致密含水氣藏產(chǎn)液評價模型及應(yīng)用

董 杰，岳湘安，丁景辰

(1.中國石油大學(北京)，北京 102249；2.石油工程教育部重點實驗室，北京 102249；3.中國石化華北油氣分公司，河南 鄭州 450006)

0 引 言

隨著常規(guī)油氣資源的日漸枯竭，以致密氣為代表的非常規(guī)油氣逐漸成為石油天然氣行業(yè)開發(fā)的重點[1-4]。由于致密氣藏儲層物性差，產(chǎn)氣量低，水相的產(chǎn)出會對生產(chǎn)造成決定性的影響[5-11]，因此，產(chǎn)液評價是含水氣藏開發(fā)動態(tài)評價的重要組成部分。在以往的研究和現(xiàn)場實踐中，普遍將氣井分為高產(chǎn)液、中產(chǎn)液、低產(chǎn)液等幾種類型，該分類評價方法簡單易用，可以基本表示氣井的產(chǎn)液狀態(tài)[12-15]，卻無法給氣田開發(fā)帶來更多的指導(dǎo)意義：一方面，產(chǎn)液并不是孤立的環(huán)節(jié)，單純評價產(chǎn)液量并不能準確描述液相產(chǎn)出對氣井生產(chǎn)的影響程度；另一方面，當前的產(chǎn)液評價都是基于評價時氣井的產(chǎn)液狀態(tài)進行的，而實際上氣井的產(chǎn)液是一個動態(tài)變化的過程，現(xiàn)有評價結(jié)果只能代表評價期內(nèi)的產(chǎn)液狀態(tài)，卻無法表示氣井的動態(tài)產(chǎn)液趨勢。為了解決上述問題，以大牛地致密氣田D28井區(qū)為例，通過氣井產(chǎn)液的相關(guān)研究，建立了新的致密含水氣藏氣井產(chǎn)液評價模型，并以此來指導(dǎo)氣井的排水采氣作業(yè)。

1 研究區(qū)概況

大牛地氣田位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡北部東段，屬于典型的大型致密低滲砂巖氣田，面積為2 000 km2，資源量為8 237.0×108m3。氣田累計新建產(chǎn)能為68.5×108m3/a，累計生產(chǎn)工業(yè)氣為249.2×108m3。大牛地氣田儲層非均質(zhì)性強，氣水分布復(fù)雜，氣田部分區(qū)塊產(chǎn)液明顯。氣田2016年各開發(fā)井區(qū)年產(chǎn)氣量和年產(chǎn)液量見表1。

表1 大牛地氣田各井區(qū)2016年產(chǎn)氣量、液量統(tǒng)計

由表1可知，氣田各個井區(qū)年產(chǎn)氣量、產(chǎn)液量差異明顯。其中，D28井區(qū)產(chǎn)液特征和其他井區(qū)的差異尤為突出，D28井區(qū)年產(chǎn)液量達6.16×104m3/a，遠高于其他井區(qū)(平均為1.32×104m3/a)。從水氣比方面比較，D28井區(qū)平均水氣比達4.81×10-4m3/m3，同樣遠高于其他井區(qū)(平均為1.11×10-4m3/m3)。鑒于大牛地氣田D28井區(qū)高產(chǎn)液的現(xiàn)狀，以該井區(qū)為例，開展致密含水氣藏產(chǎn)液特征分析，建立產(chǎn)液評價模型，并開展了現(xiàn)場試驗。

2 致密含水氣藏氣井產(chǎn)液評價模型

2.1 產(chǎn)液靜態(tài)評價分類

開展氣井產(chǎn)液靜態(tài)評價分類，以氣井平均日產(chǎn)氣量和平均日產(chǎn)液量作為評價標準，評價氣井的產(chǎn)液靜態(tài)特征。對D28井區(qū)2016年正常生產(chǎn)的97口氣井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行分析，對比分析每口井的平均日產(chǎn)液量與平均日產(chǎn)氣量(圖1)。

