微注入压降测试在页岩气储层评价中的应用

任建华

【摘 要】页岩气储层渗透率非常低,采用常规压力恢复测试方法需要很长时间才能达到径向流阶段,而微注入压降测试方法可以在较短时间内达到拟径向流阶段,可以快速有效评价储层参数.基于微注入压降测试基本原理和测试流程,将微注入压降测试分为两个阶段开展分析:裂缝闭合前分析和裂缝闭合后分析.结合PY-1井微注入压降测试数据开展实例分析,裂缝闭合前分析评价了页岩储层滤失类型;裂缝闭合后阶段评价了原始储层压力及渗透率等物性参数.微注入压降测试解释储层原始压力与现场静压测试结果一致,结果表明解释结果可靠,为快速评价页岩气储层参数提供指导.

【期刊名称】《科学技术与工程》 【年(卷),期】2018(018)030 【总页数】5页(P65-69)

【关键词】页岩气;微注入压降测试;裂缝闭合前分析;裂缝闭合后分析;储层参数 【作 者】任建华

【作者单位】中国石油化工股份有限公司华东油气分公司勘探开发研究院,南京210011

【正文语种】中 文 【中图分类】TE353

不稳定试井是评价油气藏地层特征参数(渗透率、原始地层压力)及油气井完井后井筒附近地层特征参数(表皮系数、水力压裂裂缝半长等)的有效方法。储层渗透率和原始地层压力是评价油气井产能及控制地质储量的重要参数。传统的注入压降测试或关井压恢测试满足了常规储层评价大部分需求。页岩储层具有极低渗透率(纳达西量级)特征，采用常规压力恢复试井方法需要时间较长，难以观测到地层径向流，不能准确评价储层物性参数[1,2]。

页岩储层具有低孔、超低渗特征，需要经过压裂改造才能获得工业产量，水平井分段压裂技术有效推进页岩气高效开发[3—5]。不同于常规油气井测试，页岩气井不仅需要评价储层参数为评价压裂后井的产能提供依据，同时还需评价地层破裂压力、裂缝闭合压力及滤失等参数为压裂设计提供指导。微注入压降测试能在较短时间内实现地层拟径向流，极大地缩短了测试时间。Padmakar[6]分析了裂缝闭合前后压力数据，认为Nolte法[7]适用于低渗储层；Wallace等[8]对非理想状态下微注入压降测试曲线进行了研究。本文对微注入压降测试基本原理和测试阶段开展论述，并对PY-1井测试数据进行实例分析，为页岩储层评价及水平井压裂设计提供指导，并在3口井中成功应用。 1 微注入压降测试方法基本原理

微注入压降测试[9—14]是以微小排量注入少量的液体，在井筒周围产生微小裂缝，井筒周围产生一个高于原始地层压力的高压区，关井后井筒压力与原始地层压力逐渐接**衡。基于不稳定试井原理，分析压降变化可获取地层可压性、原始地层压力、有效渗透率等参数。

图1为一典型微注入压降测试示意图[14]，可以看出主要分为两个阶段。 图1 典型微注入压降测试过程示意图[14]Fig.1 A typical workflow diagram of a pre-frac injection falloff diagnostic test[14]

(1)前期的裂缝主导阶段，该阶段细分为压裂液注入期和裂缝闭合两个阶段，其中压裂液注入期可以直接获取地层破裂压力以及压裂裂缝延伸特征；裂缝闭合阶段从泵送注入停止开始到压开裂缝闭合结束，可以获取瞬时停泵压力、裂缝闭合压力、滤失系数及判断裂缝几何特征等参数，为压裂设计提供依据。裂缝闭合前分析(PCA)采用特殊差分方法和时间函数(G函数)[15—18]，用于识别储层滤失特征，求取裂缝闭合压力等参数。

