新场J2s2致密砂岩气藏水平井采收率主控因素研究

刘 露，王勇飞，詹泽东，解金凤

（1.中国石化西南油气分公司,四川成都610041；2.中国石化江苏油田,江苏扬州225000）

新场J2s2气藏河道叠置连片、砂体厚度大、储层致密、含水饱和度高、产能低，是中国石化西南分公司第一个规模开发的致密砂岩气藏[1-3]。近30年的开发实践证明，水平井是提高致密砂岩气藏单井产能及采收率的主要手段之一[4-6]，但随着开采的进行，水平井开发效果越来越差。不同储量区水平井动态特征差异大，不同储量区单井可采储量受不同物性影响[7-8]。为进一步提高气藏采收率，需找到影响不同储量区采收率的主控因素，定量评价主控因素对采收率的影响程度，针对性的提出开发对策[9-10]。目前主控因素研究多针对气井产能[11-13]，研究目标为整个气藏，对同一气藏不同储量区采收率主控因素的研究甚少[14-15]。研究方法多采用统计法，利用单井物性与可采储量的散点图确定影响因素，多为定性评价，难以做到定量评价。

以新场J2s2气藏为例，利用Eclipse 数值模拟软件完成数值模型生产历史拟合确保模型可靠性后结合敏感性分析，针对影响采收率的地质因素（孔隙度、渗透率、有效厚度及含水饱和度）[16-17]，分储量区研究水平井采收率主控因素，定量评价影响程度，为致密砂岩气藏下一步开发提供一定的理论依据。

1 分析方法

主控因素及其敏感性分析常用统计法或数值模拟法。统计法中的多元回归法和相关系数法利用大量的样本数，分析主变量采收率和因变量（渗透率、孔隙度、含水饱和度和有效厚度等）的相关性，根据相关系数确定主控因素。但水平井取芯难度大，水平段测井解释难度大，物性参数获取困难，样本数偏少。例如新场J2s2气藏100 口水平井，仅44 口井做过测井解释，样本数不到50%。使用多元回归分析，其相关系数为0.64，而相关系数法最高相关系数仅为0.56，准确率较低，且无法达到定量评价的目的。

数值模拟法依托地质认识建立地质模型，利用生产历史拟合修正模型，真实还原气藏实际地质特征，研究准确程度依托数值模型的准确性，但传统的数值模拟方法设计方案时使用OAT（one at a time）局部分析法，每个方案变动一个参数，多用于单因素影响分析，多因素分析准确程度较低[18]。为此，研究采用数值模拟辅助软件进行多因素敏感性分析，利用不同因变量的排列组合，设计大量方案，综合考虑影响水平井采收率的主控因素，准确率高且能达到定量评价的目的。

2 模型建立

2.1 地质模型

新场J2s2气藏埋深为2 120~2 530 m，单层砂厚为5～30 m，平均孔隙度9.69%，平均渗透率0.16×10-3μm2，储量区分类标准见表1。模型平面采用均匀网格，纵向采用不等距网格，其值决定于气层有效厚度，平面网格步长为50 m×50 m。模型中设置水平井有效水平段长为900 m、压裂8 段、裂缝间距为100 m、裂缝半长为30 m。

表1 新场沙溪庙组气藏储量区分类标准Table 1 Reservoir reserve classification of Shaximiao Formation in Xinchang Gas Field

2.2 物性参数

原始地层压力为39～48.33 MPa，平均为40.105 MPa；地层压力系数为1.64～2.09，原始地层温度为60.7～78 ℃，地温梯度为18.2～23.9 ℃/km，各储量区平均物性参数见表2。

2.3 流体参数

气藏产出流体主要为天然气，同时产出少量地层水和凝析油。天然气中甲烷平均含量为92.66%，相对密度为0.60，重烃平均含量为5.5%，二氧化碳平均含量为0.38%，氮气平均含量为0.95%，属于高甲烷、低重烃、低二氧化碳、不含硫化氢的优质干气藏。地层水水型为CaCl2型，总矿化度约为17 195.25 mg/L。气水两相相对渗透率曲线见图1，废弃产量0.05×104m3。数值模拟模型根据表2及图1参数建立。

图1 不同储量区气水两相相对渗透率Fig.1 Relative permeability of gas-water two-phase in reservoirs with different reserves

表2 各储量区物性参数平均值Table 2 Mean values of physical parameters of each reserve area

2.4 方案设计

新场J2s2气藏孔隙度—渗透率及孔隙度—含水饱和度相关性低，相关系数分别为0.10和0.38（图2）。研究区各物性参数仅具有一定的相关趋势，即随着孔隙度的增大，渗透率增加，含水饱和度降低。如孔隙度为10%时，渗透率变化范围为（0.09～0.45）×10-3μm2，含水饱和度为40%～58%。方案设计孔隙度、渗透率及含水饱和度联动变化符合地质认识。

图2 孔隙度与渗透率及含水饱和度相关性Fig.2 Correlation of porosity and permeability,water saturation

同时，以表1的储量区分类标准中储能系数变化范围和气藏物性下限为限制条件，确定各储量区孔隙度、渗透率、含水饱和度及有效厚度的极限变化倍数，确保物性变化不改变各储量区储量级别（表3）。敏感性分析中，Ⅰ、Ⅲ储量区设计108 组方案，II储量区设计81组方案，Ⅳ储量区设计192组方案。

表3 储量区物性参数极限倍数统计Table 3 Statistic of limit multiples of physical parameters in areas with different reserves

