賈焰然，石軍太，李星浩，陳紅飛，方錦輝，焦廷奎，張 洪，王 燁

(1.中國石油大學(北京)石油工程學院，北京 102249；2.中國石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，陜西西安 710021)

0 引言

近年來，我國經(jīng)濟高速發(fā)展，對能源的需求量日益增多，常規(guī)石油天然氣資源的供給量已經(jīng)不能滿足需求，導致油、氣的對外依存度逐年上升，能源正在成為制約經(jīng)濟發(fā)展的主控因素。非常規(guī)天然氣在天然氣長期發(fā)展歷程中起著越來越重要的作用，致密氣作為非常規(guī)天然氣重要能源之一，廣泛分布于鄂爾多斯、四川、塔里木等10余個盆地(李建忠等，2012)，其勘探開發(fā)潛力巨大，因而加快發(fā)展致密氣資源對我國非常規(guī)天然氣能源具有重大戰(zhàn)略意義。

我國致密氣儲量豐富，目前也處于快速發(fā)展階段，預計2020年致密氣產量將占我國天然氣總產量的1/3左右，成為支撐我國天然氣又好又快發(fā)展的主力軍。但同時致密氣藏總體有平面上大面積分布、縱向上多層折疊、儲集層非均質性強、豐度相對較低、單井控制儲量較小等特點(李景明等，2005；楊濤和郭彬程，2012；袁彬等，2013；任大忠等，2014；王南等，2015；王蕊等，2016；石軍太等，2018)，實際開發(fā)難度較大。致密氣的產量普遍較低，各井間產量差異較大，因此有必要對致密氣井分類研究，以便更好地指導致密氣井的后期生產。對儲層進行分類評價不僅能夠提高鉆井的成功率，也是制定生產調整方案的地質基礎。目前，我國常用的低滲致密氣井分類方法有：儲層參數(shù)法、試氣無阻流量法、日產氣量法和單位套壓降采氣量法等(李士倫，2000；李仕倫等，2004；趙靖舟等，2007；閆健等，2008；方全堂等，2009；谷江銳和劉巖，2009；陳小娟等，2010；趙素惠等，2010；趙濤，2011；趙學峰，2011；曹安，2012；成志剛等，2012；黃發(fā)海，2014)。儲層參數(shù)法主要是根據(jù)有效儲層厚度對氣井進行分類，屬于靜態(tài)評價法，無法動態(tài)反映氣井的實際產能狀況；試氣無阻流量可以較直接地反映氣井的產能狀況，但是致密氣生產過程中很少進行過穩(wěn)定試井，氣井的無阻流量均是在投產前采用一點法測試計算得到，所以無阻流量更多反映的是生產初期近井地層壓裂裂縫帶的滲流特征，不能準確地反應氣井生產能力；日產氣量法未考慮生產時間對產氣能力的影響；氣井單位壓降采氣量法在氣井非連續(xù)生產時受影響波動較大，存在較大的局限性。另外，目前分類的數(shù)學處理方法有模糊數(shù)學法、灰色關聯(lián)法、累計偏差系數(shù)法等(徐鳳銀等，1994；劉為付和曠紅偉，2003；趙加凡等，2003；李中鋒和何順利，2005；武春英等，2008；丁熊等，2008；楊欣超等，2010；趙濤，2011；周俊杰等，2011；黃發(fā)海，2014；王代剛等，2016；高文君等，2017)，但這些方法中權重系數(shù)的設定具有一定的人為因素，有時不太客觀。因此，急需一種綜合考慮各種影響因素的方法對氣井進行合理分類。針對上述分類方法存在的問題，綜合考慮氣井靜態(tài)、動態(tài)參數(shù)并基于正交矩陣的思路和數(shù)學方法進行處理，建立了動靜結合的低滲致密氣井分類評價方法，形成了子洲氣井分類圖版，可快速對新井進行分類，為下步措施改造和調整提供依據(jù)。

