磨溪氣田氣水同采井水氣比變化特征及機理

陳萬鋼，呂新東，衡 勇 ，陳 林，3，馮文光

（1.成都理工大學能源學院，四川 成都 610059；2.中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057；3.中國石油西南分公司川中礦區(qū)，四川 遂寧 629000）

底水氣藏通常采用避射水層和控制合理產(chǎn)量的生產(chǎn)方式，在不同生產(chǎn)壓差下，儲層內(nèi)氣、水兩相會發(fā)生不同的滲流情況。許多學者對其進行了相關研究，分析了不同儲層特征所產(chǎn)生的影響，在底水氣藏水侵分析中取得了較好效果[1-13]。目前，四川氣田部分底水氣藏采用射開氣、水層且氣水同采的生產(chǎn)方式，其生產(chǎn)曲線和相應的儲層特征都發(fā)生了較大變化[14-16]，筆者通過射孔模式對比，總結磨溪氣田的生產(chǎn)動態(tài)特征，分析了生產(chǎn)動態(tài)所對應的儲層特征與前人研究[3]的異同，在實際應用中取得了較好效果。

1 避射水層與氣水同采對比

1.1 射孔模式對比

對于底水氣藏，采用避射水層的生產(chǎn)方式（圖1a），氣層形成壓力虧空后底水會向上錐進，見水時間關系式[17]為

式中：tbt為底水氣藏見水時間，d；Mgw為氣水兩相流度比（簡稱氣水比）；Kh為平面滲透率，μm2；Kv為垂向滲透率，μm2；?為儲層孔隙度，%；Swi為原生水飽和度，%；Sgr為殘余氣飽和度，%；h為氣藏厚度，m；qg為產(chǎn)氣量，m3/d；Bg為氣體體積系數(shù)。

圖1 避射水層與氣水同采對比

從式（1）可知，避射水層的生產(chǎn)方式需要底水錐進至井底才見水，存在見水時間，并且垂向滲透率越大，見水時間越短。

底水氣藏采用射開氣、水層且氣水同采的生產(chǎn)方式（圖1b），地層水直接進入井筒，基本沒有無水采氣期，當氣體能量不足以克制水體能量時，水體產(chǎn)出，有較短的無水采氣期[18]。氣藏見水更多反映的是水體和氣體能量的關系，而不是式（1）中反映的見水時間與垂向滲透率的關系。磨溪氣田采用該生產(chǎn)方式生產(chǎn)時，水氣比出現(xiàn)了平穩(wěn)、緩慢上升以及先平穩(wěn)、后急劇增加等現(xiàn)象。

何曉東等針對底水氣藏的避射水層生產(chǎn)方式，總結出描述底水入侵的一次方型、二次方型和三次方型3個公式[3]。筆者將氣水同采井的水氣比曲線與何曉東圖版進行對比（圖2），二者存在差異，結果顯示，何曉東圖版并不完全適用于氣水同采井。

圖2 水氣比曲線圖版

1.2 特征對比

磨X6井屬于水氣比緩慢上升、總體偏低型；磨X2井屬于低水氣比平穩(wěn)型；磨X6井和磨X2井的水氣比類型與何曉東提出的一次方型相同。

磨X7井生產(chǎn)初期水氣比接近0，第360 d突然升高，隨后穩(wěn)定；磨X9井生產(chǎn)初期水氣比穩(wěn)定，后期急劇增加；磨X1井生產(chǎn)初期水氣比高，生產(chǎn)840 d后逐漸下降，隨后穩(wěn)定。何曉東的二次方型和三次方型都不能準確地描述以上3種情況，但通過分段函數(shù)，即多段一次方型，即可準確地描述（圖2）。從圖2中即可看出，各直線段斜率直接反映了水氣比變化特征，對礦場實際具有指導意義。

將上述井水氣比變化特征，即圖2中線段類型歸納為水氣比與生產(chǎn)時間的一次方型（即線性關系），生產(chǎn)過程中，不同特征的儲層有相應的線性關系，其表達式為

式中：v為水氣比，10-4m3/m3；k為直線段斜率；t為生產(chǎn)時間，d；b為直線段截距，生產(chǎn)初期其為初始水氣比，生產(chǎn)過程中其為階段水氣比，10-4m3/m3。

