凝析氣藏氣井產(chǎn)水規(guī)律研究

姜昊罡 （中石化西北油田分公司塔河采油一廠，新疆 輪臺841600）

梁利俠，張 浩 （中石化西北油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 烏魯木齊830000）

對一般較純的干氣氣藏來講，其最終采收率一般都可以達到85%～90%以上；但對于有水凝析氣藏而言，由于邊底水的入侵，其采收率僅僅為30%～50%，尤其是氣田水淹將導(dǎo)致開采效益異常低［1］。筆者所述的雅克拉－大澇壩氣田中2氣藏均為中孔高滲、高含凝析油的邊水凝析氣藏。氣藏開發(fā)至今，因地層壓力下降、開發(fā)過程中的不均衡性、地質(zhì)條件的非均質(zhì)性等因素導(dǎo)致了氣藏邊水不均勻推進，并造成了氣藏邊部井含水上升過快甚至水淹；目前氣藏穩(wěn)產(chǎn)形勢嚴峻，因此，為了有效的提出氣藏控水治水技術(shù)對策，確保氣藏的高效開發(fā)，對氣藏出水規(guī)律的總結(jié)、邊底水能量合理利用方案的確定則成了該氣藏開發(fā)中的關(guān)鍵。

1 氣水滲流微觀機理

氣藏中的水體在氣藏開發(fā)中一般作為水驅(qū)氣的天然能量，同時由于地層表面性質(zhì)的親水性，氣水驅(qū)替過程中巖石的毛管壓力也表現(xiàn)為驅(qū)替動力，因而該類水驅(qū)氣藏的采收率應(yīng)高于純干氣氣藏，然而開發(fā)實踐表明水驅(qū)氣藏的采收率遠低于純干氣氣藏［2］。針對這一反?，F(xiàn)象的復(fù)雜機理，國內(nèi)外目前所開展研究工作較少，還沒有明確的認識和結(jié)論。下面筆者通過試驗?zāi)M分析對氣水滲流的微觀機理進行探索。

通過實際巖心進行氣水驅(qū)替試驗，并將驅(qū)替巖心切割模制成微觀薄片進行觀察并對微觀驅(qū)替特征進行了分析。對研究區(qū)的孔隙和裂縫－孔隙儲層中微觀驅(qū)替特征研究認為，在驅(qū)替過程中水侵造成的繞流指進、卡斷現(xiàn)象、盲端、賈敏效應(yīng)、不連通孔隙和“H”型孔道等現(xiàn)象將導(dǎo)致封閉氣的形成；尤其是對于裂縫－孔隙模型中水侵和水進入裂縫后產(chǎn)生的水竄將進一步加劇封閉氣的形成。上述特征中繞流指進、卡斷現(xiàn)象是最為主要的2種驅(qū)替中的現(xiàn)象，其中繞流指進過程中，水進入不同大小孔道后，在毛管力作用下以較快速度進入較小孔道，并在出口處很快突破，而將大孔道中的氣體封閉，并形成封閉氣；而卡斷現(xiàn)象是在氣水兩相流經(jīng)狹窄喉道時，由于賈敏效應(yīng)影響，氣體經(jīng)過喉道處流體的“形變－收縮－再膨脹”過程，使得連續(xù)流動的氣流在喉道出口處發(fā)生卡斷而形成封閉氣，卡斷形成的封閉氣以珠狀或者泡狀形式分布在孔道中央。

依據(jù)上述微觀機理，在開發(fā)過程中井筒積液或頻繁開關(guān)井同樣會形成封閉氣［3］。在對水封氣形成的微觀現(xiàn)象和機理認識基礎(chǔ)上，進一步研究了水封氣對水驅(qū)氣藏采收率的影響，大量的驅(qū)替試驗統(tǒng)計結(jié)果表明，在不同的驅(qū)替條件下水封氣可占地下儲量的40%～60%，因此認為水驅(qū)氣的驅(qū)替效率不超過55%，封閉氣是造成水驅(qū)氣藏采收率較低的主要原因。這一認識在前人關(guān)于四川盆地有水氣藏出水規(guī)律研究中也得到了支持，他們認為對于孔隙與孔隙－裂縫型氣藏在關(guān)井復(fù)壓過程中均會形成封閉氣，關(guān)井后水快速有選擇性的沿著大裂縫和大孔道退回地層，將小孔道中氣體封閉起來形成封閉氣；關(guān)井后再開井，主要滲流通道上退回的氣水都可能采出，但那些連通狀態(tài)較差的孔隙中所形成的封閉氣很難進一步采出。因此，開發(fā)中一旦氣藏發(fā)生水竄造成井底見水時，要維持氣井的產(chǎn)量、提高氣藏采收率都變得困難［3］。

