底水氣藏氣水分層開采技術(shù)

馬飛英，王永清 （油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （西南石油大學(xué)），四川 成都 610500）

王慧 （東方地球物理勘探有限責(zé)任公司，河北 涿州 072751）

王晉瑤 （西南油氣田川中油氣礦，四川 遂寧 629000）

王林 （中石油浙江油田分公司西南采氣廠，四川 宜賓 645250）

水體雖然作為一種能量對(duì)氣體具有驅(qū)動(dòng)作用，但是水對(duì)氣藏也有傷害作用，它會(huì)造成氣相滲透率下降，氣井水淹，使氣體被水封隔在地下不能采出。一般水不活躍或無水氣藏的采收率可達(dá)80%以上，水活躍的氣藏為50%～80%，而水活躍的氣藏在依靠自然能量開發(fā)的階段采收率只有10%～50%［1］。因此，水對(duì)氣藏的開發(fā)弊大于利。

隨著氣井大量出水，氣井產(chǎn)量下降，大量的水不能被氣體帶出，沉積在井底，造成氣井水淹。目前大部分氣井的治水方法都是著眼于井筒中積液的排出，國外排水采氣方法主要有：優(yōu)選管柱排水、連續(xù)油管/氮?dú)馀潘?、泡沫排水、氣舉排水、機(jī)抽排水、螺桿泵排水、電潛泵排水、射流泵排水、利用熱力方法處理凝析水、間歇開采、油管/環(huán)空交替控制方法、油管流動(dòng)控制方法、低于臨界速度以下氣井繼續(xù)生產(chǎn)的油管內(nèi)接箍方法等［2］。然而這些方法都是氣井積液后才采取的方法，很少有在地下控制水的流動(dòng)方向使氣井不積液的方法。

1955年Widmyer提出在油藏的頂部和底部采用雙層完井方式，通過油水分層開采，控制底水錐進(jìn)［3］。1995年Swisher和Wojtanowicz發(fā)表過雙層完井技術(shù)消除底水錐進(jìn)的文章［4］。1997年Shirman和Wojtanowicz發(fā)表了利用井下水沉理論的反向水錐技術(shù)和實(shí)驗(yàn)研究的文章［5］。1999年Wojtanowicz發(fā)表過應(yīng)用雙層完井技術(shù)，采用油水分層開采成功控制底水油藏水錐的案例。2003年Armenta證實(shí)氣井中的水錐機(jī)理與油井中的水錐機(jī)理是不同的，他認(rèn)為油井水錐頂面是水平狀的，而氣井發(fā)生水錐時(shí)氣水界面是向下彎曲的［6］。2003年Armenta和Wojtanowicz等發(fā)表了對(duì)氣井進(jìn)行雙層完井提高底水氣藏采收率可行性研究的文章［7］。2007年伍增貴等對(duì)雙層完井技術(shù)提高底水油藏的原理及工藝進(jìn)行了詳細(xì)介紹，認(rèn)為通過合理控制排液量，可以達(dá)到提高產(chǎn)量及最終采收率的目的［8］。2011年楊波等將雙層完井技術(shù)運(yùn)用到底水氣藏開發(fā)中，通過早期氣水同采，超前排水來抑制水錐［9］。筆者就是將雙層完井技術(shù)應(yīng)用于底水氣藏開發(fā)中，通過氣水分層開采，調(diào)整氣水產(chǎn)量比來控制底水向氣藏錐進(jìn)，減少地層水的傷害，提高氣藏采收率。

1 氣水分層開采消錐原理

氣井生產(chǎn)時(shí)，井周會(huì)形成一個(gè) “漏斗”狀的壓力分布，壓力沿徑向向供給邊界方向逐漸升高。當(dāng)產(chǎn)氣時(shí)，氣層壓力低于底水壓力，在壓差的作用下，底水向上錐進(jìn)。與此同時(shí)，由于水的密度遠(yuǎn)大于氣的密度，在重力作用下又會(huì)壓制水錐形成，當(dāng)氣水壓差與重力作用達(dá)到平衡時(shí)，形成一個(gè)穩(wěn)定的水錐 （圖1）。當(dāng)在水層采水時(shí)，井筒周圍的水層壓力低于氣層壓力，在壓差作用下，天然氣向下錐進(jìn)，形成氣錐［10］（圖2）。當(dāng)氣層與水層同采時(shí)，相當(dāng)于地層中的兩匯，匯與匯之間會(huì)形成一條 “分流線”，分流線將氣流與水流分開 （圖3）；通過調(diào)整氣水流量，可以使水層的水不流向氣層，從而避免水對(duì)氣層的傷害。該開采方法可實(shí)現(xiàn)氣水分層開采，使氣井產(chǎn)量不受底水水錐臨界產(chǎn)量的限制。

