姜 超

（中國(guó)石化華北油氣分公司勘探開發(fā)研究院，河南 鄭州 450006）

0 引言

鄂爾多斯盆地大牛地氣田屬于典型的低孔隙度、低滲透率、低豐度氣藏，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，自下而上發(fā)育障壁砂壩、三角洲、辮狀河三大沉積體系，縱向上發(fā)育7套含氣層系。大牛地氣田的開發(fā)工作始于2001 年，通過2001—2004 年的前期研究準(zhǔn)備，于2005 年開始規(guī)?；óa(chǎn)，主要以直井單層開發(fā)為主，當(dāng)年建成10 × 108m3產(chǎn)能。2006—2011 年底，該氣田以直井多層開發(fā)為主。2012 年，大牛地氣田實(shí)現(xiàn)了水平井規(guī)模化開發(fā)，推動(dòng)了直井無效益的Ⅱ、Ⅲ類儲(chǔ)量的有效動(dòng)用，2012—2014年連續(xù)3年每年建成10×108m3產(chǎn)能。2015年開始進(jìn)入混合井網(wǎng)調(diào)整階段。由于沒有大規(guī)模的新建產(chǎn)能，氣藏產(chǎn)量處于遞減階段。下二疊統(tǒng)太原組太2段作為水平井開發(fā)的主力層位，障壁砂壩連續(xù)穩(wěn)定發(fā)育，儲(chǔ)層厚度大，氣井初期產(chǎn)量高，開發(fā)效果好，是下一步加密調(diào)整的重點(diǎn)對(duì)象。國(guó)內(nèi)外開發(fā)實(shí)踐表明，井網(wǎng)加密是提高采收率的有效方法［1］。因此，筆者圍繞采收率影響因素、剩余氣分布位置、井網(wǎng)加密等方面開展研究，以期實(shí)現(xiàn)太2段的高效加密調(diào)整，提高氣藏采收率。

1 氣藏地質(zhì)特征

大牛地氣田是典型的無邊底水定容彈性驅(qū)動(dòng)孔隙型致密砂巖氣藏。水平井主力開發(fā)層位是太2 段，屬于海相障壁砂壩沉積，氣田中部主砂壩儲(chǔ)層厚度較大，連續(xù)穩(wěn)定發(fā)育，砂體厚度介于20～40 m，有利儲(chǔ)層的寬度介于4～6 km。太2 段石英含量較高，平均為90.5%，整體巖性較純。儲(chǔ)層孔隙類型主要為殘余粒間孔及粒間溶孔，平均孔隙度為8.75%，平均滲透率為0.65 mD，平均孔喉半徑為0.34 μm，屬于微喉道，儲(chǔ)層排驅(qū)壓力值較低，平均為0.88 MPa，中值壓力較高，平均為4.98 MPa。太2段氣藏開發(fā)主要分為水平井評(píng)價(jià)與規(guī)模建產(chǎn)、混合井網(wǎng)調(diào)整兩個(gè)階段。截至2021年12月，投產(chǎn)井84口，累計(jì)產(chǎn)氣量為24.83×108m3，油壓2.6 MPa，套壓4.6 MPa，目前單井日產(chǎn)量為0.89 × 104m3，液氣比為1.1 m3／104m3，采出程度為14.3%，采氣速度為1.0%，預(yù)計(jì)采收率為31.6%。較之于蘇里格氣田50%［2］和川西新場(chǎng)氣田沙溪廟組氣藏53%［3］的采收率，仍然具有提升空間。因此需要對(duì)采收率影響因素進(jìn)行研究，為提高氣藏采收率提供指導(dǎo)。

2 采收率影響因素

從宏觀有效砂體規(guī)模、壓裂改造關(guān)系以及微觀流動(dòng)對(duì)開發(fā)的影響角度來說，可將障壁砂壩氣藏采收率影響因素劃分為以下3個(gè)：儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，砂體連通性差，井網(wǎng)對(duì)儲(chǔ)量控制不夠；儲(chǔ)層滲透率低，物性差，滲流能力弱；氣水兩相滲流，滲流阻力大，存在水鎖現(xiàn)象。

