西加拿大Montney盆地不同非常规天然气储层典型生产曲线及总产量影响因素分析

王根久，穆龙新，张庆春，冯明生.

(中国石油勘探开发研究院，北京 100083)



西加拿大Montney盆地不同非常规天然气储层典型生产曲线及总产量影响因素分析

王根久，穆龙新，张庆春，冯明生.

(中国石油勘探开发研究院，北京 100083)

典型生产曲线是非常规天然气产能预测的重要因素，本文中西加拿大Montney盆地非常规天然气单井产能预测的评价方法是先确定气藏单井单压裂段的典型生产曲线，然后乘以单井压裂段数，预测单井在经济极限内的总产量。通过对西加拿大Montney盆地非常规气田大量的生产数据进行分析得出，致密砂岩气藏典型生产曲线一般具有三段生产特征，页岩气具有二段生产特征，煤层气藏具有一段生产特征；典型生产曲线的预测精度取决于曲线递减的计算参数优选、生产数据的质量和生产周期；非常规天然气藏在经济极限内的累积产量主要取决于储层的岩性和物性；同种岩性储层，物性越好，累积产量越高。

非常规；致密砂岩气；页岩气；煤层气；典型生产曲线；产能预测

世界非常规天然气开发尚处于早期阶段[1-3]，因此非常规天然气单井产能的预测是一个难题。非常规天然气与常规天然气的渗流机理不同，单井产能预测的评价方法有本质的区别。由于世界范围内非常规天然气单井生产历史不长，尤其是大规模水平井生产历史更短，可以借鉴的生产经验比较少，目前对非常规天然气单井产能的精确预测尤其是中后期的预测有一定的难度[4-6]。

西加拿大Montney盆地(以下简称西加M盆地)以致密气为主，页岩气、煤层气次之。主要目的层为下三叠统Montney层，地层为海相滨岸相—半深海相沉积，沉积厚度约为300 m，岩性以粉砂岩、泥质粉砂岩为主，岩石类型以岩屑石英砂岩为主。Montney组分为上、下两段，上段为向盆地前积的滨岸相沉积，下段为海岸斜坡相和浊流沉积。页岩气主要分布于泥盆系的Muskwa地层，页岩富含石英和有机质。煤层气主要分布于上白垩统HSC组。

本文对西加M盆地非常规天然气藏10年以上生产历史单井进行了分析，对非常规天然气单井典型生产曲线进行了研究，结果表明不同非常规储层的典型生产曲线具有不同的分布特征，典型生产曲线的预测精度取决于曲线递减的计算参数优选、生产数据的质量和生产周期，不同类型储层的典型生产曲线差别较大，气藏条件和经济极限值对典型生产曲线也有一定的影响。

1 非常规天然气典型生产曲线的特征

1.1 典型生产曲线的经验计算公式

本次单压裂段典型生产曲线递减曲线计算采用经典的Arps(阿普斯)经验公式[7-9]：

(1)

式中q(t)——气产量，104t/a；qi——初始气产量，104t/a；Di——递减率，1/a；t——生产时间，a;b——常数。

Arps经验公式主要用于井底流压稳定、渗流范围有限的常规气藏。统计分析非常规气藏单压裂段具有相似的生产特点，递减曲线分析图横坐标为经济可采储量(EUR)，纵坐标为日产气量。

非常规气藏的生产特征是初期产量高，渗流范围有限。早期产量取决于压裂工艺，递减速率大；后期由于基岩渗透率非常低，产量递减速率非常小，生产时间较长。通过大量的西加M盆地区非常规气田的单井开发数据拟合后分析，典型非常规气藏的典型生产曲线主要由3段组成，如图1所示。

图1 典型非常规气藏的典型生产曲线Fig.1 Typical production curves for typical unconventional gas reservoirs

