超深高压裂缝性砂岩气藏产能预测研究综述

秦 莎，廖凯飞

（长江大学地球科学学院，湖北 武汉430100）

超深高压气藏是典型的非常规气藏。2008年，我国探明该类气藏储量占总储量的10%，发展前景十分可观。对该类做气藏产能测试时，其开井期井底压力容易上升，有时甚至出现井底流压随产量增加而升高的现象，致使建立的产能方程出现异常，无法得到无阻流量［1］。由于该类气藏中砂岩气藏埋藏深、地层温度及压力高，天然裂缝发育，且多采用衰竭式开采，生产压差变化幅度大，因而在开发过程中，应力敏感及高速非达西是这类气藏的主要特征，许多学者对其进行了大量研究工作。下面，笔者对超深高压裂缝性砂岩气藏产能预测研究情况进行阐述。

1 储层应力敏感性研究

1.1 储层物性参数应力敏感性研究

从20世纪50年代开始，很多国外学者对储层的渗透率、孔隙度和孔隙压缩系数随有效应力的变化规律进行了研究。Hall［2］根据砂岩和石灰岩的岩样分析结果制作了孔隙压缩系数随孔隙度的变化关系，得到了著名的Hall图版，在油藏工程中广泛应用。Fatt［3］用砂岩岩心进行覆压孔渗实验，定性分析了压缩系数与渗透率随有效覆压的变化关系。Jose G［4］建立了三维全隐式有限差分数学模型，由此描述致密气藏渗透率随有效应力显著变化的特性。Latchie等［5］用实验对泥质砂岩和纯砂岩岩样先增压后减压，研究了2组岩样的渗透率随压力的变化曲线，得到高渗透纯砂岩储层渗透率损失率为4%，而低渗透泥质砂岩的渗透率不可逆损失高达60%，这表明岩心的变形既有弹性变形，又有弹塑性变形和塑性变形，对此前苏联石油工作者的相关研究也证实了上述结论的正确性［6］。

近年来，国内石油工作者对于储层的应力敏感性也进行了大量研究。阮敏等［7］通过试验分析，认为低渗透油藏中应力敏感的存在会导致井筒附近渗透率降低45%，产量降低13%。张新红等［8］通过围压试验，得到低渗透岩心渗透率、孔隙度和压缩系数均随有效应力呈指数式变化，并建立了考虑应力敏感的低渗储层近井地带一维两相流数学模型。黄继新等［9］基于岩石力学理论，经理论推导，得到了异常高压气藏岩石变形规律及变形方程，并通过试验证实了理论推导的合理性。孙龙德等［10］将克拉2气田应力敏感性储层划分成4个渗透率区间，通过试验得到了各区间内渗透率随有效应力变化的关系式。王峰等［11］对造成储层应力敏感的因素进行了分析，指出水的存在及泥化现象是造成应力敏感的主要原因。薛永超等［12］用对不同渗透率储层的应力敏感模式进行分析，认为随着有效覆压增加，中高渗油藏的渗透率变化比较平缓，低渗透油藏的渗透率前期迅速下降，而后逐渐平缓。

1.2 应力敏感性储层渗流规律研究

随着地层压敏性的研究的深入，压敏地层的流体渗流方面的研究也成为研究热点。Raghavan等［13］提出了岩石和流体物性均随压力变化的变形介质气藏二阶非线性数学模型，并分别得到了渗流解析解和数值解。Pedr osa［14］通过引入渗透率随压力变化的变异关系，用小扰动方法计算了应力敏感性储层非线性渗流一阶近似解。

2 储层高速非达西效应研究

自20世纪初期，国内外许多学者发现达西定律在描述气体渗流时存在局限性。为此，Forchheimer［15］首先提出了二项式渗流定律，对气体渗流过程中惯性力的影响加以修正。Ramey［16］借助于修正解引入了视表皮和包含惯性－紊流效应的流动系数的概念。不久，Al－Hussainy等［17］又引入了真实气体的拟压力函数，消除了流动方程的非线性，避免了数学上的复杂性。

2.1 高速非达西系数研究

对高速非达西效应的研究，最重要的内容是确定紊流系数。针对这一问题，Fredrick［18］提出了2种方法来确定高速非达西系数，而王新海等［19］通过岩样的覆压孔渗试验分析，得到更适用于克依构造带的紊流系数求解式。