(2)后期储层主导阶段，主要反映裂缝及井筒附近地层特征。该阶段分为初期拟线性流和后期拟径向流两个阶段。若储层产生裂缝较长，裂缝线性流之后可能出现裂缝与地层的双线性流。拟线性流阶段主要评价裂缝闭合时间和裂缝半长；而拟径向流阶段主要评价原始储层压力和地层渗透率。裂缝闭合后分析(ACA)[19,20]主要采用不稳定试井方法评价原始储层压力及渗透率。 1.1 裂缝闭合前分析

G函数法最早由Nolte于1979年提出[7]。Meyer等[16]在19年及Barree和 Mukheriee[17]在1996年对G函数进行修正，用于分析滤失机理及储层特征。 无因次时间为 ΔtD=(t-tp)/tp (1)

无因次滤失量方程为 g(Δ (2)

图2 储层滤失类型示意图Fig.2 Diagram of reservoir fluid leak-off types 关井无因次滤失量方程为 (3)

G函数方程为 G(ΔΔtD)-g0] (4)

式中：t为总时间，s；tp为泵注时间，s；ΔtD为无因次时间；g0为关井时(t=tp或ΔtD=0)的无因次滤失方程。

通过求得不同时间对应的G函数，采用一阶差分求得对应的dp/dG以及叠加导函数Gdp/dG，开展压力p、dp/dG、Gdp/dG与G的关系曲线开展裂缝闭合前分析。根据图2的曲线形态，储层滤失类型主要分为四类。

(1)当导数为常数并且该叠加导数曲线位于一条通过原点的直线上时为标准滤失。 (2)当该叠加导数曲线从直线向下偏离时为裂缝闭合，可以求得地层闭合压力。当叠加导数曲线先上凸，且闭合点前与直线重合，储层为压力敏感型滤失。

(3)当叠加导数曲线先下凹，且闭合点前与直线重合，储层为异常裂缝存储型滤失。 (4)当叠加导数曲线一直上凸，基本观察不到与直线重合部分，储层表现为裂缝顶端延伸。

针对上述四种类型可以对储层均质性及裂缝发育程度等进行初步认识，其中：①普通滤失对应地层为均质储层；②压力敏感型滤失速度较快，表明储层微裂缝较发育，改造过程中易产生复杂缝网；③裂缝存储型滤失速度较慢，表明储层微裂缝中有压力支撑，滤失速度降低；④裂缝末端延伸型滤失表现为储层渗透率极低，注入流体的能量主要转化为裂缝延伸。 1.2 裂缝闭合后分析

通过G函数分析识别裂缝闭合点，并求取闭合时间及闭合压力，从而进行裂缝闭合后分析，评价地层压力和渗透率。裂缝闭合后储层中流动阶段可能会产生裂缝线性流或双线性流，最终会达到径向流阶段，而微压测试的最终目的就是通过径向流阶段来评价地层压力及渗透率。

线性流阶段关系式如式(5)所示，线性流段压差与呈线性关系，该阶段可以确定储层微压改造系数： pw(t)-pi=48. (5) 定义： KL=48. (6)

储层微压改造系数为 . (7)

径向流阶段关系式如式(8)所示，径向流段压差与成线性关系，该阶段可以确定储层原始压力和渗透率k： (8) 定义： (9)

则储层渗透率为 (10)

式中：pw(t)为t时刻井底压力，MPa；pi为原始地层压力，MPa；Vinj为累积注入体积，m3；h为储层有效厚度，m；μ为流体黏度，mPa·s；φ为储层孔隙度，无因次；ct为储层压缩系数，MPa-1；k为储层渗透率，mD；xf为裂缝半长，m；Δt为测试时间，s；KL为线性流阶段，压差与时间为直线时斜率，无因次；KR为

