白玉湖 徐兵祥 陳桂華 陳 嶺
(中海油研究總院)
不確定性頁巖油氣產(chǎn)量遞減預測方法*
白玉湖徐兵祥陳桂華陳嶺
(中海油研究總院)
由于頁巖儲層的特殊性及長水平井多段壓裂效果差異化特點,通常采用針對一個區(qū)塊(區(qū)域)范圍給出一條代表期望產(chǎn)量平均值的產(chǎn)量遞減曲線的方法,來預測評價區(qū)塊(區(qū)域)頁巖油氣的產(chǎn)能。此方法簡單、快捷,無需分析單井產(chǎn)量差異,但只能給出確定的產(chǎn)量預測,存在著一定的經(jīng)濟評價風險。為此針對區(qū)塊具有充分的生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)和沒有生產(chǎn)數(shù)據(jù)兩種情況,分別研究了不確定性頁巖油氣產(chǎn)量遞減預測方法。當區(qū)塊擁有充分的生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)時,預測方法建立在各井典型曲線參數(shù)的概率分布形式分析的基礎(chǔ)上,可獲得最終可采儲量(EUR)的概率分布規(guī)律;而在沒有生產(chǎn)數(shù)據(jù)時,預測方法建立在獲得地質(zhì)、油藏、工程參數(shù)概率分布基礎(chǔ)上。該不確定性頁巖油氣產(chǎn)量遞減預測方法應用于實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析、評價,效果較好。圖7表1參13
動態(tài)數(shù)據(jù)頁巖油氣產(chǎn)量遞減典型曲線不確定性預測方法
在對頁巖油氣區(qū)塊進行規(guī)模開發(fā)前,通常選擇甜點區(qū)進行先期開發(fā),然后根據(jù)頁巖油氣井生產(chǎn)情況估算產(chǎn)能,從而為未開發(fā)區(qū)域布井提供產(chǎn)量預測。但由于頁巖油氣藏儲層孔隙是納米尺度、滲透率為納達西級,非均質(zhì)性極強,長水平井多段壓裂對頁巖儲層的強烈改造等原因,導致同一個甜點區(qū)內(nèi)、甚至是同一個井場內(nèi)的頁巖油氣井單井產(chǎn)量都會有一定差異,不同區(qū)塊之間差異更大。通常的做法是針對一個區(qū)塊,或者某個劃定區(qū)域范圍給出一條產(chǎn)量遞減曲線作為該區(qū)域或者劃定區(qū)域范圍內(nèi)所有井期望產(chǎn)量的平均值。這種方法優(yōu)點是簡單、快捷,無需對頁巖儲層非均質(zhì)性、壓裂工藝導致的單井產(chǎn)量差異進行分析,缺點是只給出確定的產(chǎn)量預測,對經(jīng)濟評價帶來一定的風險。因此,需要探索不確定的產(chǎn)量遞減預測方法,為項目的整體評價提供產(chǎn)量預測參考。
頁巖油氣產(chǎn)能評價方法大體上可以分為三種:①基于生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)的典型曲線方法[1];②基于基質(zhì)和裂縫耦合的流體滲流機理的簡化解析方法[2-3];③考慮儲層和流體復雜因素及滲流、解吸附等機理的數(shù)值模擬方法[4-7]。目前工程實踐中應用最廣泛的是典型曲線方法。針對區(qū)塊有充分生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)和無生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)條件,本文提出了不確定性產(chǎn)量遞減典型曲線的預測方法。
國際上應用較多的頁巖油氣典型曲線模型包括:基于Arps典型曲線模型,修改的雙曲遞減模型[8],冪律指數(shù)模型[9],混合典型曲線模型[10],Duong模型[11]等。由于長水平井多段壓裂技術(shù)是近些年才發(fā)展起來,目前多段壓裂水平生產(chǎn)歷史都不夠長,很難驗證生產(chǎn)后期的遞減情況。因此,工業(yè)界應用較多還是雙曲遞減模型或者修改雙曲遞減,本文以雙曲遞減為例,如下所示:
式中:
Di—遞減率,1/d;
n—遞減指數(shù),無量綱;
qi—初始產(chǎn)量,m3/d。
