邊底水凝析氣藏氣井出水來(lái)源綜合識(shí)別方法

高大鵬，李瑩瑩，高玉瑩

(1.北京大學(xué)，北京 100871;2.中油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083;3.中國(guó)石油大學(xué)，北京 102249;4.曲阜師范大學(xué)，山東 曲阜 276826)

引 言

邊底水凝析氣藏在中國(guó)新、蜀、湘、鄂地區(qū)分布較廣，這類(lèi)氣藏由于高產(chǎn)凝析油而具有特殊的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，其合理、高效的開(kāi)發(fā)也越來(lái)越受到重視［1－3］。延長(zhǎng)無(wú)水采氣時(shí)間，見(jiàn)水后合理控水以及帶水采氣均需對(duì)氣井出水來(lái)源有及時(shí)準(zhǔn)確的判斷。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于常規(guī)氣藏的出水來(lái)源判斷已做了很多研究［4－8］，但這些研究成果對(duì)于地層內(nèi)易出現(xiàn)油、氣、水三相流動(dòng)的凝析氣藏而言適用性不強(qiáng)，并且沒(méi)有對(duì)不同階段的出水來(lái)源進(jìn)行系統(tǒng)地跟蹤判斷?？紤]到邊底水凝析氣藏氣井出水來(lái)源的多樣性和特殊性，結(jié)合常見(jiàn)的凝析水、層間水竄、夾層水和邊底水4類(lèi)主要出水來(lái)源，提出了一套系統(tǒng)的綜合識(shí)別方法。

1 識(shí)別方法技術(shù)思路

1.1 凝析水分析

凝析水是在地層條件下呈氣態(tài)的部分地層水，隨氣體采出到地面后，由于壓力、溫度的降低而析出，從而致使氣井產(chǎn)水，主要通過(guò)定性和定量2種方法對(duì)凝析水含量進(jìn)行分析。

(1)定性分析。凝析水的礦化度通常小于1×104mg/L，而地層水的礦化度則相對(duì)較高，通常大于8×104mg/L。據(jù)此可根據(jù)不同生產(chǎn)階段測(cè)得的單井產(chǎn)出水礦化度初步判斷是否為凝析水。

(2)定量計(jì)算。①利用Mcketta－Wehe圖版計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)狀況下單位體積氣體在地面和地層條件下的水蒸氣含量，通過(guò)二者的差值得到采出單位體積氣體時(shí)伴隨采出的凝析水量;②凝析水含量是氣藏溫度、壓力和礦化度的函數(shù)，可用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。將以上2種方法的計(jì)算結(jié)果與單井實(shí)際采出每立方米氣的含水量進(jìn)行比較，可以進(jìn)一步確定產(chǎn)出水是否僅為凝析水。

1.2 單井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)分析

凝析氣井的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)分析是判斷單井出水來(lái)源的重點(diǎn)，凝析氣藏本身在一定溫度、壓力范圍內(nèi)存在反凝析和逆蒸發(fā)現(xiàn)象。如果凝析氣藏帶有能量較強(qiáng)的天然水體，通常在采用衰竭方式進(jìn)行開(kāi)采時(shí)，隨著地層壓力的下降，會(huì)出現(xiàn)明顯的底水錐進(jìn)現(xiàn)象，并伴有凝析油在近井地帶附近析出，形成凝析液高飽和度區(qū)，氣相相對(duì)滲透率降低，凝析氣井的產(chǎn)能也大幅度降低。在此過(guò)程中，由于氣藏構(gòu)造物性、氣井位置、采氣速度等的不同，凝析氣井會(huì)表現(xiàn)出不同的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，但同時(shí)又遵循一定的規(guī)律。通過(guò)對(duì)塔河、柯克亞、牙哈等凝析氣藏35口出水氣井的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)統(tǒng)計(jì)，歸納了不同出水來(lái)源的單井動(dòng)態(tài)變化特征，如表1所示。

表1 不同出水來(lái)源的單井動(dòng)態(tài)指標(biāo)變化特征統(tǒng)計(jì)

