超深裂缝性致密砂岩气藏气井产能的新评价方法——以塔里木盆地库车坳陷超深裂缝性气藏为例

《Journal of Natural Gas Geoscience》：The new evaluation method of gas well productivity in ultra-deep fractured tight sandstone gas reservoirs: Case study of the ultra-deep fractured gas reservoir in the Kuqa Depression, Tarim Basin, China

　　

塔里木盆地库车坳陷的超深裂缝性气藏通常具有埋藏深、地层压力高、基质渗透率致密和多尺度裂缝系统发育的特征。因此，气井产能在不同区块和单井之间差异显著。特别地，部分井的日产气量超过10×10⁶ m³/d，是邻井的3–5倍。现有研究对超深裂缝性气藏产能计算模型的探索有限，亟需系统研究影响气井产能的因素并建立有效的产能评价方法。基于对地质、钻完井等因素相关性的分析，研究人员建立了一个包含非达西渗流（non-Darcy flow）、应力敏感性（stress sensitivity）和物质平衡效应（material balance effect）的产能预测模型。结果表明：（1）影响气井产能的因素包括致密储层基质、裂缝发育的地质特征、钻井污染、完井污染、井型、射孔与裂缝匹配程度、大压差下的生产井清理以及井筒压力损失。（2）通过回归分析构建了与气井产能参数密切相关的裂缝表征参数，包括裂缝离散系数（fracture dispersion coefficient）、裂缝线密度（fracture linear density）和返排率（flowback rate）等。（3）裂缝系统对基质系统的贡献比与储层渗透率范围呈对数关系。（4）形成了完整的产能评价流程，所提模型计算的A-1井产能与测试结果误差小于2%。

**论文解读：超深裂缝性致密砂岩气藏气井产能新评价方法研究**

**研究背景与问题**
超深层油气藏已成为国内天然气产量增长的重要来源。塔里木盆地库车坳陷的超深裂缝性致密砂岩气藏（如克深2、克深8、博孜1等）累计探明储量超过1000×10⁹ m³，普遍埋深大于6000 m、地层压力高于85 MPa、基质渗透率低于0.1×10^-3 μm²，并发育多尺度裂缝系统。然而，这些气藏的产能在不同区块和单井间差异巨大：克深2气藏初始无阻流量范围为100×10³–3.98×10⁶ m³/d，而克深8气藏平均为3.87×10⁶ m³/d；2020年博孜地区单井无阻流量测试达10×10⁶ m³/d，与邻井差异显著。现有产能计算模型多基于等效连续介质理论，无法充分捕捉裂缝发育及裂缝控制气体流动对产能的影响。因此，系统研究影响产能的因素并建立适用的多因素产能评价模型，对于改善气井产能和开发效果具有重要意义。该论文发表于《Journal of Natural Gas Geoscience》。

**关键技术方法**
研究人员以库车坳陷超深裂缝性致密砂岩气藏为对象，主要采用了以下关键技术方法：（1）地质特征分析：基于岩心测试、成像测井（FMI）解释、铸体薄片、CT扫描等数据，分析基质物性和裂缝发育特征；（2）回归分析：构建裂缝表征参数（裂缝线密度、走向离散系数、倾角离散系数、返排率）与气井产能的关系；（3）产能评价模型建立：考虑高速非达西渗流（Forchheimer方程）、应力敏感性和物质平衡，采用“分区+通道划分”思路，区分近井区（基质系统和裂缝系统）和远井区，建立“体积-面-点”裂缝储层模型，并引入产能释放率和等效渗透率参数；（4）模型求解与验证：通过迭代计算获取多因素产能评价模型，并与实测产能数据进行对比。

**研究结果**

**3.1 地质因素**
地质特征（致密基质与发育裂缝）是控制气井产能的关键内在因素。通过分析典型超深气藏FMI裂缝参数与初始产能的关系，发现裂缝走向和倾角一致性越高、线密度越大，气井产能和返排率就越高。进一步定义了裂缝表征参数γ（γ=裂缝线密度×返排率/(走向离散系数×倾角离散系数)），γ与初始产能呈近似正线性关系，可用于预测新钻井产能。

**3.2 钻完井因素**
钻井污染、完井污染、井型及射孔-裂缝匹配度通过改变近井压降影响产能。利用均匀裂缝模型分析垂直井与斜井的裂缝截获特征发现：大角度斜井截获更多裂缝并钻遇更大有效厚度；井延伸方向与裂缝走向夹角越大，截获裂缝越多；井斜角与裂缝截获规模呈近似指数关系。理想裸眼完井条件下，裂缝规模和渗透率越大，近井压降越低，产能越高。

**3.3 生产系统因素**
大压差下的井筒清理和井筒压降是可控的操作因素。裸眼完井初期采用大压差生产有利于清理污染，高速气流可移除大量钻井液和完井液，改善近井裂缝与井筒的沟通。井筒压降受生产管柱、流体性质等因素影响，直接制约产能。例如博孜地区一口大斜度裸眼井通过井筒环空生产，无阻流量超过10×10⁶ m³/d，说明设计优化至关重要。

**4.1 产能评价模型**
考虑高速非达西流、应力敏感性和物质平衡，建立了多区双介质产能评价模型。模型假设：满足Forchheimer方程；远井区裂缝连通好；采用平均流体性质；忽略近井区基质储集。引入产能释放率（实际产能与理想裸眼井产能之比）和等效渗透率（裂缝条件下的综合渗透率），并分别建立近井区基质系统、裂缝系统及远井区的物质平衡方程。联合应力敏感性关系（渗透率与有效上覆压力呈幂律关系）进行迭代求解，形成完整计算流程。

**4.2 产能变化规律**
基于库车超深气藏参数（基质渗透率0.01×10^-3 μm²、裂缝渗透率5000×10^-3 μm²等）的模拟结果表明：基质系统产能贡献仅约1%，理想条件产能是实际条件的10倍；无阻流量随生产逐渐下降，下降率受基质和裂缝应力敏感性控制。裂缝与基质渗透率比值增大时，产能释放率降低，裂缝系统产能贡献比例增加，二者关系呈对数函数。裂缝线密度和完井连通裂缝比例增大时，产能释放率提升，且完井连通裂缝比例的影响更大。

**4.3 模型应用**
将模型应用于库车山前3口超深裂缝气井（A-1、A-2、A-3），与常规二项式产能方程和实测数据对比，误差分别为1.5%、1.8%和1.7%，总体在2%以内，验证了模型精度。

**总结讨论与结论**
论文总结了超深裂缝性致密砂岩气藏的产能影响因素可分为地质、钻完井和生产工程三类：地质特征是内在因素；钻完井损伤、井型和射孔-裂缝匹配是关键操作因素；大压差清理和井筒压降是人为控制因素。通过嵌入高速非达西流、应力敏感性和物质平衡，成功建立了多区双介质产能评价模型，定量揭示了基质-裂缝渗透率比、裂缝密度和连通性对产能的控制规律。该评价方法可直接应用于塔里木盆地库车山前裂缝性气藏，也可推广至四川盆地及国内类似油气田，为提高气井产能和开发效率提供了坚实的理论基础。