CN109577967A - 低渗致密砂岩气藏开采方法 - Google Patents

Abstract

一种低渗致密砂岩气藏开采方法，包括以下步骤：通过修正储量丰度确定富集区；使用分段压裂水平井开采低渗致密砂岩气藏，气体从地层流入裂缝、从裂缝流入水平井筒，使用全生命周期动态模拟方法计算单井产气量、累积产量与时间的对应关系。通过井控面积宽度xe来改变单井控制面积，明确不同单井控制面积与单井累积产气量的对应关系。单井累积产量曲线结合净现值NPV模型，获得不同单井控制面积与生产效益关系的对应关系曲线。根据生产效益关系曲线，使用图解法获得最佳单井控制面积。根据最佳单井控制面积进行低渗致密砂岩气藏开采。

Description

低渗致密砂岩气藏开采方法

技术领域

本发明涉及低渗致密砂岩气藏开发领域，更具体地，涉及一种低渗致密砂岩气藏开采方法。

背景技术

低渗致密砂岩气藏是一种连续型气体矿藏，其基本特征是分布面积大、局部地质条件变化不显著，其开发通常受区域性环境与地质条件的影响。针对这一特点，低渗致密砂岩气藏的开发工作模式整体探明+开发技术突破+步进式实施。一旦开发技术取得突破，具备了效益开发的基本条件，每口井的投入基本是确定的，这时经营者所面临的决策是如何步进与实施问题。更具体地说，就是如何分配每一口井的控制面积，以便平均单位面积上的储量得到最大程度上的利用、获得最大效益的问题。

因此，为了解决上述现有技术的诸多不足和缺陷，有必要研究一种低渗致密砂岩气藏开采方法。

发明内容

考虑到至少一个上述问题而完成了本发明，本发明通过气井控制面积与单井累积产气量的对应关系曲线，结合经济模型，获得单井控制面积与生产收益关系曲线，从而获得低渗致密砂岩气藏开采方法。

具体地，根据本发明一方面，提供了一种低渗致密砂岩气藏开采方法，其特征在于包括以下步骤：

A)通过修正储量丰度确定富集区；

B)利用试井、产能测试获取地层裂缝动态参数，包括裂缝条数n_f、裂缝长度L_f、裂缝导流能力F_c、地层内区渗透率K_m1和地层外区渗透率K_m2；

利用测井解释、静压测试获得地层静态参数，包括原始地层压力P_i、地层孔隙度水平井长度D_f，以及井控面积宽度x_e和长度y_e；

利用高压物性及等温吸附实验获得气体PVT参数以及郎格缪尔等温吸附特征参数V_L和P_L；

C)固定控制面积的长度y_e，通过改变宽度x_e来改变控制面积值，结合步骤A)测定的参数通过单井产气量模型，确定不同单井控制面积下累积产气量与生产时间的对应关系，获得单井控制面积-累积产气量关系曲线；

D)通过经济模型获得不同单井控制面积下净现值NPV与生产时间的对应关系，其中

其中，G_p，j为第j年的年产量，i_r为年利率，j为第j年，n为生产周期，FC为固定总投资，C_well为单井钻井成本，C_fracture为单簇主缝压裂成本，n_f为裂缝条数；

E)进一步获得单井控制面积与净现值NPV关系曲线，以及单井控制面积与平均单位面积效益NPVa关系曲线；

NPVa＝NPV/S

确定单井控制面积与增量效益D关系曲线，

D＝dNPV/dS

确定最佳效益点S2，使满足

dNPV/dS|_s＝s2＝NPV/S|_s＝s2或NPV/S|_s＝s2＝Max

当S＝S2时，单井控制面积所获效益最大，即NPVa＝K；

F)测定富集区的工区面积A，设定单井控制面积为S2，设定N＝INT(A/S2)，在工区面积A内均匀设置N口井且单井控制面积为S2，进行低渗致密砂岩气藏开采，对工区面积A内的剩余面积S_余留作日后开采，S_余≥0。

根据本发明另一方面，A)通过修正储量丰度确定富集区具体包括；

测定各层系的储量丰度F，得到第i层的储量丰度Fi，

式中：F为气藏储量丰度，10⁸m³/km²；h为气层厚度，m；Ф为气层孔隙度，％；Sgi为原始含气饱和度，％；Psc为地面标准压力，MPa；Tsc为地面标准温度，K；Pi为气藏原始地层压力，MPa；T为平均气层温度，K；Zi为原始气体偏差系数；

