任廣磊，羅勇，高志彬

（1.中國(guó)石化華北油氣分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，河南 鄭州 450006；2.西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610050；3.中國(guó)石油川慶鉆探工程有限公司地質(zhì)勘探開(kāi)發(fā)研究院，四川 成都 610056）

0 引言

鄂爾多斯盆地大牛氣田地奧陶系碳酸鹽巖氣藏資源豐富，儲(chǔ)層物性較差，孔喉結(jié)構(gòu)及滲流特征復(fù)雜多樣[1-3]。多段壓裂水平井先導(dǎo)試驗(yàn)獲得了初步成功，但氣井產(chǎn)能差異大，產(chǎn)能的主控因素及其影響機(jī)制還不清楚，這給氣田規(guī)模開(kāi)發(fā)帶來(lái)了挑戰(zhàn)?？茖W(xué)評(píng)價(jià)產(chǎn)能主控因素，對(duì)水平井部署、優(yōu)化設(shè)計(jì)意義重大。

國(guó)內(nèi)學(xué)者使用數(shù)值模擬法、解析模型法、統(tǒng)計(jì)法、灰色關(guān)聯(lián)法、數(shù)據(jù)分析方法等，從理論上研究了致密砂巖氣、頁(yè)巖氣、煤層氣等氣藏多段壓裂水平井產(chǎn)能的主控因素[4-17]。常規(guī)統(tǒng)計(jì)法通過(guò)直接建立測(cè)試無(wú)阻流量與單個(gè)影響因素回歸公式來(lái)確定主控因素，相比數(shù)值模擬、解析模型法更加簡(jiǎn)便實(shí)用，研究成本更低，在儲(chǔ)層物性相對(duì)均質(zhì)的砂巖和頁(yè)巖氣井產(chǎn)能主控因素研究中取得了不錯(cuò)的效果。但目前對(duì)碳酸鹽巖水平井產(chǎn)能的研究較少[18-21]，而這類(lèi)氣藏儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)和滲流特征比砂巖、頁(yè)巖更復(fù)雜，生產(chǎn)特征更多樣，常規(guī)統(tǒng)計(jì)方法對(duì)其適用性差。

本次研究以大牛地氣田奧陶系碳酸鹽巖氣藏為例，根據(jù)微觀滲流機(jī)理和生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征，對(duì)常規(guī)統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行改進(jìn)和擴(kuò)展，優(yōu)化了產(chǎn)能評(píng)價(jià)指標(biāo)，引入了基于分類(lèi)的多種排序法，提出了一種更科學(xué)的水平井產(chǎn)能主控因素評(píng)價(jià)新方法，揭示了不同儲(chǔ)層類(lèi)型水平井產(chǎn)能影響機(jī)制的差異性。

1 儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)及滲流特征

大牛地氣田奧陶系碳酸鹽巖氣藏為古巖溶作用下形成的裂縫-孔洞型碳酸鹽巖儲(chǔ)層，品質(zhì)低、滲透性差，有利古地貌單元分布局限、厚度小、連片性差[12]。氣藏儲(chǔ)集空間可分為孔隙型、裂縫-孔隙型、裂縫-溶蝕孔洞型，較碎屑巖相儲(chǔ)集空間復(fù)雜，次生變化非常明顯。儲(chǔ)層主要由溶蝕孔洞和裂縫2種儲(chǔ)集孔隙系統(tǒng)組成，溶蝕孔洞可容納天然氣，裂縫則具有良好的滲濾通道作用，二者的有機(jī)配置可形成碳酸鹽巖儲(chǔ)層高滲透帶[13-14]。

利用巖心薄片、恒速壓汞和CT等手段對(duì)馬五段儲(chǔ)層進(jìn)行了巖石微觀特征分析。72塊巖樣孔隙度變化范圍為3.0%～10.9%，滲透率變化范圍為0.1×10-3～14.1×10-3μm2。儲(chǔ)層巖樣孔喉連通性較差，孔隙以晶間孔、晶間溶孔為主，發(fā)育晶間微縫和微裂縫。巖樣孔隙度均表現(xiàn)出雙峰的特征，喉道分布范圍廣，平均喉道半徑峰值為2.2 μm。兩相滲流實(shí)驗(yàn)顯示：滲透率較低的基質(zhì)孔隙型巖樣共滲區(qū)范圍較大，等滲點(diǎn)分布較為集中，束縛水飽和度低；裂縫或溶孔發(fā)育的滲透率較高巖樣，束縛水飽和度大于60%，等滲點(diǎn)大于80%，氣相單相流動(dòng)區(qū)大。部分巖樣表現(xiàn)出擬啟動(dòng)壓力特征，啟動(dòng)壓力梯度與滲透率基本為對(duì)數(shù)關(guān)系。儲(chǔ)層發(fā)育基質(zhì)、溶洞和裂縫，在微觀滲流特征上表現(xiàn)出很大的差異性。

