蘇里格氣田氣井分層產能貢獻灰度評價

趙全國 孫 皓 邱丙靜 李 婧 李國良 房金偉

(①中國石油渤海鉆探油氣合作開發(fā)分公司；②中國石油渤海鉆探第二錄井公司)

0 引 言

蘇里格氣田主力儲層段為上古生界山西組山1段及下石盒子組盒8段[1-2]，單井常發(fā)育多層氣層，開發(fā)采用分壓合試、節(jié)流生產的低成本模式，這決定了成本較高的產氣剖面測井[3-4]無法全面實施，只能在少數典型井試驗，因而絕大多數井各個氣層對本井產能貢獻率無法量化，只能通過氣藏地質靜態(tài)參數定性評判，導致在多氣層壓裂目標取舍、壓裂試氣方案優(yōu)化、投產井分層產能貢獻評價等多方面存在爭議，影響了有效生產。在實際生產中，一口井產能的高低是由該井各個氣層地質條件、含氣特征綜合決定的，如果建立靜態(tài)參數和產能間的量化關系，就能實現(xiàn)通過靜態(tài)參數定量評價產能貢獻的目的。而這種靜態(tài)參數與產能貢獻間的關系切合灰度關聯(lián)評價思想，選擇影響氣層產能關鍵靜態(tài)參數，優(yōu)化相關系數，建立灰度評價理想模型，即可實現(xiàn)靜態(tài)參數量化評價分層產能貢獻率。

1 產能貢獻率灰度量化評價

灰色關聯(lián)分析是灰色系統(tǒng)理論的重要組成部分，是一種分析系統(tǒng)中各元素之間關聯(lián)程度或相似程度的方法，依據關聯(lián)度實現(xiàn)對系統(tǒng)的量化排序[5-8]。本文選擇反映氣層好壞的多個靜態(tài)地質參數組成元素，計算各個氣層關聯(lián)度，進而實現(xiàn)產能貢獻率量化評價。

1.1 參數矩陣構成

設單井鉆遇氣層m層，與氣層產能相關的地質靜態(tài)參數有n個，可以構成一個參數矩陣：

Xi={X(i,1)，X(i,2)，…，X(i,n)}

(1)

其中，i=1，2，…，m。

選取各個參數中最大值作為參考氣層，則：

X0={X(0,1)，X(0,2)，…，X(0,n)}

其中,X(0,j)=maxX(i,j)。

1.2 無量綱化處理

氣層各個靜態(tài)地質參數量綱不同，大小位數不一，需對原始參數進行無量綱化處理，方法有初值法、均值法和區(qū)間值法。此處采用區(qū)間值法(參數的最大值與最小值歸一化處理)，得到一個新的矩陣：

(2)

其中，i=0,1,2,…，m；j=1,2,…，n。

1.3 關聯(lián)系數求取

關聯(lián)系數表示第i個氣層與參考氣層在第j個參數的關聯(lián)程度，其表達式為:

(3)

式中：R(i,j)為關聯(lián)系數；Δmin、Δmax分別為各個參數點的差的絕對值中最小值和最大值；ρ為分辨系數，作用在于提高關聯(lián)系數間的差異顯著性，其值在0～1之間，值越小，分辨率就越大，一般取0.5。

1.4 灰色關聯(lián)度計算

靜態(tài)地質參數對氣層評價的影響程度不同，計算關聯(lián)度需要差別處理，在此引入參數權重系數A0={A(0,1)，A(0,2)，…，A(0,n)}，并且滿足：

(4)

第i個氣層關聯(lián)度Ri等于每個參數關聯(lián)系數與其對應權重系數乘積之和，即:

(5)

1.5 產能貢獻率計算

氣層關聯(lián)度大小反映氣層好壞的相對程度，最終體現(xiàn)在氣層產能貢獻的大小，把單井所有氣層關聯(lián)度之和作為整體，每個氣層關聯(lián)度除以所有氣層關聯(lián)度之和，就等價于這個氣層的產能貢獻率，因此第i個氣層產能貢獻率ηi計算公式為:

(6)

2 灰度評價計算模型建立

灰色關聯(lián)度分析法能夠通過氣層靜態(tài)地質參數實現(xiàn)產能貢獻率的計算，但準確的評價還需要選擇合適的參數、恰當的權重系數，同時程序化流程模型的建立有助于簡化操作。