生產(chǎn)過程中壓力波及不同特征的儲層時，k值和b值將發(fā)生相應的變化。生產(chǎn)初期，b值反映井筒連通的水體體積大小，與連通水體能量成正比。

根據(jù)何曉東一次方型公式[3]，結合實際生產(chǎn)曲線，生產(chǎn)過程中水氣比曲線可以歸納為5種類型段：①平穩(wěn)段；②緩慢上升段；③快速上升段；④下降段，k值小于0；⑤跳躍段，b值發(fā)生突變。

水氣比曲線都可以由這5種類型段組成，k值和b值根據(jù)生產(chǎn)動態(tài)確定。該方法操作簡單，因2點即可確定一條直線，因此能在短時間內(nèi)準確判斷生產(chǎn)變化情況。

2 不同水氣比曲線類型段的特征及機理

氣水同采井生產(chǎn)時射開水層，氣體和水體徑向流入井筒，有效避免了氣藏水侵。產(chǎn)水不能反映垂向滲透率，這與何曉東圖版有區(qū)別。

不同水氣比曲線類型段反映了與之相應的生產(chǎn)時間內(nèi)壓力波及區(qū)域內(nèi)的特征，主要表現(xiàn)為：①平穩(wěn)段。儲層均質性較強，裂縫不發(fā)育，或發(fā)育微細網(wǎng)狀縫，氣和水能量基本相同。儲層物性較好時，b值較大，即產(chǎn)水量較大；儲層物性較差時，b值較小，即產(chǎn)水量較小，這與文獻[3]的一次方型一致。②緩慢上升段。儲層均質性較強，物性較好，裂縫不發(fā)育，或發(fā)育微細網(wǎng)狀縫，地層水水體較大；該類型段與文獻[3]的一次方型一致。③快速上升段。儲層裂縫發(fā)育，連通性好，水體能量大；與文獻[3]中的二次方型和三次方型相對應，但不能反映垂向滲透率與橫向滲透率之間的關系。④下降段。k值小于0，表明水體能量減弱。生產(chǎn)初期出現(xiàn)下降段，表明近井地帶連通性好，但不能反映裂縫特征，水體能量有限。隨著生產(chǎn)進行，地層水產(chǎn)出，水氣比下降；該類型段在文獻[3]中未出現(xiàn)。分析認為，采用避射水層生產(chǎn)方式需要有相當能量的地層水才能獲得突破，產(chǎn)水后如果不采取調(diào)整措施，水量很難下降，使得水氣比曲線不能下降。⑤跳躍段。生產(chǎn)過程中，當b值出現(xiàn)跳躍，表明壓力波及裂縫發(fā)育區(qū)，連通了新的水體，且水體能量大；該類型段在文獻[3]中也未出現(xiàn)。

生產(chǎn)井射開氣、水層進行氣水同采，增加了井筒攜液負擔，當井筒出現(xiàn)積液甚至水淹時，不能像避射水層那樣通過調(diào)整生產(chǎn)措施來進行治水。因此，開發(fā)生產(chǎn)初期充分認識儲層和流體性質，分析井筒攜液能力或者排水采氣工藝效果非常重要。

3 實際應用

根據(jù)磨溪氣田的生產(chǎn)數(shù)據(jù)確定了氣水比曲線不同類型段k值和b值的取值范圍：①平穩(wěn)段，k值為0～0.2，b值小于3.6；②緩慢上升段，k值為0.2～0.45，b值小于3.6；③快速上升段，k值大于等于0.45，b值小于3.6；④下降段，k值小于0，b值小于3.6；⑤跳躍段，b值大于3.6。

根據(jù)每種類型段k取值范圍可以判斷產(chǎn)水變化特征。如磨X03井，產(chǎn)氣量為2.3×104m3/d（圖3），臨界攜液流量大于1.8×104m3/d。該井投產(chǎn)初期，k值約為0，水氣比約為1.1×10-4m3/m3，屬于平穩(wěn)段；第13 d，k值為2.85，水氣比為18.2×10-4m3/m3，屬于跳躍段；第18 d，k值為-0.6，水氣比為14.6×10-4m3/m3，屬于下降段；生產(chǎn)20 d后，水氣比為平穩(wěn)段，反映出儲層均質性較強，裂縫不發(fā)育，與靜態(tài)地質認識一致。投產(chǎn)至今產(chǎn)水量均在井筒攜液能力范圍內(nèi)，排除了井底積液的可能。

