页岩气产量递减典型曲线中关键参数的确定方法

2013-05-16白玉湖陈桂华冯汝勇丁芊芊

特种油气藏 2013年2期

白玉湖，杨皓，陈桂华，冯汝勇，丁芊芊

(1.中海油研究总院，北京 100027;2.新兴重工有限公司，北京 100070)

引言

页岩气是指赋存于泥页岩中，在页岩孔隙和天然裂缝中以游离方式存在、在干酪根和黏土颗粒表面上以吸附状态存在，甚至在干酪根和沥青质中还可能以溶解状态存在的天然气［1－2］。页岩气储量巨大，是一种重要的非常规气资源之一。近些年来，随着勘探开发技术的不断进步，页岩气在北美已经成功实现了商业化开采［3－5］。中国也有着与美国大体相当的页岩气资源量，但中国页岩气勘探开发技术尚处于起步阶段，与美国相差甚远，因此开展页岩气研究对于缓解中国天然气资源短缺具有重要意义［6－7］。

页岩气产量递减预测是页岩气开发方案设计中重要的一环，但由于各种原因(如作业、洗井等)导致了页岩气井生产动态相对复杂多变，这给页岩气产量递减典型曲线的建立带来一定的不确定性。本文以页岩气生产动态数据为基础，分析了日产数据和月产数据对典型曲线的影响、初始月产气量的确定方法、如何处理关井时间段和生产时率的关系等，以期为页岩气产能评价工作提供参考。

1 页岩气产量递减典型曲线

目前，页岩气产量递减典型曲线常借鉴双曲型递减曲线［8－11］，公式如下:

式中:q为产量，m3/d;qi为初始产量，m3/d;D为递减率;n为递减指数;t为生产时间，d。

页岩气最终可采储量可通过对式(1)积分求得［11］:

式中:Np为可采储量，m3。

在产量递减预测中，对产气量生产数据进行拟合，确定递减率D，递减指数n，初始产量qi。但在实际应用过程中，其递减指数常常超过1。对常规油气藏而言，递减指数取值范围为0＜n＜1。因此，笔者认为虽然典型曲线形式上与双曲递减一致，但应称之为广义双曲递减。

2 日产数据和月产数据对典型曲线的影响

在现场生产实践中，页岩油气的生产动态数据有些以日产数据为基础，有些则以月产量数据为基础，对于2种类型的生产动态数据，均可通过拟合获取产量递减典型曲线。理论上，对于1口井而言，在生产动态曲线平滑单调变化的前提下，通过2种生产数据类型得到的典型曲线应该是完全一致的。但实际上，由于页岩油气井生产动态的震荡性，导致了采用这2种类型生产数据所获取的典型曲线会有一定差异。下面针对页岩气井1，分别以日产数据和月产量数据为基础，分析生产动态数据类型对典型曲线的影响。

图1 以日产数据为基础得到的典型曲线

图1给出了页岩气井1的日产气量数据以及与之对应的典型曲线。可见日产气数据震荡性很大，但总体趋势规律性较好，基本上能看出属于单调递减规律。图2给出了页岩气井1月产量数据以及与之对应的典型曲线，可见月产量数据波动性相对较小，但其规律性不是很好，原因是数据点少且分散。选定在最后时间段上典型曲线预测的累计产量和实际累计产量之间的相对误差最小的方法为最优方法。

图2 以月产量数据为基础得到的典型曲线

分别基于日产数据和月产数据得到的典型曲线参数及相对误差如表1所示。可见，以日生产数据为基础拟合所得到的典型曲线具有更高的准确度。相比日产数据而言，以月生产数据进行典型曲线预测的一个较大缺点是需要较长的生产历史，如1 a的生产历史只有12个数据点，但对于典型曲线的预测而言，12个数据显得有些少，但对于日产数据而言，1 a的生产历史则有365个点，趋势能看得更加清楚，因此，在对页岩其典型曲线进行预测时，建议采用日产数据为基础。

表1 基于不同数据类型的典型曲线参数及累计产量的相对误差

3 初始月产量的确定方法

页岩气实际生产中，产量自开始投产就进入了衰减期，第1 a产量即可递减60% ～70%，甚至能够递减到80%，因此初始产量是一个非常重要的参数。目前，如何计算页岩气井初始月产量还没有统一的计算标准。就产能递减典型曲线而言，初始月产量的大小将影响到典型曲线的形态，从而影响到最终可采储量，因此确定初始月产量是一个很重要的工作。但页岩气井的生产动态比较复杂，因为在前期阶段处于洗井、返排阶段，气水同时产出，随后产水量逐渐减少，而产气量逐渐增加(图3，其中qw为产水量)，这与典型曲线的理论模型大不相同。因为在页岩油气产量递减典型曲线中，产气量峰值是在初始阶段，而后产量逐渐单调递减，而且假定条件为单相流动，即只有单相的气体产出，生产条件恒定不变。但在实际生产过程中，因为页岩气井均需大规模的多级分段压裂，在压裂过程中注入地层数万立方米压裂液，因此不可能保证单相气体产出。本文提出3种方法确定页岩气初始月产气量:①方法1，以日产数据为基础，进行产量递减典型曲线预测从而求取初始月产气量;②方法2，以前2个月月产量的大值作为初始月产量，在生产动态数据中，首先扣除产量为0的天数，然后以月为单位，统计前2个月每个月的产量数据，取其中的较大者作为初始月产量;③方法3，以初期产气量中的最大值为基点，依次选取比最大产量值略小的29个点，然后对该30个值进行求和，作为初始月产量。

图3 页岩气井产气、产水动态数据

图4 3种计算初始月产量方法获取的典型曲线对比

采用上述3种方法确定初始月产气量后，对页岩气井1的生产数据进行产量递减典型曲线分析(图4)。3种方法得到的典型曲线参数以及预测累计产量和实际累计产量的相对误差如表2所示。可见，方法1的优点是能够较为准确地计算出初始月产量，其缺点是工作量较大，而且较为繁琐，且该方法计算的初始月产气量较实际偏高。方法2的优点是容易操作，其缺点是确定初始产量至少需要2个月的有效生产历史，而且方法精度较低。方法3操作简单，计算精度也高。因此，推荐方法3作为页岩气初始月产量的确定方法。

表2 3种方法得到的典型曲线参数以及预测累计产量和实际累计产量的相对误差

4 生产时率处理方法

在页岩气井生产过程中，常常由于各种原因(如作业、洗井等)导致了关井一段时间后再开井继续生产，此时生产动态曲线上会出现产量为0的数据点，而动态曲线的形态也会发生变化。如图5中的井1日生产数据(包含产量为0的点)所示，在233～276 d时，由于某种原因而关井停产，在277 d时开井生产，产量有了大幅度窜升，从关井前的43 693 m3/d窜升至92 455 m3/d。在597～614 d时，该井出现关停，开井后产量从关井前的45 647 m3/d窜升至56 945 m3/d。分析其原因，关井过程中页岩地层压力不断恢复，再次开井会导致产量上升。一般而言，关井时间越长，出现的阶梯式产量上升幅度越高。在产量递减典型曲线分析中，关停时间阶段对典型曲线也有较大的影响。在此提出2种解决方法:①方法1，扣除掉产量为0的点，忽略关井时间段，然后将再次开井的时间点前移至关井时间点，从而保证时间点连续;②方法2，不扣除产量为0的点，直接采用动态数据，即产量为0的关井时间段也参与产量递减典型曲线的预测。