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[摘 要]在压裂气井压后试气过程中，选择合理的生产压差进行试气作业可以正确地评价气井的生产能力和较为客观地计算储层的实际储量。文章基于储层物性应力敏感性和水力裂缝导流能力受闭合应力变化的作用和影响，文中提出的研究方法和思路为压裂气井试气选择合理的生产压差提供了理论基础，对提高现场压裂气井试气制度的科学性和合理性具有重要的理论价值和现实意义。
[关键词]压裂气井；试气；压差；优化模型；闭合应力
中图分类号：TG851 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）17-0026-01
引言
我国大多数气藏都属于低渗透率气藏，这类气藏具有低孔、低渗、渗流时存在启动压力、自然产能极低、开发效果不理想和经济效益差等特征，在常规完井后不能产生工业性油气流，只能依靠水力压裂改造来实现经济开采。多年来油田开发试油现场实践表明，合理的试油工作制度可以有效缩短试油周期。在试油过程中，如果选取的试油压差过大，在弱胶结地层中可能会造成井筒附近大量出砂[，影响油气井的正常生产，给试油解释带来误差；而在不易出砂的储层可能会引起微粒运移，从而堵塞孔隙喉道；则在裂缝性储层和压裂井中可能会引起裂缝闭合和支撑剂回流，从而降低油气井的产能，也可能造成凝析气层中凝析油析出而严重影响气相流动。如果选取的试油压差过小，就难以把压裂气井近井地带因钻完井和压裂等施工的侵入液排出，从而影响压裂气井的投产和气井产能，降低开采经济价值。因此，合理试油压差的优选研究是十分迫切和必要。
1 储层动态渗透率计算
氣藏在开采期间，储层岩石的渗透率等物性参数会随着应力条件的变化而变化。气藏储层中岩石所受的应力十分复杂，通常情况下，它同时受到外部应力和内部应力的共同作用。在气藏开采过程中，通常认为油气藏所受的外部应力是一常数，当从气藏岩石的孔隙中采出气体时，地层孔隙流体压力降低，岩石的骨架颗粒和孔隙均被一定程度压缩，从而岩石的渗透率等相关物性参数也随着发生变化，一般情况下，采用有效应力来计算岩石物性参数随应力的变化特性，Terzaghi有效应力计算公式为：
（1）
式中：α为有效应力系数，0< α <1。
在气藏开采过程中，有效应力对储层物性具有重要影响，储层渗透率与有效应力存在着良好的指数关系，可得到相应的渗透率表达式为：
（2）
式中：a，b为常数，可基于室内实验拟合得到。
2 试油过程中的裂缝导流能力变化
试油过程中受储层流体压力降低的影响，水力裂缝受到的有效闭合应力越来越大，支撑裂缝的导流能力不断下降，这时由于随着地层流体压力的降低，有效闭合压力不断增加，支撑剂的受力不断增大，当闭合压力增加一定程度时，支撑剂就会发生破碎，进而发生支撑剂微粒运移而充填或楔入颗粒孔隙，从而引起裂缝渗透率和导流能力的下降。
因此在试油过程中压裂井压后产量计算中应考虑到水力裂缝导流能力的动态变化效应，基于室内长期裂缝导流能力实验数据，可采用以下表达式拟合得到动态渗透率随有效应力关系为：
（3）
式中：frcd为动态裂缝导流能力，D？cm；Pclose为有效闭合应力，MPa；c，d为实验拟合系数。
3 计算结果分析
基于以上建立的数学模型，以大庆油田海拉尔盆地的一口预探井为例，对该井的试气压差进行优选。基于室内评价、压裂施工参数拟合可得到该井的基本参数见表1所示。
基于室内流体流动实验，测得该储层有效应力与渗透率的相关关系如图1所示，可见，随着有效应力的增加，储层岩石的渗透率不断下降，拟合得到储层渗透率与有效应力的关系为：