2.2 高速非达西渗流模型研究

对裂缝性气藏高速非达西流的研究首先由Millhei m等［20］发起，选用径向流模型分析了均质气藏中的高速非达西效应。Wattenbar ger等［21］用有限差分法分析了无限导流缝中的高速非达西问题，认为短小裂缝中的高速非达西效应更加明显。Guppy等［22］通过考虑裂缝中的高速非达西效应，引入了有限导流缝和无限导流缝中井底定压和井底定产的半对数图版。Roberts等［23］分析了裂缝发育的致密气藏中水平井的产能，得出认为裂缝与井筒的连接会引起节流效应，导致裂缝导流能力下降。Jin等［24］提出用考虑气液比的经验模型预测两相流高速非达西条件下支撑剂充填层的有效渗透率。Vincent等［25］研究了两相流下裂缝中高速非达西效应的影响。Alvarez等［26］分析了高速非达西效应在试井中的影响，指出不考虑其影响会导致气井产能估计过高。Torsten等［27］同时考虑了致密砂岩气藏中裂缝和基质的高速非达西效应，并给出了新的试井理论图版。

3 气井产能分析研究

在气田开发过程中，准确预测气井的产能、分析气井的开发动态并了解气层和井筒的特性，是科学开发油气田的基础。气井产能分析通常分为2个阶段，即气井产能测试阶段和气井产能分析阶段［28］。

3.1 气井产能测试方法

常规产能试井方法包括回压测试、等时测试、修正等时测试和一点法测试等方法。Wyckoff等［29］提出了回压试井分析方法，该方法要求气井以不同产量生产，但每个工作制度下都要持续到压力达到稳定状态，但对于测试时间不够长的井，该方法的实用性受到限制。Dyes等［30］提出了等时试井方法，要求气井在等时间间隔下以不同产量生产，同时要求关井做压力恢复时井底压力需达到测试前地层压力，这对于低渗透气藏来说需要花费大量时间，因而具有一定局限性。Dunsh等［31］提出了修正等时试井方法，该方法不要求长时间关井使井底压力恢复到原始值，只要关井时间和生产时间相同即可，这为低渗致密气藏的产能试井提供了经济有效的方法。此外，陈元千［32］提出了一点法试井，该方法进一步缩短了测试时间，适用于已获得产能方程、但随着生产进行需要对产能进行修正的气井以及缺少集输流程和装置的探井。

3.2 气井产能分析方法

产能分析即对产能测试资料的解释与处理，目前国内外学者对气井产能分析的研究主要涉及以下模型：①产能方程修正模型。针对在稳态或拟稳态下得到的传统二项式方程，通过分析影响产能系数A、B的因素，以便更合理地确定气井产能。王江等［33］通过统计分析，认为平均渗流阻力系数主要与射孔厚度有关，而与总厚度、有效厚度相关性很小，因此进行产能分析时应代入射孔厚度以提高计算精度。唐洪俊等［34］为了提高一点法产能方程的适用范围，提出了一点法变系数无阻流量经验公式，提高了产能预测的可信度。李晓平［35］提出用气井压力恢复资料求产能方程的方法，该方法测试时间短，所需费用也低。②不稳态产能分析模型。研究认为，由于地层渗流与井筒流动的相互耦合促成了油气井的正常生产，通过建立不稳定渗流数学模型来预测各生产时间段气井的产能，可从根本上提高生产系统分析的精度。如葛家理［36］提出未考虑井底污染压力恢复曲线法，用压力恢复曲线建立了二项式产能方程。陈坚等［37］提出了油气藏与井筒耦合的不稳定渗流模型，为裂缝－孔隙性油气藏单井产能的计算提供依据。王怒涛等［38］针对测试压力与稳定时压力有一定误差的问题，引入测试点的误差值，建立了带约束条件的优化模型。

4 结 语

针对学者研究超深高压裂缝性砂岩气藏的储层应力敏感性、高速非达西效应和气井产能的情况进行了阐述。总体来说，应力敏感和高速非达西的存在均使超深高压裂缝性砂岩气藏产能降低，因而对该类气藏进行产能预测时，必须考虑两者的影响。此外，由于应力敏感性的影响，随着生产压差增大，气井的采气指数先增大后减小，因此生产过程中必须严格控制生产压差，以减轻应力敏感和高速非达西的影响。今后，应进一步从定量的角度去进行研究，给出明确的定量性评价标准，从而提高生产系统的分析精度，最终达到提高超深高压裂缝性砂岩气藏产量的目的。

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