繪制單井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)曲線，分析出水來(lái)源評(píng)價(jià)指標(biāo)(水氣比、含水率、油氣比)隨時(shí)間的變化規(guī)律，與總結(jié)的不同出水來(lái)源的單井動(dòng)態(tài)指標(biāo)變化特征進(jìn)行對(duì)比，初步判斷氣井出水來(lái)源。其中水氣比在常規(guī)氣藏的單井出水來(lái)源識(shí)別中應(yīng)用較多，含水率和油氣比則是針對(duì)凝析氣藏的反凝析特性和井底附近的油、氣、水三相流動(dòng)提出的評(píng)價(jià)指標(biāo)［9－10］。

1.3 單井測(cè)井解釋分析

通過(guò)凝析氣藏測(cè)井解釋可以綜合判斷油(油環(huán))、氣、水層，一般采用比較分析的方法，即在一個(gè)地層水電阻率基本相同的井段內(nèi)，對(duì)巖性相同的地層進(jìn)行儲(chǔ)油物性(孔隙度和滲透率)，含油氣性(錄井顯示、定量計(jì)算和直觀顯示的含油氣飽和度)和電性測(cè)井曲線的形態(tài)特征，可動(dòng)油氣和可動(dòng)水顯示，識(shí)別油、氣、水層的圖形顯示的比較［11］，凝析氣田油、氣、水、干層的判別標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 凝析氣藏油、氣、水、干層判別標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)測(cè)井解釋結(jié)果具體判斷凝析氣井出水來(lái)源的步驟如下。

(1)分析氣井投產(chǎn)前地層中原始靜態(tài)氣水分布特征，估算各采氣井的避水高度。

(2)分析不同鉆遇層段的孔隙度、滲透率以及含水飽和度等地層屬性參數(shù)，對(duì)于水平井而言，尤其要分析水平段軌跡與滲透率之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在橫向和縱向上分析是否存在高滲帶。

(3)分析夾層的分布位置及厚度，繪制整個(gè)區(qū)塊的測(cè)井解釋聯(lián)井剖面圖，便于了解夾層的展布特征。

(4)利用測(cè)井曲線估算泥質(zhì)含量，通過(guò)分析泥質(zhì)含量與排驅(qū)壓力之間的關(guān)系，計(jì)算出夾層水的臨界流動(dòng)壓差，判斷是否存在夾層水。

1.4 井間優(yōu)勢(shì)滲流通道識(shí)別

存在較大能量水體的凝析氣藏在選用天然能量開(kāi)采時(shí)，邊底水將作為一種重要的驅(qū)動(dòng)能量［12］。當(dāng)氣井水淹后由于地層水的沖刷剝蝕作用有可能形成大孔道，或者兩井之間存在微裂縫等高滲帶，都將造成正常生產(chǎn)的氣井由于層間水竄而見(jiàn)水。

優(yōu)勢(shì)滲流通道識(shí)別是一個(gè)完整的系統(tǒng)過(guò)程，可從油藏地質(zhì)和開(kāi)發(fā)兩方面入手對(duì)優(yōu)勢(shì)滲流通道是否存在和發(fā)展程度進(jìn)行定性判別。首先篩選影響和標(biāo)志優(yōu)勢(shì)滲流通道形成的主要因素和指標(biāo)，并分析它們之間的相關(guān)性;然后研究確定各因素的變化范圍，歸一化評(píng)判指標(biāo)和權(quán)重值;最后利用模糊理論方法綜合處理各種靜、動(dòng)態(tài)因素指標(biāo)，建立優(yōu)勢(shì)滲流通道定量識(shí)別模型進(jìn)行綜合判斷。

1.5 出水層位判斷

繪制單井生產(chǎn)測(cè)試剖面，初步確定出水層位。對(duì)于凝析水和夾層水，產(chǎn)水量與產(chǎn)氣量同步變化，主力產(chǎn)氣層與主力出水層相同。對(duì)于層間水竄，不同生產(chǎn)階段測(cè)試的主力出水層位可能發(fā)生遷移。對(duì)于邊底水，不同生產(chǎn)階段出水層位不變，低部位層組的出水量較大。