在對單井進行產(chǎn)量遞減預測時,針對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行分析,其中關(guān)鍵參數(shù)的確定方法及應用已有研究[12-13]。對多口生產(chǎn)井、且生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)充分的區(qū)塊而言,可以采用區(qū)塊內(nèi)多口井生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)的平均值作為基礎(chǔ)進行分析,獲取該區(qū)塊典型曲線。圖1給出了美國某區(qū)塊19口頁巖氣井的生產(chǎn)動態(tài)曲線,可見,盡管在同一個區(qū)塊內(nèi),但頁巖氣井的產(chǎn)量差別較大。當采用確定性分析方法預測該區(qū)塊的產(chǎn)量遞減典型曲線時,先對所有數(shù)據(jù)進行平均,然后針對平均曲線采用公式(1)進行擬合,從而得到確定性典型曲線。當采用這條確定的典型曲線預測區(qū)塊內(nèi)新井產(chǎn)量時,會有一定風險。由于頁巖的非均質(zhì)性,對于探尋能夠代表一個區(qū)塊的典型曲線,如果僅采用單一的典型曲線,則會有一定風險。因此,需要采用不確定性分析方法預測頁巖油氣產(chǎn)量遞減典型曲線。
圖1 美國某區(qū)塊19口頁巖氣井生產(chǎn)動態(tài)曲線及典型曲線圖
2.1基于生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)的區(qū)塊不確定性產(chǎn)量遞減預測方法
在擬評價的頁巖油氣區(qū)塊內(nèi),如果有著充分的生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù),則區(qū)塊不確定性產(chǎn)量遞減預測分析方法的基本思路是:針對某個頁巖油氣區(qū)塊,篩選生產(chǎn)動態(tài)規(guī)律較好、生產(chǎn)歷史較長的典型生產(chǎn)井作為研究對象,進行典型曲線預測,獲取每口井的初始產(chǎn)量、遞減率、遞減指數(shù)等典型曲線參數(shù),確定該區(qū)塊每個典型曲線參數(shù)的概率分布,并對概率分布進行分析獲取概率分布函數(shù),然后用蒙特卡洛方法對典型曲線參數(shù)進行隨機抽樣,利用典型曲線模型進行最終可采儲量(EUR)計算,分析EUR的概率分布,計算出P10,P50,P90 EUR的作為推薦的EUR,從而可以確定不同概率條件下的典型曲線參數(shù)。
以美國某個頁巖氣區(qū)塊為研究對象,優(yōu)選出54口頁巖氣井為研究對象進行典型曲線預測,為了消除水平段長度對產(chǎn)量的影響,把所有井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)歸整為每百米水平段長度對應的產(chǎn)量,基于此,獲得初始產(chǎn)量、遞減率、遞減指數(shù)等參數(shù)。圖2給出了初始產(chǎn)量的概率分布情況,經(jīng)分析屬于三角概率分布,最小值為2 728 m3/(d·100 m水平段),最大值為8 685 m3/(d·100 m水平段),眾數(shù)為7 584 m3/(d·100 m水平段)。圖3給出了遞減指數(shù)的概率分布,屬于威布爾分布,經(jīng)過擬合獲得威布爾概率密度函數(shù),尺度參數(shù)為1.21,形狀參數(shù)為4.1997。圖4給出了遞減率的概率分布情況,屬于對數(shù)正態(tài)分布,平均值為0.01,標準差為0.01。
圖2 初始產(chǎn)量的概率分布函數(shù)圖
圖3 遞減指數(shù)的概率分布函數(shù)圖
圖4 遞減率的概率分布函數(shù)圖
