利用录井资料计算低渗气井压裂产能的新方法

刘子雄 ，李敬松 ，黄子俊 ，吴英 ，曾鸣 ，张华

（1.中海油田服务股份有限公司油田生产研究院，天津 300450；2.中国石化中原油田分公司采油三厂，山东 莘县 252429）基金项目：国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”（2011ZX05024）

低渗气藏的开发在我国天然气勘探中占有重要的地位［1］，对于不同物性条件储层，如何快速准确计算压裂产能，对优化压裂层位、降低施工风险具有重要意义。目前，针对气井压裂产能的研究方法都有一个共同的特点，即需要准确的储层物性参数，如孔隙度、渗透率、含水饱和度等［2-6］。这些参数获取的条件和方法较多，如测井解释、岩心实验、试井解释等，但通常这些方法所得到的物性参数大小又不一致，导致很难得到准确的预测结果。本文通过对现有方法进行适应性分析，找到一种预测气井压裂产能的新方法。该方法操作简单，计算速度快，可以准确预测气井压裂产能。

1 现有方法的适应性分析

准确预测低渗气藏的压裂产能是气藏压裂选井、选层，降低作业风险的关键。目前预测方法主要有数值模拟法、经验公式计算法和经验统计法3种。

1.1 数值模拟法

现有的压裂产能的数值模拟模型较多［7-8］。气水两相不稳定渗流的数学模型充分考虑了储层参数、工艺参数对产能的影响，主要用于确定气井压后产能和优化设计出最佳的压裂方案［9-10］。该模型为

式中：Krg，Krw分别为气、水的相对渗透率；p为地层压力，MPa；Bw（p）为在压力 p 处的水相体积系数；μg（ ）p ，μw分别为在压力 p处的气、水的黏度，mPa·s；φ 为地层孔隙度；K 为地层渗透率，10-3μm2；t为生产时间，s；Sw为含水饱和度；C（）p 为在压力p处的地层压缩系数，小数；γp为单位体积液相中溶解气量，g。

以测井解释的小层数据为基础，建立了压裂井的地质模型，然后建立裂缝模型进行数值模拟计算产能。与实际产能对比，数值模拟计算得到的产能准确性较低（见表 1）。

表1 数值模拟法和公式计算的气井压裂产能与实际产量对比

采用数值模拟的方法准确计算压裂产能的前提是输入的储层物性和流体参数必须准确［11-12］。由式（1）、式（2）可以看出，储层物性参数（孔隙度、渗透率、含水饱和度等）直接影响计算结果，但这些物性参数在求取过程中存在明显的不确定性［13］。对比测井解释和核磁以及岩心分析的物性参数，存在着较大的差异，同时对于含水饱和度的解释缺少必要的岩电资料，无法找出可靠的解释模型；故据此建立的地质模型无法准确描述真实的储层，计算的产能误差较大。

1.2 经验公式计算法

利用渗流理论，建立气井压后稳态产能公式［14-16］：

式中：Qscl为裂缝两端径向流的气井产量，m3/d；Lf为压裂裂缝长度，m；wf为裂缝宽度，m；Kf为裂缝渗透率，10-3μm2；h 为气藏有效厚度，m；T 为地下气层温度，℃；Re为泄气半径，m；pi为原始气藏压力，MPa；pwf为井底压力，MPa；μ 为气体黏度，mPa·s；为气体偏差系数；Tsc为标准状况下的温度，K；Zsc为标准状况下的气体偏差因子；psc为标准状况下的气体压力，MPa。

与实际产能对比，经验公式计算法得到的数据准确性偏低（见表1）。与数值模拟相似，公式法计算误差大的原因主要是无法准确获取压裂段储层参数。

1.3 经验统计法

为了建立本地区气井压裂产能与储层物性间的关系，回归各物性参数以及多种参数组合（地层系数、储能系数等）与产能的关系，其相关性均较差，未能建立起满足计算精度的经验公式（见图1—2）。其主要原因是各井的物性参数获取条件和方法不同，各参数的大小均会有一定的偏差，难以找出其内部规律。

图1 某气田地层系数对压裂产能的影响

图2 某气田压裂井含气饱和度对压裂产能的影响

2 预测气井压裂产能的新方法

气测录井是通过分析钻井过程中进入钻井液中的可燃气体组分及其体积分数，来分析判断有无工业价值的油气层，也就是说，通过分析钻井液中气体的体积分数，可以直接测量地层中的石油、天然气的体积分数及其组成［13］。目前运用录井气测资料进行储层流体识别的研究较多［14-15］，应用效果均较好。主要原因是录井时的气测资料能够准确而真实地反映储层物性及含气性，因此，采用气测全烃资料进行气井压裂产能预测比较真实、可靠。