根据现场气井分层生产测试资料，测定不同层系的产气能力，即各层系单位厚度气层的日产气量；

在纵向多层系中选择其中产气能力最大的层系作为基准层系，基准层系的产气能力即为1，其余层系均与其进行对比，通过相除的方式完成气层厚度的标准化处理；

根据层间差异造成的生产动态差异，得到各层系的相对产气能力值Q_i′，对储量丰度进行修正，得到修正模型：

式中：F_i分别为第i层的储量丰度，10⁸m³/km²；F_XZ为修正后的包含所有纵向层系的总储量丰度，10⁸m³/km²；Q_i′为第i层的相对产气能力值，在此称为修正系数，10⁴m³/d/m；

确定修正储量丰度F_XZ大于参考值的区块为富集区。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明通过经济模型获得不同单井控制面积下净现值NPV与生产时间的对应关系，进而获得单井控制面积与净现值NPV关系曲线，以及单井控制面积与平均单位面积效益NPVa关系曲线，确定出最佳效益点S2即最佳单井控制面积，从而为低渗致密砂岩气藏开采提供依据。

附图说明

图1是根据本发明一种优选实施例的最佳单井控制面积确定流程图。

图2是根据本发明一种优选实施例的单井控制面积下的分段压裂水平井生产动态物理模型。

图3是根据本发明一种优选实施例的不同单井控制面积下的累积产量-时间对应关系图。

图4是根据本发明一种优选实施例的不同生产时间下单井控制面积与累积产量对应关系图。

图5是根据本发明一种优选实施例的不同压裂长度对应的单段裂缝综合成本。

图6是根据本发明一种优选实施例的不同单井控制面积下的净现值-时间对应关系图。

图7是根据本发明一种优选实施例的不同生产时间下单井控制面积与净现值对应关系图。

图8是根据本发明一种优选实施例的单井控制面积与生产效益关系曲线图。

图9是根据本发明一种优选实施例的确定单井最佳控制面积的分析图。

图10是根据本发明一种优选实施例的井距与单井控制面积、井网密度转换表示例。

图11是根据本发明一种优选实施例的典型井基础参数数据表示例。

图12是根据本发明一种优选实施例的机会成本的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过优选实施例来描述本发明的最佳实施方式，这里的具体实施方式在于详细地说明本发明，而不应理解为对本发明的限制，在不脱离本发明的精神和实质范围的情况下，可以做出各种变形和修改，这些都应包含在本发明的保护范围之内。

实施例1

参见附图1-12，优选地，本发明提供了一种提供了一种低渗致密砂岩气藏开采方法，其特征在于包括以下步骤：

A)通过修正储量丰度确定富集区；

B)利用试井、产能测试获取地层裂缝动态参数，包括裂缝条数n_f、裂缝长度L_f、裂缝导流能力F_c、地层内区渗透率K_m1和地层外区渗透率K_m2；

利用测井解释、静压测试获得地层静态参数，包括原始地层压力P_i、地层孔隙度水平井长度D_f，以及井控面积宽度x_e和长度y_e；

利用高压物性及等温吸附实验获得气体PVT参数以及郎格缪尔等温吸附特征参数V_L和P_L；

C)固定控制面积的长度y_e，通过改变宽度x_e来改变控制面积值，结合步骤A)测定的参数通过单井产气量模型，确定不同单井控制面积下累积产气量与生产时间的对应关系，获得单井控制面积-累积产气量关系曲线；

D)通过经济模型获得不同单井控制面积下净现值NPV与生产时间的对应关系，其中

其中，G_p，j为第j年的年产量，i_r为年利率，j为第j年，n为生产周期，FC为固定总投资，C_well为单井钻井成本，C_fracture为单簇主缝压裂成本，n_f为裂缝条数；

E)进一步获得单井控制面积与净现值NPV关系曲线，以及单井控制面积与平均单位面积效益NPVa关系曲线；

NPVa＝NPV/S

确定单井控制面积与增量效益D关系曲线，

D＝dNPV/dS

确定最佳效益点S2，使满足

dNPV/dS|_s＝s2＝NPV/S|_s＝s2或NPV/S|_s＝s2＝Max

当S＝S2时，单井控制面积所获效益最大，即NPVa＝K；

F)测定富集区的工区面积A，设定单井控制面积为S2，设定N＝INT(A/S2)，在工区面积A内均匀设置N口井且单井控制面积为S2，进行低渗致密砂岩气藏开采，对工区面积A内的剩余面积S_余留作日后开采，S_余≥0。