2.1 靜態(tài)地質參數選擇與賦值

氣層好差主要體現(xiàn)在巖性、電性、物性和含氣性4個方面，本文甄選在蘇里格氣田通用并與氣層含氣性密切相關的8個地質靜態(tài)參數：氣層類型、厚度、地層電阻率、孔隙度、泥質含量、含氣飽和度、全烴、氣測峰形，其中氣層類型和氣測峰形沒有量化，不能直接參與評價，因此需要分類賦值(表1)。

表1 氣層參數分類賦值數據

2.2 計算模型建立

單個氣層靜態(tài)參數組成元素，單井不同氣層靜態(tài)參數形成矩陣，按照灰色關聯(lián)分析思路，能夠計算各個氣層關聯(lián)度，進而實現(xiàn)產能貢獻率的計算，由此構建單井氣層分層產能貢獻率計算理論模型(圖1)。要實現(xiàn)應用目標，關鍵在于確定分辨系數和權重系數合理取值，并經產氣剖面成果驗證。

圖1 單井氣層分層產能貢獻率計算模型

依據蘇A區(qū)塊唯一做過產氣剖面測井的SA-1井數據，經過征詢專家和試驗調整，確定分辨系數和權重系數取值。氣層厚度、含氣飽和度、全烴分辨系數取0.2，增加這些參數分辨能力，其余參數分辨系數取0.5。參數關聯(lián)權重系數為：

A0={0.05，0.20，0.05，0.15，0.15，0.15，0.20，0.05}

SA-1井鉆遇氣層23.0 m/4層，其靜態(tài)地質參數原始數據如表2所示，計算各個氣層關聯(lián)系數、關聯(lián)度和產能貢獻率。氣層20、22號，以及30、32號分別發(fā)育在兩個砂體內，產氣剖面測井產能貢獻率有兩個，差值分析發(fā)現(xiàn)產能貢獻率計算值與測量值基本吻合(表2)，通過這組分辨系數和權重系數建立產能貢獻率計算模型。所建立的模型能否通用，需要進一步驗證。選擇蘇B區(qū)塊SB-1井，鉆遇氣層10.3 m/4層，原始數據如表3所示，代入模型計算得出各個氣層產能貢獻率，與產氣剖面測量結果基本吻合(表3)，證實了所建立的氣層產能貢獻率計算模型可行。

表2 SA-1井氣層靜態(tài)地質參數原始數據及產能貢獻參數

表3 SB-1井氣層靜態(tài)地質參數原始數據及產能貢獻參數

上述模型參數和相關系數取值穩(wěn)定，不同井計算過程相同(見圖1紅色虛線框部分)，據此編寫程序實現(xiàn)自動計算，輸入氣層參數即可得到氣層產能貢獻率，簡化了流程，提高了效率。

3 氣層產能貢獻率灰度評價應用

產能貢獻率程序模型建立過程中，與產能建設和生產實際相結合，在壓裂試氣方案優(yōu)化、老井補孔效益評估、分層產能貢獻評價三方面得到全面應用。

3.1 壓裂試氣方案優(yōu)化

多氣層井動用氣層越多，理論上試氣生產效果越好，但實際生產中經常出現(xiàn)偏差，因為隨著壓裂段數增多，單段改造規(guī)模下降，施工風險增加，所以多氣層發(fā)育井有選擇地放棄部分層，保證主力氣層充分改造，可取得更佳的生產效果。產能貢獻率的計算為這種取舍提供了量化依據，近年來運用產能貢獻率灰度評價完成4層以上氣井試氣方案優(yōu)化48口，投產初期平均日產氣1.5×104m3，取得很好的開發(fā)效果。

SA-2井實鉆氣層21.6 m/6層，將靜態(tài)地質參數集代入程序模型計算各氣層產能貢獻率(表4)。根據氣層分布，若動用全部氣層需分5段壓裂，這將增加施工費用和作業(yè)風險，改造存在挑戰(zhàn)。根據產能貢獻率定量評價結果，54號氣層產能貢獻率僅有6.20%，單層壓裂沒有經濟效益，故選擇放棄，優(yōu)化為4層分壓合試，最終試氣投產初期平均日產氣1.8×104m3，達到預期效果。