針對上述因繞流、卡斷形成的封閉氣的微觀特征，通過進一步試驗?zāi)M，認為通過提高驅(qū)替壓差或降低出口壓力的方式可有效的將部分封閉氣采出；提高驅(qū)替壓力也可打破孔道2邊的壓力平衡而將封閉氣采出；而降低模型出口端壓力，孔隙盲端和死孔隙中的部分氣體會發(fā)生膨脹而重新進入流動通道，在水動力作用下采出這部分氣體。

2 生產(chǎn)井產(chǎn)水類型的判斷

氣井見水存在2個來源，一是由于井筒熱損失導(dǎo)致天然氣凝析而形成的凝析水體，二是地層中原始水體。以往開發(fā)過程中對低壓油藏凝析水的影響重視不夠，隨著開發(fā)的不斷深入，凝析水量往往隨儲層靜壓的遞減而呈指數(shù)增加。凝析水在井底積聚同樣容易影響氣井的正常生產(chǎn)。因此，對凝析氣井產(chǎn)水規(guī)律的認識，對水體產(chǎn)生的類型認識是基礎(chǔ)［4］。

確定天然氣中的含水量 （凝析水含量）有下列經(jīng)驗公式：

式中，W 為凝析水含量；T為絕對溫度；P為絕對大氣壓；Py為在T、P條件時水蒸氣的壓力；Z為壓縮因子。

從應(yīng)用過程中來看，上述公式均將天然氣考慮為甲烷來處理，未考慮天然氣的組成。筆者將天然氣看成干氣和水蒸氣的混合物，利用道爾頓定律對于氣體混合物中含水量的計算按照下式確定：

式中，ρg為干氣密度；Py為給定條件下的水蒸氣壓力；Rg、Ry分別為干氣和水蒸氣的氣體常數(shù)；Zg、Zy分別為干氣和水蒸氣的壓縮系數(shù)。

根據(jù)式 （1）對雅克拉氣田和大澇壩氣田部分井天然氣凝析水量進行了計算，結(jié)果見表1、表2所示。

表1 雅克拉各井天然氣飽和凝析水量

表2 大澇壩各井天然氣飽和凝析水量

雅克拉區(qū)塊凝析氣井產(chǎn)水量低，而且很穩(wěn)定，從結(jié)果可以看出，雅克拉各井天然氣凝析飽和水量均大于實際產(chǎn)水量，據(jù)此可以判斷產(chǎn)水類型為凝析水 （見表1）。通過實際產(chǎn)水曲線和水氣比關(guān)系可以表現(xiàn)為各井產(chǎn)水量及水氣比均很穩(wěn)定，這也從動態(tài)驗證了產(chǎn)水類型為凝析水。

根據(jù)大澇壩氣田各井天然氣含水的計算，并對比實際產(chǎn)水情況來進行分析和對比。大澇壩氣田凝析氣井產(chǎn)水波動較大，不是很穩(wěn)定，產(chǎn)水類型的判斷相對比較復(fù)雜。其中DLK1X井、DLK2井、DLK3井、DLK4井等實際產(chǎn)水量介于上述計算天然氣凝析飽和水量之間，其產(chǎn)水比較穩(wěn)定，產(chǎn)水類型判斷為凝析水；DLK6由于工藝等問題導(dǎo)致在生產(chǎn)中一段時間產(chǎn)水上升比較快，但通過修井后其產(chǎn)水量迅速降低，水氣比穩(wěn)定在0.2左右，對比實際產(chǎn)水與計算所得天然氣凝析飽和水量，兩者之間相差不大，判定其產(chǎn)水類型為凝析水；DLK5井、DLK7井、S45井計算出的天然氣飽和凝析水量均遠遠小于實際產(chǎn)水量，而且在生產(chǎn)過程中后期產(chǎn)水增加迅速，產(chǎn)水類型判斷為地層水。

3 邊水侵入所致氣井產(chǎn)水規(guī)律分析

3.1 邊水氣藏水侵機理

根據(jù)前文對氣水滲流微觀機理的研究及產(chǎn)水類型的劃分情況，并結(jié)合研究區(qū)地質(zhì)條件和生產(chǎn)動態(tài)特征，認為研究區(qū)的氣井產(chǎn)水主要分為凝析水體和地層水2種類型，其中地層水又主要表現(xiàn)為夾層水和邊底水2種類型。邊水水侵過程的規(guī)律性與儲層滲流介質(zhì)展布特征密切相關(guān)，具體體現(xiàn)為氣井出水特征同井區(qū)儲層相對高滲透帶的展布有關(guān)［5］，尤其是對于裂縫發(fā)育、構(gòu)造平緩、高含水飽和度氣藏更是如此；在不同氣藏、不同位置、不同時期，出水井的產(chǎn)水動態(tài)規(guī)律均不同。

