基于页岩现场含气量测试结果预测产能的方法

姜志高，曹海虹，丁安徐，高和群

(中国石化 华东油气分公司 勘探开发研究院，江苏 扬州 225007)

目前，国家越来越重视清洁能源的开发，页岩气等非常规能源在我国也越来越重要[1-4]，其高效合理的开发对我国经济具有重大的推动作用[5-14]，现今，国内和国外对页岩气和煤层气等非常规能源的开发已经进入了快速发展的阶段，出于对成本的控制，需要对单井产能提前进行预测。目前，此类研究较少[15-18]，姜宝益等[19]从渗流力学出发，根据页岩气藏压裂后储层特征，建立了页岩气藏复合模型，对产能进行评价；李旋等[20]用试井数值模拟法预测实例井页岩气产能；余友等[21]按照裂缝和基质双重介质模型，建立了一种新的数学模型。他们对页岩气产能通过不同方法进行了初步的模拟，但其缺点在于均是压裂后才能进行模拟，无法做到提前对产能进行预测。如果实现对单井产能提前进行预测，既可以提前预测目标区域资源储量，也能指导页岩气井下一步施工方案，包括页岩气井水平段长度设计、压裂规模及压裂方案设计等，可以有效降低开发成本，提高页岩气开发利用经济效益。

中国石化华东油气分公司在平桥南区块、南川武隆区块以及彭水部署的探井和开发井已经达到几十口，但每口井产能差异较大，还没有办法对单井产能进行提前预测。目前，国内外对含气性的实验普遍是利用现场含气量测试，得到含气量[22-24]，但是，越来越多的经验告诉我们，很多井的含气量差不多，而产量却相差很大，这是为什么？目前几乎没有文献能够解答此问题。因此，本文对此问题进行初步探索，待现场含气量测试结束，即可对单井产能进行初步的预测。

1 实验方法

实验方法按照“SY/T6940-2013页岩含气量测定方法”[25]，岩心出筒后迅速装入解吸罐，然后将解吸罐升温，一阶温度为泥浆循环温度，在规定时间间隔内读取解吸气体积；一定时间后升温至二阶解吸温度，二阶解吸温度为地层温度，直至解吸结束，停止解吸。为消除人为读数因素导致的解吸速率误差，本文的解吸速率计算均为一阶解吸温度时去除第一个异常高点后的平均解吸速率，解吸气含量为从开始解吸至解吸结束后的折算成标准状态下的解吸气含量。

2 实验分析和讨论

2.1 解吸过程

目前现场含气量测试经常碰到一个问题，即很多口井的含气量差不多，但其产量却相差很大。以渝东南地区Z1井和L1井为例，这2口井都处于四川盆地外围，属于常压页岩气井，含气量Z1井跟L1井相当，甚至有些样品含气量还要高于L1井，但Z1井压裂后日产量只有7 000～8 000 m3，而L1井日产量在6×104m3左右(图1)。

为解决含气量相近而产量差异较大的问题，将此2口井的解吸过程进行对比，就会发现其中的差异：图2为Z1井和L1井2个典型样品的解吸曲线以及解吸速率对比，可以看出，Z1井解吸气量比L1井还要高；但是Z1井现场解吸速率慢，解吸时间长，计算出的损失气含量低；而L1井虽解吸气量低，但是具有解吸速率快，解吸时间短，计算出的损失气含量高的特点。因此，通过这2口井解吸过程的对比，可以较好地回答这2口井产量有很大差异的问题。

因此，笔者认为单一含气量数据不足以表征含气性，还应该考虑其解吸过程，如解吸速率、游离气含量因素，将解吸过程结合起来，总气量代表页岩容纳了多少气体；解吸速率代表页岩释放气体的快慢，游离气占比越高，则初期产量越高，从而得到一个综合性指数，即含气性指数，并且含气性指数计算方法定义如下：

图1 渝东南地区Z1井和L1井含气量对比

图2 渝东南地区Z1井和L1井解吸曲线及解吸速率对比

图3 四川盆地外围常压页岩气井含气性指数与日产量关系

含气性指数=解吸速率×游离气占比×总气量

为了验证含气性指数计算方法是否合理，笔者从四川盆地外围常压页岩气井到盆地内部超压页岩气井挑选具有代表性的8口井，对其含气性指数进行计算(图3)。

含气性指数与日产量正相关性明显(图3)，说明含气性指数计算方法较为合理。如图4所示，J43井纵向上含气量范围为1～4 cm3/g，差距并不大，而对于其含气性指数而言，纵向上范围为5～70，差异较为明显，且可以明显筛选出含气性指数最高的井段为2 670.5～2 696.4 m，此段为该井的“甜点段”，也就是该井水平段的最佳井深。因此，通过含气性指数，可实现单井最优段评价，对水平段层位的选取有较大帮助。横向上，可对不同井的含气性进行综合评价比对。