1.6 數(shù)值模擬論證

凝析氣藏?cái)?shù)值模擬技術(shù)作為氣田開(kāi)發(fā)決策的工具主要用于研究氣藏的各種機(jī)理、分析影響因素及參數(shù)敏感性、模擬生產(chǎn)過(guò)程、預(yù)測(cè)未來(lái)開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)和可行性方案優(yōu)選，由此可跟據(jù)擬合的生產(chǎn)歷史過(guò)程，表征氣井周?chē)瑲?、水飽和度變化特征以及地層水體的活動(dòng)過(guò)程［13－14］。結(jié)合凝析氣藏的地質(zhì)構(gòu)造特征、測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)及鉆完井資料，建立精細(xì)地質(zhì)模型，尤其需要準(zhǔn)確表征夾層;再利用收集的油氣樣品實(shí)驗(yàn)結(jié)果，針對(duì)凝析氣藏反凝析特性開(kāi)展相態(tài)擬合;最后結(jié)合單井實(shí)際生產(chǎn)動(dòng)態(tài)資料運(yùn)用組分模型進(jìn)行歷史擬合，并觀察各單井的出水來(lái)源與之前的判斷是否相符。

2 實(shí)例分析

以新疆塔里木盆地塔河凝析氣藏A區(qū)塊某2口采氣井(1、2井)為例，采用跟蹤識(shí)別方法分析其不同階段的出水來(lái)源。已知該區(qū)塊為常溫常壓中高孔、中高滲砂巖底水凝析氣藏，屬三角洲前緣亞相沉積，自下而上由多個(gè)正韻律沉積旋回組成且非均質(zhì)性較強(qiáng)。氣藏平均地層壓力為44.74 MPa，平均地層溫度為97.8℃，采出的天然氣相對(duì)密度為0.668，地層水礦化度為22.1×104mg/L，其中1井為直氣井，2井為水平氣井。

(1)利用Mcketta－Wehe圖版計(jì)算采出1 m3天然氣可伴隨采出凝析水5.5 g。1、2兩口井見(jiàn)水時(shí)每1 m3天然氣含水量計(jì)算結(jié)果分別為1700 g和331 g，并且產(chǎn)出水樣礦化度均遠(yuǎn)大于8×104mg/L，綜合判定2口井剛見(jiàn)水時(shí)均已產(chǎn)地層水。

(2)從單井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)曲線(圖1、2)分析可知:①1井投產(chǎn)初期高含水且含水率穩(wěn)定，此時(shí)油氣比和水氣比基本保持穩(wěn)定，進(jìn)一步判斷所產(chǎn)地層水為夾層水;當(dāng)夾層水量及其供應(yīng)能量枯竭之后含水率明顯下降，水氣比也有所下降;繼續(xù)生產(chǎn)1.5 a左右，含水率急速上升，油氣比也與之同步上升，表現(xiàn)出底水錐進(jìn)的特征;②2井生產(chǎn)過(guò)程中含水率和水氣比波動(dòng)性變化，總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，且在后期含水率較高時(shí)，油氣比迅速上升，表現(xiàn)出明顯的層間水竄特征，同時(shí)鄰近的1口射開(kāi)層位較高的直采氣井已經(jīng)水淹，提供了層間水竄的條件。

圖1 1井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)曲線

圖2 2井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)曲線

(3)從2口井的測(cè)井解釋結(jié)果分析可知:①1井避水高度為7 m，射開(kāi)的產(chǎn)層內(nèi)有明顯的夾層但對(duì)底水起不到遮擋作用，滲透率和孔隙度均在區(qū)塊平均范圍內(nèi)，非均質(zhì)性較弱，可見(jiàn)同時(shí)具備產(chǎn)夾層水和底水的條件;②2井避水高度為7.5 m，水平段內(nèi)橫向非均質(zhì)性較強(qiáng)，射開(kāi)產(chǎn)層與水層之間存在厚度大、發(fā)育好的夾層，對(duì)底水起到明顯的遮擋作用，底水短時(shí)間內(nèi)錐進(jìn)到井底的可能性不大。

