關(guān)鍵詞：裂縫性氣藏；氣井產(chǎn)能；修正方法；紊流效應(yīng)；滲流規(guī)律

引言

裂縫性油氣藏是世界范圍內(nèi)重要的油氣資源，全球已發(fā)現(xiàn)的50% 以上油氣資源賦存于這類油氣藏中，該類油氣藏通常具有儲(chǔ)量巨大、單井產(chǎn)能高的特點(diǎn)[1]。如塔里木盆地克深氣田、四川盆地安岳氣田探明儲(chǔ)量均超過(guò)了1×1012 m3，部分單井無(wú)阻流量超過(guò)107 m3/d[2]。由于裂縫和基質(zhì)孔隙滲透率存在著數(shù)量級(jí)的差異，這類油氣藏與常規(guī)孔隙性儲(chǔ)層流體傳輸規(guī)律、產(chǎn)能特征存在一定的差異[3 4]。

單井產(chǎn)能評(píng)價(jià)是明確氣田開發(fā)規(guī)模、合理工作制度制定的基礎(chǔ)，目前關(guān)于氣井產(chǎn)能評(píng)價(jià)主要包括3 種方法：產(chǎn)能試井、一點(diǎn)法經(jīng)驗(yàn)公式和理論二項(xiàng)式產(chǎn)能方程[5 9]。產(chǎn)能試井是評(píng)價(jià)氣藏生產(chǎn)能力最主要的手段。一點(diǎn)法經(jīng)驗(yàn)公式只需要一個(gè)測(cè)試點(diǎn)相應(yīng)的壓力和產(chǎn)量就可以簡(jiǎn)便地評(píng)價(jià)氣井產(chǎn)能。理論二項(xiàng)式產(chǎn)能方程是目前氣井產(chǎn)能評(píng)價(jià)的重要方法，可有效表征氣井生產(chǎn)變化特征，但目前絕大部分氣井產(chǎn)能模型是基于均質(zhì)儲(chǔ)層模型推導(dǎo)得到的[10 11]。筆者整理了四川盆地、鄂爾多斯盆地和塔里木盆地裂縫性氣藏產(chǎn)能測(cè)試結(jié)果，發(fā)現(xiàn)氣體在裂縫處匯聚，導(dǎo)致高速非達(dá)西效應(yīng)明顯，實(shí)際二項(xiàng)式產(chǎn)能方程的二次項(xiàng)系數(shù)B 值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于二項(xiàng)式理論計(jì)算結(jié)果，表明裂縫性氣藏的紊流效應(yīng)更加明顯。直接將壓力恢復(fù)試井解釋結(jié)果代入到產(chǎn)能方程中會(huì)錯(cuò)估裂縫性油氣藏單井產(chǎn)能[12]。

針對(duì)上述問(wèn)題，首先，基于裂縫性氣藏地層特征、產(chǎn)能試井及產(chǎn)氣剖面測(cè)試資料，明確了局部?jī)?yōu)勢(shì)井段（裂縫發(fā)育）非均勻供氣現(xiàn)象是裂縫性氣藏氣井紊流效應(yīng)更強(qiáng)的原因。其次，基于理論二項(xiàng)式產(chǎn)能方程和克深氣田產(chǎn)能試井測(cè)試數(shù)據(jù)，確定了該區(qū)塊理論非達(dá)西流系數(shù)與實(shí)際非達(dá)西流系數(shù)的關(guān)系，并提出運(yùn)用修正的非達(dá)西流系數(shù)代替理論非達(dá)西流系數(shù)的裂縫性氣藏產(chǎn)能修正方程。該方程有效地提升了壓力恢復(fù)試井資料在裂縫性氣藏氣井產(chǎn)能評(píng)價(jià)工作的應(yīng)用效果，對(duì)合理認(rèn)識(shí)氣井產(chǎn)能具有顯著的意義。