优选地，A)通过修正储量丰度确定富集区具体包括；

测定各层系的储量丰度F，得到第i层的储量丰度Fi，

式中：F为气藏储量丰度，10⁸m³/km²；h为气层厚度，m；Ф为气层孔隙度，％；Sgi为原始含气饱和度，％；Psc为地面标准压力，MPa；Tsc为地面标准温度，K；Pi为气藏原始地层压力，MPa；T为平均气层温度，K；Zi为原始气体偏差系数；

根据现场气井分层生产测试资料，测定不同层系的产气能力，即各层系单位厚度气层的日产气量；

在纵向多层系中选择其中产气能力最大的层系作为基准层系，基准层系的产气能力即为1，其余层系均与其进行对比，通过相除的方式完成气层厚度的标准化处理；

根据层间差异造成的生产动态差异，得到各层系的相对产气能力值Q_i′，对储量丰度进行修正，得到修正模型：

式中：F_i分别为第i层的储量丰度，10⁸m³/km²；F_XZ为修正后的包含所有纵向层系的总储量丰度，10⁸m³/km²；Q_i′为第i层的相对产气能力值，在此称为修正系数，10⁴m³/d/m；

确定修正储量丰度F_XZ大于参考值的区块为富集区。

优选地，储量丰度F公式中，以鄂尔多斯盆地神木气田为例，产层为盒8段、山1段、山2段、太原组等4个产气层段，通过测定，该地区中，Psc为地面标准压力，MPa，取值0.101MPa；Tsc为地面标准温度，开氏度k，取值293.15K；Pi为气藏原始地层压力，Mpa，取值29Mpa；T为平均气层温度K，取值380k；Zi为原始气体偏差系数，无因次，取值0.96。优选地，其它参量通过测井获得，因每口井而异。

优选地，所述富集区的确定方法包括以下步骤：

1.储量丰度测定：

式中：F为气藏储量丰度，10⁸m³/km²；h为气层厚度，m；Ф为气层孔隙度，％；Sgi为原始含气饱和度，％；Psc为地面标准压力，MPa；Tsc为地面标准温度，K；Pi为气藏原始地层压力，MPa；T为平均气层温度，K；Zi为原始气体偏差系数，无因次。

2.确定不同层系产气能力：根据现场气井分层生产测试资料，确定不同层系的产气能力，即各层系单位厚度气层的日产气量，或称为产层米采气指数。在此，以鄂尔多斯神木气田为例，共分为7各层系，分别为：H1，H4，H6，H8，S1，S2，T。对应的产气能力分别为：Q1，Q2，Q3，Q4，Q5，Q6，Q7(单位为10⁴m³/d/m)。

3.建立各层系间定量关系：在纵向多层系中选择其中产气能力最大的层系作为基准层系，例如选择S2，基准层系的产气能力即为1，其余层系均与其进行对比，通过相除的方式完成气层厚度的标准化处理，得到各层系的相对于S2层的产气能力分别为：Q1’＝Q1/Q6，Q2’＝Q2/Q6，Q3’＝Q3/Q6，Q4’＝Q4/Q6，Q5’＝Q5/Q6，Q6’＝Q6/Q6(即为1)，Q7’＝Q7/Q6，(单位为10⁴m³/d/m)。

4.建立多层系储量丰度修正模型：根据充分考虑层间差异造成的生产动态差异，所得到的各层系的相对产气能力值，即Q1’，Q2’，Q3’，Q4’，Q5’，Q6’(＝1)，Q7’，对储量丰度进行修正，得到修正模型(公式)：

F_XZ＝Q1′×F_H1+Q2′×F_H4+Q3′×F_H6+Q4′×F_H8+Q5′×F_S1+Q6′×F_S2+Q7′×F_T

式中：F_H1、F_H4、F_H6、F_H8、F_S1、F_S1、F_T分别为H1，H4，H6，H8，S1，S2，T层的储量丰度，10⁸m³/km²；F_XZ为修正后的包含所有纵向层系的总储量丰度，10⁸m³/km²；Q1’，Q2’，Q3’，Q4’，Q5’，Q6’(＝1)，Q7’为相对产气能力值，在此称为修正系数，10⁴m³/d/m。

5.根据修正储量丰度F_XZ确定富集区。

优选地，设定N＝INT(A/S2)具体为，对(A/S2)取整，例如A＝100，S2＝0.45，(A/S2)＝222.22，则N＝INT(A/S2)＝222。也就是说，在100平方米的工区范围内，均匀设置222口单井控制面积为0.45平方米的气井，S_余＝0.1平方米，则对剩下的0.1平方面积留用。

