应用反褶积方法评价页岩气井压裂改造效果

杨加祥　(中石化江汉石油工程公司页岩气开采技术服务公司，湖北 武汉 430000)



应用反褶积方法评价页岩气井压裂改造效果

杨加祥(中石化江汉石油工程公司页岩气开采技术服务公司，湖北 武汉 430000)

[摘要]用微地震、产剖测试、示踪剂监测等方法，研究页岩气多级压裂水平井缝网形成特征，评价压裂改造效果，由于受施工条件、经济和环境等因素影响，难以取得明显成效。以涪陵页岩气开发试验井为例，应用反褶积方法，结合不稳定生产动态分析，研究多级压裂水平井线性流、拟稳态流(或边界控制流)响应特征，评价压裂改造体积(SRV)，可以取得良好效果，为钻完井、压裂试气工艺优化提供了技术依据。

[关键词]页岩气井；压力-产量反褶积；SRV；微地震

我国南方海相页岩气储集层具有构造改造强、地应力复杂、埋藏较深和地表条件复杂等特点[1]。涪陵页岩气产建一期开发试验井储层压力高、压裂初期高产、微裂缝-页理发育、游离气占比大等表现特征，反映了页岩气“人工气藏”缝网形成的复杂性和渗流条件的特殊性。压裂试气统计结果表明，一部分井在相似的钻完井条件下，实际投产结果与预期目标差距过大；不同井(或井组)之间初始产能相差十分悬殊；单井富集高产形成的工程、地质主控因素不明确。用微地震、产剖测试、示踪剂监测方法，研究页岩气多级压裂水平井的缝网形成特征，评价压裂改造效果，由于受到施工条件、经济和环境等因素影响，难以取得明显成效，亟待进一步的压裂改造评价技术研究，为页岩气多级压裂水平井钻完井、压裂试气工艺优化提供技术依据。2001年， Schroeter 等[2]解决了压力-产量反褶积算法上的稳定性问题后，压力-产量反褶积方法被用于多个油气田的开发实践中，取得了良好的实际应用效果。压力-产量反褶积方法能够综合生产(或测试)全过程所探测到的地层信息，帮助确定合理的解释模型,得出比常规解释更多、更可靠的解释结果。2010年，Chen等[3]在加拿大西部沉积盆地不列颠哥伦比亚省东部(NEBC)地区，成功应用压力-产量反褶积方法，估算落基山脉山麓地带非常规气藏天然裂缝连通泄流体积，计算了可采资源量。

笔者以涪陵页岩气开发试验井为例，用压力-产量反褶积方法研究多级压裂水平井线性流、拟稳态(或边界控制流)的压力响应特征，评估压裂改造体积。

1试井反褶积分析原理

根据杜哈美(Duhamel)原理[4]，得出压力恢复和压力降落的褶积方程为：

(1)

(2)

式中：p(t)为生产t时刻压力，MPa；pi为初始地层压力，MPa；t为生产时间，h；q为产量，m3/d；Δpu为单位产量下的重整压力响应，MPa·d/m3；K为地层渗透系数，m/s；h为地层厚度，m；μ为流体运动黏度，m2/s；B为体积系数,1；pwf为流动压力，MPa；τ为变量。

(3)

(4)

用上述褶积方程和最优化过程(非线性回归)得出z(σ)分段函数，即可得出z(σ)～σ曲线，拟合实测和理论压力导数曲线，而拟合时间范围从开始生产直至最后一个数据录取点为止。

目前，KAAPA公司的Saphir软件提供了4种试井反褶积实现方式：①地层压力为变量，用多个压力恢复周期产生1个反褶积；②用相同的初始压力，对每个压力恢复周期计算1个反褶积；③用某个压力恢复周期的早期数据和多个压力恢复的后期数据计算1个反褶积；④用相同的初始压力做常量，用某个压力恢复的早期数据和几个压力恢复的后期数据计算1个反褶积。