圖1 氣井水錐圖

圖2 水井氣錐圖

圖3 氣水分層開采

2 氣、水層壓力分布描述

1）氣體穩(wěn)定滲流方程［11，12］：

式中：p為地層壓力，MPa；psc為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的壓力，MPa；T為地層溫度，K；Tsc為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的溫度，K；μg為氣體黏度，mPa·s；Z為壓縮因子，1；K為滲透率，mD；r為供氣半徑，m；h為儲(chǔ)層厚度，m；Qsc為天然氣產(chǎn)量，m3/d；γg為天然氣相對(duì)密度，1；R為氣體常數(shù)，0.008314MPa·m3/（kmol·K）；β為影響紊流和慣性阻力的孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)，MPa·d2/kg。下標(biāo)g代表氣體；sc代表標(biāo)準(zhǔn)狀況。

式中：p為供給邊界壓力，MPa；re為供給邊界半徑，m為平均壓力及溫度下的氣體黏度，mPa·s為平均壓力及溫度下的氣體偏差因子，1；hg為氣層厚度，m。

令：

式中：r為氣井半徑，m；A、B為產(chǎn)能系數(shù)。

參數(shù)A、B可由氣井穩(wěn)定試井得到。

將式（3）、（4）代入式（2），則可得穩(wěn)定滲流時(shí)的氣層壓力分布方程：

2）水地下穩(wěn)定滲流方程

式中：Qw為水產(chǎn)量，m3/d；hw為水層厚度，m；μw為水的黏度，mPa·s。

當(dāng)r＝rw時(shí)，由式（7）可得到：

產(chǎn)水指數(shù)：

式中：pwf為井底流壓，MPa；J為產(chǎn)水指數(shù)，m3/（d·MPa）。

產(chǎn)水指數(shù)J可由穩(wěn)定試井得到。

將式（8）、（9）代入式（7），可得水層穩(wěn)定滲流壓力分布方程：

3 確定氣水合理產(chǎn)量比

若要消除井筒處 （r＝rw）的水錐，可通過調(diào)整氣水層的產(chǎn)量比，使氣層的壓降等于水層處的壓降，即：

式中：Rwg為水氣比，m3/m3。

4 實(shí)例分析

某底水氣藏氣水界面海拔－2200m，氣層厚度50m，水層厚度80m，氣的相對(duì)密度0.58，氣水界面處的壓力24MPa，井眼半徑0.1m，供氣半徑600m，穩(wěn)定試井得到氣井二項(xiàng)式產(chǎn)能系數(shù)A為0.5907MPa2/ （104m3/d）、 產(chǎn) 能 系 數(shù)B為 0.0231MPa2/ （104m3/d）2， 水 層 的 產(chǎn) 水 指 數(shù) 為60m3/ （d·MPa）。氣層射開儲(chǔ)層總厚度的1/2。

若不采用雙層完井，當(dāng)氣井產(chǎn)量為12.33×104m3/d時(shí)，底水錐進(jìn)至井底 （圖4），但當(dāng)采用雙層完井，進(jìn)行氣水分層開采時(shí)，按式 （12）調(diào)整水的產(chǎn)量為13.56m3/d時(shí)，水錐基本可以解除 （圖5）。

5 結(jié)論

1）底水氣藏采用氣水分層開采技術(shù)，可以有效抑制底水錐進(jìn)，減小地層水對(duì)氣層的影響，提高氣藏采收率。

圖4 氣井水錐圖

圖5 氣水分層開采氣水界面

2）氣水分層開采技術(shù)可以使氣井產(chǎn)量不受底水錐進(jìn)臨界產(chǎn)量限制，大大提高氣井產(chǎn)量。

3）氣水分層開采技術(shù)適用于對(duì)底水分布認(rèn)識(shí)比較清楚，氣水界面比較明顯的底水氣藏。

［1］曲俊耀，曲林編 .四川裂縫－孔隙型有水氣藏的水封與解封 ［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2001.1～2.

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［編輯］ 蕭雨