2 水平井生產(chǎn)特征及分類(lèi)

多段壓裂改造后的水平井生產(chǎn)特征大致可以分為3個(gè)階段（見(jiàn)圖1）：第1階段——降壓穩(wěn)產(chǎn)階段，有效壓裂改造體的流體向井筒供給。受工作制度調(diào)整影響，可能出現(xiàn)產(chǎn)量、油壓雙降特點(diǎn)，通過(guò)逐漸降低產(chǎn)量延緩油壓遞減速率，即降壓穩(wěn)產(chǎn)。第2階段——定壓降產(chǎn)階段，外圍地層流體向有效壓裂體供給速度小于有效壓裂體向井筒的供給速度，油壓平輸壓后產(chǎn)量遞減生產(chǎn)。第3階段——低速降壓降產(chǎn)階段，外圍地層流體向有效壓裂改造體供給與有效壓裂體向井筒供給基本達(dá)到平衡，產(chǎn)量、油壓緩慢下降。

圖1 典型水平井生產(chǎn)階段劃分

受儲(chǔ)層物性和水平井工程因素影響，區(qū)塊內(nèi)各單井生產(chǎn)井初期產(chǎn)量、油壓、穩(wěn)定生產(chǎn)時(shí)間、遞減率等差別較大，據(jù)此可將其分成3類(lèi)（見(jiàn)表1）。

表1 氣井分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)及生產(chǎn)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

其中：Ⅰ類(lèi)井9口，儲(chǔ)層以裂縫-溶蝕孔洞型為主，初期產(chǎn)能較大，日產(chǎn)氣量大于2.5×104m3，初期井口壓力大于10 MPa，地層能量足，基本能穩(wěn)產(chǎn)降壓生產(chǎn)。Ⅱ類(lèi)井10口，儲(chǔ)層類(lèi)型以裂縫-孔隙型為主，初期日產(chǎn)氣量為 1.2×104～1.5×104m3，生產(chǎn)壓差較大，初期油壓小于10 MPa，穩(wěn)產(chǎn)期較短，較快進(jìn)入定壓降產(chǎn)階段。Ⅲ類(lèi)井18口，儲(chǔ)層以孔隙型為主，初期穩(wěn)定日產(chǎn)氣量小于1.2×104m3，油壓很快下降到較低水平，后期低產(chǎn)量生產(chǎn)，低速遞減。

3 產(chǎn)能評(píng)價(jià)指標(biāo)優(yōu)選

業(yè)內(nèi)常用無(wú)阻流量（AOF）作為產(chǎn)能評(píng)價(jià)指標(biāo)，但低滲透儲(chǔ)層氣井不同工作制度下的產(chǎn)量和井底流壓在測(cè)試時(shí)間內(nèi)很難達(dá)到穩(wěn)定?！耙稽c(diǎn)法”AOF（采用“一點(diǎn)法”測(cè)定計(jì)算的日無(wú)阻流量）計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確率較低，而且AOF只代表測(cè)試時(shí)刻的氣井產(chǎn)能，沒(méi)有包含實(shí)際工作制度、氣井壓力、排液等限制條件，不能準(zhǔn)確代表氣井的實(shí)際生產(chǎn)能力。同一區(qū)塊生產(chǎn)井深度、管柱尺寸、油嘴大小和輸氣管線壓力等參數(shù)基本相同，氣井初始日產(chǎn)量代表了其真實(shí)產(chǎn)能，可作為產(chǎn)能評(píng)價(jià)指標(biāo)的前提。因而，分別建立平均日產(chǎn)量（前1個(gè)月、前3個(gè)月和前6個(gè)月）、未來(lái)10 a累計(jì)產(chǎn)量與“一點(diǎn)法”AOF的關(guān)系（見(jiàn)圖2）。累計(jì)產(chǎn)量與“一點(diǎn)法”AOF相關(guān)性最差，線性回歸判定系數(shù)R2=0.341 9。平均日產(chǎn)量與累計(jì)產(chǎn)量相關(guān)性較好，前3個(gè)月、6個(gè)月平均日產(chǎn)量的R2分別達(dá)到了0.601 2和0.660 0。對(duì)于投產(chǎn)初期的氣田，部分氣井投產(chǎn)時(shí)間短，雖然使用較長(zhǎng)時(shí)間段的平均日產(chǎn)量更為可靠，但樣本點(diǎn)相對(duì)更少；因此，使用前3個(gè)月平均日產(chǎn)量作為產(chǎn)能評(píng)價(jià)指標(biāo)較為合適。