2应用实例

某J井为涪陵页岩气田一口开发评价井，实钻B靶点斜深4466m(垂深2481m)，压裂试气水平段长1590.5m，分19段(48射孔簇)进行压裂，入井总液量34462m3，支撑剂总量850m3，压裂后初期试气获无阻流量26.8×104m3/d。

该井自2014年1月23日至2015年5月20日期间，累计产气3320×104m3、产水567m3。在该期间，共进行了3次关井，而在第3次关井时，用钢丝下入存储式电子压力计进行压力、温度测量，测试历时367h后起出井口。

根据关井压力恢复测试双对数曲线(见图1)分析，井口关井后由于井筒气液混相，压力恢复双对数曲线反映出井筒复杂的相态变化特征，之后压力扩散作用由井筒逐渐向裂缝延伸，双对数曲线具有十分清晰的多级压裂水平井线性流变化特点，导数曲线后期似乎还显示出短暂的“径向流”特征水平线。

图1　某J井关井压力恢复测试双对数图

另外，由于该次测试经历了足够长的时间且有比较充分的关井压力恢复，压力扩散作用应该波及人工裂缝以外更大范围的地层，但在双对数曲线上并未反映出裂缝末端、或更进一步的页岩气原生地层信息。因此，将该井的实际生产资料与关井压力恢复数据同步处理后，根据静压梯度换算取初始地层压力为37.69MPa，用Saphir软件提供的“方法一”进行压力-产量反褶积，反褶积后的双对数曲线如图2所示。与关井压力恢复双对数曲线对比，二者前半部分实现较好的重叠，但在后半部分发生了偏离。其中，反褶积结果不仅综合了多级压裂水平井井筒+裂缝的主要流动变化特征，还额外增加了裂缝末端的某种供流信息，消除了仅用关井压力恢复进行叠加分析所带来的影响，测试时间至少延长了一个半对数周期。

图2　某J井压力恢复与反褶积双对数曲线对比图

根据压力-产量反褶积结果，采用Saphir软件三线性流扩展模型进行双对数拟合(见图3)，最终拟合解释结果如下：初始静压力(井口)32.5MPa，井筒存储系数11.6m3/MPa，地层系数0.512mD·m，渗透率 0.00575mD，表皮系数0.00714，平均裂缝半长115.9m, 裂缝导流系数0.7896mD·m，裂缝扩散系数1.83076。

图3　某J井压力产量反褶积双对数拟合分析图

如图3所示，可将流动划分为4个主要阶段，即流动初期(Ⅰ区)主要受较强的井筒储集效应影响，井眼不存在明显的污染堵塞特征；中期(Ⅱ区)以线性流为主，在井筒+裂缝内形成层流、1/4双线性流、1/2线性流等复杂流动状态，说明有限导流裂缝(或次生缝)较为发育；晚期(Ⅲ区)为导流作用由裂缝向原生地层扩散的过渡阶段，导数曲线斜率逐渐增大，由于外部原生地层相对较好的物性表现，双对数导数未完全形成单位斜率为1的“封闭边界”特征直线。据此分析计算平均人工裂缝半长为115.9m(假设裂缝全部贯穿优质储层，即裂缝高度为38m)。后期过渡段延伸时间的长短主要取决于基质渗透率大小或天然裂缝发育程度，或形成拟径向流、拟稳态流(或边界控制流)等页岩气典型流动特征。根据压力-产量历史拟合(见图4)检验分析，该井由于受压裂液返排率较低的影响，生产期间产量和井口压力“噪声”干扰大，并且主关井期间未进行井底同步测压，均不同程度地影响了历史拟合效果。

图4　某J井压力-产量历史拟合图

图5　某J井生产动态分析双对数图

图6　某J井生产动态分析Blasingame图

为进一步检验压力-产量反褶积分析结果，再利用该井的压力-产量资料，进行了不稳定生产动态分析(RTA)，结果见图5、图6。表1为解释分析结果对比，由表1可见，二者解释分析结果显示，地层系数和裂缝半长基本一致。

