熊小林

（ 中國石油集團長城鉆探工程有限公司四川頁巖氣項目部 ）

0 引言

中國頁巖氣在海相頁巖中廣泛分布，具有廣闊的勘探開發(fā)前景[1-4]。對于資源量大的頁巖氣，要想準確評估其開發(fā)潛力并規(guī)模效益開發(fā)，EUR（Estimated Ultimate Recovery，即估算的最終可采儲量）的評價尤為重要[5-8]。EUR 關(guān)系著氣井產(chǎn)量、工作制度、開發(fā)井網(wǎng)的部署和調(diào)整，是頁巖氣田高效、科學(xué)開發(fā)的基礎(chǔ)。

威遠頁巖氣田于2014 年開始建產(chǎn)，至2017 年底已投產(chǎn)井95 口，采用多段壓裂水平井開發(fā)[9-10]，生產(chǎn)方式以“限壓控產(chǎn)”為主，氣井總體表現(xiàn)為初期遞減快、后期遞減趨緩，但下油管及井口增壓措施后可以進一步減緩遞減。頁巖氣儲層具有納米級孔隙，氣井生產(chǎn)過程中生產(chǎn)模式和儲層流體的流動特征復(fù)雜，存在多個流動階段，產(chǎn)量遞減指數(shù)隨流態(tài)而發(fā)生變化，使得EUR 評價具有較大的不確定性。為了提高EUR 評價的準確度和量化評價其主控因素，本文以威遠典型頁巖氣井生產(chǎn)動態(tài)特征為研究對象，根據(jù)地質(zhì)特征及工程資料建立了動態(tài)模型，采用蒙特卡羅法和主成分分析法量化評價影響EUR 的主要因素，并提出了提高EUR 的措施建議。

1 氣田概況

威遠頁巖氣田位于四川盆地西南部（圖1），構(gòu)造上隸屬于川西南古中斜坡低褶帶，以古隆起為背景，發(fā)育威遠背斜構(gòu)造；整體表現(xiàn)為由北西向南東方向傾斜的大型寬緩單斜構(gòu)造，埋深為2000～4000m。

圖1 威遠頁巖氣田位置圖Fig.1 Location of Weiyuan shale gas field

綜合巖石學(xué)、沉積、古生物及電性等特征，將龍馬溪組劃分為龍一段和龍二段兩段，其中龍一段又細分為龍一1 和龍一2 兩個亞段，而龍一1 亞段又細分為a～d 4 個小層（圖2）。五峰組（WF）—龍一1亞段巖性以灰黑色、黑色頁巖為主，頁理發(fā)育，儲層品質(zhì)好，是頁巖氣有利儲集層段。

2 EUR 評價模型

業(yè)界采用了很多方法來預(yù)測頁巖氣井的EUR。總的來說，有七大類計算方法，包括經(jīng)驗產(chǎn)量遞減法[11-16]、現(xiàn)代產(chǎn)量遞減法[17-24]、線性流分析法[17，25-27]、物質(zhì)平衡法[17，25-27]、解析模型法[17，23-27]、數(shù)值模擬法[23-27]及其他方法[25-27]。由于每種方法都存在一定的適用性，所以不同階段采用的方法不一樣，計算的EUR 數(shù)值也存在很大差異，同時由于影響EUR的因素很多，且這些因素之間存在一定關(guān)聯(lián)性，進一步加大了EUR 精確計算的難度[27-29]?；诘刭|(zhì)工程一體化的思想，建立典型井的評價動態(tài)模型，根據(jù)單井的生產(chǎn)動態(tài)開展歷史擬合，預(yù)測不同儲層條件下、壓裂后水平井的產(chǎn)氣量，計算生產(chǎn)一段時間后的EUR。首先，根據(jù)測井、微地震、壓裂等靜態(tài)資料，建立以EUR 為核心的地質(zhì)工程一體化靜態(tài)評價模型（圖3）；然后以單井生產(chǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)（圖4），通過線性流模型和Blasingame 模型進行流態(tài)判斷和擬合參數(shù)獲取，進而開展歷史擬合，建立并完善動態(tài)評價模型；最后，利用概率預(yù)測模型結(jié)合現(xiàn)代產(chǎn)量遞減法、解析模型法預(yù)測單井一段時間內(nèi)的日產(chǎn)氣量，得到單井的EUR。

圖2 典型井志留系龍馬溪組小層劃分Fig.2 Subdivision of Silurian Longmaxi Formation in a typical well

表1 威遠頁巖氣田五峰組—龍一1 亞段各小層儲層參數(shù)統(tǒng)計表Table 1 Statistical reservoir parameters of each layer Wufeng Formation-Long 1-1 Sub-member in Weiyuan shale gas field