1 子洲低滲致密氣田概況

子洲氣田的地形起伏不大，無大斷層發(fā)育。從構造上來看屬于單斜構造，呈現(xiàn)西傾單斜，局部有微斷鼻構造，表現(xiàn)出微構造控氣，在明顯微鼻狀構造處出現(xiàn)多口高產井。子洲氣田儲層有效厚度1.4～44.8 m，孔隙度3.28%～9.30%，滲透率0.10～8.91 mD，含氣飽和度在50.70%～88.55%，屬于低孔低滲儲層。儲層由下到上，每小層砂體由底部到頂部，物性體現(xiàn)為由好變差，位于底層，符合辮狀河道正韻律的特征。目前子洲氣田有低滲致密氣生產井152口，日平均產氣量達到1.75×104m3/d，具有較好的提產穩(wěn)產潛力。但致密氣井在生產過程中表現(xiàn)出各井產量差異明顯，產氣量變化受多種因素影響(陳小娟等，2010)。考慮到子洲氣田井數(shù)眾多，若對其進行逐一分析無疑會增加巨大的工作量，為實現(xiàn)低滲致密氣井較長的穩(wěn)產時間和較高的天然氣采收率，有必要在研究工作中合理分類分析低滲致密氣井的生產特征，更有針對性地建立不同類型低滲致密氣井的生產調整方案，以指導后續(xù)生產工作。

2 動靜結合低滲致密氣井分類評價方法建立

采用儲能系數(shù)和地層系數(shù)兩個儲層物性參數(shù)，作為低滲致密氣井分類的靜態(tài)評價指標；采用穩(wěn)產期累產氣量、穩(wěn)產期日均產氣量、平均日產氣和單位壓降產氣量四個動態(tài)參數(shù)，作為低滲致密氣井分類的動態(tài)評價指標。借鑒孔隙度頻率分布直方圖劃分多重介質的方法，依據(jù)各評價指標頻率分布直方圖特征，對氣井進行各指標分級。基于正交矩陣的思路，建立了動靜結合的低滲致密氣井分類評價方法，最終形成了靜-動結合的氣井分類結果。

2.1 基于低滲致密氣藏儲層物性分類

儲層物性對氣井產能有著決定性的影響。一定的地質儲量是低滲致密氣田實現(xiàn)工業(yè)開采的前提條件，單井控制地質儲量是低滲致密氣井進行生產的物質基礎，因此低滲致密氣井的分類評價應以原有地質儲量為基準來分析低滲致密氣井的生產效果。由于子洲低滲致密氣儲層有效氣層厚度、孔隙度、原始含氣飽和度、滲透率值變化幅度均較大，因此，有效氣層厚度、孔隙度、原始含氣飽和度、滲透率可能是導致單井地質儲量和儲層滲流能力差異的主要原因。儲能系數(shù)決定著井控儲量的大小，而地層系數(shù)直觀反映出氣井產能的高低，若儲能系數(shù)和地層系數(shù)越大，氣井具有更大的生產潛力，更有可能具有更高的產量和更長的穩(wěn)產時間。

將儲能系數(shù)hΦSgi作為衡量低滲致密氣藏儲量大小的重要指標，其中h為氣井鉆遇儲層的等效厚度，對于直井h為儲層的厚度，m；Φ為低滲致密儲層孔隙度，%；Sgi為低滲致密儲層原始含氣飽和度，%。將地層系數(shù)kh作為反應儲層滲流能力大小的重要指標，其中k為致密儲層的滲透率，mD。

子洲氣田152口氣井鉆遇的致密儲層厚度、孔隙度、滲透率、含氣飽和度參數(shù)的范圍見表1。

表1 靜態(tài)參數(shù)范圍

(1)子洲氣田低滲致密氣井基于儲能系數(shù)的分類

根據(jù)儲能系數(shù)(hΦSgi，表征該氣井所在儲層內天然氣的富集程度)，作出子洲氣田152口氣井鉆遇的致密儲層儲能系數(shù)頻率直方圖(如圖1所示)。由圖1可知儲能系數(shù)類似于多重孔隙分布特征，具有很好的分級特征，具體分級結果見表2。因此，根據(jù)統(tǒng)計的152口低滲致密氣井鉆遇地層的儲層系數(shù)，將152口低滲致密氣井劃分為四類(如表2所示)：儲能系數(shù)大于0.9 m的低滲致密氣井劃分為Ⅰ類井，共有4口，占比2.6%；儲能系數(shù)為0.42～0.9 m的低滲致密氣井劃分為Ⅱ類井，共有51口，占比33.6%；儲能系數(shù)為0.13～0.42 m的低滲致密氣井劃分為Ⅲ類井，共有70口，占比46.0%；儲能系數(shù)為0.04～0.13 m的低滲致密氣井劃分為Ⅳ類井，這類井共有27口，占比17.8%。區(qū)塊內低滲致密氣井中有36.2%的井為Ⅰ類井和Ⅱ類井，所以研究區(qū)塊整體氣體富集程度較高，含氣性較好。

