低渗致密气井分类评价方法研究
——以长庆子洲气田为例

贾焰然，石军太，李星浩，陈红飞，方锦辉，焦廷奎，张 洪，王 烨

(1.中国石油大学(北京)石油工程学院，北京 102249；2.中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院，陕西西安 710021)

0 引言

近年来，我国经济高速发展，对能源的需求量日益增多，常规石油天然气资源的供给量已经不能满足需求，导致油、气的对外依存度逐年上升，能源正在成为制约经济发展的主控因素。非常规天然气在天然气长期发展历程中起着越来越重要的作用，致密气作为非常规天然气重要能源之一，广泛分布于鄂尔多斯、四川、塔里木等10余个盆地(李建忠等，2012)，其勘探开发潜力巨大，因而加快发展致密气资源对我国非常规天然气能源具有重大战略意义。

我国致密气储量丰富，目前也处于快速发展阶段，预计2020年致密气产量将占我国天然气总产量的1/3左右，成为支撑我国天然气又好又快发展的主力军。但同时致密气藏总体有平面上大面积分布、纵向上多层折叠、储集层非均质性强、丰度相对较低、单井控制储量较小等特点(李景明等，2005；杨涛和郭彬程，2012；袁彬等，2013；任大忠等，2014；王南等，2015；王蕊等，2016；石军太等，2018)，实际开发难度较大。致密气的产量普遍较低，各井间产量差异较大，因此有必要对致密气井分类研究，以便更好地指导致密气井的后期生产。对储层进行分类评价不仅能够提高钻井的成功率，也是制定生产调整方案的地质基础。目前，我国常用的低渗致密气井分类方法有：储层参数法、试气无阻流量法、日产气量法和单位套压降采气量法等(李士伦，2000；李仕伦等，2004；赵靖舟等，2007；闫健等，2008；方全堂等，2009；谷江锐和刘岩，2009；陈小娟等，2010；赵素惠等，2010；赵涛，2011；赵学峰，2011；曹安，2012；成志刚等，2012；黄发海，2014)。储层参数法主要是根据有效储层厚度对气井进行分类，属于静态评价法，无法动态反映气井的实际产能状况；试气无阻流量可以较直接地反映气井的产能状况，但是致密气生产过程中很少进行过稳定试井，气井的无阻流量均是在投产前采用一点法测试计算得到，所以无阻流量更多反映的是生产初期近井地层压裂裂缝带的渗流特征，不能准确地反应气井生产能力；日产气量法未考虑生产时间对产气能力的影响；气井单位压降采气量法在气井非连续生产时受影响波动较大，存在较大的局限性。另外，目前分类的数学处理方法有模糊数学法、灰色关联法、累计偏差系数法等(徐凤银等，1994；刘为付和旷红伟，2003；赵加凡等，2003；李中锋和何顺利，2005；武春英等，2008；丁熊等，2008；杨欣超等，2010；赵涛，2011；周俊杰等，2011；黄发海，2014；王代刚等，2016；高文君等，2017)，但这些方法中权重系数的设定具有一定的人为因素，有时不太客观。因此，急需一种综合考虑各种影响因素的方法对气井进行合理分类。针对上述分类方法存在的问题，综合考虑气井静态、动态参数并基于正交矩阵的思路和数学方法进行处理，建立了动静结合的低渗致密气井分类评价方法，形成了子洲气井分类图版，可快速对新井进行分类，为下步措施改造和调整提供依据。

1 子洲低渗致密气田概况

子洲气田的地形起伏不大，无大断层发育。从构造上来看属于单斜构造，呈现西倾单斜，局部有微断鼻构造，表现出微构造控气，在明显微鼻状构造处出现多口高产井。子洲气田储层有效厚度1.4～44.8 m，孔隙度3.28%～9.30%，渗透率0.10～8.91 mD，含气饱和度在50.70%～88.55%，属于低孔低渗储层。储层由下到上，每小层砂体由底部到顶部，物性体现为由好变差，位于底层，符合辫状河道正韵律的特征。目前子洲气田有低渗致密气生产井152口，日平均产气量达到1.75×104m3/d，具有较好的提产稳产潜力。但致密气井在生产过程中表现出各井产量差异明显，产气量变化受多种因素影响(陈小娟等，2010)。考虑到子洲气田井数众多，若对其进行逐一分析无疑会增加巨大的工作量，为实现低渗致密气井较长的稳产时间和较高的天然气采收率，有必要在研究工作中合理分类分析低渗致密气井的生产特征，更有针对性地建立不同类型低渗致密气井的生产调整方案，以指导后续生产工作。