圖1 D28井區(qū)平均日產(chǎn)氣量與平均日產(chǎn)液量關(guān)系

綜合氣井臨界攜液流量計算結(jié)果和實際氣井攜液狀況，將日均產(chǎn)氣量為2×104m3、日均產(chǎn)液量為1 m3作為產(chǎn)液靜態(tài)評價分類的界限劃分標準。根據(jù)此標準，將氣井劃分為4種類型：①高產(chǎn)氣-低產(chǎn)液型，圖1中I類區(qū)。此類氣井產(chǎn)能較高，生產(chǎn)情況最為理想。其產(chǎn)氣能力較強，同時產(chǎn)液較少，產(chǎn)出水的主要水源為產(chǎn)出氣凝析水，幾乎不含地層水。②低產(chǎn)氣-低產(chǎn)液型，圖1中Ⅲ類區(qū)。此類氣井產(chǎn)能有限，平均日產(chǎn)氣和日產(chǎn)水量均較低，其產(chǎn)出水的主要水源為地層水和產(chǎn)出氣凝析水。③高產(chǎn)氣-高產(chǎn)液型，圖1中Ⅱ類區(qū)。此類氣井產(chǎn)能較高，平均日產(chǎn)氣和日產(chǎn)水量均較高，其產(chǎn)出水的主要水源為地層水，包括層內(nèi)原生可動水(透鏡體水、構(gòu)造低部可動水等)和層內(nèi)次生可動水(儲層束縛水)，以層內(nèi)次生可動水為主。④低產(chǎn)氣-高產(chǎn)液型，圖1中Ⅳ類區(qū)。此類氣井產(chǎn)能較低，產(chǎn)氣能力較差，但其產(chǎn)液量較大，其產(chǎn)出水的主要水源為地層水，包括層內(nèi)原生可動水(透鏡體水、構(gòu)造低部可動水等)和層內(nèi)次生可動水(儲層束縛水)，以層內(nèi)次生可動水為主。

2.2 產(chǎn)液動態(tài)評價分類

在實際氣井開發(fā)中，氣井的產(chǎn)液是一個動態(tài)變化的過程，而常規(guī)的氣井產(chǎn)液分類無法描述產(chǎn)液的動態(tài)變化特征。新的產(chǎn)液評價模型引入累計水氣比分析目標井區(qū)的單井生產(chǎn)數(shù)據(jù)，便于全面把握氣井乃至整個區(qū)塊的產(chǎn)液動態(tài)特征及氣水產(chǎn)出規(guī)律。

氣井的累計水氣比即為累計產(chǎn)水量與累計產(chǎn)氣量的比值：

(1)

式中：WGRi為累計水氣比，10-4m3/m3；Qw為日產(chǎn)水量，m3/d；Qg為日產(chǎn)氣量，104m3/d；n為生產(chǎn)時間，d。

致密氣藏普遍采用壓裂開發(fā)。氣井在開發(fā)初期都會經(jīng)歷壓裂液返排的過程，在該過程內(nèi)，氣井的產(chǎn)液量會受到壓裂液返排的極大影響[16-18]。為了排除壓裂液返排對氣井正常產(chǎn)液特征的干擾，選取壓裂液返排期結(jié)束之后的數(shù)據(jù)作為產(chǎn)液動態(tài)評價分類的數(shù)據(jù)來源。分析D28井區(qū)氣井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，對比其返排期后單井累計水氣比的變化規(guī)律，按照累計水氣比的不同變化趨勢將氣井分為3類(圖2)。

圖2氣井產(chǎn)液動態(tài)評價分類典型井累計水氣比與生產(chǎn)時間關(guān)系

2.2.1 累計水氣比下降型

此類氣井隨著開發(fā)時間的推移，其產(chǎn)水量不斷降低，累計水氣比總體呈持續(xù)下降趨勢，如圖2中W1井。越到開發(fā)后期，水氣比越低。此類氣井初期的主要產(chǎn)出水源為地層水，后期為地層水和凝析水。

此類氣井所在的區(qū)域內(nèi)可動水飽和度較低，可動水產(chǎn)出能力差。此外，氣井溝通的高含水透鏡體有限，在開發(fā)初期，透鏡體中的地層水快速產(chǎn)出，累計水氣比高，隨著開發(fā)的進行，有限的高含水透鏡體中的水大部分已排出，剩余地層水量逐漸減小，產(chǎn)水量逐漸降低，累計水氣比持續(xù)下降。

