大庆油田致密油水平井产能影响因素分析及预测方法

0 引 言

致密油气是指夹在或紧邻优质烃源岩层系的致密碎屑岩中、未经过大规模长距离运移而形成的油气聚集^[1]。近年来,致密砂岩油藏作为非常规油气资源的一种,已经引起广泛关注^[2]。致密油层一般具有分布面积大、储集层物性差、资源丰度低等特点,直井产能普遍偏低,因此多采用水平井进行钻探。相对于直井,水平井具有采油指数高、生产压差低、无水采油期长等优势^[3]。为了提高单井油气采收率以适应油田开发增储上产的需要,水平井钻井技术已经得到广泛应用^[4]。大庆油田致密油水平井钻探主要集中在大庆长垣、齐家古龙凹陷、三肇凹陷内。为适应水平井勘探,大庆录井一公司开展了“大庆探区非常规油气录井技术研究”,建立了一套适合大庆探区非常规领域的录井识别评价方法,但在致密油水平井产能预测方面尚未建立有效的预测方法。本文以三肇凹陷为研究区,参照直井产能预测原理,探索建立了水平井产能预测方法,并在实际应用中取得了较好的效果。

1 产能预测原理

对储集层产能进行定量、半定量的预测是油气勘探开发领域的一个重要任务,也是石油工程界仍处在探索阶段的一项难题。目前,产能预测有静态和动态两种方法。静态产能预测是选取与产能相关的参数,如含油饱和度、储集层有效孔隙度、储集层有效厚度等建立产能评价图板,对产能进行定性预测,预测结果一般为工业油层、低产油层、干层;动态产能预测是应用渗流力学的状态方程、连续性方程及达西定律,通过建立油、气的渗流力学方程来进行产能预测,该方法需假定地层均质且地层中流体满足达西流动等,限制条件较多^[5]。目前这两种产能预测方法都主要针对垂直井。本文根据录井、测井资料的特点,从静态石油地质储量的角度对储集层进行产能预测。

1.1 直井产能预测原理

对于直井,基本思路是以单井单位面积石油地质储量为基础,利用储量公式,建立产能评价方法。

q=100H₀ϕ_eS_oR₀/B(1)

式中:q 为储量,m³;H₀为储集层厚度,m;ϕ_e为储集层有效孔隙度,%;S_o为储集层含油饱和度,%;R₀为压裂半径,m;B为流体体积系数,无量纲。

从直井的产能预测公式可以看出,直井的产能与储集层厚度、储集层有效孔隙度、储集层含油饱和度有关。

1.2 水平井产能预测原理

参照直井的产能预测原理,认为水平井的产能与水平砂体体积、储集层物性、储集层含油性有关,建立了水平井产能预测公式。

q=100L₁L₂H₀ϕ_eS_o/B(2)

式中:L₁ 为水平砂体长度,m;L₂为水平砂体横向展布长度,m;H₀为水平砂体垂向厚度,m;ϕ_e为水平砂体有效孔隙度,%; S_o 为水平砂体含油饱和度,%;B为流体体积系数。

该式中H₀L₁L₂相当于水平砂体体积,是由水平段含油砂岩长度L₁、砂体垂向厚度H₀、横向展布长度L₂共同决定的(图1)。

2 水平井产能影响因素分析

从水平井产能预测公式可以看出,影响产能的主要因素是L₁、H₀、L₂、S_o。下面以三肇凹陷扶余油层为研究对象,分析主要因素的影响程度。

三肇凹陷位于松辽盆地北部中央坳陷区,该区扶余油层埋藏深度为2 000~2 200 m,孔隙度为11%~14%,平均空气渗透率仅为1~5 mD^[6],储集层物性较差,是有利的水平井作业区。三肇凹陷水平井勘探程度较高,目前已有多口井获工业产能,总体钻探效果较好。