拟径向流阶段，压差与时间为直线时斜率，无因次。 2 现场应用

南川地区共有3口井在压裂之前开展了微注入压降测试来评价储层物性参数，取得了较好的评价效果，为压裂设计提供了指导依据。其中以一口井(PY-1井)为例开展分析。压裂改造后采用12 mm油嘴开展放喷测试，求得稳定套压24.8 MPa，单井测试产量25.0×104 m3/d的高产气流。 2.1 测试过程

PY-1井为南川地区一口开发井，开发层系为上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组优质页岩。测试射孔井段斜深5 578 m(垂深3 487 m)。2017年8月20日19:00～20:55开始注入测试，最高泵压41.97 MPa，排量0.4 m3/min，累计泵入滑溜水3.8 m3，停泵压力31.25 MPa。注入结束后关井采用高精度电子压力计监测井口压力变化230 h，监测初期(30 h)采样间隔为1 s，后期(200 h)采样间隔为30 s，最终压力下降至12.38 MPa，且最后24 h内压力波动为0.001 MPa，压力降落基本平稳，满足注入压降测试要求，且该井测试总耗时230 h，提高了测试效率。

2.2 裂缝闭合前分析(PCA)

根据PY-1井微注入压降测试施工曲线(图3)，求得井口地层破裂压力为51.37 MPa。对压降曲线进行G函数分析(图4)，根据图4可以求得裂缝闭合时间为30.44 h，闭合压力50.8 MPa，根据曲线形态分析，该井储层属于图2(c)异向裂缝存储型滤失。

图3 PY-1井微注入压降测试压力曲线Fig.3 Pressure curve of PY-1 well pre-frac injection falloff diagnostic test

图4 微注入压降测试G函数分析曲线Fig.4 G-function analysis curve of pre-frac injection falloff diagnostic test

2.3 裂缝闭合后分析(ACA)

图5 裂缝闭合后流动阶段诊断分析曲线Fig.5 Flow stage diagnostic analysis curve after fracture closure

图6 裂缝闭合后线性流动阶段分析曲线Fig.6 Linear flow stage analysis curve after fracture closure

根据G函数分析识别裂缝闭合点求取闭合时间，从而开展裂缝闭合后分析，评价地层压力和储层渗透率。通过流动阶段分析曲线(图5)可以看出，储层中先后出现了裂缝闭合阶段(斜率3/2)、线性流阶段(斜率1/2)和径向流阶段(斜率0)。该井最终达到了径向流动阶段，能够较准确评价储层物性参数。根据线性流阶段(图6)评价得到微压改造系数为0.05 mD0.5·m，通过流动阶段分析曲线(图7)可以求得外推储层压力45.49 MPa，计算原始地层压力系数为1.30，原始渗透率为6.27×10-4 mD。

图7 裂缝闭合后径向流动阶段分析曲线Fig.7 Radial flow stage analysis curve after fracture closure 2.4 现场静压测试

图8 PY-1井静压测试曲线Fig.8 Static pressure test curve of PY-1 well 为验证微注入压降测试解释结果可靠性，微注入压降测试结束后PY-1井开展了静压测试，测试井段0～3 483 m(对应垂深0～3 000 m)，电子压力计下入3 483 m处静置24 h，然后上提压力计进行全井筒压力梯度测试，测试结果如图8所示。通过实测压力数据外推储层中部(垂深3 487 m)压力为45.55 MPa，原始地层压力系数为1.31，与微注入压降测试解释结果一致。 3 结论

(1)微注入压降测试裂缝闭合前阶段可以评价储层滤失类型，评价储层非均质性及可压性，为压裂优化提供依据；裂缝闭合后阶段主要评价页岩储层原始地层压力和

储层渗透率，为产能评价预测提供依据。

(2)PY-1井微注入压降测试评价储层中微裂缝较发育，为异向裂缝存储型滤失；求得储层裂缝闭合压力50.8 MPa，微压改造系数为0.05 mD0.5·m，原始渗透率为6.27×10-4 mD，原始地层压力45.49 MPa，压力系数1.30，与静压测试结果一致。 参考文献

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