统计结果表明，该井压裂试气初始产能明显低于同井区多数井的平均水平(56×104m3/d)。压力-产量反褶积解释平均裂缝半长为115.9m，明显低于215～260m压裂设计参数要求，即使是在压裂改造裂缝全部贯穿38m优质页岩气储层的条件下，实际形成的压裂改造体积也十分有限，而这可能就是该井未能获得高产的主要原因。

3结论与认识

1)压力-产量反褶积是评价页岩气多级压裂水平井压裂改造效果的一种经济、有效的手段。实例说明，在缺乏准确的微地震解释结果情况下，压力-产量反褶积结果的可靠性难以得到很好验证，在开发初期选择合适的目标井开展微地震监测分析，明确人工裂缝贯通体积，可有效提高压力-产量反褶积结果的可靠性。

2)压力-产量反褶积要在取得较长时间的生产测试资料的基础上才能发挥作用。因此，在页岩气井投产过程中，适时的井底压力监测措施和关井恢复测试，特别是投产初期的地层压力测试，对压力-产量反褶积结果将产生重要影响。

3)不稳定生产动态分析实际是在试井分析基础上，进行压力-产量归一化处理，引入物质平衡时间，对方程解进行积分变换。它解决了不稳定生产条件下的测试资料解释技术难题，在不受关井影响生产的情况下，获得与关井压力恢复测试同样的解释结果，可以作为生产井动态分析的辅助手段，但不能完全替代关井压力恢复测试。

4)涪陵页岩气多级压裂水平井具有十分复杂的缝网成因和特殊的渗流条件。综合利用生产井实际资料，应用现代试井分析方法，研究页岩气流动规律，评价压裂改造效果，对钻完井工艺优化和开发技术政策制定具有重要的指导意义。

表1　压力-产量反褶积解释与生产动态分析结果对比表

[参考文献]

[1]郭彤楼.四川盆地焦石坝页岩气田形成与富集高产模式[J].石油勘探与开发，2014，12(3):35～38.

[2]Daungkaew S, Hollaender F , Gringarten A C. Frequently asked questions in well test analysis[J].SPE63077,2000.

[3]Chen A, Jones J R. Use of pressure-rate deconvolution to estimate connected reservoir drainage volume in naturally fractured unconventional gas reservoirs from Canadian Rockies Foothills[J].SPE143016,2012.

[4]Schroetervt, Hollaenderf, Gringartenca. Deconvolution of well test data as a nonlinear total least squares problem[J].SPE71574, 2001.

[编辑]黄鹂

Application of Deconvolution Method for Evaluating the Fracturing Effect of Shale-gas Wells

Yang Jiaxiang

(Author’sAddress:ShaleGasDevelopmentTechnicalServiceCompanyofJHOSC,SINOPEC,Wuhan430000,Hubei,China)

Abstract:The characteristics of fracture network of multi-stage fracturing in shale gas horizontal wells were studied by using the methods of macro-seism, production profile testing and tracer monitoring testing, the effect of fracturing and reconstruction was evaluated. Influenced by operation conditions, economy and environment, it was hard to achieve an obvious effect. By taking the testing well of shale gas development in Fuling Area for example, a deconvolution method is deployed to study the characteristics of linear flow, quasi-static flow(or boundary controlled flow), evaluate the stimulated reservoir volume(SRV)in combination with unstable production performance analysis. Good production effect is obtained. It provides a technical basis for drilling, completion and the optimization of fracturing and gas testing technology.

Key words:shale-gas well；deconvolution of pressure and production；SRV；micro-seism

[中图分类号]TE375

[文献标志码]A

[文章编号]1673-1409(2016)8-0053-05

[作者简介]杨加祥(1965-)，男，工程师，从事石油工程研究工作，597352260@qq.com。

[收稿日期]2015-10-21

[引著格式]杨加祥.应用反褶积方法评价页岩气井压裂改造效果[J].长江大学学报(自科版),2016,13(8):53～57.