表4 SA-2井氣層靜態(tài)地質參數及產能貢獻數據

3.2 老井補孔效益評估

由于開發(fā)初期壓裂技術限制或者為防止井內層間干擾等原因，有些老井只壓裂了部分氣層，這些老井在動用層生產末期可以對遺留層實施補孔措施。運用產能貢獻率程序模型能夠計算預估措施層產氣量，結合當前氣體銷售單價及施工費用，能夠評估補孔措施有無效益，為措施選擇提供決策依據。蘇A區(qū)塊有未動用氣層井64口，經產能貢獻計算評估，其中有經濟效益井21口，已實施7口井，累計增產8 052×104m3，SA-3井就是其中之一。

SA-3井是蘇A區(qū)塊2007年完鉆的一口開發(fā)井，鉆遇氣層17.6 m/3層(圖2)，其靜態(tài)地質參數統(tǒng)計如表5所示，代入程序模型計算各個氣層貢獻率。由于當時壓裂技術所限，只對16號氣層壓裂試氣并投產，2014年4月井口產天然氣量為零，累計產天然氣量2 061×104m3。根據16號層累產，結合氣層貢獻率開展了4、20號氣層效益評估(表6)，最終補孔上返4號氣層。目前該井平均日產天然氣0.23×104m3，套壓2.68 MPa，4號層累產天然氣594×104m3，取得了良好經濟效益。

圖2 SA-3井測錄井綜合圖

表5 SA-3井氣層靜態(tài)地質參數原始數據

表6 SA-3井補孔措施效益評估數據

3.3 分層產能貢獻評價

蘇里格氣田以多氣層發(fā)育、分壓合試為主，分層產能貢獻率計算能夠客觀評價新井分層產能，也能夠實現(xiàn)老井分層產量評估。

蘇C區(qū)塊SC-1井，鉆遇氣層13.8 m/4層，該井在2012年、2019年做過兩次產氣剖面測井，其靜態(tài)地質參數原始數據如表7所示。代入程序模型計算各層產能貢獻率，同時實現(xiàn)了該井各氣層當前產氣量的計算(表8)。

表7 SC-1井氣層靜態(tài)地質參數原始數據

SC-1井中間兩個氣層相鄰，產氣剖面測井分為3層。產能貢獻率計算值與每次測量值比較，貢獻率小的氣層差別較大，主要是各個氣層在單一時間點生產不均衡所致。24、26號氣層在2012年實際生產超過其產能貢獻，隨著生產時間的延長，地層壓力快速下降，實際產量也不斷遞減，2019年生產貢獻為零；而28號氣層正好與之相反。如果兩次測量值取平均，就會弱化這種不均衡，與產能貢獻率計算值相對差值較小(表8)，吻合度較高，證實了建立的氣層產能貢獻率計算模型可行。

表8 SC-1井氣層計算產能貢獻率相對差值分析數據

這里需要說明的是：計算值代表氣井裸眼基塊的產能[9]，是理想狀態(tài)下的均衡生產貢獻，也是氣層全生命周期產能的最終反映；而產氣剖面測量值反映的是測量時間點各個產層的生產情況，由于井筒環(huán)境、氣層壓裂改造及返排差異等原因，各個氣層存在非均衡生產，測量值與計算值存在差異或差距應該是正常的，較長時間段內各個氣層生產會趨于均衡狀態(tài)。正常情況下多數井處在近均衡生產狀態(tài)，因而產能貢獻率計算有較高實際應用價值。

4 結 論

(1)蘇里格氣田氣井分層產能貢獻率與氣層靜態(tài)地質參數間存在一種灰色關聯(lián)關系，基于灰色系統(tǒng)理論能夠實現(xiàn)通過氣層靜態(tài)地質參數定量評價氣層產能貢獻率。

(2)氣層產能灰度量化評價在壓裂試氣方案優(yōu)化、老井補孔效益評估、分層產能貢獻評價等方面的推廣應用，量化了決策指標，優(yōu)化了施工方案，提升了工藝效果，從而助力合作區(qū)塊開發(fā)效益提升。

(3)靜態(tài)參數特別是測、錄井參數受鉆井參數、鉆井液性能、儀器性能等外部因素影響較大，單井有限井段內影響甚微，不同井測量結果可能存在很大偏差，不同井間氣層產能精準量化評價需要繼續(xù)完善。

(4)氣層產能貢獻率灰度評價程序模型經過不同合作區(qū)塊氣井應用驗證，評價結果吻合率高，客觀反映氣層生產動態(tài)，操作簡單，適合在蘇里格氣田推廣應用。