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页岩气产量递减典型曲线中关键参数的确定方法

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页岩 产量 递减 典型 曲线 关键 参数 确定 方法
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收稿日期: 20120904;改回日期: 20121102 基金项目: 中海油总公司综合科研 项目 “ 国内外页岩油气资源评价与开发关键技术前期调研研究 ” ( 作者简介: 白玉湖( 1976-),男, 高级工程师, 1999 年毕业于 中国石油大学(华东)石油工程 专业 , 2006 年毕业于中国科学院力学研究所, 获博士学位, 现 主要从事页岩气、天然气水合物等非常规油气开发 、 渗流力学方面的研究工作。 页岩气产量递减典型曲线中 关键参数的确定方法 白玉湖 1, 杨 皓 2, 陈桂华 1, 冯汝勇 1, 丁芊芊 1 ( 京 100027; 京 100070) 摘要 : 为 减小 页岩气产量递减预测 的 不确定性 , 分析了典型曲线 应用 中一些重要参数的确定方法 。 研究 表明 : 在对典型曲线进行预测时,建议采用日生产历史数据为基础 ; 求取初始月产量时,以初期产气量中最大值为基点,依次选取比其略小的 29 个点,然后对该 30 个值进行求和作为初始月产量 ; 对于有关井 状态的井,应 忽略 关井时间段, 将 再次开井的时间点前移 至关井时间点,以此确定的典型曲线无需再考虑 生产 时率的影响。 关键词 : 页岩气 ; 典型曲线 ; 初始产量 ; 累计产量 ; 时率 中图分类号: 文献标识码: A 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 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 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 公式 如下 : 1/i (1 ) nq q D n t     ( 1) 式中 : q 为 产量 , 3m/d ; 初始产量, 3m/d ; D 为递减率 ; n 为递减指 数 ; t 为 生产时网络出版时间:20120:56网络出版地址:, d 。 页岩气 最终可采储量 可通过对式( 1)积分求得 [11]: 1/1 [1 (1 ) ]1 qN n D    ( 2) 式中: 可采储量, 3m 。 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 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 01n。 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 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 。0200004000060000800001000001200001400001600000 100 200 300 400 500 600 700 800井 1 日生产数据以日生产数据拟合t ( d )q(m3/d)05000001000000150000020000002500000300000035000000 5 10 15 20 25 30井 1 月生产数据以月生产数据拟合t ( d )q(m3/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 1a 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, 1a 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,建议图 1 以日产数据为基础得到的典型曲线 图 2 以月产量数据为基础得到的典型曲线 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 参数 以日为单位拟合 转换为 以 月为单位 以月为单位拟合 0422.3 n 对误差 /% 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 1a 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 , 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。 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。 0501001502002503003504000200004000060000800001000001200001400001600000 20 40 60 80 100日产气量 日产水量t ( d )q(m3/d)qw(m3/d)0200004000060000800001000001200001400001600000 100 200 300 400 500 600 700 800井 1 日生产数据方法 1 得到的典型曲线方法 2 得到的典型曲线方法 3 得到的典型曲线t ( d )q(m3/d) 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 参数 方法 1 方法 2 方法 3 104m3/d) 2.4 n 对误差 /% 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~ 276d 时,由于某种原因而关井停产,在 277d 时开井生产,产量有了大幅度窜升,从关井前的 43693m3/d 窜升 至 92455m3/d。 在 597~ 614d 时 ,该井出现关停,开井 后 产量从关井前的 45647m3/d 窜升至 56945m3/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。 图 5 给出 2 种方法处理后的生产动态曲线 。 可见,经方法 1 处理的动态曲线递减要快于方法 2。对形成的 2 条动态曲线进行典型曲线预测 ( 图 6) ,所得到的相应典型曲线参数及相关数据如表 3 所示。可见,方法 2 中的递减指数要高于方法 1,而递减率要低于方法 1。 0200004000060000800001000001200001400001600000 100 200 300 400 500 600 700 800 900井 1 日生产数据(包含产量为零的点)井 1 日生产数据(扣除产量为零的点)t ( d )q(d)0200004000060000800001000001200001400001600000 100 200 300 400 500 600 700 800 900方法 1 方法 2t ( d )q(d)表 3 2 种方法所得到的典型曲线及其相关参数对比 参数 方法 1 方法 2 104m3/d) 3.0 n 对误差 /% 数 /d 734 805 累计产量 /104 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 图 5 原始生产动态曲线和扣除产量为零点的动态曲线对比 图 6 2 种方法获得的典型曲线对比 生产时率 /% 照方法 2, 将 典型曲线所预测的累计产量 与 实际累计产量 对比, 相对误差为 方法 1 的相对误差为 因此,在 页岩气产量递减典型曲线分析时, 宜 采用方法 1。 5 结论 及建议 ( 1) 在 对 页岩 气 井进行产量递减 预测时,采用日生产历史数据 具有更高的准确度 。 ( 2) 确定页岩 气初始月产量时,应对 初期产气量 的最大 30 个值进行求和作为初始月产量 ,以此得到的典型曲线精度较高。 ( 3) 对于有关井 状态的井,应 忽略关井时间段,将再次开井的时间点前移至关井时间点,以此确定的典型曲线无需再考虑生产时率的影响 。 参考文献 : [1] 江怀友,宋新民,安晓璇,等 J]2008, 27( 6) : 10[2] 许长春 J]2012, 19( 1): 9[3] 黄玉珍,黄金亮,葛春梅,等 美国页岩气快速发展的关键 [J]2009, 29( 5) : 7 [4] 李新景,胡素云,程克明 J] 2007,34( 4) : 392[5] 张金川,边瑞康,荆铁亚,等 J]2011, 30( 2/3) :318[6] 张大伟 国 页岩气资源调查和勘探开发战略构想 [J]2010,319, ( 2) : 135[7] 王冕冕,郭肖,曹鹏,等 技术展望 [J]010, 17( 6): 12[8] , , ]2010: 1[11] , of ]2010: 1[12] M, , ]2010: 1[13] 张志敏,王俊魁 J]2007,26( 3): 87编辑 姜 岭
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