致密气藏水平井测井产能预测方法研究

肖飞,成志刚,李戈理,罗少成,陈玉林,杨智新,陆艳萍

(中国石油集团测井有限公司测井应用研究院,陕西西安710077)

0 引 言

水平井开采技术已成功地应用于各个类型的油田开发,对于非均质性强的致密储层,水平井的多级分段压裂及产能评价在水平井开发设计中尤为重要[1-3]。研究目标区苏里格气田×区盒8段岩石类型以石英砂岩、岩屑石英砂岩为主,具有孔隙度小、渗透率低、孔隙结构复杂、各向异性和非均质性强等特点。本文针对目标区的储层特点及测井系列少的状况,提出采用综合指数对水平井段进行分段分级评估,为水平井段选择性开采优选射孔层段;并用考虑非均质性及各向异性的油藏产能模型与测井相结合对水平井进行产能评价。应用该方法对研究区有试气资料的水平井进行产能预测,其预测的水平井产能符合率高,效果显著。

1 储层地质特征

苏里格气田×区主要为三角洲平原辫状河分流河道沉积,地质构造相对平缓,有效储层分布稳定,砂层平面展布规模大,纵向多期叠置,横向连片分布,且主力产气层段砂体厚度大,试采产水不明显。研究区块有利的地质条件为大规模实施水平井开发奠定了基础。

该区11 725块岩样统计分析表明,储层孔隙类型以岩屑溶孔为主,其次为粒间孔、长石溶孔及晶间孔,储层物性总体较差,储层非均质性较强。孔隙度分布在2.0%～12.0%之间,平均为8.3%;渗透率分布在(0.01～5)×10-3μm2之间,平均为0.32×10-3μm2。

压汞资料统计表明,储层孔隙结构复杂,喉道半径小,而且分选较差,喉道分布不均匀。排驱压力分布在0.03～6.57 MPa之间,平均1.49 MPa;中值压力分布在0.59～54.6 MPa之间,平均为15.3 MPa;中值喉道半径分布在0.01～1.26 μm之间,平均0.11 μm;最大进汞饱和度分布在41.0%～94.8%之间,平均62.15%;分选系数分布在0.7～3.8之间,平均1.57;均质系数分布在3.41～44.7之间,平均12.81。

2 水平井产能影响因素分析

2.1 水平井与直井产能影响因素差异分析

水平井渗流机理研究表明,水平井产能大小受油藏条件(内因)和水平井轨迹参数(外因)的综合影响。胜利油田总结出影响水平井产能的因素可分为3个方面:储层条件、水平井在储层中的位置以及水平井井身结构[4],其主要影响因素具体表现在排驱面积、水平段长度、油层厚度、渗透率、渗透率各向异性指数、地层损害程度,以及相关采油工艺等带来的一系列问题[5-6]。

对于井筒半径、体积系数、原油黏度等参数,在同一地区取值范围比较小,对产能的影响比较小,水平井与直井影响基本一致。

(1)泄油半径(见图1)。直井泄油面积为圆,主要受渗透率影响;水平井泄油面积为椭圆,主要受水平段长度影响,其次为渗透率影响。

(2)生产压差。直井生产压差较稳定;水平井筒从趾端到根端存在(重力、摩擦、加速度等影响)压降,生产压差逐渐变化,趾部压力随长度增大而增大,直至高于油藏压力。

(3)渗流特征。直井主要为平面径向渗流;水平井存在水平井筒与地层间的渗流耦合。

(4)非均质性。对渗透率来讲,直井变化相对较小;水平段变化范围很大,对水平井影响更为严重。

(5)储层厚度。水平井与直井影响大致相同,储层厚度在一定范围内与产能成正比。

图1 直井与水平井泄油面积示意图

2.2 水平井产能预测难点

(1)现有水平井产能预测模型所涉及参数众多,通过测井资料难以获得,实际应用中可操作性较差。

(2)由于测井仪器的响应方式、测井环境差异,测井曲线不能准确反映地层实际特征。

(3)目前水平井产能预测模型中没有考虑储层非均质性的影响。目标区非均质性严重,一口井的水平段渗透率变化范围很大(0.01～5)×10-3μm2,而产能预测模型都是一口井采用一个渗透率值参与计算,致使预测产能误差偏大。

3 水平井产能基础模型选择

水平井产能预测模型要与所研究目标区的地质特征相适应,针对不同的油藏条件,选用不同的产能模型,最大限度地接近生产实际[7-8]。考虑目标区储层特征(储层厚度小于15 m,各向异性强,非均质性强)及模型的适用条件(见表1),选用经陈元千[9]修正的Joshi模型[10]作为产能预测的基本模型。

Joshi模型是基于电流场理论,应用势能推导而来,是将三维渗流问题简化为垂直及水平面内的二维问题。陈元千[9]针对Joshi模型提出了用渗透率各向异性系数η校正的方法,通过减少渗流阻力中的厚度h进行校正,将水平井产量模型中括号外的厚度h乘以渗透率各向异性校正系数。引入陈元千校正后,将水平段和垂直段的渗流阻力中引入各向异性校正系数,带入Joshi基础产能式最终得到的校正后的Joshi模型[9-11]

表1 封闭油藏、稳态、不压裂的水平井产能预测模型统计表

(1)

4 水平井测井产能模型建立

由于水平井采用多段射孔压裂(一般水力喷砂射孔4～10段),压裂后的产能预测影响因素众多,地层测试参数及改造后的裂缝参数难以获得,即使计算出来也无法控制其精度。由于测井解释渗透率大时,在压后试井解释渗透率也大,所以,可以建立基于静态的测井参数,对压裂改造后的储层进行评价。

