川東北地區(qū)石炭系氣藏水體分布及活動(dòng)規(guī)律研究

任洪明 任洪偉 林建偉 黃雪松 胡曉東 鄧力菁

(1.中國(guó)石油西南油氣田公司川東北氣礦 2.中國(guó)石油西南油氣田公司重慶氣礦)

1 氣藏構(gòu)造、儲(chǔ)層及圈閉特征

川東北地區(qū)石炭系氣藏構(gòu)造主體位于揚(yáng)子地塊的北緣，以線(xiàn)狀背斜和狹長(zhǎng)背斜為主(長(zhǎng)軸與短軸之比>5)，短軸背斜和穹窿構(gòu)造相對(duì)較少(圖1)。主要有背斜型圈閉、斷層-背斜型圈閉、斷壘型圈閉以及地層(巖性)-構(gòu)造復(fù)合圈閉。

圖1 川東北地區(qū)二疊系下統(tǒng)地震反射連片構(gòu)造圖

石炭系總體上是在局限瀉湖-正常海灣環(huán)境下沉積，川東北石炭系分為上石炭統(tǒng)和下石炭統(tǒng)，上石炭統(tǒng)可細(xì)分為3段。其中：C2hl2段是石炭系主要儲(chǔ)層，C2hl3段是石炭系的次要儲(chǔ)層。

黃龍組為儲(chǔ)集層，儲(chǔ)滲類(lèi)型屬裂縫-孔隙型。儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)，有效平均孔隙度3.81%～7.99%，滲透率大多小于10-5μm2。石炭系厚度30～60m，有效儲(chǔ)層厚度轉(zhuǎn)化率在30%～70%之間(圖2)。

氣藏驅(qū)動(dòng)類(lèi)型為彈性氣驅(qū)或以氣驅(qū)為主水驅(qū)為輔，多數(shù)為常壓氣藏，多數(shù)氣藏閉合度在300m左右。

圖2 川東北地區(qū)石炭系厚度分布

2 氣藏出水概況

川東北地區(qū)石炭系已開(kāi)發(fā)的10個(gè)主力氣藏中(表1)，除芭蕉場(chǎng)、溫泉井、鐵山北外其余區(qū)塊的石炭系氣藏均已出水，產(chǎn)水氣藏地質(zhì)儲(chǔ)量占石炭系氣藏總地質(zhì)儲(chǔ)量的54.36%。近年統(tǒng)計(jì)資料表明，隨著石炭系氣藏的全面、快速開(kāi)發(fā)，石炭系氣藏水侵現(xiàn)象逐漸加劇，水產(chǎn)量呈逐年增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。

2011年川東北石炭系氣藏產(chǎn)氣5.26×108m3，產(chǎn)水22.05×104m3，歷年累產(chǎn)氣量59.41×108m3、歷年累產(chǎn)水量112.93×104m3。

3 氣藏水侵機(jī)理

3.1 宏觀機(jī)理

川東北石炭系氣藏儲(chǔ)層類(lèi)型屬于典型的裂縫-孔隙型，儲(chǔ)層裂縫發(fā)育，因此石炭系氣藏的氣井出水機(jī)理從宏觀上來(lái)看，均屬于裂縫水竄，只是由于裂縫的大小、發(fā)育程度以及發(fā)育的方位不同，造成裂縫的水竄強(qiáng)度有較大的差別，可分為以下兩種類(lèi)型：

表1川東北地區(qū)石炭系主力氣藏生產(chǎn)現(xiàn)狀統(tǒng)計(jì)表
(截止2011年底)

氣藏名投產(chǎn)時(shí)間(年-月-日)出水時(shí)間(年-月-日)累計(jì)采氣(108m3)累計(jì)產(chǎn)水(104m3)五靈山1995-05-121998-09-178.0876.45雷音鋪1983-08-232002-01-184.240.85茶園寺2002-11-192007-02-244.6022.49亭子鋪1986-03-251998-06-144.250.27蒲西1996-06-212002-11-3010.598.76鐵山南1991-03-192003-01-267.392.96鐵山北2011-06-170.060.01溫泉井2003-03-3118.640.56芭蕉場(chǎng)2005-03-110.590.03龍會(huì)場(chǎng)2005-04-082011-03-080.970.55合計(jì)59.41112.93