气测全烃总量定义为气测录井检测分析的气态烃组分体积分数之和，通常用Tg表示：

式中：Tg为录井气测全烃值，%；TC1为甲烷体积分数，%；TC2为乙烷体积分数，%；TC3为丙烷体积分数，%；TiC4为异丁烷体积分数，%；TnC4为正丁烷体积分数，%。

分析已压裂气井的产能和录井资料认为，直接应用时二者相关性差（见图3）。这主要是由于气测资料受钻井工程、钻井液性能、检测条件、气测基质等多种因素的影响［16］。各压裂井的钻井方式及检测条件都会影响到气测全烃值，必须消除各种录井差异的影响。

研究分析，储层物性及含气性越好，则录井的全烃与背景值的比值越高［17］，其压裂产能也越高，二者具有较好相关性（见图4）。其计算公式为

式中：Qg为气井压裂产能，104m3/d；Tgb为录井时压裂段全烃的背景值，%。

图3 录井全烃对气井压裂产能的影响

图4 Qg-Tg/Tgb的关系

3 新方法的验证

运用本文新公式计算得到结果是3种方法中最准确的（见表2）。新公式需要的参数少，且录井时全烃的显示是储层物性及含气性的综合体现，因此，该方法能准确预测气井压裂产能。

表2 不同方法预测的气井压裂产能

4 结论

1）由于储层物性参数获取的方式不同，所得到的结果不一致，导致采用数值模拟法、理论公式法以及统计法难以准确预测低渗气井压裂产能。

2）气测全烃值受多种因素影响，与气井压裂产能没有直接相关性，但全烃值与背景值的比值和压裂产能可建立产能预测公式，其计算结果与实际值相近。

［1］吴志均，何顺利.新场致密气藏地质特征及合理压裂规模［J］.天然气工业，2004，24（9）：93-96.

［2］何应付，徐联玉，吕万一，等.低渗透气藏压裂井产能分析［J］.特种油气藏，2006，13（5）：59-61.

［3］尹洪军，刘宇，付春权.低渗透油藏压裂井产能分析［J］.特种油气藏，2005，12（2）：55-56.

［4］熊健，邱桃，郭平，等.非线性渗流下低渗气藏压裂井产能评价［J］.石油钻探技术，2012，40（3）：92-95.

［5］汪永利，蒋廷学，曾斌.气井压裂后稳态产能的计算［J］.石油学报，2003，24（4）：65-68.

［6］孙军昌，杨正明，唐立根，等.致密气藏束缚水分布规律及含气饱和度研究［J］.深圳大学学报：理工版，2011，28（5）：377-379.

［7］李勇明，郭建春，赵金洲.压裂气井产能模拟研究［J］.钻采工艺，2005，25（1）：40-43.

［8］杨正明，张松，张训华，等.气井压后稳态产能公式和压裂数值模拟研究［J］.天然气工业，2003，23（4）：74-76.

［9］蒋廷学，王欣，王永辉.压裂优化设计方案的模糊决策方法［J］.石油钻采工艺，1997，19（4）：74-76.

［10］葛家理，宁正福，刘月田，等.现代油藏渗流力学原理［M］.北京：石油工业出版社，2001：140-147.

［11］胡慧芳.油藏数值模拟历史拟合质量评价方法［J］.断块油气田，2012，19（3）：356-358.

［12］靳彦欣，林承焰，贺晓燕，等.油藏数值模拟在剩余油预测中的不确定性分析［J］.石油大学学报：自然科学版，2004，28（3）：22-24.

［13］郭建春，罗天雨，赵金洲，等.气井压裂后稳态产能模型［J］.天然气工业，2005，25（12）：95-97.

［14］刘伟伟，苏月琦，王茂文，等.特低渗油藏压裂井注采井距与注水见效关系［J］.断块油气田，2012，19（6）：736-739.

［15］王立东，罗平.气测录井定量解释方法探讨［J］.录井技术，2001，12（3）：5-7.

［16］连承波，钟建华，李汉林，等.气测参数信息的提取及储层含油气性识别［J］.地质学报，2007，81（10）：1440-1442.

［17］徐田武，张光斌，张琛琛，等.东濮凹陷马厂油田断裂内部结构特征对油气成藏的意义［J］.断块油气田，2012，19（6）：692-695.