圖2 預(yù)測(cè)未來(lái)10 a累計(jì)產(chǎn)量與日產(chǎn)量的相關(guān)性曲線

4 影響因素定量評(píng)分方法

統(tǒng)計(jì)學(xué)方法廣泛應(yīng)用于分析影響參數(shù)和評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的相關(guān)性，一般通過(guò)系數(shù)評(píng)分來(lái)定量評(píng)價(jià)影響參數(shù)的重要性。Pearson，Spearman相關(guān)系數(shù)法和決策樹(shù)評(píng)分法是常用的3種統(tǒng)計(jì)學(xué)方法。其中，前二者屬于單因素評(píng)分法[22-23]，后者屬于多因素評(píng)分法[24]。 這 3 種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，需要綜合應(yīng)用，相互驗(yàn)證。

為此，建立了工區(qū)37口井的地質(zhì)和工程數(shù)據(jù)集，包括砂體有效厚度H、測(cè)井滲透率Klog、孔隙度φ、含氣飽和度Sg、試井解釋地層系數(shù)HK、試井解釋有效滲透率Ke、水平段鉆遇氣層段長(zhǎng)度Lh、水平段長(zhǎng)度L和壓裂級(jí)數(shù)N等9個(gè)影響參數(shù)和評(píng)價(jià)指標(biāo)Q（前3個(gè)月平均日產(chǎn)氣量）?；赑ython軟件，運(yùn)用Pearson系數(shù)法、Spearman系數(shù)法和決策樹(shù)評(píng)分法對(duì)影響因素的重要性進(jìn)行了評(píng)分和排序（見(jiàn)表2）。由于樣本點(diǎn)數(shù)量過(guò)少，個(gè)別參數(shù)可能得分為負(fù)而沒(méi)有評(píng)價(jià)意義，得分和排名均需舍棄。3種方法得到的參數(shù)重要性排名基本一致，Pearson系數(shù)法和決策樹(shù)評(píng)分法的評(píng)價(jià)結(jié)果幾乎一樣。其中：HK，Ke最重要，其次是 Sg，L，Lh。H，φ，N，Klog得分小于等于0，顯示這幾個(gè)參數(shù)與產(chǎn)量之間無(wú)正相關(guān)性。

表2 產(chǎn)能影響參數(shù)評(píng)分排序

為了進(jìn)一步分析各類(lèi)氣井之間的差異，在井分類(lèi)基礎(chǔ)上用Pearson系數(shù)法再次進(jìn)行了評(píng)分（見(jiàn)表3）。Ⅰ，Ⅱ類(lèi)井產(chǎn)能主控因素還是 HK，Ke和 Sg，Lh，得分略有增加。Ⅲ類(lèi)井的N和L得分大幅度增加后，排名前列，說(shuō)明壓裂級(jí)數(shù)和水平井長(zhǎng)度對(duì)產(chǎn)能有明顯正相關(guān)作用。在Ⅰ，Ⅱ類(lèi)井中，壓裂級(jí)數(shù)和水平井長(zhǎng)度的重要性被儲(chǔ)層物性、含氣性掩蓋，故會(huì)出現(xiàn)得分較低的情況。

表3 基于井分類(lèi)的產(chǎn)能影響參數(shù)評(píng)分結(jié)果

5 主控因素影響機(jī)制

運(yùn)用產(chǎn)能解析模型法[25]對(duì)上述參數(shù)影響產(chǎn)能的重要性進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果也顯示Ke，HK對(duì)產(chǎn)能影響較大（見(jiàn)圖3a、圖3b），驗(yàn)證了3種統(tǒng)計(jì)學(xué)方法評(píng)分結(jié)果的正確性。采用不穩(wěn)定產(chǎn)量法得到的Ke，HK，比測(cè)井解釋得到的Klog值更能真實(shí)反映地層的滲透性。雖然Sg相關(guān)性得分不高，但是Sg影響Ke，也是氣井產(chǎn)能的重要因素之一。φ只是儲(chǔ)層儲(chǔ)集能力的表征參數(shù)，不是控制儲(chǔ)層滲流能力的因素。有效厚度H通常是利用孔隙度下限來(lái)計(jì)算得到，計(jì)算結(jié)果誤差大，與初始產(chǎn)量相關(guān)性差，但這不表明有效厚度對(duì)產(chǎn)能的影響程度小，解析模型結(jié)果顯示，有效厚度對(duì)產(chǎn)能影響較大（見(jiàn)圖2b）。