(1)裂縫直接連通型水竄

這種類(lèi)型的水竄氣井(圖3)，儲(chǔ)層發(fā)育大型裂縫，由于裂縫的滲透率遠(yuǎn)高于孔隙基質(zhì)的滲透率，因此氣井投產(chǎn)后，裂縫中的天然氣率先被采出，從而使裂縫中的地層壓力迅速下降，在裂縫中形成一個(gè)低能帶，如果氣井離水區(qū)較近且裂縫與水體連通較好的話(huà)，則可能造成地層水沿裂縫快速形成水竄，造成氣井快速出水的局面。有些氣井在高角度大裂縫附近或者與大裂縫直接連通，邊水沿大裂縫上竄，直接進(jìn)入氣井，甚至在短期內(nèi)使氣井“水淹致死”。例如：茶園寺含氣構(gòu)造石炭系氣藏雷15井就是典型的沿裂縫快速水竄[1，2](圖4)。

圖3 裂縫直接水竄連通型

(2)微細(xì)裂縫均勻推進(jìn)型

這種類(lèi)型的水竄氣井(圖5)，井底儲(chǔ)層不發(fā)育大裂縫，但微細(xì)裂縫發(fā)育，隨著氣藏開(kāi)采，氣區(qū)壓力下降，邊水由于壓差作用沿著有較高滲透性的微細(xì)裂縫向井底推進(jìn)，最終導(dǎo)致氣井產(chǎn)出地層水，但這種水侵表現(xiàn)為見(jiàn)水時(shí)間較晚，水量不大且變化不大。如果孔隙滲透性相對(duì)較高、孔縫搭配較好，儲(chǔ)層表現(xiàn)出似均質(zhì)特征時(shí)地層邊水沿網(wǎng)狀微細(xì)縫呈“舌形”推進(jìn)的一種水侵方式，蒲西氣田石炭系氣藏蒲西1井就是典型的舌進(jìn)型水侵[1，2](圖6、圖7)。

圖4 雷15井水侵特征圖

圖5 微細(xì)裂縫均勻推進(jìn)型

圖6 蒲西1井采氣曲線(xiàn)圖

圖7 蒲西1井水侵特征圖

3.2 微觀機(jī)理

前人研究認(rèn)為，對(duì)于裂縫-孔隙模型有水氣藏，在水侵初期，由于巖石的親水性，水沿裂縫壁流動(dòng)，水可以將裂縫中的大量氣體驅(qū)出，同時(shí)在裂縫曲折和縮頸部分發(fā)生卡斷現(xiàn)象，將部分氣體滯留下來(lái)。當(dāng)水竄突破模型出口時(shí)，在裂縫中水能占據(jù)全部滲流通道，氣體無(wú)法經(jīng)過(guò)大裂縫流動(dòng)；因此，水侵后形成大量封閉氣，從而導(dǎo)致氣藏的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量減少和供氣范圍減小，影響氣井的產(chǎn)能和氣藏的最終采收率。

4 氣藏邊水特點(diǎn)和水侵活動(dòng)性影響因素

從不同活躍性水侵氣藏的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征分析，石炭系氣藏水侵活躍性主要受到以下幾種因素的影響：

(1)構(gòu)造特征的影響

高陡構(gòu)造的氣藏，水侵活躍性一般較高，例如：五靈山區(qū)塊、茶園寺含氣構(gòu)造，均為高陡構(gòu)造。高陡構(gòu)造在形成時(shí)受到的應(yīng)力作用強(qiáng)，改造了儲(chǔ)層的滲透率分布規(guī)律，發(fā)育高陡裂縫，氣藏與邊水形成高滲通道，水體較活躍。而低緩構(gòu)造的氣藏，如雷音鋪氣田石炭系氣藏，水體主要受微裂縫發(fā)育的影響，水侵速度慢，水侵不活躍。

(2)斷層分布的影響

若氣井附近存在不封閉的斷層，則斷層距離越近，水侵活躍性越高。如鐵山氣田南區(qū)塊石炭系氣藏整體水侵不活躍，但鐵山12井附近有小斷層，存在高滲流通道通往水體，因此鐵山12井受局部活躍水體影響，水侵活躍程度較高。

(3)氣水界面的影響

氣井產(chǎn)層中部距離氣水界面越近，表現(xiàn)為水侵活躍性越高。蒲西氣田石炭系氣藏，蒲西1井遠(yuǎn)離氣水邊界，表現(xiàn)為水侵不活躍，蒲西3井處于氣水界面，表現(xiàn)為水侵局部活躍[3]。