2.2.2 累計水氣比穩(wěn)定型

此類氣井產(chǎn)氣和產(chǎn)水量均較穩(wěn)定，其累計水氣比總體上呈穩(wěn)定趨勢(W2井)。此類氣井的主要產(chǎn)出水源為地層水和凝析水。此類氣井可細分類別，一類是高產(chǎn)氣低產(chǎn)液氣井，此類井產(chǎn)出液以凝析水為主，因此水氣比一直較穩(wěn)定；另一類是高產(chǎn)液氣井，此類氣井產(chǎn)出液以地層水為主，氣井連通區(qū)域相對較大，有充足的水源，連通區(qū)域內(nèi)均質(zhì)性相對較好，隨著開發(fā)的進行，產(chǎn)水量相對較大，但一直較穩(wěn)定，目標井區(qū)主要為該類氣井。

2.2.3 累計水氣比上升型

此類氣井產(chǎn)氣量下降幅度明顯大于產(chǎn)液量下降幅度，累計水氣比總體呈持續(xù)上升趨勢，(W3井)。越到開發(fā)后期，其水氣比越高。由于大牛地區(qū)塊不存在明顯的邊底水，此類氣井的主要產(chǎn)出水源為地層水。

此類氣井在開發(fā)初期，大部分地層可動水聚集在儲層構(gòu)造低部位，與井筒不連通，不參與流動。隨著開發(fā)的進行，壓力降從井筒附近逐漸向儲層深部傳播，使得越來越大范圍內(nèi)的儲層內(nèi)部壓差達到可動水流動閾值，可動水產(chǎn)出量逐漸增大，累計水氣比不斷上升。

2.3 致密含水氣藏氣井產(chǎn)液評價模型

在以上2種評價分類的基礎(chǔ)上，建立了一種新型致密氣藏產(chǎn)液評價模型。新模型的基本原理為：將氣井產(chǎn)液靜態(tài)評價分類和動態(tài)評價分類所得結(jié)果進行交叉對比，建立交叉分析模型，交叉分析模型中每一個交叉點就代表一個具體的精細氣井產(chǎn)液類型。每個精細氣井產(chǎn)液類型都可以在模型中找到對應(yīng)的產(chǎn)液狀態(tài)(按產(chǎn)液靜態(tài)評價分類方法得到)和產(chǎn)液趨勢(按氣井產(chǎn)液動態(tài)評價分類方法得到)，從而綜合得到該類型的詳細產(chǎn)液評價結(jié)果。使用該模型可以在評價氣井的靜態(tài)產(chǎn)氣、產(chǎn)液特征的同時，準確描述產(chǎn)氣、產(chǎn)液的動態(tài)變化趨勢，為產(chǎn)液氣井的精細分類、準確處理提供理論依據(jù)。

對于某一口具體的氣井，通過氣井產(chǎn)液靜態(tài)評價方法得到的該井產(chǎn)液類型，在交叉分析模型中找到對應(yīng)的列；再通過氣井產(chǎn)液動態(tài)評價方法得到的氣井產(chǎn)液趨勢類型，在模型中找到對應(yīng)的行，行列相交處的值即為氣井的精細分類結(jié)果，進而可以對氣井的產(chǎn)液特征進行準確評價(表2)。

由表2可知，該評價模型將致密氣藏產(chǎn)液氣井分為12個精細分類，越靠近右側(cè)的分類，其氣井產(chǎn)氣能力越差，產(chǎn)液能力越強；越靠近下方的分類，其氣井產(chǎn)液越趨近于上升。因此，該模型也為氣井的精細治理提供了依據(jù)，即越靠近左側(cè)和上方的分類，氣井的治理就越簡單，對于Ia型氣井來說，基本無需進行產(chǎn)出液治理；而氣井越靠近右側(cè)和下方的分類，氣井生產(chǎn)越困難，對產(chǎn)出液治理(排水采氣)工作的需求就越強。對于IVc型氣井來說，生產(chǎn)已經(jīng)很困難，且隨著時間的推移，生產(chǎn)難度會進一步加大，必須盡快加大排水采氣力度，優(yōu)化排水采氣方案來保證氣井的穩(wěn)定生產(chǎn)。