圖1 儲能系數(shù)頻率直方圖

表2 子洲氣田低滲致密氣井基于儲能系數(shù)的分類結果

(2)子洲氣田低滲致密氣井基于地層系數(shù)的分類

根據(jù)地層系數(shù)(kh，地層滲透率與地層厚度的乘積，表征氣井所在儲層的產氣能力)，作出子洲氣田152口氣井鉆遇的致密儲層地層系數(shù)頻率直方圖(如圖2所示)，由圖2可知地層系數(shù)具有很好的分級特征，具體分級結果見表3。因此，根據(jù)統(tǒng)計的152口低滲致密氣井鉆遇地層的儲層系數(shù)，將152口低滲致密氣井劃分為四類(表3)：地層系數(shù)大于14.4 mD·m的低滲致密氣井劃分為Ⅰ類井，共有16口，占比10.5%；地層系數(shù)為7.5～14.4 mD·m的低滲致密氣井劃分為Ⅱ類井，共有18口，占比11.8%；地層系數(shù)為2.0～7.5 mD·m的低滲致密氣井劃分為Ⅲ類井，共有74口，占比48.7%；地層系數(shù)小于2 mD·m的低滲致密氣井劃分為Ⅳ類井，共有44口，占比29.0%。全區(qū)有22.3%的氣井所控制地層系數(shù)大于7.5 mD·m。

圖2 地層系數(shù)頻率直方圖

表3 子洲氣田低滲致密氣井基于地層系數(shù)的分類

(3)子洲氣田儲層靜態(tài)分類

綜合氣井所在儲層的儲能系數(shù)和地層系數(shù)，可將子洲氣田氣井鉆遇儲層按照表4的分類規(guī)則分為A、B、C、D四類，具體分類結果見表5：A類井9口，占比5.9%；B類井21口，占比13.8%；C類井70口，占比46.1%；D類井52口，占比34.2%。

表4 氣井靜態(tài)或動態(tài)分類規(guī)則表

表5 靜態(tài)指標正交結果

2.2 基于低滲致密氣井動態(tài)數(shù)據(jù)的分類

低滲致密氣井生產過程中，穩(wěn)產期累產氣量、穩(wěn)產期日均產氣量、平均日產氣、單位壓降產氣量等動態(tài)指標能夠反映氣井的動態(tài)變化特征，可以較全面地衡量氣井的產能狀況，故選取這四項評價指標對子洲氣田152口低滲致密氣井進行分級。四項評價指標的頻率直方圖如圖3～6所示，基本上都有很明顯的分級特征。最終，按照四項評價指標分級界限對子洲氣田低滲致密氣井動態(tài)數(shù)據(jù)分類的各項參數(shù)如表6所示。

圖3 穩(wěn)產期累產氣量頻率直方圖

圖4 穩(wěn)產期日均日產氣量頻率直方圖

圖5 平均日產氣量頻率直方圖

圖6 單位壓降產氣量頻率直方圖

表6 子洲氣田低滲致密氣井基于各動態(tài)指標的分類

按照表7的分類規(guī)則，對子洲氣田低滲致密氣井進行了氣井分類，分類結果見表9和圖7。I類低滲致密氣井有17口(11.2%)、II類低滲致密氣井有13口(8.5%)、III類低滲致密氣井有46口(30.3%)、IV類低滲致密氣井有76口(50.0%)。

圖7 子洲氣田各類低滲致密氣井占比餅狀圖

選取穩(wěn)產期累產氣量和穩(wěn)產期日均產氣量兩項評價指標，按照表7的分類規(guī)則進行正交，得出穩(wěn)產期分類結果：I類井有20口，II類井有51口，III類井有69口，IV類井有12口。

選取平均日產氣和單位壓降產氣量兩項評價指標，按照表4的分類規(guī)則進行正交，得出日產氣指標分類結果：I類井有25口，II類井有43口，III類井有72口，IV類井有12口。