雖然通過54口井預測的EUR也能給出該區(qū)塊每百米水平段的EUR概率分布函數(shù),但由于樣本點相對較少,預測精度有限。因此,需要增加EUR的樣本數(shù)量。針對得到的初始產(chǎn)量、遞減率、遞減指數(shù)的概率分布函數(shù),采用蒙特卡洛隨機抽樣方法,再根據(jù)典型曲線函數(shù)得到大量EUR樣本。在本案例中,進行100 000次的隨機抽樣模擬,得到每100 m水平段EUR概率分布如圖5所示,可見概率分布曲線平滑,EUR概率分布為伽馬分布,和僅采用實際井預測得到EUR的對數(shù)正態(tài)概率分布有所差異,得到的每100 m水平段EUR的P10,P50,P90分別為9.36×106m3,4.28×106m3、1.56×106m3,和僅采用實際井預測得到的EUR的P10、P50、P90具有較大的差異。在得到P10、P50、P90的EUR后,即可獲得相對應的典型曲線參數(shù)。該頁巖氣區(qū)塊預測的P10、P50、P90典型曲線和實際生產(chǎn)動態(tài)曲線對比如圖6所示,可見,不確定性方法的典型曲線能夠很好地預測該區(qū)塊內(nèi)頁巖氣井產(chǎn)量的變化。
圖5 進行100 000次隨機抽樣計算得到的100 m水平段EUR概率分布圖
圖6 實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)和P10,P50,P90典型曲線對比圖
2.2無生產(chǎn)數(shù)據(jù)的區(qū)塊不確定性產(chǎn)量遞減預測方法
在對頁巖油氣區(qū)塊進行評價時,有時候沒有任何井資料,或者在只有先導井的條件下,就需要對該區(qū)塊的產(chǎn)量進行預測,為該區(qū)塊的開發(fā)提出相應建議。此時,需要根據(jù)地質(zhì)認識,結(jié)合導眼井測試化驗認識,獲得該區(qū)塊儲層厚度、含烴飽和度、基質(zhì)滲透率、流體物性、孔隙度、預測壓裂裂縫半長、預計的裂縫條數(shù)等參數(shù)的范圍及概率分布函數(shù)。對于認識程度較高,把握較大的參數(shù),可以直接給定該參數(shù)的值。然后采用解析方法,比如利用RTA軟件中的解析方法,獲取該區(qū)塊的產(chǎn)量概率分布。在區(qū)塊典型曲線預測時,也可以根據(jù)地質(zhì)、流體的認識,對區(qū)塊進行分區(qū),針對每一個分區(qū)開展上述產(chǎn)量遞減預測的概率分析。
以某頁巖氣區(qū)塊為例,儲層物性及壓裂裂縫參數(shù)的分布范圍及概率函數(shù)類型如表1所示,計算EUR結(jié)果概率如圖7所示,可見P10、P50和P90的EUR分別為2.01×108m3,1.15×108m3和0.56×108m3。
表1 參數(shù)變化范圍及概率分布函數(shù)統(tǒng)計表
圖7 最終可采儲量累積概率圖
(1)由于頁巖儲層的納米級孔隙尺度、納達西級滲透率、強非均質(zhì)性、長水平井多段壓裂的強烈改造,使得頁巖油氣單井產(chǎn)量差異較大,采用確定性方法得到的產(chǎn)量遞減典型曲線具有一定的風險。
(2)針對有生產(chǎn)數(shù)據(jù)的區(qū)塊,提出了不確定性頁巖油氣產(chǎn)量遞減預測方法,其結(jié)果與實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)的一致性較好,能夠應用于項目產(chǎn)能評價。
(3)針對沒有生產(chǎn)數(shù)據(jù)的區(qū)塊,提出了在預測區(qū)塊地質(zhì)、油藏、工程參數(shù)的概率分布基礎(chǔ)上,采用解析方法預測頁巖油氣產(chǎn)量遞減規(guī)律的方法。
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(修改回稿日期2016-06-29編輯文敏)
中海石油(中國)有限公司綜合科研項目(YXKY-2016-ZY-03)“海外頁巖油氣產(chǎn)能評價技術(shù)與方法研究”資助。
白玉湖,男,1976年出生,高級工程師;2002年畢業(yè)于石油大學(華東)石油工程專業(yè),2006年獲中國科學院力學研究所流體力學博士學位,主要從事頁巖油氣、天然氣水合物等非常規(guī)油氣資源開發(fā)方面的研究工作。地址:(100028)北京市朝陽區(qū)太陽宮南街6號中國海油大廈B座304室。電話:13522625919、(010)84523729。E-mail:byh_2002@163.com