表2 致密氣藏產(chǎn)液評價模型

2.4 氣井分類治理策略

具體來說，對于產(chǎn)液評價模型中的I類氣井(高產(chǎn)氣-低產(chǎn)液型)，氣井產(chǎn)氣量高而產(chǎn)液量小，氣井的產(chǎn)氣能力基本可以滿足自身排液的需要，此類氣井的生產(chǎn)情況較好，基本無需進行輔助排水采氣作業(yè)，可適當關(guān)注產(chǎn)液變化趨勢。對于模型中的II類氣井(高產(chǎn)氣-高產(chǎn)液型)，氣井產(chǎn)氣量高，氣井自身具有一定的攜液能力，但產(chǎn)液量同樣較大，產(chǎn)出液可能無法全部被自身產(chǎn)氣攜帶出井底，因此，需要一定的輔助排水采氣措施，如間歇泡排等，保證氣井產(chǎn)液能夠被完全排除。特別是IIc類氣井，產(chǎn)液有不斷上升的趨勢，因此，需要及時跟進相應(yīng)的輔助排水措施，確保井底積液不增加。模型中的III類氣井(低產(chǎn)氣-低產(chǎn)液型)雖然產(chǎn)液量較小，但氣井產(chǎn)氣量同樣較低，基本沒有自身攜液能力，需要通過輔助排液的手段來保障生產(chǎn)。對于此類氣井中的IIIb和IIIc類氣井，產(chǎn)液穩(wěn)定或有上升趨勢，需要加大排水采氣力度，保證氣井穩(wěn)定生產(chǎn)。對于模型中的IV類氣井(低產(chǎn)氣-高產(chǎn)液型)，產(chǎn)氣量小而產(chǎn)液量大，氣井生產(chǎn)效果較差，必須通過較大力度的輔助排液手段維持氣井生產(chǎn)。其中，Ⅳa型氣井目前產(chǎn)液趨勢有所好轉(zhuǎn)，但仍需繼續(xù)執(zhí)行當前泡排策略防治井內(nèi)積液或在不影響生產(chǎn)的情況下適當減少泡排劑量；Ⅳb型氣井總體產(chǎn)液趨勢相對穩(wěn)定，需繼續(xù)執(zhí)行當前泡排策略，改善井內(nèi)氣液狀況；Ⅳc型氣井總體產(chǎn)液趨勢持續(xù)惡化，目前排液措施已經(jīng)無法滿足排液需要，井內(nèi)積液持續(xù)增加，需加大當前排液力度，必要時同時采取多種措施輔助排液，確保氣井正常生產(chǎn)。

3 產(chǎn)液評價模型的應(yīng)用

3.1 單井應(yīng)用效果

以大牛地氣田D28井區(qū)氣井DPT-1X為例，該井2013年7月投產(chǎn)，一直采用常規(guī)經(jīng)驗法開展排水采氣作業(yè)，2017年4月10日后采用文中所述模型進行氣井精細分類，并按照文中提供的排水采氣建議進行排水作業(yè)。氣井生產(chǎn)曲線見圖3。

2017年4月前，氣井產(chǎn)液量變化不大，由于常規(guī)的泡沫排水指導(dǎo)方法是以日產(chǎn)水量為依據(jù)，因此，氣井一直按照穩(wěn)定的7 L/d的泡排量進行泡沫排水。由圖3可知，此時氣井產(chǎn)氣量不斷下降，油套壓差增大，已表現(xiàn)出明顯的積液特征。從2017年4月10日起，采用文中模型對氣井進行了分析，結(jié)果表明該氣井屬于Ⅳc型氣井，當前泡排制度已經(jīng)無法滿足氣井排液需要，必須盡快加大泡排力度。采取12L/d的泡排量進行連續(xù)泡排后，氣井的日產(chǎn)氣量和日產(chǎn)液量明顯上升，油套壓差減小，氣井的積液程度開始下降，排液能力提高，生產(chǎn)得到了明顯改善。