根據(jù)實驗室模擬結(jié)果和現(xiàn)場生產(chǎn)井生產(chǎn)動態(tài)特征綜合分析研究，對于夾層水的產(chǎn)出特征主要表現(xiàn)為：①沒有無水采氣期；②生產(chǎn)總水氣比高于凝析水水氣比；③在一段時期內(nèi)，水氣比相對穩(wěn)定，增長不明顯；④生產(chǎn)水氣比一般較小，但對于延展較遠的夾層水，因其水體較多，水氣比值相對增加；⑤夾層水產(chǎn)出，明顯地伴有氣大水大，氣小水小的特點。其產(chǎn)出機理主要是由于夾層水存在于氣層之間較薄的高含水層，一般出現(xiàn)在砂巖地層中；當氣層井點處壓力降低時，水層在井點處壓力也會降低，形成壓差導(dǎo)致夾層水產(chǎn)出；夾層水通常以2種形式存在，一種是高滲或較高滲高含水層，該層含水飽和度高，但水體連通范圍不大，滲透性較好，當存在較小驅(qū)動動壓差時，該層水體就可以被激活流動；另一種是低滲高含水層，這種夾層水體含水飽和度高且與封閉水體連通，滲透性低，必須在較大的驅(qū)動壓差下水體才能被激活流動；夾層水的形成往往在氣水分離不徹底、氣水互層的氣水過渡帶中容易形成。

對于邊底水的產(chǎn)出特征主要表現(xiàn)為：①有無水采氣期；②生產(chǎn)水氣比高于凝析水水氣比；③在一段時期內(nèi)，水氣比相對穩(wěn)定，沒有大的增長；④邊底水侵入后含水上升迅速。其產(chǎn)出機理主要為在含水飽和度大于臨界水飽和度的孔隙中存在可動水，開采過程中，由于壓差誘導(dǎo)，這部分可動水在一定的壓差下依照試驗獲得相滲規(guī)律產(chǎn)出。

3.2 邊水氣藏水侵特征

氣藏邊水侵入是重要的地層水產(chǎn)出類型，如何正確判斷邊水氣藏的水侵特征直接影響治水措施決策和措施效果。長期以來現(xiàn)場工作對有水氣藏氣井邊水侵入方式的判別停留在經(jīng)驗和直覺上，沒有形成系統(tǒng)的分析手段和方法。針對邊水氣藏出水規(guī)律進行了數(shù)值模擬研究，根據(jù)水氣比的變化規(guī)律提出了邊水氣藏水侵特征的分類與識別方法，有助于定性認識邊水氣藏地層水活動規(guī)律，為制定相應(yīng)的治水措施提供了一種有效的分析手段。

邊水水侵過程的規(guī)律與儲層的滲流介質(zhì)展布特征密切相關(guān)，體現(xiàn)為氣井出水特征同井區(qū)儲層高滲帶的展布有關(guān)。筆者主要借助單井數(shù)值模擬方法，研究地層水邊水水侵方式及產(chǎn)水規(guī)律；模擬中假設(shè)井區(qū)水侵基本模式為正方形含氣區(qū)域，一口生產(chǎn)井位于區(qū)域內(nèi)偏向水侵方向一側(cè)，井與水侵邊部之間有一高滲帶連通，設(shè)定5組高滲透率與儲層平均滲透率比值，即2∶1、3∶1、5∶1、10∶1、100∶1；水侵強度用氣水界面的單位面積水侵強度系數(shù)描述，選取了5種水侵強度系數(shù)值，即6、10、100、1000、10000m3／（MPa·m2）；通過模擬以出水累積時間為橫坐標，生產(chǎn)水氣比為縱坐標，模擬獲得了氣藏水侵特征曲線圖版 （見圖1）。

通過分析對比了不同水侵強度系數(shù)的特征曲線圖版，對邊水水侵特征可以總結(jié)如下：①生產(chǎn)水氣比變化特征同相對高滲透帶滲透率與儲層平均滲透率比值相關(guān)，比值越大，氣井見水后水氣比上升越快，反之水氣比上升較緩。②氣井見水后，生產(chǎn)水氣比變化特征與生產(chǎn)井距氣水邊界距離無關(guān)。③氣井出水的時間與產(chǎn)量大小有關(guān)，產(chǎn)量大，出水時間早，反之出水時間遲，但生產(chǎn)水氣比變化特征與產(chǎn)量大小無關(guān)。④水侵強度的大小對水侵特征曲線有影響，但影響不改變特征曲線的基本形態(tài)，相對高滲帶的滲透率與儲層平均滲透率比值越小，這種影響越小。