圖3 以EUR 為核心的地質(zhì)工程一體化靜態(tài)評價模型Fig.3 A static evaluation model based on geologyengineering integration for enhancing EUR

圖4 典型井的歸一化生產(chǎn)曲線Fig.4 Normalized production curve of a typical well

3 EUR 主控因素

影響EUR 的因素較多，涉及范圍較廣，主要包括地質(zhì)、工程和生產(chǎn)三大類22 小項[27](表2)。地質(zhì)因素是影響氣井EUR 的關(guān)鍵因素，是內(nèi)在因素，工程因素是可以提高氣井EUR，是外在因素，地質(zhì)因素通過工程實施而起作用。此外，還有生產(chǎn)因素，生產(chǎn)因素主要影響氣井的長期穩(wěn)定生產(chǎn)[28-29]。由此，影響EUR 的主控因素包括：①由于儲層存在較強的縱向非均質(zhì)特征[3]，孔隙度高、含氣量高、脆性礦物含量高的龍一1a小層的鉆遇長度直接決定了EUR大??；②由于頁巖儲層物性差，需要水平井分段改造，最大限度地提高SRV（儲層改造體積）而獲得高EUR，受復(fù)雜地質(zhì)條件影響，套變丟段會影響壓裂工藝措施的實施與改造效果，改造不充分會降低儲量動用率；③工作制度、氣井出砂、工藝措施等也會影響氣井EUR；④布井模式不合理會造成儲量浪費，井間距與壓裂規(guī)模不匹配會影響平臺的儲量動用，從而降低平臺的EUR。

表2 EUR 主要影響因素Table 2 Factors influencing EUR

3.1 龍一1a 小層鉆遇長度

龍一1a小層是最優(yōu)頁巖儲層段，其鉆遇長度越長，氣井產(chǎn)量越高。選取A 平臺地質(zhì)參數(shù)、儲層改造相近及生產(chǎn)階段相同的3 口井進行統(tǒng)計（表3）：A1 井龍一1a鉆遇長度最短，EUR 最?。籄3 井龍一1a鉆遇長度最大，EUR 最大，達1.38×108m3，龍一1a小層鉆遇長度直接決定了EUR 大小。針對威遠頁巖氣田儲層非均質(zhì)性強、龍一1a小層厚度薄的問題，加強地質(zhì)綜合評價及水平井地質(zhì)導(dǎo)向以提高龍一1a小層儲層鉆遇率，可以提高EUR。

表3 同一平臺不同龍一1a 小層鉆遇長度氣井EUR 對比表Table 3 EUR of gas wells drilled in different layers of Long 1-1a on a same pad

3.2 壓裂改造效果

套變丟段影響壓裂改造效果，降低儲量動用率。選取A 平臺地質(zhì)參數(shù)、鉆遇長度相近及生產(chǎn)階段相同的3 口井進行統(tǒng)計（表4），A4 和A6 兩口水平井壓裂平均單段長度、單段加砂量和單段用液量基本相同，但A4 井由于套變放棄了11 段，從而影響了改造效果，EUR 明顯低于A6 井。

表4 同一平臺采用不同壓裂工藝措施氣井EUR 對比表Table 4 EUR of gas wells stimulated by different fracturing processes on a same pad

采取密切割、縮小簇間距、高加砂強度等壓裂工藝可以提高壓裂改造效果。A5 和A6 兩口水平井壓裂液均為低黏滑溜水，支撐劑為70/140 目石英砂+40/70 目陶粒，采用分簇射孔+橋塞封隔的分段壓裂工藝。兩口井鉆遇龍一1a小層的長度基本一致，但A5 井采用了密切割工藝，降低單段長度，提高壓裂加砂強度（表4），開發(fā)效果較好，EUR 明顯高于A6 井。另外，氣井壓竄至鄰井也會導(dǎo)致該井壓裂效果變差，從而降低氣井EUR。

建議加強暫堵壓裂試驗及應(yīng)用，以提高套變井段及壓竄井的壓裂改造；采用密切割、縮小簇間距、提高加砂強度，以提高儲層改造效果，增加氣井EUR及儲量動用率。

3.3 其他因素

如果氣井積液不能及時排出，占據(jù)了氣體流動通道，兩相流使得壓力折算存在較大的不確定性，從而影響EUR 的計算精度，并且氣井也有可能被鎖死甚至報廢。通過氣井增壓可以降低廢棄壓力，提高氣井EUR。