1 裂縫性氣藏氣井滲流規(guī)律及產(chǎn)出特征

克深氣田位于塔里木盆地庫(kù)車拗陷中部，由克深2、克深6 和克深8 等多個(gè)斷背斜砂巖氣藏構(gòu)成，氣藏埋深普遍超過(guò)5 000 m，主力產(chǎn)氣層系為白堊系巴什基奇克組，儲(chǔ)層孔隙度在2%～8%，基質(zhì)滲透率在0.01～0.50 mD。受多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)復(fù)合疊加改造的影響，克深氣田各氣藏?cái)鄬雍蜆?gòu)造裂縫發(fā)育，為典型的超深層裂縫性砂巖氣藏群[13 17]，地質(zhì)構(gòu)造如圖1所示。

由于基質(zhì)系統(tǒng)與天然裂縫系統(tǒng)滲流能力存在數(shù)量級(jí)的差異，裂縫性氣藏氣體產(chǎn)出特征與常規(guī)孔隙性氣藏存在較大的差異[18 21]?？紫缎詺獠兀ㄈ鐫睔馓铮饩a(chǎn)出剖面較為均勻，射開的各層組均有一定的供氣能力，而裂縫性氣藏（如靖邊氣田、克深氣田等）受到裂縫發(fā)育特征的影響，氣井產(chǎn)出剖面存在局部?jī)?yōu)勢(shì)供氣井段現(xiàn)象。如克深氣田某井單井日產(chǎn)氣32.95×104 m3，測(cè)井解釋儲(chǔ)層有效儲(chǔ)層厚度53 m，產(chǎn)氣剖面測(cè)試顯示供氣井段僅7 m，如圖2 所示。

試井曲線特征可有效反映儲(chǔ)層特征，克深氣田試井曲線與常規(guī)氣藏曲線存在一定的差異，主要表現(xiàn)為：1）壓力恢復(fù)曲線呈現(xiàn)“廠”字形，氣井壓力恢復(fù)較快，短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)程度超過(guò)95%；2）過(guò)渡流階段表現(xiàn)出高表皮特征，測(cè)試產(chǎn)量越高則解釋得到的表皮系數(shù)越大；3）絕大部分氣井測(cè)試前產(chǎn)量超過(guò)40×104 m3/d，但較長(zhǎng)測(cè)試時(shí)間無(wú)徑向流特征[22]。氣井壓力恢復(fù)曲線特征表明該區(qū)塊儲(chǔ)層整體物性較差，井周發(fā)育有天然裂縫，生產(chǎn)壓降主要消耗在井筒周圍，如圖3 所示。

將克深氣田壓力恢復(fù)解釋結(jié)果代入產(chǎn)能方程中計(jì)算得到氣井流入動(dòng)態(tài)曲線，與該井產(chǎn)能試井實(shí)測(cè)IPR 曲線進(jìn)行對(duì)比。如圖4 所示，計(jì)算結(jié)果有一定的差別，原因是在裂縫性氣藏產(chǎn)出過(guò)程中，氣體具有極強(qiáng)的紊流效應(yīng)。

將地質(zhì)認(rèn)識(shí)、試井和產(chǎn)氣剖面監(jiān)測(cè)結(jié)果結(jié)合分析可知，井筒周圍發(fā)育高導(dǎo)裂縫是氣井高產(chǎn)的前提，裂縫性氣藏產(chǎn)出過(guò)程中紊流效應(yīng)更加顯著。因此，需要修正理論二項(xiàng)式產(chǎn)能方程系數(shù)B，從而提高理論方程在裂縫性氣藏中的適用性。

2 氣井二項(xiàng)式產(chǎn)能模型修正方法

當(dāng)多孔介質(zhì)內(nèi)氣體流動(dòng)速度較高時(shí)，氣體流動(dòng)狀態(tài)不再符合達(dá)西定律。目前，國(guó)內(nèi)外多采用Forchheimer 方程描述高速非達(dá)西效應(yīng)影響下的氣體滲流，該方程通過(guò)引入一個(gè)包含紊流系數(shù)的附加項(xiàng)修正達(dá)西方程，用于考慮紊流效應(yīng)造成的壓力損失，其表達(dá)式為[23 24]