圖3 磨X03井生產(chǎn)曲線

4 結束語

生產(chǎn)井射開氣、水層且氣水同采的水氣比與避射水層生產(chǎn)井的水氣比差別較大，其水氣比曲線主要分為平穩(wěn)段、緩慢上升段、快速上升段、下降段和跳躍段5種類型。筆者繪制的水氣比曲線圖版簡單易操作，確定氣藏的k和b值后，即可判斷生產(chǎn)曲線的變化，現(xiàn)場應用情況較好。該圖版應用時要求井筒具有足夠的攜液能力，使其不發(fā)生井底積液。但對于生產(chǎn)井射開氣、水層且氣水同采的儲層內(nèi)部壓力變化所導致的滲流變化，需要進一步加強研究。

[1]羅伯特沃特恩伯格.氣藏工程[M].王玉普，郭萬奎，龐顏明，等，譯.北京：石油工業(yè)出版社，2007.

[2]谷建偉，姜漢橋，吳義志，等.無夾層底水油藏直井水錐定量描述[J].油氣地質與采收率，2012，19（6）：78-81.

[3]何曉東，鄒紹林，盧曉敏.邊水氣藏水侵特征識別及機理初探[J].天然氣工業(yè)，2006，26（3）：87-89.

[4]劉啟國，王瑞，李邗，等.考慮啟動壓力梯度和高速非達西效應的低滲透氣藏水平井產(chǎn)能[J].油氣地質與采收率，2010，17（5）：53-56.

[5]William B，Byrne Jr，Richard Morse A.The effects of various reser?voirs and well parameters on water coning performance[R].SPE 4287，1973.

[6]孫薇，王淑玉，楊會朋，等.考慮水侵強度的裂縫性水驅氣藏物質平衡方法[J].油氣地質與采收率，2009，16（3）：85-87.

[7]劉成川，卜淘，張文喜.新場氣田蓬二段氣藏二次開發(fā)調(diào)整研究[J].油氣地質與采收率，2004，11（4）：46-48.

[8]王會強，李曉平，吳鋒，等.邊水氣藏氣井見水時間預測方法[J].特種油氣藏，2008，15（4）：73-74.

[9]Zhang Liehui，F(xiàn)eng Guoqing，Li Xiaoping，et al.Water breakthrough simulation in naturally fractured gas reservoirs with water drive[J].Journal of Hydrodunamics：Series B，2005，17（4）：466-472.

[10]朱圣舉.預測無隔板底水油藏油井見水時間的修正式[J].新疆石油地質，1999，20（1）：56-57.

[11]何逸凡，廖新維，徐夢雅，等.低滲透氣藏壓裂水平井產(chǎn)能預測模型及其應用[J].油氣地質與采收率，2012，19（4）：93-96.

[12]馮異勇，賀勝寧.裂縫性底水氣藏氣井水侵動態(tài)研究[J].天然氣工業(yè)，1998，18（3）：40-44.

[13]李騫，李相方，郭平，等.吐哈氣田凝析氣井產(chǎn)能影響因素分析及預測[J].油氣地質與采收率，2010，17（6）：82-84.

[14]陳家瑯，陳濤平.石油氣液兩相管流[M].北京：石油工業(yè)出版社，2010.

[15]蔣平.底水錐進預測及底水治理決策技術研究[D].成都：西南石油大學，2006.

[16]陳萬鋼.碳酸鹽巖氣藏開發(fā)早期連通性及治水對策研究——以四川LG氣田為例[D].成都：成都理工大學，2011.

[17]王怒濤，黃炳光.實用氣藏動態(tài)分析方法[M].北京：石油工業(yè)出版社，2011.

[18]關文龍，李敬松，李相方.低滲底水氣藏射開水層氣水合采新方法[J].天然氣工業(yè)，2003，23（5）：79-82.