第一段为调和递减，递减速率非常大，一般b1≫1。西加M盆地区块平均b1=2，该段为单井早期生产阶段，可参考的生产数据点比较多。

第二段为双曲或调和递减，一般0

第三段为指数递减，该阶段递减速率缓慢，一般年递减率为5%左右，生产持续的时间为20～25年，b3=0。

1.2 不同非常规储层典型生产曲线的特征

1.2.1 致密砂岩

西加M盆地有大量的非常规致密砂岩气藏，致密砂岩气主要为游离气，其岩性主要为粉砂岩，孔隙度为4%～8%，渗透率为0.005～0.020 mD，含水饱和度为5%～40%， TOC为1%～2%；石英含量为60%～70%，岩性脆，利于压裂改造及产生裂缝；黏土含量低，易进行压裂增产措施。图2为典型致密砂岩气藏的典型生产曲线分布图[10-12]，对应的单压裂段的总产量见表1。

图2 典型致密砂岩气藏的典型生产曲线Fig.2 Typical production curves of typical tight sandstone gas reservoirs

气田孔隙度/%总产量/(104m3)第一段/%第二段/%第三段/%Usunrise4.7251955354421Ucore4.6081812223543Uswan4.4671727203545Saturn4.4001586213544Ufairway4.2601401203545Noel4.167647202852

数据统计分析可以反映西加M盆地非常规致密砂岩气藏典型生产曲线一般具有三段生产特征：

(1)第一段早期生产阶段，产量占总产量的20%～35%，不同气藏产量差异为15%左右；第二段中期生产阶段，产量占总产量的28%～44%，不同气藏产量差异为16%左右；第三段后期生产阶段，产量占总产量的21%～52%，不同气藏产量差异为31%左右。

(2)物性越好的气藏，第一段占的比例越大，第三段占的比例越小；物性越差的气藏，第一段占的比例越小，第三段占的比例越大。

(3)第一段早期产量+第二段中期产量>50%。

1.2.2 页岩

西加M盆地页岩气藏一般孔隙度为3%～13%，渗透率为0.0001～0.0006 mD，含水饱和度为10%～40%，石英含量为70%～85%，TOC为3%～11%；以游离气为主，占60%左右，吸附气占40%；页岩硅质含量高，性脆，易进行压裂增产措施。目前该盆地规模生产气田只有Horn River，在进行数据统计分析时对比分析了美国主要页岩气田的生产数据。

图3为典型页岩气藏的典型生产曲线分布图[13-14]，对应的单压裂段的总产量见表2。

图3 典型页岩气藏的典型生产曲线Fig.3 Typical production curves of typical shale gas reservoirs

气田孔隙度/%总产量/(104m3)第一段/%第二段/%EagleFord4～1218692872HornRiver4～621242575Haynesville5～1221802674Barnet3～938512179Marcellus5～1346442377

数据统计分析可以反映西加M盆地非常规页岩气藏典型生产曲线一般具有两段生产特征：

(1)同地区页岩气藏具有典型的两段生产特征，第一段早期生产阶段，产量占总产量的20%～28%；第二段中后期生产阶段，产量占总产量的72%～79%。

(2)物性越好的气藏第一段占的比例相对较大，第二段占的比例相对较小。

1.2.3 煤层

西加M盆地发育煤层气藏，煤层气主要是吸附气，煤层含气量为2～12 m3/t，渗透率为0.1～10.0 mD，含水饱和度小于10%。

图4为典型煤层气藏的典型生产曲线分布图[15-16]，对应的总产量见表3。

图4 典型煤层气藏的典型生产曲线Fig.4 Typical production curves of typical coalbed gas reservoirs

气田总产量/(104m3)CBM850KO906TI1331DA1472MI1246

数据统计分析可以反映西加M盆地非常规煤层气藏典型生产曲线一般具有一段生产特征。

2 典型生产曲线的影响因素分析

对比不同时期、同一储层类型的非常规天然气藏生产曲线，不同非常规气田预测的单压裂段的总产量差别较大。研究表明，典型生产曲线的产能主要受如下几个因素的影响。

2.1 生产数据的影响

单井产量的预测建立在生产井产量递减速率分析的基础上，生产历史越长，产量预测越准确。开发早期生产数据有限，因此预测的生产趋势存在较大的不确定性。尤其是非常规油气藏，开发初期产量波动大，影响因素多[17]。

