产能预测分析方法的应用研究

2015-03-12肖欢中国石油大学华东地球科学与技术学院山东青岛266580

赤峰学院学报·自然科学版 2015年12期

肖欢（中国石油大学（华东）地球科学与技术学院，山东　青岛　266580）

产能预测分析方法的应用研究

肖欢
（中国石油大学（华东）地球科学与技术学院，山东青岛266580）

摘要：对储层产能进行定性及定量评价一直是油气勘探开发领域的一项基本任务.最主要的手段是试井分析，这是目前最为准确的方法之一，但是成本高，费时长.本文论述了测井预测储层产能的可行性和具体方法，首先选择地层和完井基本参数，然后针对油嘴尺寸、人工举升制度以及重要的地层和生产参数进行敏感性分析来确定这些参数对于产量的影响趋势，进而指导实际生产中的工作制度.

关键词：产能预测；参数；动态曲线；敏感性

对储层产能进行定性及定量评价一直是油气勘探开发领域的一项基本任务.对产能的正确评价不仅可以检验油气勘探成果，而且可以为油气田开发提供最基本的依据.它的重要性体现在两方面：第一，在探井研究中，准确的产能预测有利于勘探开发效益评价；第二，在低渗透储层中，准确的产能预测有利于评价产能改造潜力，指导酸化压裂层位的选取和施工，提高油藏开发效益.

产能研究最主要的手段是试井分析，这是目前最为准确的方法之一.但试井施工成本较高，费时较长，并且不可能对每口井的每个井段都进行测试，只限于重点层位施工，这限制了该方法的推广.长期以来，从测井角度预测储层产能一直缺少必要的研究手段，方法较为单一，研究结果与实际结果差距较大.但是，测井预测储层产能是可行的：第一，试井分析为测井产能预测提供了方法上的指导（尤其是相当于小型试井技术的MDT模块式地层动态测试技术及核磁共振油井技术的应用）；第二，测井施工成本相对比较低，并且提供了产能预测所需要的诸多信息.利用测井资料预测储层产能的主要意义就是在充分利用这些信息的基础上，实现储层“静态”信息向“动态”产能信息的转变，以成本相对廉价的测井信息代替施工不菲的测试手段.

1　产能预测方法介绍[1-8]

目前主要的产能预测方法有：产能指数法、产能指数修正方法、修正比尔登方法、支持向量机方法、节点分析法.各种产能计算方法的适用范围各不相同.

产能指数法适用于各种产能参数比较明确或者比较易于获得的层位；

产能指数修正法适用于储层产能参数不易于获得或者参数的计算精度不准确的井位，该方法能够对各参数起到校正的作用，其精度依赖于试油资料的获取；

修正比尔登方法是计算储层压裂产能的重要方法，它的精度依赖于试油、岩心资料的获得；

支持向量机方法适用条件较为宽松，它的精度依赖于学习样本的学习效率和精度，由于理论的完善，其精度明显优于神经网络方法；

节点分析法是在储层流入产能和储层流出产能计算的基础上分析储层的协调产能，以利于井口的产量控制，科学开采储层.

目前产能预测的方法主要采用油气井系统分析（又称节点分析）的方法：是一门综合系统分析技术，其特点就是把油藏作为一个系统来分析，将地下、井筒和地面集输工艺技术有机的结合.通常，节点分析方法在油田投入开发之后，用于油气井生产过程进行系统优化分析.

在勘探的油气层产能评价中，往往过多地重视物探地质研究，依赖于现场试油测试工艺，从而忽略了室内预测分析.在勘探阶段，虽然资料有限，但是基于渗流力学原理，通过常规测井资料，结合核磁共振测井及MDT电缆地层测试技术，采用系统分析技术可以进行较为准确的单井产能预测，从而帮助进行单井油气层评价和储量的计算工作.

油井系统生产是一个不间断的连续流动过程，勘探阶段油井的油气生产（没有注水）一般要经历以下4个过程（见图1- 1）：

图1- 1单井油气生产经历的4个过程

1、油气在油藏内向油井的渗流过程：这是油气在多孔介质内的渗流，主要的压力损失是地层压力与井底流压的压差推动原油向前流动的渗流阻力，表明这一阻力的特征参数是采油指数.如果有气体的存在，尤其是近井筒地带油层伤害的影响，使得流动特征较复杂.低渗透、稠油和深层油气藏，油气在油藏内向油井的渗流过程变得更加复杂.

2、油气通过完井井段向井筒的流动过程：随着采油工艺技术的发展和油藏工程技术研究的进步，在射孔工艺参数对于完井特性的影响，进行了较深入的研究.例如，对射孔密度、射孔深度、孔径、射孔相位，以及由于射孔造成的压实、烧结作用的研究，都有了较大的进展.

