裂缝对气藏储层渗透率及气井产能的贡献

梅 丹，胡 勇，王 倩

(1.自然资源部 油气资源战略研究中心，北京 100034；2.中国石油勘探开发研究院，北京100083；3.中国石油天然气集团公司 天然气成藏与开发重点实验室，河北 廊坊 065007)

国内外大量的研究成果表明[1-12]，裂缝是天然气藏的有效储集空间和重要渗流通道，对天然气的运移、储集、产出发挥着举足轻重的作用。我国气藏开发实践表明，多数气藏储层均发育裂缝，如我国库车深层碎屑岩、四川石炭系碳酸盐岩以及威远震旦系等气藏储层裂缝均十分发育。裂缝系统的存在对于增加地层岩石渗透率十分重要，对气藏高产的贡献十分明显，因此，裂缝研究是气藏高效开发不可缺少的重要工作之一。

目前，关于储层裂缝评价以及对气井产能影响等方面的研究已有大量的报道[13-17]，主要通过气藏工程以及试井分析等方法，在裂缝描述、裂缝储层渗透率评价以及裂缝对气藏产能的贡献等方面均取得了较好认识。但是，如何通过室内岩心实验实现对岩心定量造缝并进行渗透率测试，量化分析裂缝对气藏储层渗透率及气井产能贡献仍是科研工作者面临的难题，也是气藏科学开发工作必须要解决的关键技术问题。本文尝试性地采用人工岩心定量造缝的方法，综合考虑裂缝尺度(缝高、缝宽、裂缝贯通程度)，对造缝后的岩心模型开展气测渗透率实验测试，分别研究了裂缝贯通和非贯通2种情景下对储层渗透率的贡献。在实验测试的基础上，综合考虑裂缝导流能力、裂缝沟通能力和基质供气能力三方面因素，建立了裂缝对岩石渗透率贡献的数学评价模型，实现了裂缝对岩石渗透率贡献的量化评价。研究成果对于认识和评价岩石渗透性具有一定的指导作用。

1 岩心实验

1.1 实验方法

实验所用岩心为人造砂岩岩心，在岩心制作过程中实现定量造缝，然后分别测试基质岩心和裂缝岩心的渗透率，评价裂缝对岩心渗透率的贡献。实验用岩心及裂缝形态特征见表1。

1.2 实验结果与认识

1.2.1 裂缝贯通程度对岩心渗透率的贡献

以渗透率为3.76×10-3μm2的岩心基质为例，实验测试了裂缝贯通程度对岩心渗透率的贡献(图1)。可以看出，相对于岩心基质来讲，非贯通裂缝(贯通程度20%，40%，60%，80%)对储层渗透率也存在一定的贡献，可以改善储层的整体渗透率，随贯通程度增加对渗透率的贡献也增加，但对储层渗透率的贡献有限，非贯通裂缝岩心渗透率是基质渗透率的10倍以内；当岩心存在贯通裂缝(即贯通程度100%)时，其渗透率是基质岩心的几十上百倍，对储层渗透率贡献一般在80%以上。

表1 实验用岩心及裂缝形态特征

Table 1 Cores used in experiments and fracture morphological characteristics

图1 裂缝贯通程度对岩心渗透率的贡献

1.2.2 贯通裂缝开度对岩心渗透率的贡献

实验测试了不同贯通裂缝开度对储层渗透率的贡献(图2)。分析结果可以得出，储层渗透率受贯通裂缝开度的影响较大，随裂缝开度增加而增加，特别是开度大于0.007 cm2的裂缝对储层渗透率贡献可达几十到上百倍，且基质渗透率越低，渗透率增幅越大。

2 储层裂缝对气井产能的贡献

2.1 气井模型

建立气藏储层存在贯通裂缝的直井模型(图3)。

2.2 储层裂缝对气井产能的贡献

对于裂缝储层直井模型，气井产能(Q)主要由基质供气(Qm)、裂缝供气(Qf)、基质向裂缝供气(Qmf)3个部分组成，即：

图2 贯通裂缝开度对岩心渗透率的贡献

图3 储层有贯通裂缝连通气井的直井模型

Q=Qm+Qf+Qmf

(1)

对于单向流直井模型，气井总产能计算方法见公式(2)：

(2)

式中：Q为标准状态下的产气量，m3/d；Ta为标准状态下温度，K；K为储层综合渗透率，10-3μm2；A为储层向井筒的过气面积，m2；Pe为边界处的压力，MPa；Pw为井底流压，MPa。Z为气体偏差系数；Pa为标准状态下压力，MPa；Tf为气层温度，K；μ为气体黏度，mPa·s；L为井控距离，m。

其中，基质向井筒供气见公式(3)：

(3)

式中：Qm为基质供气能力，m3/d；Km为基质渗透率，10-3μm2；Am=2πrwH，为储层基质向井筒供气面积，m2。

裂缝向井筒供气见公式(4)：

(4)

式中：Qf为裂缝供气能力，m3/d；Kf=K-Km，为裂缝渗透率，10-3μm2；Af=wfHfn，为裂缝向井筒供气面积，m2；n为裂缝条数。

基质向裂缝供气见公式(5)：

(5)

式中：Qmf为基质向裂缝供气能力，m3/d；Amf=2LfHfn，为基质向裂缝供气面积，m2。

裂缝对气井总产能的贡献(γ)见公式(6)：

(6)

将公式(2)—(5)代入公式(6)得出公式(7)：

(7)

式中：γ为裂缝对气井产能的贡献，%。

3 实例计算

以A气田为对象，对6口气井开展裂缝产能贡献评价，气井的基本参数见表2。

将表2中的参数代入公式(7)，计算结果见图4，计算6口气井储层裂缝对产能的贡献在82.7%～99.1%之间，平均为94.5%，表明气田储层裂缝对气井高产发挥了重要作用。

4 结论

(1)通过岩心人工定量造缝，实现了量化评价裂缝对岩心渗透率的贡献。实验结果表明，裂缝对岩心渗透率的贡献分为2种情形，一是储层内部存在非贯通裂缝时，相对于岩心基质来讲，非贯通裂缝(贯通程度20%，40%，60%，80%)对储层渗透率也存在一定贡献，可以改善储层的整体渗透率，随贯通程度增加，对渗透率的贡献也增加，但对储层渗透率的贡献有限，非贯通裂缝岩心渗透率是基质渗透率的10倍以内；二是储层存在贯通裂缝(即贯通程度100%)时，其渗透率是基质岩心的几十到上百倍，对储层渗透率贡献一般在80%以上，与裂缝的开度关系密切。

表2 A气田气井基础参数

图4 裂缝对气井产能贡献评价

(2)建立了储层裂缝对气井产能贡献的数学模型，实现了裂缝对气井产能贡献的量化评价，并以A气田为例进行实际计算，6口气井的储层裂缝对产能的贡献在82.7%～99.1%之间，平均为94.5%，这表明气田储层裂缝对气井高产发挥了重要的作用。