力。而生烴儲(chǔ)烴能力和地層氣體釋放的能力又從某種角度決定了一口井產(chǎn)量的大小。因此，含氣性指數(shù)與產(chǎn)量之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)導(dǎo)致兩者之間具有明顯正相關(guān)性。

接下來(lái)通過(guò)Y2井和Y3井對(duì)含氣性指數(shù)內(nèi)在含義進(jìn)一步驗(yàn)證。這2口井為四川盆地內(nèi)部的2口鄰井，含氣量分別為2.68和2.71 cm3/g，幾乎相當(dāng)，但含氣性指數(shù)Y3井要高于Y2井，實(shí)際產(chǎn)量也是Y3井高于Y2井。圖6和表2為分別為Y2井和Y3井FIB-SEM觀測(cè)結(jié)果，可以看到，不管是有機(jī)質(zhì)內(nèi)孔隙度，還是連通孔隙度，Y3井均要高于Y2井，這也是Y3井的含氣性指數(shù)要高于Y2井的內(nèi)在原因，說(shuō)明了含氣性指數(shù)和孔隙度和孔隙連通性之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。

表1 渝東南3口井孔隙度、解吸速率和游離氣含量關(guān)系

圖4 渝東南地區(qū)J43井深度與含氣量和含氣性指數(shù)關(guān)系

圖5 渝東南3口井氮?dú)馕胶蛼呙桦婄R結(jié)果

井號(hào)有機(jī)質(zhì)內(nèi)孔隙度/%連通孔隙度/%連通孔隙率/%含氣量/(cm3·g-1)含氣性指數(shù)Y2井13.341.209.02.6817Y3井36.3231.9387.912.7122

注：有機(jī)質(zhì)內(nèi)孔隙度：有機(jī)孔占有機(jī)質(zhì)的比例；連通孔隙度：互相連通的有機(jī)孔的有機(jī)質(zhì)內(nèi)孔隙度；連通孔隙率：有機(jī)孔之間互相連通的比例。

圖6 四川盆地Y2井和Y3井FIB-SEM結(jié)果

2.3 產(chǎn)能預(yù)測(cè)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)含氣量測(cè)試數(shù)據(jù)，對(duì)與產(chǎn)量具有相關(guān)性的因素進(jìn)行篩選，挑選出含氣性指數(shù)和完井后井底壓力計(jì)顯示的壓力系數(shù)等對(duì)日產(chǎn)量具有明顯相關(guān)性的因素(圖3，圖7)。

因此，挑選渝東南地區(qū)B1、Z1、P1、L1、S1、J43以及J52等7口井。將壓力系數(shù)以及含氣性指數(shù)兩列數(shù)據(jù)當(dāng)做矩陣A，而對(duì)應(yīng)的日產(chǎn)量數(shù)據(jù)為矩陣B，利用MATLAB軟件，對(duì)矩陣A和矩陣B的相關(guān)性進(jìn)行模擬，建立多元回歸模型。得出以下公式：

表3 渝東南3口井產(chǎn)能公式的驗(yàn)證與預(yù)測(cè)

圖7 渝東南地區(qū)壓力系數(shù)與日產(chǎn)量關(guān)系

日產(chǎn)量=0.146 7×壓力系數(shù)7.2×含氣性指數(shù)+0.086 4

并利用J53井對(duì)此公式進(jìn)行驗(yàn)證(表3)，得出J53井模擬日產(chǎn)量為30.3×104m3，而J53井實(shí)際日產(chǎn)量31.7×104m3，相對(duì)誤差為4.4%。因此，認(rèn)為此公式能較好地對(duì)產(chǎn)能進(jìn)行初步預(yù)測(cè)，并對(duì)L2井和J10井2口新井日產(chǎn)量進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)預(yù)測(cè)，其中L2井與J10井地層壓力系數(shù)均來(lái)源于其鄰井資料，其預(yù)測(cè)日產(chǎn)量分別為9.5×104m3和18.2×104m3。通過(guò)后期L2井以及J10井實(shí)際產(chǎn)能的測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，L2井實(shí)際日產(chǎn)量為9.2×104m3，J10井實(shí)際日產(chǎn)量為16.7×104m3，相對(duì)誤差分別為3.2%和8.9%，相對(duì)誤差均較小，說(shuō)明此公式現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果較好。

3 結(jié)論

(1)首次提出了含氣性指數(shù)概念，并對(duì)其內(nèi)在含義進(jìn)行分析，更好地表征了地層真實(shí)含氣性情況，使得單井的縱向?qū)Ρ雀逦?，?duì)水平段層位選取具有較好幫助，井與井之間的橫向?qū)Ρ刃Ч用黠@。

(2)根據(jù)含氣性指數(shù)以及地層壓力系數(shù)，利用MATLAB軟件建立模型：日產(chǎn)量=0.146 7×壓力系數(shù)7.2×含氣性指數(shù)+0.086 4，并對(duì)模型的可靠性進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)和實(shí)際生產(chǎn)情況有較高的吻合度，因此，實(shí)現(xiàn)了在現(xiàn)場(chǎng)即可對(duì)單井產(chǎn)能進(jìn)行初步預(yù)測(cè)。