3、油气生产流体沿油管垂直举升过程；油气生产流体在克服油藏内的渗流阻力和完井井段的压力损失之后，在油井井底具有一定的剩余压力.这个压力是沿油管向上举升流体的原动力.如果这个压力大于生产流体的油管内向上举升的阻力，则油井在自喷条件下生产；反之，则不能将生产流体举升到井口，而需要人工举升方式，进行机械采油.

油气生产在油管内向上举升过程的流动状态也是相当复杂的，轻质相和重质相会随之流速、所占井筒截面积不同，经历泡状流、段塞流、环流和状流等几种流动状态.

4、流体通过油嘴的流动过程：主要是流体通过小孔眼管道的节流过程.

目前对于上述的四个过程，已经研究出很多数学相关式来描述这些流动特性，虽然数学公式非常复杂，循环计算量很大，但是随着计算机技术的发展，使得油井节点分析计算快速准确，在单井油气层快速评价中，可以帮助解决很多油井的实际问题.

2　地层和完井基本参数选择

1、油藏地质参数是根据MDT测试、常规测井曲线和核磁共振测井解释的结果得到的，并且根据测井曲线将油层厚度减去泥岩隔层厚度，得到产能预测采用的有效厚度.

图2- 1地层和完井参数的选择

油层压力为MDT测试得到的地层压力折算到油层中部深度所得到的；

地层渗透率为MDT测试压降流度计算得到的渗透率与核磁共振渗透率相结合确定.由于MDT测试为单点测量，由此可得到地层在该深度处的渗透率，而核磁共振曲线能够提供很好的纵向上连续渗透率相对变化趋势.因此将核磁共振曲线用MDT计算得到的渗透率重新刻度便可得到修正后的渗透率曲线.由修正后的渗透率曲线进行有效厚度内的线性积分，最终得到油层的平均渗透率.

•1400.6- 1407.6米层段平均渗透率为170md；

•1424.5- 1429.0米层段平均渗透率为130md.

2、生产流体参数主要是根据MDT测试、实验室流体分析的结果，例如流体密度、气油比等等，其余一些流体性质等，采用经验关系式计算.

图2- 2埕北273井地层渗透率修正

3、油井完井数据由于还没有完井，是假设的一组参数，采用7英寸套管下至井底，3英寸油管下至油气层顶.射孔采用10孔径，90度相位，40孔每米，穿深0.4米，射孔压实带渗透率系数采用0.8.

4、生产基础数据是油井自喷生产初产时采用的一组生产工作制度，包括井口压力，温度，油嘴尺寸等等.

对以上预测参数选取，见表2- 1.

表2- 1埕北273井1400.6- 1407.6米层段产能预测基本参数

3　流入流出动态曲线

表3- 1埕北273井1400.6- 1407.6米层段产量预测（改变人工举升工作制度）

图3- 1埕北273井1400.6- 1407.6米层段流入流出曲线（改变人工举升工作制度）

通过以上一组基础数据，计算了流入流出动态曲线.同时分别分析人工举升制度对流出曲线的影响进而分析其对产能的影响；另外可以分析油井敞喷（取消油嘴，无回压）以及不同油嘴条件下各层段的产能；

图3- 1为1400.6- 1407.6米层段的流入流出曲线，每一个流出曲线与流入曲线的交点对应为油井的预测产量，产量数据以及其它计算参数见表1所示.在10mm油嘴的条件下油井自然产能为17.6方/天，人工举升对提高产能贡献很大，若人工举升增压4MPa，产量可增加至46.4方/天.

在没有油嘴截流的情况下该层的产能见表3- 2.可以看出在没有油嘴截流的情况下该层敞喷的自然产能为24.9方/天；人工举升增压4MPa的条件下产量达到57.1方/天.

表3- 2埕北273井1400.6- 1407.6米层段产量预测（改变人工举升，无油嘴）

图3- 2埕北273井1400.6- 1407.6米层段流入流出曲线（改变人工举升,无油嘴）

进行产能分析的这个层段为稠油油层，原油属于典型的低收缩性、低饱和的中质至重质原油，挥发性弱，气油比低.流入曲线基本上略向下凹，说明油藏的弹性能和溶解气驱能量弱.自喷生产需要较大的生产压差，协调点产量较低.1400.6- 1407.6米层段由于渗透率高，厚度大，有较高产量.

油层的生产可能需要人工举升措施如下入螺杆泵增压，从而提高生产压差，提高产量.

4　敏感性分析

上一节分析一个层段的流入流出动态，确定了相应条件下油层的产能.本节将针对油嘴尺寸、人工举升制度以及重要的地层和生产参数进行敏感性分析来确定这些参数对于产量的影响趋势，进而指导实际生产中的工作制度.