3.2 區(qū)塊應(yīng)用效果

以大牛地氣田D28井區(qū)正常生產(chǎn)的97口氣井為例，按照文中所建產(chǎn)液評價模型進行歸類統(tǒng)計，結(jié)合前文中針對各類氣井的排水采氣建議，優(yōu)化各井的排水采氣策略。實施1個月后，目標區(qū)塊日產(chǎn)氣量由82.5×104m3/d提高至86.6×104m3/d，日產(chǎn)液量由412m3/d提高至447m3/d，氣井生產(chǎn)時率由84.1%提高至87.3%。

圖3DPT-1X井生產(chǎn)曲線

4 結(jié) 論

(1) 針對氣藏產(chǎn)液評價體系不完備的現(xiàn)狀，對氣藏產(chǎn)液進行靜態(tài)、動態(tài)評價分類，以此為基礎(chǔ)建立了致密含水氣藏產(chǎn)液評價新模型，并針對新模型中每一類氣井分別制訂了相應(yīng)的排水采氣建議。

(2) 將文中研究成果應(yīng)用于大牛地氣田D28井區(qū)，實施一個月后，目標區(qū)塊日產(chǎn)氣量、日產(chǎn)液量、氣井生產(chǎn)時率均明顯提高。

[1] 郭平.低滲透致密砂巖氣藏開發(fā)機理研究[M].北京：石油工業(yè)出版社，2009：21-22.

[2] 李陳，夏朝輝，汪萍，等.致密氣藏儲量評價新方法[J].特種油氣藏，2015，22(5)：107-109.

[3] 李玉喜，張金川.我國非常規(guī)油氣資源類型和潛力[J].國際石油經(jīng)濟，2011，19(3)：61-67.

[4] 張杭，周總瑛，周慶凡.中國石油天然氣發(fā)展戰(zhàn)略[M].北京：地質(zhì)出版社,2002：15-16.

[5] 熊鈺，劉斌，徐文龍，等.兩種準確預(yù)測低滲低產(chǎn)氣井積液量的簡易方法[J].特種油氣藏，2015，22(2)：93-96.

[6] 方建龍，孟德偉，何東博，等.鄂爾多斯盆地蘇里格氣田西區(qū)氣水層識別及產(chǎn)水井排查[J].天然氣地球科學，2015，26(12)：2343-2351.

[7] 劉捷，廖銳全，陳進，等.新疆油田氣井排液采氣工藝優(yōu)選方法[J].特種油氣藏，2015，22(1)：141-143.

[8] 田巍，杜利，王明，等.井筒積液對儲層傷害及產(chǎn)能的影響[J].特種油氣藏，2016，23(2)：124-127.

[9] 丁景辰.致密氣藏同步回轉(zhuǎn)增壓排水采氣工藝[J].特種油氣藏，2017，24(3)：145-149.

[10] 高樹生，葉禮友，熊偉，等.大型低滲致密含水氣藏滲流機理及開發(fā)對策[J].石油天然氣學報，2013，35(7)：93-99.

[11] 丁景辰.高含水致密氣藏水平井穩(wěn)產(chǎn)原因分析及啟示——以鄂爾多斯盆地大牛地氣田為例[J].天然氣地球科學，2017，28(1)：127-134.

[12] 孟琦.彩31井區(qū)西山窯組氣藏動態(tài)特征分析及穩(wěn)產(chǎn)對策研究[D].成都：西南石油大學，2014.

[13] 位云生，賈愛林，何東博，等.蘇里格氣田致密氣藏水平井指標分類評價及思考[J].天然氣工業(yè)，2013，33(7)：47-51.

[14] 劉曉曉.澀北氣田水平井產(chǎn)氣出水規(guī)律研究[D].北京：中國石油大學，2010.

[15] 鄧勇，杜志敏，陳朝暉.澀北氣田疏松砂巖氣藏出水規(guī)律研究[J].石油天然氣學報， 2008，30(2)：362-364.

[16] 張家由.致密氣藏壓裂高效返排工藝技術(shù)[J].鉆井液與完井液，2010，27(6)：72-75.

[17] 趙曉.壓裂液返排模型的建立及應(yīng)用[J].石油鉆采工藝，2011，33(3)：62-65.

[18] 張春輝.低滲透油田壓裂液返排規(guī)律研究[D].大慶：大慶石油學院，2008.