优选地，单井产气量模型具体为：按照图2所示物理模型，构建全生命周期气井生产动态数学模型，将步骤A)测定的参数/基础参数代入数学模型f( )中，可以获得气井累积产量G与时间t的对应关系。

G_p(t)＝f(K_m1，K_m2，L_f，F_c，n_f；x_e，y_e；φ_m，P_i；PVT参数；V_L，P_L)

有利地，本发明通过经济模型获得不同单井控制面积下净现值NPV与生产时间的对应关系，进而获得单井控制面积与净现值NPV关系曲线，以及单井控制面积与平均单位面积效益NPVa关系曲线，确定出最佳效益点S2即最佳单井控制面积，从而为低渗致密砂岩气藏开采提供依据。

实施例2

参见图1-12，优选地，本发明提供了一种低渗致密砂岩气藏开采方法，以中国四川盆地产区某口典型开发井为例说明实施过程。具体地，该方法包括以下步骤：

在步骤A)中，通过修正储量丰度确定富集区；利用矿场测试和实验测试，获得该井相应的静态地质参数，利用压裂施工和动态监测，获得该井相应的动态工程参数，具体包括：

A1)利用试井、产能测试获取动态数据，通过分析获得相关的地层、裂缝动态参数，包括裂缝条数n_f、裂缝长度L_f、裂缝导流能力F_c、地层内区渗透率K_m1和地层外区渗透率K_m2；

A2)利用测井解释、静压测试，通过分析获得地层静态参数，包括原始地层压力P_i、地层孔隙度水平井长度D_f，以及井控面积的宽度x_e和长度y_e。

A3)利用高压物性及等温吸附实验获得气体PVT参数、郎格缪尔等温吸附特征参数V_L和P_L。

以上动静态数据总结在图11中。

在步骤B)中，固定控制面积长度，通过改变控制面积宽度x_e来改变控制面积值。优选地，这里裂缝长度和面积宽度之间比值设定为常数I_x＝L_f/x_e。本实施例中设定控制面积x_e＝100～450m，相应的裂缝长度L_f＝80～360m，结合步骤A)提供的基础参数代入单井产气量模型进行计算。图3反映了不同单井控制面积下累积产量与生产时间的对应关系，单井控制面积越大，累积产量越高。图4反映了不同生产时间下单井控制面积与累积产量的对应关系，生产周期越长，单井控制面积对累积产量影响越显著。

在步骤C)中，引入经济模型，其中净现值公式如：

这里，G_p，j为第j年的年产量，i_r为年利率，j为第j年，n为生产周期，FC为固定总投资(设备成本等)，C_well为单井钻井成本，C_fracture为单簇(主缝)压裂成本，n_f为裂缝条数。

在步骤C1)中，单井综合成本(除压裂外)为4000万元，年利率为10％，气价为1.2元/m³，周期为20年。不同压裂长度成本呈指数式增加，如图5。

在步骤C2)中，根据步骤B)中提供的单井累积产量曲线结合公式(1)获得单井净现值。图6显示了不同单井控制面积下净现值与生产时间的对应关系，对于生产时间较短、单井控制面积较小情况下，单井净现值会出现负值。图7显示了不同周期下单井控制面积与单井净现值关系。

在步骤D)中，确定最佳单井控制面积。

在步骤D1)中，获得单井控制面积与生产效益关系曲线(图8中曲线1)。

在步骤D2)中，确定单井控制面积与平均单位面积效益(NPVa)关系曲线，即规模效应(图8中曲线2)。

NPVa＝NPV/S (2)

在步骤D3)中，确定单井控制面积与增量效益(D)关系曲线，即边际效应(图8中曲线3)。

D＝dNPV/dS (3)

在步骤D4)中，确定盈亏平衡点S1(图9)，是满足

NPV|_s＝s1＝0或NPVa|_s＝s1＝0 (4)

这是单井控制面积最低极限，低于此值时单井生产收益将不抵投入。

在步骤D5)中，确定最佳效益点S2(图9)，使满足

dNPV/dS|_s＝s2＝NPV/S|_s＝s2或NPV/S|_s＝s2＝Max (5)

将S2确定为最佳单井控制面积。

E)设定单井控制面积为S2，进行低渗致密砂岩气藏开采。

优选地，当S＝S2时，单井控制面积所获效益最大，即NPVa＝K。

实施例3

优选地，本发明提供了一种低渗致密砂岩气藏开采方法，该方法包括以下步骤：

步骤A)，通过修正储量丰度确定富集区；根据图2中的物理模型，使用分段压裂水平井开采低渗致密砂岩气藏，气体从地层流入裂缝、从裂缝流入水平井筒。使用全生命周期动态模拟方法计算单井产气量、累积产量与时间的对应关系。