El Nio事件:Nio3.4指數(shù)大于等于0.5 ℃持續(xù)5個月或以上記為一次El Nio事件。斷點的處理:若指數(shù)大于等于0.5 ℃間斷兩個月或以上,則認為兩次事件不連續(xù);若間斷一個月,并且該月的Nio3.4指數(shù)的3個月滑動平均值大于等于0.5 ℃則認為前后事件連續(xù),否則不連續(xù)。El Nio爆發(fā)時間:Nio3.4指數(shù)第一次大于等于0.5 ℃的月份的前一個月。El Nio事件分類:SP型:爆發(fā)時間在2—5月;SU型:爆發(fā)時間在6—9月。CPC計算ERSST.v4資料得到的Nio3.4指數(shù),如圖1所示。

井距過大、壓裂規(guī)模小，使得井間改造不充分，也會影響儲量的整體動用，從而降低平臺的EUR。利用評價模型分別采用200m 和300m 井距模擬運算，鉆遇龍一1a的長度均為1500m，單段長度和加砂量也相同，均采用放壓生產(chǎn)，模擬運算20 年。從最終的運算結(jié)果（圖5）可以看出，與200m 井距相比，300m井距井間儲量動用不充分，即降低了平臺的EUR。建議優(yōu)化布井方式、加大評價部署力度、開展井距與壓裂規(guī)模匹配試驗等，從而提高儲量動用率。

3.4 EUR 量化評價

建立氣井EUR 與各主要影響參數(shù)的關(guān)系矩陣，應(yīng)用蒙特卡羅法和主成分分析法量化評價各主要因素對EUR 的影響程度。蒙特卡羅法與主成分分析法量化評價的基本原理是用較少的幾個不相關(guān)的綜合指標（變量、參數(shù)）代替原有較多的相關(guān)聯(lián)變量（指標、參數(shù)），并且該綜合指標為原有指標的線性組合，所選取的綜合指標被稱為主因子或主成分。選取的原則是盡可能保留原有變量中所包含的信息，綜合指標比原始變量少，則包含的信息量相對損失就少，主成分分析的同時也是對原始變量的綜合分析。

（1）按下式建立主成分分析模型：

圖5 模擬生產(chǎn)20 年后不同井距下儲量動用情況Fig.5 Simulated producing reserves at different well spacing after producing 20 years

式中 X——原始變量向量矩陣；

A——公因子負荷系數(shù)矩陣；

F——特殊因子向量矩陣；

E——公因子向量矩陣。

若F 中各分量Fi與Fj（i 與j 不相等）之間彼此不相關(guān)，則可作為主成分分析矩陣，此時：

其中

式中 B——主成分變換矩陣。即：

（2）評價過程主要包括：

①原始數(shù)據(jù)的無因次化。對各評價指標進行無因次化處理，使其具有良好的可比性。

②提取特征向量，確定主成分個數(shù)。特征向量即每個主成分的方差，表示對應(yīng)主成分能夠表征原來所有信息的多少，取累計貢獻率大于90%的關(guān)鍵主成分，如前3 個特征值的累計貢獻率＞90%，則采用這3 個變量來代替原來的N 個變量。

③EUR 累積概率分布。首先采用拉丁超立方抽樣的方法對影響因素做先驗概率分布，接著設(shè)定EUR作為預(yù)測的約束條件，建立影響因素與單井EUR 的代理函數(shù)，最后對代理函數(shù)進行蒙特卡羅模擬得到EUR 的累積概率分布，從中讀取P50 的值。

④綜合評價。根據(jù)各主成分對EUR 的累積概率P50 的貢獻率進行綜合評價排序。

對已投入生產(chǎn)時間達6 個月以上的60 余口井22項指標進行無因次化處理后，采用蒙特卡羅法與主成分分析模型計算，以特征值大于1 和累計貢獻率大于90%為原則，最大收斂迭代次數(shù)為23 次時，共提取5個主成分（龍一1a鉆遇長度、壓裂效果、積液、出砂、生產(chǎn)制度），其對EUR 累積概率P50 的累計貢獻率達98.31%，即提取出的5 個主成分可綜合反映21 項原始指標98.31%的信息。從圖6 可以看出，威遠頁巖氣井EUR 主控因素為龍一1a小層鉆遇長度、增產(chǎn)改造效果。

圖6 頁巖氣井EUR 主要影響因素蜘蛛網(wǎng)分析圖Fig.6 Spider diagram of factors influencing EUR

4 結(jié)論與建議

龍一1a小層的鉆遇長度、儲層壓裂效果是影響威遠頁巖氣井EUR 的主要因素。加強儲層綜合評價及地質(zhì)導(dǎo)向工作，提高龍一1a小層鉆遇長度；采用密切割、縮小簇間距、高加砂強度及預(yù)防套變等技術(shù)手段，提高儲層改造效果，從而達到提高氣井EUR 的目的。優(yōu)化布井方式、加大評價部署力度、開展井距與壓裂規(guī)模匹配試驗等，能有效增大儲量動用程度，最終提高氣田采收率。