3 结果与讨论

根据设计方案得到不同储量区水平井采收率受物性影响变化范围及影响幅度，见图3～图6 及表4。Ⅰ类储量区水平井采收率与含水饱和度、渗透率、有效厚度成正比，与孔隙度成反比，即含水饱和度降低或者孔隙度增大，采收率反而降低。其原因是增加的孔隙度或者降低的含水饱和度导致地质储量增加，而累产气的增加幅度却小于地质储量增加幅度，采收率降低。该类储量区采收率主要受含水饱和度影响，影响幅度达到87.62%；其他3个物性参数影响幅度仅为12.38%。同时，该储量区物性对采收率影响小，影响幅度最大的主控因素含水饱和度仅影响采收率0.17%。

表4 不同储量区不同物性水平井采收率范围及变化幅度Table 4 Scope and changing amplitude of recovery ratio of horizontal wells with different properties in areas with different reserves

图3 Ⅰ类储层区水平井可采储量敏感性分析Fig.3 Recoverable reserves sensitivity analysis of horizontal wells in class Ⅰreservoir

图4 Ⅱ类储层区水平井可采储量敏感性分析Fig.4 Recoverable reserves sensitivity analysis of horizontal wells in class Ⅱreservoir

图5 Ⅲ类储层区水平井可采储量敏感性分析Fig.5 Recoverable reserves sensitivity analysis of horizontal wells in class Ⅲreservoir

图6 Ⅳ类储层区水平井可采储量敏感性分析Fig.6 Recoverable reserves sensitivity analysis of horizontal wells in class Ⅳreservoir

Ⅱ类储量区水平井采收率与渗透率及有效厚度成正比，与含水饱和度及孔隙度成反比，但孔隙度对采收率的影响低，仅0.04 %。该类储量区采收率主要受有效厚度的影响，当有效厚度从0.80 倍增大到1.30 倍，采收率降低0.79%，影响幅度为54.33%；其次是含水饱和度与渗透率，两者对Ⅱ类储量区采收率影响均为0.42%，影响幅度为25.15%。

Ⅲ类储量区水平井采收率受物性影响趋势与Ⅱ类储量区相同，均是与渗透率和有效厚度成正比，与含水饱和度及孔隙度成反比，孔隙度对水平井影响极低。该类储量区采收率主控因素为含水饱和度，当含水饱和度从0.98 倍增大到1.14 倍，采收率降低16.88%，影响幅度为62.10%。其次，对采收率影响较大的是有效厚度和渗透率，分别影响采收率6.44%和3.43%，影响幅度为23.69%和12.62%。

Ⅳ类储量区水平井采收率与物性参数变化趋势与前两类储量区相同，主控因素依然是含水饱和度，当含水饱和度从0.95 倍增大到1.05 倍，采收率从0.18 降低到0.06，影响采收率12.65 %，影响幅度为44.67%。其次是有效厚度和渗透率，两者对采收率影响相当，分别影响采收率7.75%和7.40%，影响幅度为27.36%和26.13%。

从Ⅰ到Ⅳ类储量区，随储层物性的变差，水平井采收率受物性的影响从含水饱和度占绝对优势变为含水饱和度、有效厚度及渗透率的综合影响，孔隙度对致密砂岩气藏水平井采收率基本无影响。I 类、III类和IV类储量区水平井采收率受物性影响从大到小分别为含水饱和度、有效厚度、渗透率及孔隙度，II类储量区水平井采收率受物性影响从大到小分别为有效厚度、含水饱和度、渗透率及孔隙度。在各储量区内，物性参数的变化对储层物性好的Ⅰ、Ⅱ类储量区采收率影响小，Ⅰ类储量区采收率变化幅度最大仅为0.16%，Ⅱ类储量区采收率变化幅度最大0.79%；对物性较差的Ⅲ、Ⅳ类储量区影响大，Ⅲ类储量区采收率变化幅度达到16.88%，Ⅳ类储量区采收率变化幅度为12.66%。

4 实例论证

利用新场J2s2气藏不同储量区水平井测井解释的含水饱和度、孔隙度、渗透率和有效厚度，试井解释的水平段长度及压裂段数拟合与采收率的关系式及相关系数（表5）。气藏实测参数对采收率的影响与数值模拟结果一致，但实测拟合相关系数均较低，进一步证明本次研究的必要性。

根据研究结果，在新场J2s2气藏的Ⅰ类储量区部署的XC23HF 井可采储量1.32×108m3，采收率63%，较前期在该区部署的水平井采收率提高了1.8%；在Ⅲ类储量区部署的CX40HF 井可采储量0.33×108m3，采收率48%，较前期在该区部署的水平井采收率提高了4.8%。

5 结论

1）不同储量区采收率主控因素不同且影响程度差异较大。Ⅰ类、Ⅲ类和Ⅳ类储量区主控因素为含水饱和度，Ⅱ类储量区为有效厚度。Ⅰ类储量区主控因素对采收率影响幅度达到87.62%，占绝对主导地位；Ⅱ类储量区和Ⅳ类储量主控因素影响幅度分别为54.33%和45.18%，约占一半；Ⅲ类储量区主控因素影响幅度61.82%，约占三分之二。

2）Ⅰ类和Ⅱ类储量区水平井，物性的变化对采收率的影响几乎可以忽略，提高该区采收率可从水平井工程因素加强，如增加水平段长度、压裂段数等；Ⅲ类储量区部署水平井需优选含水饱和度低、储层有效厚度大区域；Ⅳ类储量需优选含水饱和度低、储层有效厚度大、渗透率高区域，以达到提高采收率的目的。

3）气藏实例证明研究结果真实可靠，根据本次研究优化对策，相同储量区部署水平井可提高采收率1%～5%。