將穩(wěn)產期和日產氣分類作為橫縱坐標，按照表7的分類規(guī)則進行正交，得到最終的動態(tài)井分類結果：A類井有31口，B類井有32口，C類井有70口，D類井有19口，見表8。

表7 低滲致密氣井動靜結合分類評價規(guī)則表

2.3 動靜結合低滲致密氣井分類評價方法建立

綜合靜態(tài)分類結果和動態(tài)分類結果，按照表8的分類規(guī)則將低滲致密氣井分為I類、II類、III類、IV類。I類低滲致密氣井：儲層物性好、實際產量高；II類低滲致密氣井：儲層物性稍差、實際產量高；III類低滲致密氣井：儲層物性好、實際產量低；IV類低滲致密氣井：儲層物性稍差、實際產量低。

表8 最終動態(tài)指標正交結果表

表9 子洲氣田低滲致密氣井動靜結合分類評價結果

3 子洲氣田低滲致密氣井生產效果評價

子洲氣田各類低滲致密氣井在平面上的分布如圖8所示。其中，生產效果好的I類井多位于區(qū)塊的中部位置，處于心灘(圖8中紅色點)，這部分地區(qū)氣體保存條件良好，同時滲透率高、原始含氣量高，有效氣層厚度大，因此低滲致密氣井生產潛力大。II類井主要分布在研究區(qū)河道邊緣砂體較差的儲層中，但壓裂改造效果較好，使得這部分井產氣動態(tài)較好(圖8中橙色點)。III類低滲致密氣井儲層條件好但氣井產量普遍較低，主要分布在心灘周圍的主河道區(qū)域，這部分氣井的生產能力沒有得到充分發(fā)揮，后期生產過程中如何針對這部分低滲致密氣井存在的問題制定開發(fā)調整措施是研究的重點，也是提高子洲氣田生產效益的關鍵所在(圖8中藍色點)。IV類井多分布在河道邊緣和河道間，儲層物性差，產氣動態(tài)差，這部分氣井沒有挖潛的潛力(圖8中綠色點)。

圖8 子洲氣田各類低滲致密氣井在下層、中層和上層的平面分布

以洲X井為例，靜態(tài)參數(shù)與動態(tài)參數(shù)如表10所示，靜態(tài)評價結果為B類，動態(tài)評價結果為C類，由表8的分類評價規(guī)則表可知洲X井動靜結合之后最終評價結果為III類井。從該井的歷史生產曲線(圖9)也可看出該井生產效果不佳,多次進行關井，后期地層能量降低，地層壓力下降，產氣量下降。同時水氣比上升，擬采氣指數(shù)下降，地層物性變差。建議該井采取排水采氣、補孔、重復壓裂等措施，以更優(yōu)地發(fā)揮地層能量，提高采收率。

表10 洲X井參數(shù)表

圖9 子洲氣田洲X井生產動態(tài)圖

4 結論

(1)建立了低滲致密氣井動靜結合分類評價方法。綜合靜態(tài)的儲能系數(shù)和地層系數(shù)兩項儲層物性評價指標以及動態(tài)的氣井穩(wěn)產期累產氣量、穩(wěn)產期日均產氣量、平均日產氣和單位壓降產氣量四項生產動態(tài)評價指標，將低滲致密氣井分為四類：I類井儲層物性好、實際產量高;II類井儲層物性稍差、實際產量高;III類井儲層物性好、實際產量低;IV類井儲層物性差、實際產量低。

(2)子洲氣田低滲致密氣井的分類評價結果：子洲氣田152口中I類低滲致密氣井有17口(11.2%)、II類低滲致密氣井有13口(8.5%)、III類低滲致密氣井有46口(30.3%)、IV類低滲致密氣井有76口(50.0%)。

(3)I類低滲致密氣井儲層物性好，生產過程連續(xù)，后期生產制度可以不用做大幅度調整；II類低滲致密氣井在研究區(qū)河道邊緣砂體較差的儲層中，但壓裂改造效果較好，后期生產過程中應注意延長低滲致密氣井的穩(wěn)產期；III類低滲致密氣井生產能力沒有充分發(fā)揮，改善Ⅲ類低滲致密氣井的生產效果是子洲氣田整體獲得高產的關鍵所在，也是后期生產制度調整的重點；IV類井多分布在河道邊緣和河道間，儲層物性差，產氣動態(tài)差，這部分氣井沒有挖潛的潛力。