紊流系數(shù)的表達(dá)式是基于孔隙性滲流介質(zhì)獲取得到的，這類儲(chǔ)層巖芯內(nèi)氣體滲流速度遠(yuǎn)小于裂縫性多孔介質(zhì)，因此，造成產(chǎn)能常用的二項(xiàng)式理論公式在裂縫性氣藏內(nèi)適用性較差。

對(duì)于裂縫性氣藏而言，其實(shí)際的非達(dá)西流系數(shù)比理論計(jì)算的結(jié)果更大，采用穩(wěn)態(tài)二項(xiàng)式產(chǎn)能公式計(jì)算氣井產(chǎn)能時(shí)需要修正非達(dá)西流系數(shù)D，提高產(chǎn)能計(jì)算結(jié)果的精度。對(duì)于一個(gè)特定氣藏而言，理論非達(dá)西流系數(shù)與實(shí)際非達(dá)西流系數(shù)之間具有一定的關(guān)系，根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)總結(jié)兩者之間的關(guān)系。

根據(jù)產(chǎn)能試井?dāng)?shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)得到理論計(jì)算的非達(dá)西流系數(shù)與實(shí)際非達(dá)西流系數(shù)之間的關(guān)系如圖5 所示，兩者有3～4 個(gè)數(shù)量級(jí)的差異。

沿著氣體流動(dòng)方向從井筒到供給邊界進(jìn)行積分，并換算到礦場(chǎng)單位制下，可以獲得氣井的穩(wěn)態(tài)產(chǎn)能公式為[25]

3 實(shí)例應(yīng)用及敏感性參數(shù)分析

3.1 修正產(chǎn)能模型驗(yàn)證

克深氣田A 井位于構(gòu)造高部位，該井同時(shí)開展了產(chǎn)能試井和壓力恢復(fù)試井，測(cè)試資料較為豐富，選取該井作為樣本井驗(yàn)證修正產(chǎn)能模型的準(zhǔn)確性。A 井儲(chǔ)層有效厚度136.2 m，地層壓力115.133 MPa，壓力恢復(fù)試井解釋得到滲透率為22.98 mD，表皮系數(shù)為211.86，井筒半徑為0.088 9 m，流量表皮3.33×10?4 d/m3，氣體黏度0.040 6 mPa·s，氣體偏差系數(shù)1.807 3。將試井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)代入到圖版中，計(jì)算氣井真實(shí)非達(dá)西流系數(shù)D=0.000 332 8 d/m3，然后利用修正后的產(chǎn)能公式計(jì)算得到理論產(chǎn)量。兩者的計(jì)算結(jié)果如圖6 所示，理論計(jì)算的結(jié)果與測(cè)試產(chǎn)量的誤差為3.25%，表明該方法可有效地提升裂縫性氣藏氣井產(chǎn)能評(píng)價(jià)結(jié)果。

同時(shí)，根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)擬合得到的二項(xiàng)式系數(shù)計(jì)算得到的氣井流入動(dòng)態(tài)曲線與修正后的公式計(jì)算得到的流入動(dòng)態(tài)曲線如圖6b 所示，理論模型的計(jì)算無(wú)阻流量與測(cè)試結(jié)果擬合得到的氣井流入動(dòng)態(tài)曲線結(jié)果相近，表明了計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.2 敏感性參數(shù)分析

對(duì)于裂縫性氣藏而言，氣井非達(dá)西流系數(shù)是決定產(chǎn)能的一個(gè)重要因素。計(jì)算了不同非達(dá)西流系數(shù)下的氣井流入動(dòng)態(tài)曲線（圖7），隨著非達(dá)西流系數(shù)的增大，氣井流入動(dòng)態(tài)曲線逐漸向左偏移。紊流效應(yīng)對(duì)氣井產(chǎn)量的影響隨著生產(chǎn)壓差的增大而增大，因此，對(duì)于這類氣井控制生產(chǎn)壓差減少紊流壓力損失。