针对目标区储层非均质性强的特点,充分考虑非均质性对产能的影响,先将水平段分段分级评估,划分储层类型,再利用成熟的产能预测模型(改进后的Joshi模型)半定量预测每一类储层的产能(产能指数)。最后,结合试油资料通过求解超定方程组,得到水平井的产能定量计算模型,产能预测建模流程如图2所示。由此得到水平井测井产能计算模型为

Qh=a×q1+b×q2+c×q3+d

(2)

式中,a、b、c、d分别为模型待定系数;q1、q2、q3分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类储层产能指数。

4.1 水平井分段分级评估方法

研究区水平井测井系列较少,仅有自然伽马、双侧向电阻率、声波时差测井4条曲线。由于常规三孔隙度测井中仅有声波时差测井,且声波时差对物性变化不敏感,用单一的声波时差曲线很难给出正确的解释结论和指导射孔井段。因此,采用综合指数对储层进行分段分级评估。

通过分析物性参数声波时差、岩性参数泥质含量、电性参数地层电阻率的响应特征,构建综合指数来反映储层变化特征,对水平段分段分级评估,划分储层类型。综合指数计算模型

图2 水平井测井产能预测建模流程图

ACd=208

(3)

式中,AC为声波时差,μs/m;ACd为声波时差下限,μs/m;Vsh为泥质含量,%;Rt为地层电阻率,Ω·m;Z为综合指数。

综合指数结合了岩性、物性及电性参数,对储层变化反映敏感,能更好地辅助定解释结论,直观地挑选优势储层(见图3)。通过测井资料对水平井分段分级评估,油田公司可根据不同类别储层优选合适的射孔层段及制定相应改造措施。

图3 储层参数与综合指数关系图

利用综合指数、声波时差、孔隙度、水平渗透率将储层分为4类。其中,解释结论为气层的在分段分级评估时可细化分为Ⅰ类气层和Ⅱ类气层,差气层为Ⅲ类气层,干层分级评估时仍为干层,分类标准见表2所示。

×井在4 713.6～4 795.8 m井段原解释结论为气层,4 749.0～4 795.8 m井段综合指数平均33,属于Ⅰ类储层;4 713.6～4 749.0 m井段综合指数平均13.7,属于Ⅲ类储层,应解释为差气层。所以,针对4 713.6～4 795.8 m井段射孔层段应优选为4 749.0～4 795.8 m(见图4)。

4.2 水平井测井产能指数计算方法

在将水平段分段分级评估后,利用改进后的Joshi公式计算每一类储层的产能指数。由于产能指数为半定量求解,所以可以忽略一些参数,把Δp、μ0、B0等参数当常数来处理,由此得到了油藏、气藏统一的产能指数模型

(4)

式中,Li为i类储层的累积水平段长度,m;ad,i为i类泄油椭圆长半轴,m;Kh,i为i类储层的水平渗透率,mD;qi为i类储层的产能指数。

在计算产能指数时需累加Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ类储层的各自总长度(Li),统计各类储层的平均渗透率(Kh,i)、水平段的储层厚度(h);根据经验公式用渗透率计算直井泄油半径(rev)、水平井泄油半径(reh),再结合各类储层的长度计算水平井泄油椭圆长半轴(ad,i);最后,计算水平段不同储层类型的产能指数(qi)。

表2 储层分段分级评估标准

图4 ×井分段分级评估处理效果图

4.3 水平井测井产能模型参数计算方法

在计算出各类储层的产能指数后,利用多口水平井试油资料,通过迭代法求解产能模型超定方程组[见式(5)],得到产能模型的地区参数(a、b、c、d)

Q1=a×q1,1+b×q1,2+c×q1,3+d

Q2=a×q2,1+b×q2,2+c×q2,3+d

⋮ ⋮

Qj=a×qj,1+b×qj,2+c×qj,3+d

(5)

得到目标区水平井测井产能预测模型(见图5)

Qh=25.014q1+21.883q2+7.922q3-35.088
R2=0.776

(6)

5 应用效果分析

利用该模型对苏里格×区块19口有试气结论的水平井进行产能预测,参照水平井产能级别分类标准(见表3)。

水平井产能预测符合率为78.9%(见图6)。

表3 水平井产能级别分类标准

图6 预测产量与试气产量对比图

图7 ×水平井沿井轨迹孔隙度模型切片图

图7为目标区的1口水平井解释成果图,通过综合指数对该井重新解释及统计得到Ⅰ类储层水平渗透率平均为0.224 mD,Ⅱ类储层水平渗透率平均为0.173 mD,Ⅲ类储层水平渗透率平均为0.142 mD,Ⅰ类储层总长度103.13 m,Ⅱ类储层总长度156.88 m,Ⅲ类储层总长度110.00 m,储层厚度8.20 m,实验得到的渗透率各向异性系数0.653,水平井眼半径0.076 m。应用产能预测模型预测产量为40.7×104m3,试气无阻流量51.1×104m3,按水平井产能级别划分均为Ⅱ类井,与预测结果相吻合。

6 结论与认识

(1)针对目标区储层特点,利用物性、岩性、电性参数构建综合指数,对水平段先分段分级评估再进行产能预测,为水平井多级分段压裂改造、优选射孔层段提供支持。

(2)基于油藏产能基础模型研究,在国内外首次建立了同时考虑储层各向异性和非均质性的测井产能预测模型,实际应用中只需测井静态参数即可快速预测水平井产能。