(4)1井與周?chē)蓺饩g不存在優(yōu)勢(shì)滲流通道，2井與鄰近的1口水淹井之間存在較為明顯的優(yōu)勢(shì)滲流通道，由此基本可以確定2井見(jiàn)水是由于鄰近井高含水后造成的層間水竄。此外，該區(qū)塊僅有一個(gè)產(chǎn)氣層因而未判斷出水層位。

(5)采用斯倫貝謝公司的E300組分模型進(jìn)行數(shù)值模擬，油氣樣品中凝析氣組分有14種，組分過(guò)多會(huì)導(dǎo)致運(yùn)算時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，因此根據(jù)物理化學(xué)性質(zhì)相近及適度合并原則對(duì)組分進(jìn)行合并［15－17］，在保證精度的前提下將14種組分組合為8個(gè)擬組分，然后對(duì)恒質(zhì)膨脹、等容衰竭、差異分離等PVT實(shí)驗(yàn)進(jìn)行擬合，隨后開(kāi)展生產(chǎn)歷史擬合。

圖4 2010年5月1井附近地層含氣飽和度

1井生產(chǎn)歷史數(shù)值模擬結(jié)果。從1井縱向剖面含氣飽和度變化圖(圖3～5)中可以看到，1井投產(chǎn)后一直到2010年5月底水沒(méi)有明顯錐進(jìn)，而在井附近地層由于夾層水的存在含水飽和度較高，可見(jiàn)在1井開(kāi)采初期高含水是由于夾層水的供給;后期1井底部水錐的模擬效果非常明顯，2013年7月底水已經(jīng)錐進(jìn)到井底，這是后期再次高含水的原因。

圖5 2013年7月1井附近地層含氣飽和度

2井生產(chǎn)歷史數(shù)值模擬結(jié)果。從2井的縱向含氣飽和度剖面圖(圖6)中可以看到，2010年9月2井底部并未出現(xiàn)底水錐進(jìn)的現(xiàn)象，可見(jiàn)底部氣層內(nèi)夾層對(duì)于底水的遮擋作用非常明顯;截至2013年7月，從2井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)上來(lái)看已經(jīng)見(jiàn)水嚴(yán)重，從2井的橫向含氣飽和度剖面圖(圖7、8)中可以發(fā)現(xiàn)，底水從鄰近一口直井方向竄入2井，已知這口直井在2009年10月已經(jīng)出現(xiàn)水淹，水淹后提升了附近地層的氣水界面，造成底水沿井間優(yōu)勢(shì)滲流通道竄至2井井底，導(dǎo)致2井高含水生產(chǎn)。

圖6 2010年9月A區(qū)塊含氣飽和度縱向剖面

圖7 2井附近地層含氣飽和度

圖8 2013年7月2井附近地層含氣飽和度

3 結(jié)論

(1)凝析氣藏單井出水來(lái)源跟蹤識(shí)別方法主要包括:凝析水分析、單井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)分析、單井測(cè)井解釋分析、井間優(yōu)勢(shì)滲流通道分析、出水層位判斷以及數(shù)值模擬論證6個(gè)步驟?？紤]邊底水凝析氣藏的反凝析特性，在判別過(guò)程中對(duì)油、氣、水三相流動(dòng)加以分析，確保出水來(lái)源識(shí)別的時(shí)效性和準(zhǔn)確性。

(2)結(jié)合新疆塔里木盆地塔河凝析氣藏A區(qū)塊某2口采氣井進(jìn)行實(shí)例分析，其中1井投產(chǎn)初期見(jiàn)夾層水，隨后底水錐進(jìn)到井底造成水淹;2井由于鄰近井水淹改變了附近地層的氣水分布狀態(tài)，由井間的優(yōu)勢(shì)滲流通道發(fā)生層間水竄。

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