2.1 儲(chǔ)層非均質(zhì)性

太2段障壁砂壩內(nèi)部砂巖、泥巖、煤層組合類型及發(fā)育模式多樣。障壁砂壩內(nèi)部發(fā)育障壁灘、障壁坪、沙丘3 種類型的砂體：①障壁灘在砂壩側(cè)翼面向海洋一側(cè)，位于高潮線至低潮線之間，由于水動(dòng)力相對(duì)較強(qiáng)，經(jīng)過海水反復(fù)淘洗，泥質(zhì)含量低，以灰白色粗砂巖或含礫粗砂巖為主；②障壁坪在砂壩側(cè)翼背水面，主要位于平均浪基面以上，由于水動(dòng)力相對(duì)較弱，海水淘洗不充分，以細(xì)砂巖為主，泥質(zhì)含量高，儲(chǔ)層物性差；③沙丘位于砂壩主體部位，在障壁灘與障壁坪之間，泥質(zhì)含量較低，內(nèi)部為多期砂體疊置，砂體厚度大，砂體內(nèi)局部發(fā)育泥巖夾層［4］（圖1）。垂向可劃分為3套砂體，由于受泥巖夾層遮擋影響，儲(chǔ)層縱向連通性差，儲(chǔ)量未充分動(dòng)用。

圖1 大牛地氣田太2段障壁砂壩沉積類型圖

2.2 儲(chǔ)層滲透率

致密氣儲(chǔ)層壓力傳導(dǎo)能力弱，遠(yuǎn)遠(yuǎn)弱于常規(guī)氣藏。在相同滲流時(shí)間下，儲(chǔ)層滲透率不同，滲流距離差異大。當(dāng)儲(chǔ)層滲透率為0.5 mD時(shí)，4年的滲流距離為62 m，而儲(chǔ)層滲透率為0.001 mD時(shí)，4年的滲流距離僅為2 m（圖2）。因此致密氣完鉆后幾乎沒有自然產(chǎn)能，必須依靠壓裂才能獲得產(chǎn)能［5］。通過壓裂改造，擴(kuò)大改造體積，增加泄流面積，可以大幅度地提高單井產(chǎn)量［6］?！笆濉逼陂g，大牛地氣田水平井主要采用裸眼封隔器分段壓裂工藝，壓裂縫間距介于100～130 m，排量介于4.0～4.5 m3／min，加砂規(guī)模為40 m3，常規(guī)壓裂對(duì)心灘砂體的控制程度不夠［7］。而且壓裂后水平段非全通徑，壓后只能沖砂至A 靶點(diǎn)附近，無法沖砂至井底，無法進(jìn)行產(chǎn)出剖面測(cè)試、重復(fù)壓裂等后續(xù)二次作業(yè)。通過水力壓裂模擬，結(jié)合壓裂縫監(jiān)測(cè)、微地震裂縫監(jiān)測(cè)和試井等手段，表明強(qiáng)非均質(zhì)儲(chǔ)層裂縫擴(kuò)展受限，主裂縫明顯，難以形成復(fù)雜縫網(wǎng)，壓裂溝通范圍有限［8］。壓力恢復(fù)測(cè)試解釋47 井次，平均有效裂縫半長(zhǎng)42 m。微地震監(jiān)測(cè)半縫長(zhǎng)105～165 m，未達(dá)到壓裂設(shè)計(jì)要求。而且隨著生產(chǎn)時(shí)間的延長(zhǎng)，部分裂縫閉合，部分儲(chǔ)量動(dòng)用不充分，影響采收率［9］。