（4）
采用室内导流能力测试装置，得到裂缝导流能力与闭合应力关系如图2所示，随着有效闭合应力的增加，裂缝导流能力不断降低，拟合得到裂缝导流能力与有效闭合应力的关系为：
（5）
以表1储层基本数据为基础，分别考虑储层物性和裂缝导流能力为静态值或如式（17）和式（18）的动态值，对压裂气井试油过程中井产量随压差的变化进行了数值模拟计算，结果如图3所示（井产量为1天的产量），可见，试气过程中考虑储层和裂缝参数为静态值情况下压裂气井产量与生产压差具有较好的正相关性，随着压差的增大井产量不断增加；而考虑储层和裂缝参数为动态值情况下压裂气井井产量随生产压差增加具有先增加后减小的变化特征；存在一个井产量峰值。该井在实际试气过程中发现，分别采用2mm-8mm油嘴放喷，气井产量并不是一直增加，而是先增加到约15×104m3/d后开始降低，与理论分析的峰值16.4×104m3/d基本接近，相对误差约为9.3%，证实了文中理论分析的可靠性和正确性。理论分析表明该井在试气过程中生产压差在13-14MPa时井产量达到最大，为此建议该井试气采用该压差范围对应的油嘴进行试气测试为最优。
4 结论与认识
（1）文章基于储层物性应力敏感性和水力裂缝导流能力受闭合应力变化的作用和影响，建立了压裂气井试气压差的优化模型，并提出了相应的数值求解方法。文中建立的模型为压裂气井矿场试气选择合理的生产压差提供了理论基础，对提高现场压裂气井试气制度的科学性和合理性具有重要的理论价值和现实意义。
（2）由于试气过程中受储层流体压力降低的影响，压裂气井的储层物性和裂缝参数都会发生改变，考虑储层和裂缝参数为动态值的模拟计算更符合实际试气过程中的井产量变化规律，这时井产量为峰值对应的生产压差范围为矿场试气测试最优值。
参考文献
[1] 王鸿勋.水力压裂原理[M].北京：石油工业出版社，1987.
[2] 米卡尔J.艾克诺米德斯，肯尼斯G.诺尔特著，张保平等译.油藏增产措施（第三版）[M].北京：石油工业出版社，2002.
[关键词]压裂气井；试气；压差；优化模型；闭合应力
中图分类号：TG851 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）17-0026-01
引言
我国大多数气藏都属于低渗透率气藏，这类气藏具有低孔、低渗、渗流时存在启动压力、自然产能极低、开发效果不理想和经济效益差等特征，在常规完井后不能产生工业性油气流，只能依靠水力压裂改造来实现经济开采。多年来油田开发试油现场实践表明，合理的试油工作制度可以有效缩短试油周期。在试油过程中，如果选取的试油压差过大，在弱胶结地层中可能会造成井筒附近大量出砂[，影响油气井的正常生产，给试油解释带来误差；而在不易出砂的储层可能会引起微粒运移，从而堵塞孔隙喉道；则在裂缝性储层和压裂井中可能会引起裂缝闭合和支撑剂回流，从而降低油气井的产能，也可能造成凝析气层中凝析油析出而严重影响气相流动。如果选取的试油压差过小，就难以把压裂气井近井地带因钻完井和压裂等施工的侵入液排出，从而影响压裂气井的投产和气井产能，降低开采经济价值。因此，合理试油压差的优选研究是十分迫切和必要。
1 储层动态渗透率计算
氣藏在开采期间，储层岩石的渗透率等物性参数会随着应力条件的变化而变化。气藏储层中岩石所受的应力十分复杂，通常情况下，它同时受到外部应力和内部应力的共同作用。在气藏开采过程中，通常认为油气藏所受的外部应力是一常数，当从气藏岩石的孔隙中采出气体时，地层孔隙流体压力降低，岩石的骨架颗粒和孔隙均被一定程度压缩，从而岩石的渗透率等相关物性参数也随着发生变化，一般情况下，采用有效应力来计算岩石物性参数随应力的变化特性，Terzaghi有效应力计算公式为：