2.1 水平段含油砂岩长度L₁

统计了三肇凹陷已试油的6口水平井,从表1可以看出,ZP 6井含油砂岩长度最大,产能也最高;其后依次为ZP 5、ZP 1、ZP 2、ZP 12井,随含油砂岩长度的减小产能也依次降低。因此可知,含油砂岩长度与产能正相关,对产能的影响程度较大。

2.2 砂体垂向厚度H₀

砂体垂向厚度主要应用录井地质导向系统,分析实钻轨迹资料、邻井资料、地震处理解释剖面,形成录井轨迹解释图,按照不同的地层倾角,分段计算取得。

如ZP 20井(图2),钻头于1 972 m入靶后向下探层于2 046 m接近油层底部,在此过程中穿过的垂向厚度为7.8 m,之后钻头在层中平稳穿行,未发生出层的情况,按照区域控制井推算,砂体不断减薄,完钻处砂体厚度仅为2.4 m。ZP 15井(图3)中钻头入靶到下探触底的过程中穿过的垂向厚度为5.0 m,之后钻头频繁触底,最后砂体尖灭。ZP 9井(图4)中钻头入靶到下探触底的过程中穿过的垂向厚度为2.8 m,之后钻头频繁触底触顶,垂向厚度依次减薄,最后尖灭出层。ZP 15井、ZP 9井都出现了水平砂体尖灭的情况。

这3口井相比,ZP 20井砂体厚度较大,产能也较高;ZP 15井和ZP 9井砂体厚度相差不多,但产能有较大差异(表2)。也就是说,水平砂体垂向厚度大,产能高,但是砂体垂向厚度与产能的线性关系并不明显。而且,在实际钻探中,砂体垂向厚度变化大,资料的准确获得比较困难。目前水平井都采用大规模体积压裂,从表3可以看出,体积压裂后形成的裂缝长度通常都达到500 m以上,裂缝高度也在40 m以上,与此相比,单砂体垂向厚度对产能的影响是比较小的。

2.3 含油性分析

岩石热解技术是20世纪70年代发展起来的生油岩评价方法^[7],应用该方法可以对储集层含油性进行评价。从水平井产能预测公式得知,水平井产能与储集层含油饱和度S_o有关。单位质量含油砂岩的含油饱和度为^[5]:

S_o = 10STd岩ρ油ϕe(3)

式中: S_o为含油饱和度,%;d_岩为岩石密度,g/cm³;ρ_油为原油密度,g/cm³;S_T 为热解总值,mg/g;ϕ_e为有效孔隙度,%。

从上式可以看出,含油饱和度S_o与S_T有关,而S_T与S₁、S₂有关。水平井钻探多采用油基钻井液,依据“大庆探区非常规油气录井技术研究”项目成果,油基钻井液中所添加的柴油主要对S₁值有影响,对S₂值基本没有影响(图5)。因此,在实际工作中采用S₂值对储集层含油性进行评价。

从图6可以看出,ZP 6井S₂值要远高于其他井,产能也最高(产油75.66 t/d);其后依次为ZP 20、ZP 5、ZP 2井,随着S₂值的降低,产能也相应降低(产油依次为43.39、26.40、13.33 t/d);ZP 12井热解S₂值最低,产能也最低(产油10.48 t/d)。从统计分析的结果可以看出,水平井产能与 S₂值正相关,S₂值为影响水平井产能的主要因素。

2.4 其他影响因素

水平砂体横向展布长度L₂一般较大,从图1、表3也可以看出,该项参数主要与压裂效果有关,对于同一地区、相同的压裂方法,可近似认为常数,对产能预测的结果影响不大。有效孔隙度ϕ_e反映储集层物性,而储集层产能随其物性变好,总体呈递增趋势^[8],因此有效孔隙度ϕ_e与产能相关性较大。

3 产能预测方法的建立

3.1 产能预测参数优选

从上述分析可以看出:影响水平井产能的主要参数为含油砂岩长度L₁、热解分析S₂值、储集层有效孔隙度ϕ_e,砂体垂向厚度H₀的影响则不大。L₁可根据实钻资料获得,S₂值可通过热解分析获得,ϕ_e可通过测井资料获得。