2 动静结合低渗致密气井分类评价方法建立

采用储能系数和地层系数两个储层物性参数，作为低渗致密气井分类的静态评价指标；采用稳产期累产气量、稳产期日均产气量、平均日产气和单位压降产气量四个动态参数，作为低渗致密气井分类的动态评价指标。借鉴孔隙度频率分布直方图划分多重介质的方法，依据各评价指标频率分布直方图特征，对气井进行各指标分级。基于正交矩阵的思路，建立了动静结合的低渗致密气井分类评价方法，最终形成了静-动结合的气井分类结果。

2.1 基于低渗致密气藏储层物性分类

储层物性对气井产能有着决定性的影响。一定的地质储量是低渗致密气田实现工业开采的前提条件，单井控制地质储量是低渗致密气井进行生产的物质基础，因此低渗致密气井的分类评价应以原有地质储量为基准来分析低渗致密气井的生产效果。由于子洲低渗致密气储层有效气层厚度、孔隙度、原始含气饱和度、渗透率值变化幅度均较大，因此，有效气层厚度、孔隙度、原始含气饱和度、渗透率可能是导致单井地质储量和储层渗流能力差异的主要原因。储能系数决定着井控储量的大小，而地层系数直观反映出气井产能的高低，若储能系数和地层系数越大，气井具有更大的生产潜力，更有可能具有更高的产量和更长的稳产时间。

将储能系数hΦSgi作为衡量低渗致密气藏储量大小的重要指标，其中h为气井钻遇储层的等效厚度，对于直井h为储层的厚度，m；Φ为低渗致密储层孔隙度，%；Sgi为低渗致密储层原始含气饱和度，%。将地层系数kh作为反应储层渗流能力大小的重要指标，其中k为致密储层的渗透率，mD。

子洲气田152口气井钻遇的致密储层厚度、孔隙度、渗透率、含气饱和度参数的范围见表1。

表1 静态参数范围

(1)子洲气田低渗致密气井基于储能系数的分类

根据储能系数(hΦSgi，表征该气井所在储层内天然气的富集程度)，作出子洲气田152口气井钻遇的致密储层储能系数频率直方图(如图1所示)。由图1可知储能系数类似于多重孔隙分布特征，具有很好的分级特征，具体分级结果见表2。因此，根据统计的152口低渗致密气井钻遇地层的储层系数，将152口低渗致密气井划分为四类(如表2所示)：储能系数大于0.9 m的低渗致密气井划分为Ⅰ类井，共有4口，占比2.6%；储能系数为0.42～0.9 m的低渗致密气井划分为Ⅱ类井，共有51口，占比33.6%；储能系数为0.13～0.42 m的低渗致密气井划分为Ⅲ类井，共有70口，占比46.0%；储能系数为0.04～0.13 m的低渗致密气井划分为Ⅳ类井，这类井共有27口，占比17.8%。区块内低渗致密气井中有36.2%的井为Ⅰ类井和Ⅱ类井，所以研究区块整体气体富集程度较高，含气性较好。

图1 储能系数频率直方图

表2 子洲气田低渗致密气井基于储能系数的分类结果

(2)子洲气田低渗致密气井基于地层系数的分类

根据地层系数(kh，地层渗透率与地层厚度的乘积，表征气井所在储层的产气能力)，作出子洲气田152口气井钻遇的致密储层地层系数频率直方图(如图2所示)，由图2可知地层系数具有很好的分级特征，具体分级结果见表3。因此，根据统计的152口低渗致密气井钻遇地层的储层系数，将152口低渗致密气井划分为四类(表3)：地层系数大于14.4 mD·m的低渗致密气井划分为Ⅰ类井，共有16口，占比10.5%；地层系数为7.5～14.4 mD·m的低渗致密气井划分为Ⅱ类井，共有18口，占比11.8%；地层系数为2.0～7.5 mD·m的低渗致密气井划分为Ⅲ类井，共有74口，占比48.7%；地层系数小于2 mD·m的低渗致密气井划分为Ⅳ类井，共有44口，占比29.0%。全区有22.3%的气井所控制地层系数大于7.5 mD·m。

图2 地层系数频率直方图

表3 子洲气田低渗致密气井基于地层系数的分类

(3)子洲气田储层静态分类

综合气井所在储层的储能系数和地层系数，可将子洲气田气井钻遇储层按照表4的分类规则分为A、B、C、D四类，具体分类结果见表5：A类井9口，占比5.9%；B类井21口，占比13.8%；C类井70口，占比46.1%；D类井52口，占比34.2%。

表4 气井静态或动态分类规则表

表5 静态指标正交结果

2.2 基于低渗致密气井动态数据的分类

低渗致密气井生产过程中，稳产期累产气量、稳产期日均产气量、平均日产气、单位压降产气量等动态指标能够反映气井的动态变化特征，可以较全面地衡量气井的产能状况，故选取这四项评价指标对子洲气田152口低渗致密气井进行分级。四项评价指标的频率直方图如图3～6所示，基本上都有很明显的分级特征。最终，按照四项评价指标分级界限对子洲气田低渗致密气井动态数据分类的各项参数如表6所示。