4.1油嘴尺寸敏感性分析

如图4- 1所示为1400.6- 1407.6米层段改变油嘴尺寸与人工举升增压压差对该层产能的影响，对应的数据见表4- 1.从图表中可以看出该层在2mm油嘴条件下产能很低，并随着油嘴尺寸的增加逐渐增加，但增加的趋势渐缓，当油嘴尺寸达到16mm时产量基本不再增加，鉴于油井的整体产量，建议在井口不设置截流装置.根据不同人工举升增压压差对产量的影响可以看出，随着压差的增加该层的产能都有明显的增加，建议采用人工举升措施，降低井底流压，提高生产压差以提高产能.接下来具体分析不同人工举升制度对产能的影响.

表4- 1 1400.6- 1407.6米层段产量（改变人工举升,油嘴尺寸），单位sm3/day

图4- 1埕北273井1400.6- 1407.6米层段油嘴尺寸敏感性分析

4.2人工举升制度敏感性分析

从每一层段的流入流出动态分析可以看出人工举升将大大提高油井的产能.为了寻求最优的人工举升制度，分别针对该油层人工举升增压大小进行敏感性分析，如图4- 2所示.

图4- 2埕北273井1400.6- 1407.6米层段人工增压敏感性分析(800m泵深)

根据上节中的流入流出动态分析，在实际生产中可以不用装置油嘴截流，因此在对人工举升的敏感性分析中将不使用油嘴，这样井口的生产条件为无油嘴敞喷，并且人工举升下泵深度为800米.从该层段的分析图中可以看到：随着人工增压从0MPa逐渐增大，油层产量有显著提高，但当增压数值达到4.5MPa后油井产量则几乎保持一个恒定的水平不再明显增加，因此在800米下泵深度的条件下（利用螺杆泵增压）采用人工举升措施时，4.5MPa为最优的人工增压压差，也是在该深度处可以达到的最大的人工增压压差.此压差下：

1400.6- 1407.6米层段对应的最大产能为59.85方/天.

以上是对人工举升增压压差的敏感性分析，图4- 3为改变人工举升的下泵深度对产能的影响.这里选取下泵深度为1200米，井口为敞喷条件.从图中可以看出8.0MPa为最优的人工增压压差，此压差下：

1400.6- 1407.6米层段对应的最大产能为63.1方/天.

对比800米和1200米下泵深度可以看出，增大下泵深度可以提高产能，但提高数量有限，该层段为5.4%，增加下泵深度未对产量产生较大影响.

图4- 3埕北273井1400.6- 1407.6米层段人工增压敏感性分析(1200m泵深)

4.3地层及生产参数不确定分析

另外，未知参数采用经验公式估算，如果有测量的值，可以及时进行校正，进一步提高产能分析的精度.图4- 4为该产层改变生产气油比以及地层渗透率，对产能的敏感性分析.

图4- 4埕北273井1400.6- 1407.6米层段K，GOR敏感性分析

4.4气油比敏感性分析

产能预测分析时，气油比采用MDT估算的平均数值，可能存在误差，因此对气油比进行了敏感性分析（见图4- 5）.通过分析发现，它对于产量影响非常大.通过实验室PVT分析可以得到溶解气油比的参数.

图4- 5产能预测敏感性分析（垦东48井PF1：1555.5- 1562.0米）

4.5表皮系数第三性分析

表皮系数是表明油层伤害程度的一个参数[9]，计算时没有考虑，假设表皮系数为0，通过表皮系数的敏感性发现，它对产气量的影响较大，见图4- 6.通过试井可以得到表皮系数的参数.

图4- 6产能预测敏感性分析（垦东48井PF4：1440.2- 1444.2米）

5　结论和应用

截至目前，胜利油田已经分别在垦东地区、埕北地区进行了三口井的产能预测分析（垦东48、垦东481、埕北273），其中垦东48井对6个油气层进行了产能预测，实际试油两个层段.在相同制度下产能预测产量为37m3/d、63.2m3/d，实际试油产量分别为43.6m3/d、61m3/d.从而证实了产能预测在实际应用中的可行性.

目前产能预测主要应用于以下几个方面：

1、产能预测通过结合测井、地质和地层测试资料，对油井产能进行预测，虽然它不能替代试油，但有很多方面的应用：

可以减少试油的层数；

应用于由于油井问题无法测试井；

分析放大生产压差后的产能和压力保持水平.

2、根据产能分析的结果，准备试油和地面处理设备. 3、进行敏感性分析，帮助确定油井增产的瓶颈.

参考文献：

〔1〕谭成仟，马娜蕊，苏超.储层油气产能的预测模型和方法[J].地球科学与环境学报，2004，26(2)：42～46.

〔2〕汪立君.利用测井资料进行天然气储层产能的评价与预测[J].地质科技情报，2004，23(3)：57～60.

〔3〕赵辉，司马立强，颜其彬，等.川中大安寨段裂缝评价及储层产能预测方法[J].测井技术，2008，32(3)：277～80.

〔4〕欧阳健.石油测井解释与储层描述[M].北京：石油工业出版社，1994.148～152.

〔5〕毛志强，李进福.油气层产能预测方法及模型[J].石油学报，2000，21(5)：58～61.