計(jì)算了不同非達(dá)西流系數(shù)下的氣井生產(chǎn)過(guò)程中紊流附加壓降占總生產(chǎn)壓降的比例如圖8所示。

從圖8 可以看出，隨著生產(chǎn)壓差的增大，紊流效應(yīng)消耗的能量越大。對(duì)于常規(guī)孔隙性儲(chǔ)層氣井而言，達(dá)西流動(dòng)是氣體產(chǎn)出的主要能量消耗，紊流效應(yīng)能量消耗較少。對(duì)于裂縫性氣藏氣井而言，當(dāng)生產(chǎn)壓差較小時(shí)紊流附加壓降的比例都很大了。因此，裂縫性氣藏需要控制生產(chǎn)壓差，減少氣藏能力浪費(fèi)。

3.3 礦產(chǎn)“一點(diǎn)法”產(chǎn)能測(cè)試建議

受到開發(fā)成本、生產(chǎn)需求的影響，并不是每口氣井都實(shí)施產(chǎn)能試井和壓力恢復(fù)試井測(cè)試，因此，“一點(diǎn)法”經(jīng)驗(yàn)公式也是目前礦場(chǎng)運(yùn)用較多的產(chǎn)能評(píng)價(jià)方法。目前，針對(duì)不同氣田大量學(xué)者和現(xiàn)場(chǎng)專家提出了適用于各自區(qū)塊的產(chǎn)能系數(shù)，“一點(diǎn)法”經(jīng)驗(yàn)公式為

“一點(diǎn)法”經(jīng)驗(yàn)公式產(chǎn)能評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性與經(jīng)驗(yàn)系數(shù) 和測(cè)試條件（測(cè)試生產(chǎn)壓差）有關(guān)。相對(duì)于孔隙性儲(chǔ)層氣井而言，裂縫性氣藏內(nèi)氣井生產(chǎn)時(shí)紊流效應(yīng)更強(qiáng)，特別是在低壓差狀況下氣井生產(chǎn)指數(shù)更大，低生產(chǎn)壓差下測(cè)試產(chǎn)量結(jié)果容易造成計(jì)算氣井產(chǎn)能遠(yuǎn)高于實(shí)際結(jié)果。

將二項(xiàng)式產(chǎn)能公式計(jì)算的結(jié)果代入陳元千提出的“一點(diǎn)法”經(jīng)驗(yàn)公式中，計(jì)算了不同生產(chǎn)壓差下的理論結(jié)果與氣井無(wú)阻流量之間的誤差，結(jié)果如圖9所示。從圖9 可以看出，隨著生產(chǎn)壓差的增大，理論結(jié)果誤差先減小后增大，過(guò)低的測(cè)試生產(chǎn)壓差會(huì)導(dǎo)致評(píng)價(jià)得到的氣井產(chǎn)能偏大，因此，采用“一點(diǎn)法”評(píng)價(jià)氣井產(chǎn)能時(shí)測(cè)試生產(chǎn)壓差建議取值為地層壓力的4%～10%。

4 結(jié)論

1）裂縫性氣藏開采時(shí)氣體滲流規(guī)律和產(chǎn)出特征與常規(guī)孔隙性儲(chǔ)層存在較大的差異，氣向裂縫匯聚后流入井筒中是裂縫性氣藏氣井紊流效應(yīng)更加顯著的原因，現(xiàn)有的理論產(chǎn)能方程將會(huì)高估單井生產(chǎn)能力。

2）利用測(cè)試數(shù)據(jù)回歸了克深氣田氣井理論與實(shí)際非達(dá)西流系數(shù)的關(guān)系，建立了裂縫性氣藏二項(xiàng)式產(chǎn)能修正方法，運(yùn)用測(cè)試數(shù)據(jù)驗(yàn)證了該方法的有效性，擴(kuò)展了二項(xiàng)式穩(wěn)態(tài)產(chǎn)能模型在裂縫性氣藏的適用性，有利于提高氣井產(chǎn)能特征的認(rèn)識(shí)。

3）裂縫性氣藏氣井開采過(guò)程中壓力主要消耗在紊流效應(yīng)上，應(yīng)該控制生產(chǎn)壓差，減少氣藏能量浪費(fèi)。采用“一點(diǎn)法”經(jīng)驗(yàn)公式評(píng)價(jià)裂縫性氣藏氣井產(chǎn)能時(shí)，測(cè)試生產(chǎn)壓差建議取值為地層壓力的4%～10%。