步骤B)，本发明通过井控面积宽度xe来改变单井控制面积，明确不同单井控制面积与单井累积产气量的对应关系。井控面积宽度(即对应井距)与单井控制面积、井网密度转换关系总结在图10中。

步骤C)，单井累积产量曲线结合净现值NPV模型，获得不同单井控制面积与生产效益关系的对应关系曲线。净现值模型中不同单井控制面积对应的压裂成本不同。

步骤D)，根据生产效益关系曲线，使用图解法获得最佳单井控制面积和域相应的最优技术参数。

综上所述，本发明的有益效果在于：

本发明通过经济模型获得不同单井控制面积下净现值NPV与生产时间的对应关系，进而获得单井控制面积与净现值NPV关系曲线，以及单井控制面积与平均单位面积效益NPVa关系曲线，确定出最佳效益点S2即最佳单井控制面积，从而为低渗致密砂岩气藏开采提供依据。

本发明不限于上述具体实施例。可以理解的是，在不脱离本发明的精神和实质范围的情况下，可以做出各种变形和修改，这些都应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种低渗致密砂岩气藏开采方法，其特征在于包括以下步骤：

A)通过修正储量丰度确定富集区；

B)利用试井、产能测试获取地层裂缝动态参数，包括裂缝条数n_f、裂缝长度L_f、裂缝导流能力F_c、地层内区渗透率K_m1和地层外区渗透率K_m2；

利用测井解释、静压测试获得地层静态参数，包括原始地层压力P_i、地层孔隙度水平井长度D_f，以及井控面积宽度x_e和长度y_e；

利用高压物性及等温吸附实验获得气体PVT参数以及郎格缪尔等温吸附特征参数V_L和P_L；

C)固定控制面积的长度y_e，通过改变宽度x_e来改变控制面积值，结合步骤A)测定的参数通过单井产气量模型，确定不同单井控制面积下累积产气量与生产时间的对应关系，获得单井控制面积-累积产气量关系曲线；

D)通过经济模型获得不同单井控制面积下净现值NPV与生产时间的对应关系，其中

其中，G_p，j为第j年的年产量，i_r为年利率，j为第j年，n为生产周期，FC为固定总投资，C_well为单井钻井成本，C_fracture为单簇主缝压裂成本，n_f为裂缝条数；

E)进一步获得单井控制面积与净现值NPV关系曲线，以及单井控制面积与平均单位面积效益NPVa关系曲线；

NPVa＝NPV/S

确定单井控制面积与增量效益D关系曲线，

D＝dNPV/dS

确定最佳效益点S2，使满足

dNPV/dS|_s＝s2＝NPV/S|_s＝s2或NPV/S|_s＝s2＝Max

当S＝S2时，单井控制面积所获效益最大，即NPVa＝K；

F)测定富集区的工区面积A，设定单井控制面积为S2，设定N＝INT(A/S2)，在工区面积A内均匀设置N口井且单井控制面积为S2，进行低渗致密砂岩气藏开采，对工区面积A内的剩余面积S_余留作日后开采，S_余≥0。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：A)通过修正储量丰度确定富集区具体包括；

测定各层系的储量丰度F，得到第i层的储量丰度Fi，

式中：F为气藏储量丰度，10⁸m³/km²；h为气层厚度，m；Φ为气层孔隙度，％；Sgi为原始含气饱和度，％；Psc为地面标准压力，MPa；Tsc为地面标准温度，K；Pi为气藏原始地层压力，MPa；T为平均气层温度，K；Zi为原始气体偏差系数；

根据现场气井分层生产测试资料，测定不同层系的产气能力，即各层系单位厚度气层的日产气量；

在纵向多层系中选择其中产气能力最大的层系作为基准层系，基准层系的产气能力即为1，其余层系均与其进行对比，通过相除的方式完成气层厚度的标准化处理；

根据层间差异造成的生产动态差异，得到各层系的相对产气能力值Qi′，对储量丰度进行修正，得到修正模型：

式中：F_i分别为第i层的储量丰度，10⁸m³/km²；F_XZ为修正后的包含所有纵向层系的总储量丰度，10⁸m³/km²；Q_i′为第i层的相对产气能力值，在此称为修正系数，10⁴m³/d/m；

确定修正储量丰度F_XZ大于参考值的区块为富集区。