图3 稳产期累产气量频率直方图

图4 稳产期日均日产气量频率直方图

图5 平均日产气量频率直方图

图6 单位压降产气量频率直方图

表6 子洲气田低渗致密气井基于各动态指标的分类

按照表7的分类规则，对子洲气田低渗致密气井进行了气井分类，分类结果见表9和图7。I类低渗致密气井有17口(11.2%)、II类低渗致密气井有13口(8.5%)、III类低渗致密气井有46口(30.3%)、IV类低渗致密气井有76口(50.0%)。

图7 子洲气田各类低渗致密气井占比饼状图

选取稳产期累产气量和稳产期日均产气量两项评价指标，按照表7的分类规则进行正交，得出稳产期分类结果：I类井有20口，II类井有51口，III类井有69口，IV类井有12口。

选取平均日产气和单位压降产气量两项评价指标，按照表4的分类规则进行正交，得出日产气指标分类结果：I类井有25口，II类井有43口，III类井有72口，IV类井有12口。

将稳产期和日产气分类作为横纵坐标，按照表7的分类规则进行正交，得到最终的动态井分类结果：A类井有31口，B类井有32口，C类井有70口，D类井有19口，见表8。

表7 低渗致密气井动静结合分类评价规则表

2.3 动静结合低渗致密气井分类评价方法建立

综合静态分类结果和动态分类结果，按照表8的分类规则将低渗致密气井分为I类、II类、III类、IV类。I类低渗致密气井：储层物性好、实际产量高；II类低渗致密气井：储层物性稍差、实际产量高；III类低渗致密气井：储层物性好、实际产量低；IV类低渗致密气井：储层物性稍差、实际产量低。

表8 最终动态指标正交结果表

表9 子洲气田低渗致密气井动静结合分类评价结果

3 子洲气田低渗致密气井生产效果评价

子洲气田各类低渗致密气井在平面上的分布如图8所示。其中，生产效果好的I类井多位于区块的中部位置，处于心滩(图8中红色点)，这部分地区气体保存条件良好，同时渗透率高、原始含气量高，有效气层厚度大，因此低渗致密气井生产潜力大。II类井主要分布在研究区河道边缘砂体较差的储层中，但压裂改造效果较好，使得这部分井产气动态较好(图8中橙色点)。III类低渗致密气井储层条件好但气井产量普遍较低，主要分布在心滩周围的主河道区域，这部分气井的生产能力没有得到充分发挥，后期生产过程中如何针对这部分低渗致密气井存在的问题制定开发调整措施是研究的重点，也是提高子洲气田生产效益的关键所在(图8中蓝色点)。IV类井多分布在河道边缘和河道间，储层物性差，产气动态差，这部分气井没有挖潜的潜力(图8中绿色点)。

图8 子洲气田各类低渗致密气井在下层、中层和上层的平面分布

以洲X井为例，静态参数与动态参数如表10所示，静态评价结果为B类，动态评价结果为C类，由表8的分类评价规则表可知洲X井动静结合之后最终评价结果为III类井。从该井的历史生产曲线(图9)也可看出该井生产效果不佳,多次进行关井，后期地层能量降低，地层压力下降，产气量下降。同时水气比上升，拟采气指数下降，地层物性变差。建议该井采取排水采气、补孔、重复压裂等措施，以更优地发挥地层能量，提高采收率。

表10 洲X井参数表

图9 子洲气田洲X井生产动态图

4 结论

(1)建立了低渗致密气井动静结合分类评价方法。综合静态的储能系数和地层系数两项储层物性评价指标以及动态的气井稳产期累产气量、稳产期日均产气量、平均日产气和单位压降产气量四项生产动态评价指标，将低渗致密气井分为四类：I类井储层物性好、实际产量高;II类井储层物性稍差、实际产量高;III类井储层物性好、实际产量低;IV类井储层物性差、实际产量低。

(2)子洲气田低渗致密气井的分类评价结果：子洲气田152口中I类低渗致密气井有17口(11.2%)、II类低渗致密气井有13口(8.5%)、III类低渗致密气井有46口(30.3%)、IV类低渗致密气井有76口(50.0%)。

(3)I类低渗致密气井储层物性好，生产过程连续，后期生产制度可以不用做大幅度调整；II类低渗致密气井在研究区河道边缘砂体较差的储层中，但压裂改造效果较好，后期生产过程中应注意延长低渗致密气井的稳产期；III类低渗致密气井生产能力没有充分发挥，改善Ⅲ类低渗致密气井的生产效果是子洲气田整体获得高产的关键所在，也是后期生产制度调整的重点；IV类井多分布在河道边缘和河道间，储层物性差，产气动态差，这部分气井没有挖潜的潜力。