2.2 含气性指数内在含义分析

含气性指数包含了含气量、解吸速率、游离气占比3部分内容，其中含气量则与TOC和保存条件息息相关，代表着地层的生烃储烃能力。

渝东南地区J43井和L1井主要发育楔形或V形孔，此类孔隙有利于气体的解吸，从扫描电镜图像上来看，与大量的黏土矿物伴生有关，而P1井则以墨水瓶形孔隙为主，不利于气体的解吸(图5)。表1结果显示J43井和L1井的孔隙度、解吸速率以及游离气占比均要高于P1井，因此，认为解吸速率和游离气占比与孔隙度、孔隙形状以及连通孔隙率相关，孔隙度越大，连通孔隙率越高，孔隙形状发育越好的井其解吸速率和游离气占比越高，代表了页岩中气体释放的能力。而生烃储烃能力和地层气体释放的能力又从某种角度决定了一口井产量的大小。因此，含气性指数与产量之间的内在关联导致两者之间具有明显正相关性。

接下来通过Y2井和Y3井对含气性指数内在含义进一步验证。这2口井为四川盆地内部的2口邻井，含气量分别为2.68和2.71 cm3/g，几乎相当，但含气性指数Y3井要高于Y2井，实际产量也是Y3井高于Y2井。图6和表2为分别为Y2井和Y3井FIB-SEM观测结果，可以看到，不管是有机质内孔隙度，还是连通孔隙度，Y3井均要高于Y2井，这也是Y3井的含气性指数要高于Y2井的内在原因，说明了含气性指数和孔隙度和孔隙连通性之间的内在关联。

表1 渝东南3口井孔隙度、解吸速率和游离气含量关系

图4 渝东南地区J43井深度与含气量和含气性指数关系

图5 渝东南3口井氮气吸附和扫描电镜结果

井号有机质内孔隙度/%连通孔隙度/%连通孔隙率/%含气量/(cm3·g-1)含气性指数Y2井13.341.209.02.6817Y3井36.3231.9387.912.7122

注：有机质内孔隙度：有机孔占有机质的比例；连通孔隙度：互相连通的有机孔的有机质内孔隙度；连通孔隙率：有机孔之间互相连通的比例。

图6 四川盆地Y2井和Y3井FIB-SEM结果

2.3 产能预测

通过现场含气量测试数据，对与产量具有相关性的因素进行筛选，挑选出含气性指数和完井后井底压力计显示的压力系数等对日产量具有明显相关性的因素(图3，图7)。

因此，挑选渝东南地区B1、Z1、P1、L1、S1、J43以及J52等7口井。将压力系数以及含气性指数两列数据当做矩阵A，而对应的日产量数据为矩阵B，利用MATLAB软件，对矩阵A和矩阵B的相关性进行模拟，建立多元回归模型。得出以下公式：

表3 渝东南3口井产能公式的验证与预测

图7 渝东南地区压力系数与日产量关系

日产量=0.146 7×压力系数7.2×含气性指数+0.086 4

并利用J53井对此公式进行验证(表3)，得出J53井模拟日产量为30.3×104m3，而J53井实际日产量31.7×104m3，相对误差为4.4%。因此，认为此公式能较好地对产能进行初步预测，并对L2井和J10井2口新井日产量进行现场预测，其中L2井与J10井地层压力系数均来源于其邻井资料，其预测日产量分别为9.5×104m3和18.2×104m3。通过后期L2井以及J10井实际产能的测试结果发现，L2井实际日产量为9.2×104m3，J10井实际日产量为16.7×104m3，相对误差分别为3.2%和8.9%，相对误差均较小，说明此公式现场应用效果较好。

3 结论

(1)首次提出了含气性指数概念，并对其内在含义进行分析，更好地表征了地层真实含气性情况，使得单井的纵向对比更清晰，对水平段层位选取具有较好帮助，井与井之间的横向对比效果更加明显。

(2)根据含气性指数以及地层压力系数，利用MATLAB软件建立模型：日产量=0.146 7×压力系数7.2×含气性指数+0.086 4，并对模型的可靠性进行现场验证，发现和实际生产情况有较高的吻合度，因此，实现了在现场即可对单井产能进行初步预测。