根据西加M盆地非常规天然气开发经验，如果单井生产历史不够14个月[18-20]，则采用该方法拟合预测的典型生产曲线可靠性差。主要原因是：

(1)第一段产量递减速率大，与第二段和第三段的产量递减规律差别较大，很难根据第一段产量递减的规律预测第二段和第三段产量的递减趋势。

(2)第一段主要为压裂所产生的裂缝中的气产出，第二段和第三段主要为基岩中的孔隙气和吸附气的产出。

2.2 储层物性

近年来，由于非常规天然气藏压裂工艺提高、压裂段数逐年增加，单井产量得到很大提高。研究表明，不同类型气藏单井的总产量主要取决于储层岩性和物性，同岩性储层物性不一样，典型生产曲线的形状和总产量差别较大。如CR气田包括6个不同气藏，图5为6个同岩性、不同物性的气藏典型生产曲线对比图，图6表明非常规天然气藏单压裂段的总产量与物性呈很好的线性关系，相关系数达到0.77；物性越好，总产量越高。

图5 不同物性储层的气藏典型生产曲线Fig.5 Typical production curves of gas reservoirs with different physical reservoirs

图6 单压裂段累计产量与孔隙度关系Fig.6 The relationship between cumulative production and porosity in single fractures

2.3 经济极限值

非常规气井后期产量递减速率非常缓慢，后期的产量对气田的操作成本有较大影响。单井产气极限值也是气田开发方案中极为重要的评价参数。统计分析认为，西加M盆地非常规气井达到生产经济极限一般在15～30年。在气价4.5 $/mmBtu的条件下，西加拿大非常规作业公司不同气藏非常规气井的经济极限值分别为：

页岩气：8500～14200 m3/d，300～500 Mcfd；致密砂岩气：2800～4200 m3/d，100～150 Mcfd；煤层气：85～400 m3/d，3～15 Mcfd。

3 结论

(1)气藏单井单压裂段的典型生产曲线可以对非常规天然气单井产能进行有效的预测和评价。典型非常规气藏的典型生产曲线分为三段：第一段为早期生产阶段，递减非常大，可以用调和递减进行预测；第二段为中期生产阶段，产量递减速率变缓，可以用双曲或调和递减进行预测；第三段为后期生产阶段，产量递减速率小，可以用指数递减进行预测。

(2)非常规典型生产曲线致密砂岩气藏一般具有三段生产特征，页岩气具有二段生产特征，煤层气藏具有一段生产特征。

(3)影响典型生产曲线总产量的因素主要为生产数据点的多少、储层物性和经济极限值；非常规天然气藏在经济极限内的总产量主要取决于储层的岩性和物性；同种岩性储层，物性越好，总产量越高。

[1] 邹才能,张国生,杨智,等.非常规油气概念、特征、潜力及技术——兼论非常规油气地质学[J].石油勘探与开发,2013,40(4):385-399.

[2] 贾承造,郑民,张永峰.非常规油气地质学重要理论问题[J].石油学报,2014,35(1):1-10.

[3] 甘利灯,姚逢昌,郑晓东,等.非常规储集层地震横向预测的一种方法[J].石油勘探与开发,2000,27(2):65-68.

[4] 李建秋,曹建红,段永刚,等.页岩气井渗流机理及产能递减分析[J].天然气勘探与开发,2011,34(2):34-37.

[5] 段永刚,魏明强,李建秋,等.页岩气藏渗流机理及压裂产能评价[J].重庆大学学报,2011,34(4):62-66.

[6] 侯瑞云,刘忠群.鄂尔多斯盆地大牛地气田致密低渗储层评价与开发对策[J].石油与天然气地质,2012,33(1):118-128.