3.3 邊水氣藏水侵類型劃分

依據(jù)上述分析和研究工區(qū)氣井的水氣比曲線類型，可以劃分為以下4種類型：①“弱舌進水侵”型，主要表現(xiàn)為生產(chǎn)水氣比隨時間上升緩慢，符合一次線性關(guān)系，其相對高滲透率與儲層平均滲透率比值不大于3；該類型典型井位DLK5井 （見圖2）。②“強舌進水侵”型，主要表現(xiàn)為生產(chǎn)水氣比隨時間上升較快，符合二次多項式關(guān)系，其相對高滲帶滲透率與儲層平均滲透率比值介于3～5之間；該類型典型井位DLK7井（見圖3）。③“高滲透帶水侵”型，主要表現(xiàn)為生產(chǎn)水氣比隨時間上升迅速，符合三次多項式關(guān)系，其相對高滲帶滲透率與儲層平均滲透率比值介于5～100之間；該類型典型井位DLK8井、DLK9井 （見圖4、圖5）。④“高導(dǎo)裂縫水侵”型，主要表現(xiàn)為生產(chǎn)水氣比隨時間上升迅速，符合指數(shù)關(guān)系，其相對高滲帶滲透率與儲層平均滲透率比值大于100；該類型在研究工區(qū)少見。

圖1 氣藏水侵特征圖版

圖2 DLK5井產(chǎn)水圖

圖3 DLK7井產(chǎn)水圖

圖4 DLK8井產(chǎn)水圖

圖5 DLK9井產(chǎn)水圖

4 結(jié) 論

（1）根據(jù)實驗?zāi)M水驅(qū)驅(qū)替過程中的微觀特征分析，認為水氣藏內(nèi)封閉氣的形成主要為在驅(qū)替過程中水侵造成的繞流指進、卡斷現(xiàn)象、盲端、賈敏效應(yīng)、不連通孔隙和“H”型孔道等現(xiàn)象所致，研究區(qū)主要存在繞流指進、卡斷現(xiàn)象2種類型。

（2）采用氣藏天然氣中飽和凝析水量計算與生產(chǎn)產(chǎn)水量的對比對氣井產(chǎn)水類型進行了判斷，雅克拉氣藏產(chǎn)水類型主要為凝析水體，而大澇壩氣藏存在凝析水體、地層邊底水。

（3）依據(jù)實驗室模擬和現(xiàn)場生產(chǎn)動態(tài)分析了夾層水和邊底水的產(chǎn)出特征，認為夾層水的產(chǎn)出主要是由于在氣層井點處壓力降低時，附近夾層水在所在水層壓力也會降低，從而形成壓差而產(chǎn)出；對于高滲或較高滲夾層水層在存在較小驅(qū)動壓差下就可被激活流動，而低滲夾層水層必須在較大的驅(qū)動壓差下才能被激活流動。邊底水的產(chǎn)出在一定壓差下依照氣藏相滲規(guī)律產(chǎn)出。

（4）采用單井數(shù)值模擬的方法對邊水氣藏水侵特征進行了總結(jié)，并劃分了“弱舌進水侵”型、“強舌進水侵”型、“高滲透帶水侵”型、“高導(dǎo)裂縫水侵”型4種水侵類型，研究工區(qū)內(nèi)的主要存在前面3種水侵類型，“高導(dǎo)裂縫水侵”型水侵類型少見。

［1］袁士義，葉繼根，孫志道 .凝析氣藏高效開發(fā)理論與實踐 ［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2003.

［2］李士倫，孫良田，郭平，等 .氣田及凝析氣田開發(fā)新理論新技術(shù) ［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2005.

［3］李士倫 .天然氣工程 ［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2000.

［4］楊寶善 .凝析氣藏開發(fā)工程 ［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1995.3.

［5］吳曉東 .利用微觀模型研究孔隙結(jié)構(gòu)對氣藏水束縛堵塞的影響規(guī)律 ［J］.天然氣工業(yè)，2004，24（4）：60－61.

［6］高大鵬，劉德華，勞勝華，等 .塔河油田ATI區(qū)塊凝析氣藏底水能量評價 ［J］.長江大學(xué)學(xué)報 （自然科學(xué)版），2012，9（8）：N94－96.

［7］石志良，李相方，朱維耀，等 .凝析氣藏微觀滲流實驗研究 ［J］.天然氣工業(yè)，2005，25（9）：92－94.

［8］汪周華，吐依洪江，郭平，等 .凝析氣藏水驅(qū)機理研究 ［J］.西南石油學(xué)院學(xué)報，2006，28（6）：36－39.

［9］李勇，李保柱，胡永樂，等 .吉拉克凝析氣田單井產(chǎn)水分析及數(shù)值模擬 ［J］.石油勘探與開發(fā)，2010，37（1）：89－93.