5 不同水侵氣藏生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征

5.1 活躍水侵氣藏開(kāi)發(fā)特征

活躍水侵氣藏水侵方式以邊水沿裂縫水竄為主，一般處于高陡構(gòu)造區(qū)域，井區(qū)附近存在斷層，儲(chǔ)層裂縫很發(fā)育。活躍水侵氣藏分布在五靈山氣田、茶園寺含氣構(gòu)造。主要生產(chǎn)特征如下：

(1)初期產(chǎn)量大、生產(chǎn)壓差小、無(wú)水采氣期較短。

五靈山石炭系氣藏七里25井投產(chǎn)初期1995年～1997年配產(chǎn)完成較好，日產(chǎn)氣量35.0×104m3左右，日產(chǎn)水量0.3～0.4m3；生產(chǎn)壓差較小，最高0.199MPa；1998年9月17日產(chǎn)出地層水，無(wú)水采氣期僅3年零4個(gè)月，無(wú)水采氣期內(nèi)氣藏累計(jì)采氣僅4.0×108m3。

(2)水體能量充足、水產(chǎn)量上升快、氣產(chǎn)量遞減迅速、產(chǎn)水難控制。

茶園寺構(gòu)造石炭系氣藏雷15井，2008年1月3日產(chǎn)地層水，日產(chǎn)水從1.5m3左右快速上升至77.6m3，2008年5月被迫關(guān)井。關(guān)井后幾次復(fù)產(chǎn)未成功。2009年5月25日復(fù)產(chǎn)成功后，日產(chǎn)水量達(dá)130m3，并持續(xù)增加，最高達(dá)343m3，隨后日產(chǎn)水量穩(wěn)定在200m3左右。

(3)水侵嚴(yán)重影響氣井生產(chǎn)、關(guān)井后自噴復(fù)產(chǎn)難、氣藏開(kāi)發(fā)規(guī)模隨水侵增加不斷下降。

七里25井1998年9月出水前日產(chǎn)氣量35.0×104m3，出水后產(chǎn)量持續(xù)遞減，2000年7月日產(chǎn)氣量減至15.0×104m3關(guān)井。2002年4月復(fù)產(chǎn)，初期日產(chǎn)氣量15×104m3，隨后水產(chǎn)量遞增、氣產(chǎn)量遞減，2008年12月后氣水產(chǎn)量相對(duì)穩(wěn)定，日產(chǎn)氣量5.0×104m3左右，日產(chǎn)水量300m3左右(圖8)。

圖8 七里25井采氣曲線(xiàn)圖

5.2 局部活躍水侵氣藏開(kāi)發(fā)特征

局部活躍水侵氣藏水侵方式是在氣藏局部地方離邊水較近，并且裂縫較發(fā)育，水體沿裂縫侵入，氣井產(chǎn)水量一般超過(guò)10m3，產(chǎn)水量到一定時(shí)間能夠保持相對(duì)穩(wěn)定生產(chǎn)，對(duì)氣藏水侵影響較大的地方僅限于氣藏的局部，局部活躍氣藏有鐵山氣田南區(qū)塊、蒲西氣田。該類(lèi)氣藏有以下生產(chǎn)特征：

(1)初期產(chǎn)量相對(duì)較高，有一定生產(chǎn)壓差，存在明顯的產(chǎn)水過(guò)渡期，水量漸進(jìn)增加。氣井在生產(chǎn)過(guò)程中，產(chǎn)地層水之前一般均有一個(gè)出水顯示期，其產(chǎn)出水礦化度、微量元素含量，水氣比均有一個(gè)逐步增加的過(guò)程。

鐵山氣田南區(qū)塊鐵山12井于2003年1月26日開(kāi)始產(chǎn)地層水，但從2002年的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)資料已經(jīng)反映出氣井即將產(chǎn)地層水的征兆，在日產(chǎn)氣量保持不變的情況下，平均日產(chǎn)水量在一年的時(shí)間內(nèi)由0.154m3上升到0.515m3，水氣比由0.0254m3/104m3上升到0.0849m3/104m3，與此同時(shí)，氣井產(chǎn)出水礦化度明顯增加(圖9)。

圖9 鐵山12井采氣曲線(xiàn)圖

(2)氣藏出水后，產(chǎn)水量有一個(gè)逐步上升的過(guò)程，在排水采氣生產(chǎn)一定時(shí)間后，產(chǎn)水量或水氣比上升速度減緩或基本保持穩(wěn)定。