[7] GOUVEIA J A, CITRON P G. A statistical approach for the effective economic modeling and portfolio selection of unconventional resource opportunities[J]. SPE, 2009:76-83.

[8] AGARWAL G R, GARDNER C D, KLEINSTEIBER S W, et al. Analyzing well production data using combined-type-curve and decline-curve analysis concepts[J]. SPE Reservoir Evaluation & Engineering, 1999, 2(5): 478-486.

[9] BAIHLY J, ALTMAN R, MALPANI R, et al. Shale gas production decline trend comparison over time and basins[J]. SPE135555, 2010: 1-25.

[10] ILK D, RUSHING J A. Decline-curve analysis for HP/HT gas wells: theory and applications[J]. SPE125031, 2009.

[11] BARCLAY. Project kun valuation report[R], 2011:136-143.

[12] Fekkane A.Application of decline curve analysis in oil reservoir using a universal fitting equation, MS thesis[D].Oklahoma:University of Oklahoma, 2001.

[13] ZELGHI F, TIAB D. Application of decline curve analysis in gas reservoirs using a newly developed fitting equation[J]. SPE Formation Evaluation,1987:671-682.

[14] OLAREWAJU J S, LEE J W, LANCASTER D E. Type and decline-curve analysis with composite models[J]. SPE Formation Evaluation, 1991:79-85.

[15] WYLDE J J. Increasing lazy gas well production: a field wide case history in northern Alberta[J]. SPE134143, 2010: 127-137.

[16] SOLANO N, ZAMBRANO L, AGUILERA R. Cumulative gas production distribution on the Nikanassin tight gas formation, Alberta and British Columbia, Canada [J]. SPE Trinidad and Tobago Energy Resources Conference, 2010: 27-30.

[17] 陈劲松,张荣,郭莉,等.非常规油气开发初期改进双曲递减模型产量预测浅析[J].非常规油气,2016,3(2):40-45.

[18] JARVIE M D, HILL J R, RUBLE E T, et al. Unconventional shale-gas systems: the mississippian Barnett shale of north-central texas as one model for Thermogenic shale-gas assessment[J]. AAPG Bulletin, 2007, 91(4): 475-499.

[19] HAM Y, KANTZAS A. Development of coalbed methane in Australia: unique approaches and tools[J]. SPE Gas Technology Symposium Joint Conference, 2008:535-544.

[20] WALTER B, AYERS J R. Coalbed gas systems, resources, and production and a review of contrasting cases from the San Juan and Powder River Basins[J]. AAPG Bulletin, 2002, 86(11): 1856-1890.

Analysis on Typical Production Curve and Total Yield of Different UnconventionalNatural Gas Reservoirs in Montney Basin, Western Canada

Wang Genjiu, Mu Longxin, Zhang Qingchun, Feng Mingsheng

(Research Institute of Exploration and Development of PetroChina, Beijing 100083, China)

The typical production curve is an important factor in the prediction of unconventional natural gas production. In this paper, the prediction method of single-well productivity prediction of unconventional natural gas in the Montney Basin in western Canada was to determine the typical production curve of single well fractures in gas wells and then multiply by single well fracturing, so the total output of a single well within the economic limits was predicted. Based on the analysis of a large number of production data in unconventional gas fields in the Montney Basin, the typical production curves of the tight sandstone gas reservoirs were generally characterized by three sections, the shale gas had two characteristics of production, and the coalbed gas reservoirs had a production characteristic. The prediction accuracy of typical production curves depended on the calculation parameters of the curve decreasing, the quality of the production data, and the production cycle. The cumulative yield of unconventional natural gas reservoirs within the economic limits depended largely on the lithology and physical properties of the reservoir. The same kind of lithologic reservoir, the better the physical properties, the higher the cumulative yield.

unconventional; tight sandstone gas; shale gas; coal gas; typical production curve; production prediction

王根久(1966—)，男，博士，中国石油勘探开发研究院，高级工程师，主要从事海外非常规项目评价。邮箱：wgj@vip.sina.com.

TE328

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