（1）
式中：α为有效应力系数，0< α <1。
在气藏开采过程中，有效应力对储层物性具有重要影响，储层渗透率与有效应力存在着良好的指数关系，可得到相应的渗透率表达式为：
（2）
式中：a，b为常数，可基于室内实验拟合得到。
2 试油过程中的裂缝导流能力变化
试油过程中受储层流体压力降低的影响，水力裂缝受到的有效闭合应力越来越大，支撑裂缝的导流能力不断下降，这时由于随着地层流体压力的降低，有效闭合压力不断增加，支撑剂的受力不断增大，当闭合压力增加一定程度时，支撑剂就会发生破碎，进而发生支撑剂微粒运移而充填或楔入颗粒孔隙，从而引起裂缝渗透率和导流能力的下降。
因此在试油过程中压裂井压后产量计算中应考虑到水力裂缝导流能力的动态变化效应，基于室内长期裂缝导流能力实验数据，可采用以下表达式拟合得到动态渗透率随有效应力关系为：
（3）
式中：frcd为动态裂缝导流能力，D？cm；Pclose为有效闭合应力，MPa；c，d为实验拟合系数。
3 计算结果分析
基于以上建立的数学模型，以大庆油田海拉尔盆地的一口预探井为例，对该井的试气压差进行优选。基于室内评价、压裂施工参数拟合可得到该井的基本参数见表1所示。
基于室内流体流动实验，测得该储层有效应力与渗透率的相关关系如图1所示，可见，随着有效应力的增加，储层岩石的渗透率不断下降，拟合得到储层渗透率与有效应力的关系为：
（4）
采用室内导流能力测试装置，得到裂缝导流能力与闭合应力关系如图2所示，随着有效闭合应力的增加，裂缝导流能力不断降低，拟合得到裂缝导流能力与有效闭合应力的关系为：
（5）
以表1储层基本数据为基础，分别考虑储层物性和裂缝导流能力为静态值或如式（17）和式（18）的动态值，对压裂气井试油过程中井产量随压差的变化进行了数值模拟计算，结果如图3所示（井产量为1天的产量），可见，试气过程中考虑储层和裂缝参数为静态值情况下压裂气井产量与生产压差具有较好的正相关性，随着压差的增大井产量不断增加；而考虑储层和裂缝参数为动态值情况下压裂气井井产量随生产压差增加具有先增加后减小的变化特征；存在一个井产量峰值。该井在实际试气过程中发现，分别采用2mm-8mm油嘴放喷，气井产量并不是一直增加，而是先增加到约15×104m3/d后开始降低，与理论分析的峰值16.4×104m3/d基本接近，相对误差约为9.3%，证实了文中理论分析的可靠性和正确性。理论分析表明该井在试气过程中生产压差在13-14MPa时井产量达到最大，为此建议该井试气采用该压差范围对应的油嘴进行试气测试为最优。
4 结论与认识
（1）文章基于储层物性应力敏感性和水力裂缝导流能力受闭合应力变化的作用和影响，建立了压裂气井试气压差的优化模型，并提出了相应的数值求解方法。文中建立的模型为压裂气井矿场试气选择合理的生产压差提供了理论基础，对提高现场压裂气井试气制度的科学性和合理性具有重要的理论价值和现实意义。
（2）由于试气过程中受储层流体压力降低的影响，压裂气井的储层物性和裂缝参数都会发生改变，考虑储层和裂缝参数为动态值的模拟计算更符合实际试气过程中的井产量变化规律，这时井产量为峰值对应的生产压差范围为矿场试气测试最优值。
参考文献
[1] 王鸿勋.水力压裂原理[M].北京：石油工业出版社，1987.
[2] 米卡尔J.艾克诺米德斯，肯尼斯G.诺尔特著，张保平等译.油藏增产措施（第三版）[M].北京：石油工业出版社，2002.