圖2 不同儲(chǔ)層滲透率條件下滲流距離圖（壓差為7 MPa）

2.3 氣水兩相滲流

儲(chǔ)層巖石孔隙空間中賦存有多相流體時(shí)的流動(dòng)稱為多相滲流。對(duì)于致密砂巖氣藏來說，巖石孔隙中包含的流體主要為天然氣和地層水。滲流過程中孔隙空間被氣水兩相流體所占據(jù)，每一相流體所占據(jù)的孔隙體積有所減小，并且各相間會(huì)發(fā)生相互作用和干擾，使流動(dòng)阻力增大，相滲透率減?。?0］。根據(jù)氣水兩相滲流實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，太2段氣藏氣水兩相滲流具有氣水兩相共滲區(qū)較窄，水相相對(duì)滲透率隨著含氣飽和度的下降而緩慢上升，氣相相對(duì)滲透率隨著含氣飽和度的下降而迅速下降至0的特征（圖3），出現(xiàn)水鎖現(xiàn)象，即氣藏中的水滲流界面阻力大，大量的水被捕集在孔喉中很難流動(dòng)，因此氣體滲流通道減少，氣被水鎖圈閉在地層當(dāng)中，導(dǎo)致氣井產(chǎn)量快速下降，甚至停產(chǎn)。

水鎖損害廣泛存在于低滲透致密砂巖油氣藏中，是低滲透致密砂巖油氣藏的主要損害類型之一，嚴(yán)重地影響了油氣藏的勘探開發(fā)效果［11］。通過室內(nèi)巖心實(shí)驗(yàn)開展水鎖傷害評(píng)價(jià)，選取太2段的3塊巖心進(jìn)行基質(zhì)及裂縫巖心滲透率損害實(shí)驗(yàn)，分別測(cè)定反向注入0.1 PV、0.2 PV、0.5 PV 地層水后巖心的滲透率，并計(jì)算滲透率損害率（圖4）。實(shí)驗(yàn)表明：太2段巖心初期滲透率損害率較低，為20%；長(zhǎng)期損害后，滲透率損害率突然升高，直至穩(wěn)定在50%。

圖4 太2段氣藏水鎖傷害評(píng)價(jià)圖

3 剩余氣分布類型

動(dòng)靜比是評(píng)價(jià)開發(fā)區(qū)井網(wǎng)對(duì)儲(chǔ)量整體動(dòng)用程度的指標(biāo)，按評(píng)價(jià)單元，從宏觀上評(píng)價(jià)未動(dòng)用儲(chǔ)量富集區(qū)塊。太2段氣藏井網(wǎng)控制程度為90%，動(dòng)靜比為37%，存在大量未動(dòng)用儲(chǔ)量。利用氣藏工程方法計(jì)算氣井泄氣范圍，評(píng)價(jià)井間、層間儲(chǔ)量動(dòng)用情況［12］。采用泄氣范圍評(píng)價(jià)法，水平井泄氣半徑集中在250～380 m，基礎(chǔ)井網(wǎng)介于800～1 000 m，儲(chǔ)量動(dòng)用較差。而且有效砂體長(zhǎng)度介于100～400 m，基礎(chǔ)井網(wǎng)井距過大，造成井間剩余氣［13］。

通過典型井組數(shù)值模擬定量描述剩余氣分布及類型。油氣藏?cái)?shù)值模擬研究總體可分為建立數(shù)值模擬模型、進(jìn)行氣井生產(chǎn)歷史擬合及開發(fā)指標(biāo)預(yù)測(cè)3部分。以典型井組為例，通過應(yīng)力敏感表征、水鎖表征、裂縫模擬、多維約束歷史擬合方法建立了致密砂巖氣藏?cái)?shù)值模擬模型。根據(jù)地質(zhì)模型導(dǎo)出井的井軌跡、完井射孔等靜態(tài)數(shù)據(jù)，同時(shí)將各井的生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，導(dǎo)入井的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，綜合相滲曲線、儲(chǔ)層物性和氣藏壓力等參數(shù)，采用垂向重力平衡方程計(jì)算得出油氣藏初始含氣飽和度場(chǎng)及壓力分布場(chǎng)。開展生產(chǎn)動(dòng)態(tài)歷史擬合，通過給定模型產(chǎn)氣量，重點(diǎn)擬合實(shí)測(cè)井底流壓，參考擬合實(shí)際產(chǎn)水量、水氣比。通過典型井組數(shù)值模擬，研究剩余氣分布及類型［14-15］。通過數(shù)值模擬研究表明，太2段氣藏剩余氣以靶點(diǎn)間和大井距井間未控型為主。

