致密气不稳定“一点法”产能评价研究

徐兵祥 白玉湖 董志强 陈 岭 王苏冉 李彦尊 杜江峰

(中海油研究总院有限责任公司 北京 100028)

气井产能试井通常包括回压试井、等时试井、等时修正试井[1-2]，“一点法”测试是在常用的气井产能试井基础上，获取经验系数，之后仅需要测试一个稳定点，便可以计算气井无阻流量，该方法大幅度降低了试井期间天然气浪费和产能试井时间，因此被广泛应用于国内气田的探井测试[3-15]。然而，“一点法”测试仍要求储层中流体进入稳定或拟稳定状态，对于致密储层，压力稳定时间通常需要数月甚至一年以上[13]，现场实施难度大，而不得已又要为之，因此现场常界定一个压力、产量变化值范围为稳态标准，开展“一点法”测试和无阻流量计算，这种不稳定“一点法”对无阻流量计算势必会造成一定影响。为进一步论证方法可行性，对不稳定“一点法”进行了误差分析，并对神府致密气区块适用性进行评价，提出不稳定“一点法”产能评价推荐做法，指导气井产能认识及合理配产。

1 “一点法”产能评价

“一点法”产能测试要求测试一个稳定点，根据经验系数计算无阻流量，通用公式如下[7]：

(1)

其中

pD=1-(pwf/pi)2

(2)

式(1)、(2)中：QAOF为气井的无阻流量，104m3/d；qg为气井在地面标准条件下的产量，104m3/d；α为经验系数，根据试井产能方程进行确定，一般一个区块采用统一值；pD为无因次压力;pwf为井底流压，MPa；pi为原始地层压力，MPa。

“一点法”要求测试时流动处于稳定状态，试井作业过程中通常将“油压波动范围小于0.1 MPa，产量变化不超过5%”视为稳定状态。然而对于致密气井而言，这种工程上认为的稳定状态并非真正的稳定状态。致密气井测试或生产过程中，无边底水情况下一般不存在定压边界，而致密气层受岩性和物性共同控制，可视为存在封闭边界。封闭边界气井测试或生产过程中，不存在真正的稳态，压力传播到封闭边界后，可认为进入拟稳态状态。拟稳态定义为“一定范围的排气范围内，气井定产量生产一段较长时间，层内各点压力随时间的变化相同，不同时间的压力分布曲线依时间变化互成一组平行的曲线族”[1]，而工程上常采用的稳定标准并不能真正有效的表征气井已经进入了拟稳态，不稳定流动过程中，同样可能出现压力产量变化较小的情况。

因此对于致密气井而言，现场“一点法”测试常常是一种不稳定“一点法”。

2 不稳定“一点法”误差分析及在神府区块适用性评价

从气井产能方程及“一点法”公式出发，分析不稳定“一点法”无阻流量计算误差及影响因素，结合神府致密气区块典型地质和储层参数，分析该方法在神府区块的适用性。

2.1 测试时间对无阻流量计算影响

为分析测试时间对无阻流量影响，根据气井二项式产能方程和稳态逐次替换法，不稳定阶段各时间点产能方程如下[1]：

(3)

其中影响半径为[2]

(4)

根据公式(3)、(4)可计算得到不同测试时间下的无阻流量，当影响半径等于气井泄气半径时，计算无阻流量为拟稳态无阻流量。以神府区块典型井参数为例(表1)，计算不同渗透率条件下不同测试时间无阻流量，并与拟稳态无阻流量进行对比，相对误差见图1。可以看出，随测试时间增加、渗透率增大，相对误差均减小；测试时间10 h，渗透率大于0.1 mD时相对误差小于27.1%，渗透率大于0.5 mD时相对误差小于12.1%。

表1 神府区块典型井参数Table 1 Parameters of typical well in Shenfu tight gas block

图1 不同测试时间计算无阻流量相对误差Fig.1 The relative error of absolute open flow effected by different test times

2.2 经验系数对无阻流量计算影响

经验系数是“一点法”测试方法中需要确定的关键参数，需要有一定数量井的常规产能试井数据并获得每口单井的经验系数，进而通过统计方法获取区块的经验系数。实际上，各区块甚至单井经验系数均有差异。

为了分析经验系数对无阻流量计算的影响，选取经验系数从0.1到0.9计算无阻流量，并将其与经验系数为0.9时计算无阻流量的比值作为分析对象，可以看出：当pD≥0.5时，经验系数0.1～0.9范围内比值大于0.75；经验系数大于0.6，该比值大于0.85(图2)。根据国内苏里格[12]、大牛地[9,13]、延长[14]、临兴[15]等气田经验，致密气“一点法”经验系数均大于0.6，因此，该比值大于0.85，说明经验系数对无阻流量计算结果影响不明显。

图2 不同经验系数对无阻流量计算的影响Fig.2 Relative error of absolute open flow effected by different α

2.3 测试生产压差对无阻流量计算影响

对于特定的测试层，测试生产压差对无阻流量计算理论上是没有影响的，但由于经验系数的差异性，经验系数对不同测试生产压差下无阻流量计算结果有影响。如图3所示，无因次压力越大，测试生产压差越大，则经验系数α对无阻流量影响就越小。当无因次压力为0.5时，α从0.1到0.9时计算无阻流量差异在24%内；当无因次压力为0.8时，差异在8%；当无因次压力为0.9时，差异在4%。

图3 测试生产压差对无阻流量计算的影响Fig.3 Relative error of absolute open flow effected by production pressure difference