3.2 产能系数的确定

在实际工作中,准确求取水平井产能预测公式(2)中各项参数(如H₀、L₂、S_o、B)比较困难,故选取对储集层产能影响较大的3项参数(L₁、ϕ_e、S₂)的无量纲数值构建产能系数M(M=L₁ϕ_eS₂),再与实际产能建立关系图板,进行产能预测。

由于水平井所钻遇的井段较长,在此过程中含油产状、储集层物性均有较大差异。依据不同的含油产状、储集层物性分别求取了各段的产能系数,通过累加求和确定了全井的产能系数。

M=L₁₁ϕ_e1S₂₁+L₁₂ϕ_e2S₂₂+…+L_1nϕ_enS_2n (4)

式中: M为产能系数,无量纲; L₁₁,L₁₂,…,L_1n为第1,2,…,n段储集层长度值,m;ϕ_e1,ϕ_e2,…,ϕ_en为第1,2,…,n段储集层孔隙度值,%; S₂₁,S₂₂,…,S_2n为第1,2,…,n段热解分析值,mg/g。

通过数理统计,根据已试油井建立产量q与产能系数M的关系图板,进而评价同一区块新钻水平井的产量。

3.3 建立不同区块产能预测关系

统计了大庆长垣敖南地区、葡萄花地区、齐家地区、三肇地区水平井不同含油产状储集层的含油长度、孔隙度、热解分析值,计算出产能系数,结合试油产量,确定相关系数,建立了各区块的产能与产能系数的相关公式。

敖南地区产能预测公式(图7):

y=0.7569x,r²=0.9808

齐家地区产能预测公式(图8):

y=0.4583x,r²=0.9167

葡萄花地区产能预测公式(图9):

y=0.7130x,r²=0.9978

三肇地区产能预测公式(图10):

y=0.4893x,r²=0.9927

3.4 建立产能预测图板

各区块产能关系图板在实际应用中均有较好的效果,为水平井产能预测提供了较科学的评价手段。随着试油数据增加,产能关系图板将不断完善。为了方便生产应用,在各区块产能预测关系的基础上,建立了联合产能预测图板(图11)。

4 应用效果

在大庆油田水平井应用了10口井,试油6口井(表4),图板预测产量与实际产量平均相对误差在20%以内,可以满足生产的需要。

实例1:位于三肇地区的ZP 20井,水平段含油砂岩长度为1 206 m,有效孔隙度在7.1%~11.6%之间, 热解分析S₂值在7.06~12.81 mg/g之间。 应用致密油水平井产能预测图板(图11)预测产能为44.69 t/d,该井压裂后水力泵求产,产油43.39 t/d。

实例2:位于敖南地区的AP 6井,水平段含油砂岩长度为401.0 m,有效孔隙度在3.2%~10.6%之间,热解分析S₂值在4.91~9.02 mg/g之间。应用致密油水平井产能预测图板(图11)预测产能为21.20 t/d,该井压裂后水力泵求产,产油22.45 t/d。

5 结 论

在水平井勘探中,影响产能的因素很多,如含油砂岩长度、含油性、目标砂体发育情况、压裂工艺等。通过研究发现,在压裂工艺相同的情况下,水平井产能主要受水平段含油砂岩长度、含油性、储集层物性的影响。

水平砂体垂向厚度及横向展布长度对产能的影响较小,主要与压裂工艺有关。由于受到轨迹导向准确性、储集层非均质性以及油层砂体变化的影响,致密油水平井段内不同位置的岩性和含油性差异很大,依据不同含油产状、岩性、物性,分段求取产能预测参数,建立各地区联合产能预测模型,可增加预测的准确性。该方法在大庆油田致密油水平井的预测应用中收到了较好的效果,可以满足生产的需要。

The authors have declared that no competing interests exist.

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参考文献

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