蒲西氣田蒲西3井從2002年11月30日投產(chǎn)即產(chǎn)地層水，氣井從2008年5月修井作業(yè)后(重新射開(kāi)了一段產(chǎn)層)，氣井局部得到了有效的排水，產(chǎn)氣量、產(chǎn)水量均有所上升，后又呈下降趨勢(shì)，總的來(lái)講氣井生產(chǎn)水氣比保持了相對(duì)穩(wěn)定(表2)。

5.3 不活躍水侵氣藏開(kāi)發(fā)特征

不活躍水侵氣藏水侵方式以沿微裂縫舌進(jìn)水侵為主，氣藏一般處于較為平緩的構(gòu)造區(qū)域，儲(chǔ)層為裂縫-孔隙型，裂縫不發(fā)育，井區(qū)附近無(wú)斷層，或斷層距離氣井較遠(yuǎn)。不活躍水侵氣藏有雷音鋪氣田、亭子鋪氣田、龍會(huì)場(chǎng)含氣構(gòu)造。該類(lèi)氣藏有以下生產(chǎn)特征：

表2 蒲西3井生產(chǎn)情況表

(1)氣藏氣井無(wú)水采氣期一般較長(zhǎng)，氣井出水初期產(chǎn)水量不大，產(chǎn)水情況可控性較好。

雷音鋪氣田石炭系氣藏雷12井從1990年投產(chǎn)，到2002年1月產(chǎn)地層水，無(wú)水采氣期12年，無(wú)水采氣期產(chǎn)氣25207.3×104m3，氣井出水后，產(chǎn)氣量、產(chǎn)水量仍能保持相對(duì)穩(wěn)定生產(chǎn)，2002年、2003年生產(chǎn)水氣比穩(wěn)定在0.16m3/104m3左右。

(2)氣井出水對(duì)氣井危害較小，對(duì)產(chǎn)氣量影響不大，水性變化緩慢，較長(zhǎng)時(shí)期后才能穩(wěn)定。氣井出水對(duì)氣藏開(kāi)發(fā)規(guī)模影響較小，關(guān)井對(duì)氣井生產(chǎn)影響很小。

亭子鋪氣田石炭系氣藏亭1井于1998年6月14日產(chǎn)地層水，由于該井產(chǎn)水量小，到2011年底生產(chǎn)時(shí)日產(chǎn)水量?jī)H為1m3左右，因此所產(chǎn)的氣田水中地層水和凝析水的比例變化較大，因此水性變化緩慢，氣井產(chǎn)水后氣藏的生產(chǎn)規(guī)模影響較小，亭1井1996年～1999年的年產(chǎn)氣量在1500×104m3～2000×104m3，變化較小[3，4]。

6 結(jié)論和認(rèn)識(shí)

有水氣藏出水階段可劃分為早期出水、中期出水和晚期出水，各階段地層壓力條件不同，采取的治水措施也將不同。

(1)早期出水 主要出現(xiàn)在裂縫發(fā)育、非均質(zhì)性強(qiáng)、水體活躍的邊水氣藏。生產(chǎn)初期，氣井生產(chǎn)壓差過(guò)大，井底附近及裂縫系統(tǒng)很快形成相對(duì)低壓區(qū)，邊水快速沿裂縫竄入氣藏。早期出水氣井，要合理控制生產(chǎn)壓差，保持氣水產(chǎn)量、井口壓力和氣水比三個(gè)相對(duì)穩(wěn)定，才能延長(zhǎng)氣水同產(chǎn)自噴期。

(2)中期出水 主要表現(xiàn)在氣藏開(kāi)采中期氣井出水。一些出水氣井的地層壓力較高，可以利用氣井自身的能量開(kāi)展排水采氣工作；一些氣井的地層壓力較低，利用氣井的能量已無(wú)法有效帶水，盡量開(kāi)展工藝排水采氣措施，阻止地層水繼續(xù)侵入氣藏內(nèi)。

1 何曉東. 氣藏孔隙水、夾層水及邊水產(chǎn)出特征[J].天然氣工業(yè)，2008，(增刊)A:101-103.

2 何曉東. 邊水氣藏水侵特征識(shí)別及機(jī)理初探[J].天然氣工業(yè)，2006，26(3)，87-89.

3 鄧力菁,任洪明,劉均,等.川東北地區(qū)石炭系有水氣藏開(kāi)發(fā)特征與潛力研究[D].川東北氣礦,2011.

4 任洪明,胡秀容,陳軍,等.茶園寺含氣構(gòu)造石炭系氣藏排水采氣跟蹤分析研究[D].西南油氣田分公司川東北氣礦,2009.