2.4 神府区块不稳定“一点法”适用性分析

如前所述，测试时间、经验系数及测试生产压差对无阻流量计算均存在一定影响，且不同参数范围影响效果存在较大差异。结合神府区块测试的20口井案例，分析不稳定“一点法”在神府区块的适用性，并提出测试建议。

图4a为神府区块20口井测试时间分布，测试时间范围从12～76 h，且多数井测试时间在20 h以内。根据表1参数，利用式(2)计算达到拟稳态所需时间，采用压后试井渗透率，神府区块压后试井解释渗透率多为0.01～0.1 mD，据此计算拟稳态时间在2 980～298 h。而由图1可知，若渗透率小于0.1 mD、测试时间小于20 h时，无阻流量计算误差大于20%。因此，从测试时间上来说，目前神府区块“一点法”测试计算无阻流量较实际值偏高20%以上，具体误差值受物性和测试时间共同影响。

图4 神府区块不稳定“一点法”压裂试气参数(20口井)Fig.4 One-point test parameters in Shenfu tight gas area(20 wells)

图4b为神府区块20口井测试工作制度下的无因次压力，统计可见70%的井测试时无因次压力大于0.9，80%的井测试时无因次压力大于0.8。根据图2和图3，当无因次压力大于0.8，经验系数大于0.6时，经验系数对无阻流量的影响不超过4%，可以忽略不计。

综上，神府区块“一点法”测试时，测试压差较大，无因次压力大于0.8，经验系数对计算无阻流量影响不大；测试时间远低于拟稳态时间，估算无阻流量偏高20%左右，在各井物性参数、测试时间相差不大的情况下，误差值亦相差不大。采用不稳定“一点法”获取的无阻流量与实际无阻流量虽有差距，但仍可作为勘探开发工作的基础。

3 不稳定“一点法”产能评价推荐做法

现行天然气试井规范中没有对“一点法”测试方法提出相关要求，现场操作时主要依据经验进行。为了进一步规范致密气“一点法”测试，使致密气产能评价更准确，现提出不稳定“一点法”推荐做法。

3.1 测试时间确定

致密气产能测试过程中难以达到稳定状态，产能评价结果与实际存在差异，但若能保证这种差异相对稳定，同样可达到产能评价效果。因此，储层流体物性相同或相近时，各井测试时间设计相同。对于某特定区块，可根据测试层位物性和流体特征评价其导压系数，并进行分区分类，导压系数如下：

(5)

式(5)中：η为导压系数，mD/(mPa·s MPa-1)。对于导压系数相近的，且同一测试时间无阻流量误差相近的，可以作为一类。

对储层分区分类后，对各类别进行测试时间设计，设计时需满足现场尽量降低排放量、节省测试时间的要求。神府区块各层流体特征相近，储层物性中渗透率差异较大，因此可按渗透率进行分类。根据图1误差分析结果，建议分为4类：①渗透率小于0.05 mD，测试时间24 h，测试无阻流量误差大于25%；②渗透率0.05～0.1 mD，测试时间18 h，测试无阻流量误差平均为25%；③渗透率0.1～0.5 mD，测试时间12 h，测试无阻流量误差平均为18%；④渗透率大于0.5 mD，测试时间8 h，测试无阻流量误差小于13%。

3.2 测试工作制度确定

根据测试生产压差对无阻流量计算影响分析，测试生产压差越大，经验系数引起的误差就越小。当测试无因次压力大于0.8时，经验系数引起的误差小于8%。因此建议测试时井底流压控制满足无因次压力pD≥0.8，转换成井底流压为pwf≤0.447pi。

由于不稳定“一点法”测试需要较大生产压差，现场在具体操作时，必然有个增大压差的过程，根据最终测试工作制度下的产量和压力计算无阻流量即可。

3.3 经验系数确定

根据研究区等时试井或等时修正试井确定经验系数。若研究区无等时试井数据，则采用邻区经验系数，或类比类似区块，国内致密气井经验系数一般大于0.6。在测试工作制度较大时，经验系数对结果影响可忽略。

4 不稳定“一点法”测试在神府区块应用

对神府区块采用“一点法”测试的20口典型井进行分析，这些井测试按照传统的产量和油压稳定的做法，测试时间并未统一或规范。根据各井孔隙度、渗透率、饱和度等参数，结合区块流体特征，计算得到各井测试无阻流量与真实无阻流量的误差，并根据这个误差计算得到真实无阻流量。神府区块不稳定“一点法”测试误差从4.60%～30.80%，平均为18.72%，评价真实无阻流量为(0.25～8.58)× 104m3/d，平均为2.76 × 104m3/d(表2)。

表2 神府区块致密气典型井不稳定“一点法”测试无阻流量Table 2 Absolute open flow by unsteady one-point test in Shenfu tight gas block

若不稳定“一点法”采用文中推荐方法设计测试时间，则不同地层条件下计算无阻流量误差在设计阶段是已知的，可以批量求取气井真实产能。

5 结论

1) 由于致密气井试气时间短，现场常用的“一点法”测试实则是一种不稳定“一点法”，计算无阻流量较真实无阻流量要高。研究得到：测试时间对无阻流量具有较大影响，且渗透率越小，影响越大；经验系数和测试生产压差对无阻流量也具有一定影响，但当经验系数大于6，无因次压力大于0.8时，影响在4%以内，可忽略不计。

2) 经综合分析，神府区块“一点法”测试为不稳定测试，无阻流量偏高20%左右。20口典型井应用表明：不稳定“一点法”测试误差平均为18.72%，评价真实无阻流量平均为2.76×104m3/d。

3) 提出了不稳定“一点法”产能评价推荐做法，包括测试时间、工作制度和经验系数的确定方法。