Ⅲ類(lèi)井L，N的評(píng)分增加明顯，表明儲(chǔ)層改造對(duì)物性較差的氣井產(chǎn)能影響更大。解析法計(jì)算結(jié)果表明，水平井長(zhǎng)度對(duì)產(chǎn)能的影響要比壓裂級(jí)數(shù)更大（見(jiàn)圖3c、圖3d），水平井長(zhǎng)度增加不僅可以提高氣井產(chǎn)能指數(shù)，還可以提高氣井的儲(chǔ)量控制半徑。

主控因素影響機(jī)制分析結(jié)果表明，儲(chǔ)層物性是影響氣井產(chǎn)能的主導(dǎo)因素，而水平井長(zhǎng)度、壓裂級(jí)數(shù)對(duì)氣井產(chǎn)能也具有較大影響。對(duì)于不同類(lèi)型的儲(chǔ)層，有必要分類(lèi)優(yōu)化水平井長(zhǎng)度和壓裂級(jí)數(shù)，以使經(jīng)濟(jì)效益最大化。

圖3 采用解析模型法得到的主控因素與產(chǎn)能關(guān)系曲線

6 礦場(chǎng)應(yīng)用效果

奧陶系碳酸鹽巖氣藏是大牛地氣田重要的儲(chǔ)量產(chǎn)量接替陣地，一直以來(lái)，都在開(kāi)展地質(zhì)、物探、工程等方面系列配套項(xiàng)目攻關(guān)，積極進(jìn)行水平井開(kāi)發(fā)試驗(yàn)。2011—2015年期間，該區(qū)域開(kāi)發(fā)試驗(yàn)水平井的水平段長(zhǎng)度在750～1 200 m，壓裂級(jí)數(shù)為4～12，水平井平均無(wú)阻流量為8.6×104m3/d，平均初始產(chǎn)量為 2.2×104m3/d，初始油壓為8.8 MPa。雖然水平井長(zhǎng)度和壓裂規(guī)模逐漸增加，但是水平井產(chǎn)能和開(kāi)發(fā)效果增加幅度并不明顯。通過(guò)開(kāi)展產(chǎn)能主控因素評(píng)價(jià)研究，提出了水平井位部署的優(yōu)先原則和工程設(shè)計(jì)優(yōu)化原則，即優(yōu)先選擇裂縫-溶蝕孔洞發(fā)育、含氣性好、有效厚度大的儲(chǔ)層部署水平井，針對(duì)不同儲(chǔ)層物性的水平井分類(lèi)優(yōu)化水平井長(zhǎng)度和壓裂規(guī)模。2016—2019年，該區(qū)域投產(chǎn)7口水平井（見(jiàn)表 4），平均無(wú)阻流量為 12.5×104m3/d，平均初始產(chǎn)量為3.2×104m3/d，初始油壓達(dá)到12.4 MPa，各項(xiàng)開(kāi)發(fā)指標(biāo)均好于之前的水平井。X34井水平段1 800 m，設(shè)計(jì)壓裂19段，先期壓裂9段后，即獲得較好產(chǎn)能，因而，沒(méi)有必要繼續(xù)實(shí)施壓裂作業(yè)，大大節(jié)約了成本。

表4 2016—2019年水平井開(kāi)發(fā)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

7 結(jié)論

1）初始平均日產(chǎn)量更適合作為產(chǎn)能評(píng)價(jià)指標(biāo)。投產(chǎn)初期3～6個(gè)月的平均日產(chǎn)量可較好地代表產(chǎn)能，適合作為產(chǎn)能評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2）本文提出的產(chǎn)能評(píng)價(jià)方法有必要與產(chǎn)能解析模型法結(jié)果進(jìn)行相互驗(yàn)證，確保評(píng)價(jià)結(jié)果可靠。

3）儲(chǔ)層物性、含氣性是影響氣井產(chǎn)能的主控因素，水平井長(zhǎng)度、壓裂級(jí)數(shù)對(duì)氣井產(chǎn)能也具有較大影響。裂縫-溶蝕孔洞發(fā)育的儲(chǔ)層是水平井部署的首選目標(biāo)；孔隙型儲(chǔ)層水平井有必要通過(guò)增加水平段長(zhǎng)度和壓裂級(jí)數(shù)來(lái)提高產(chǎn)量，但如何實(shí)現(xiàn)該類(lèi)儲(chǔ)層效益開(kāi)發(fā)，水平段長(zhǎng)度與壓裂規(guī)模的優(yōu)化還有待進(jìn)一步研究。