4 剩余氣挖潛對(duì)策

4.1 加密井部署

針對(duì)靶點(diǎn)間的剩余氣，采取靶點(diǎn)間斜插的方式部署加密井動(dòng)用。針對(duì)大井距井網(wǎng)未控型剩余氣采取排間錯(cuò)位加密和排間平行加密兩種方式動(dòng)用井間剩余氣。近幾年，共部署加密井14 口，加密后井距450～900 m。加密井平均單井日產(chǎn)氣量為2.0×104m3，初期壓力為10 MPa。加密井鄰井初期日產(chǎn)氣量為3.5×104m3，油壓為14 MPa。在鉆遇率提高、壓裂規(guī)模增大的情況下，與老井相比，加密井產(chǎn)量低，壓力低。通過分析，部分井存在井間干擾的現(xiàn)象，從而影響了加密井的產(chǎn)出效果（表1），由表1可知，靶點(diǎn)間斜插井均未見干擾，證實(shí)了靶點(diǎn)間剩余氣富集。但是由于水平段方向與主應(yīng)力夾角小，導(dǎo)致壓裂改造效果差，氣井產(chǎn)量受到一定的影響，單井天然氣可采儲(chǔ)量為（3 200～5 075）× 104m3，鄰井天然氣可采儲(chǔ)量為（4 800～7 200）×104m3。

表1 加密井井間干擾情況表

采用Blasiingame 和FMB 等方法計(jì)算加密井的可采儲(chǔ)量來評(píng)價(jià)受干擾后加密井是否有效益，是否能繼續(xù)進(jìn)行加密。未受干擾的加密井單井可采儲(chǔ)量為6 987 × 104m3，受干擾的加密井單井可采儲(chǔ)量為3 357 × 104m3，受干擾井相比鄰井可采儲(chǔ)量下降20%～60%，且井距越小，可采儲(chǔ)量降幅越嚴(yán)重。加密后井距500 m時(shí)可采儲(chǔ)量降幅為50%。按照經(jīng)濟(jì)累計(jì)產(chǎn)量計(jì)算模板計(jì)算可知，水平井投資為1 960萬元，儲(chǔ)量豐度為1.41 × 108m3／km2，內(nèi)部收益率為8%時(shí)，經(jīng)濟(jì)極限累計(jì)產(chǎn)量為3 200×104m3。加密后井距大于500 m 時(shí)，加密井可采儲(chǔ)量仍能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益。通過對(duì)典型井組的分析，通過加密采收率可提高5%。

4.2 典型井組舉例

加密前井組井?dāng)?shù)3口，井組控面積為4.8 km2，井組控儲(chǔ)量為7.3×108m3，可采儲(chǔ)量為2.59×108m3，采收率為35.5%。加密后井組井?dāng)?shù)4 口，加密井可采儲(chǔ)量為2.98×108m3，采收率為40.8%。加密后，新井受到干擾，可采儲(chǔ)量為3 864×104m3，鄰井可采儲(chǔ)量為7 305 × 104m3，井組采收率由35.5%提高到40.8%，采收率提高了5.3%。

5 結(jié)論

1）大牛地氣田太2 段障壁砂壩剩余氣主要以靶點(diǎn)間和大井距井間未控型為主。

2）通過采取靶點(diǎn)間斜插的方式挖潛井間剩余氣，加密井未發(fā)生干擾，但是由于水平段與主應(yīng)力夾角小，導(dǎo)致壓裂改造效果差。

3）井間剩余氣采取排間平行加密和排間錯(cuò)位加密兩種方式挖潛，排間平行加密井距小于600 m 時(shí)，干擾井?dāng)?shù)在總井?dāng)?shù)的占比為75%，排間錯(cuò)位加密井距400～800 m時(shí)，干擾井?dāng)?shù)在總井?dāng)?shù)的占比為75%。加密后井距為500 m時(shí)，干擾嚴(yán)重，加密井可采儲(chǔ)量降幅達(dá)50%，但仍能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益，井組采收率可提高5%。