東海低滲儲(chǔ)層氣井產(chǎn)水來源綜合判別方法

田 彬，盛志超，劉夢(mèng)穎，王健偉，李久娣，盛 蔚

(1.中國石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司勘探開發(fā)研究院，上海 200120；2. 中國石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司油田開發(fā)管理部，上海 200120)

對(duì)于常規(guī)的中高滲氣藏，氣井在投產(chǎn)初期往往會(huì)經(jīng)歷一個(gè)無水采氣期，而位于東海西湖凹陷低滲氣田的氣井在投產(chǎn)初期即出現(xiàn)不同程度的產(chǎn)水，對(duì)其水源類型及時(shí)、準(zhǔn)確的判斷對(duì)后續(xù)開發(fā)技術(shù)政策的調(diào)整以及同類氣田的高效開發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義。目前常用的氣井水源判別方法多是以生產(chǎn)測井解釋結(jié)果為主要依據(jù)，輔以產(chǎn)水動(dòng)態(tài)變化特征來對(duì)產(chǎn)水類型進(jìn)行判斷[1-4]。但對(duì)于低滲儲(chǔ)層，采用測井資料識(shí)別氣水層間的界限本身就比較模糊，難以界定，因此常常導(dǎo)致氣井水源類型判斷不準(zhǔn)確，治水缺乏針對(duì)性。為此，通過采用礦化度判別法、水氣比分析法、不穩(wěn)定試井分析法和毛細(xì)管壓力法，建立了一套適用于低滲儲(chǔ)層的氣井水源類型判別方法，可顯著提高判別效率以及判別結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1 氣田概況

西湖凹陷位于下?lián)P子地區(qū)東部陸架盆地的東北部，在3 000～4 000 m發(fā)育部分低滲儲(chǔ)層，為三角洲沉積體系，儲(chǔ)層主要為淺灰色細(xì)砂巖、中砂巖。S氣田為東海西湖凹陷一低滲氣田，孔隙度3.0%～19.8%，平均10.9%；滲透率(0.046～34)×10-3μm2，平均5×10-3μm2[5]?？紫额愋椭饕源紊芪g孔隙和原生粒間孔為主。根據(jù)氣田壓汞資料顯示，儲(chǔ)層大孔喉不發(fā)育，小于0.1 μm的喉道控制孔隙比例超過50%，平均孔喉半徑約0.23～0.42 μm；毛細(xì)管壓力較高，排驅(qū)壓力1～2 MPa，在50%的潤濕相飽和度下，毛細(xì)管壓力達(dá)到4.8 MPa。

該氣田4口氣井自投產(chǎn)初期便出現(xiàn)了不同程度的產(chǎn)水現(xiàn)象，產(chǎn)水量介于0.5～20 m3/d之間，且長期保持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，相應(yīng)的水氣比變化范圍介于0.1～1.3 m3/104m3之間。另一方面，與常規(guī)中高滲儲(chǔ)層邊底水侵入井底的現(xiàn)象有所不同，S氣田部分氣井在投產(chǎn)后，雖然迅速見水，但地層壓力衰竭明顯，且氣井產(chǎn)出水礦化度較低，僅1 000 mg/L左右，與周邊氣田礦化度水平相差較大。

2 氣井水源類型判別流程的建立

根據(jù)對(duì)國內(nèi)外當(dāng)前已開發(fā)氣田的研究分析，氣井產(chǎn)水來源類型多樣，結(jié)合東海西湖凹陷地質(zhì)特征，總結(jié)較為常見的水源類型主要包括凝析水、工作返排液、邊底水及層內(nèi)可動(dòng)水[6-7]。通過綜合礦化度判別法、水氣比分析法、不穩(wěn)定試井分析法以及毛細(xì)管壓力法，建立圖1所示的判別流程，可有效對(duì)上述幾種水源類型進(jìn)行判別。

2.1 礦化度判別法

地層水中礦物鹽的濃度常用礦化度來表示[8]，由于氯離子在地層水中占據(jù)主導(dǎo)地位，因此在實(shí)際生產(chǎn)中常根據(jù)氯根含量來標(biāo)定水樣礦化度的高低，通過測量氣井產(chǎn)出水的氯根濃度可以大致判斷氣井的產(chǎn)水類型：凝析水的氯根濃度往往較低，而工作返排液的氯根濃度則往往較高。此外，隨著工作返排液不斷排出井筒，滯留在地下的返排液逐漸減少，隨著工作液返排量的下降，產(chǎn)出水氯根濃度往往會(huì)隨之快速下降，而其他水源類型的氯根濃度則相對(duì)穩(wěn)定。

2.2 水氣比分析法

在地層或者井底溫度壓力條件下，氣體中含有部分氣態(tài)的地層水，隨著氣體同時(shí)被采出到地面，這部分出水稱為凝析水。天然氣中凝析水的含量主要取決于氣體所處的溫壓條件及其成分組成，目前常用Mcketta-Wehe算圖來計(jì)算凝析水的含量[9-11](見圖2)。

圖1 低滲儲(chǔ)層氣井產(chǎn)水類型判別流程

2.3 不穩(wěn)定試井法

不穩(wěn)定試井作為認(rèn)識(shí)油氣藏的重要手段，通過對(duì)不穩(wěn)定試井資料的解釋可以有效識(shí)別油氣藏的邊界類型：對(duì)于封閉邊界地層，在壓降曲線中，曲線末端表現(xiàn)為“上翹”特征，而在壓恢曲線中，曲線末端則表現(xiàn)為“下掉”特征；對(duì)于定壓邊界地層，無論是在壓降曲線還是在壓恢曲線中，曲線末端均表現(xiàn)為“下掉”特征[12]。通過將實(shí)測的不穩(wěn)定試井曲線與理論特征曲線對(duì)比，結(jié)合地層展布，可以有效判斷氣藏的能量供給狀況，進(jìn)而判斷氣藏是否存在邊底水能量的補(bǔ)充。

2.4 毛細(xì)管壓力法

對(duì)于物性較差的低滲儲(chǔ)層，天然氣在運(yùn)移成藏的過程中，由于喉道較小，氣驅(qū)水難以進(jìn)行，殘存在河道砂體中的水很難被天然氣完全置換出來，故容易形成分布范圍較廣的氣水過渡帶，受氣水過渡帶內(nèi)可動(dòng)水的影響，開發(fā)該類儲(chǔ)層的氣井在投產(chǎn)后往往會(huì)有一定量的地層水產(chǎn)出，而氣水過渡帶高度可以通過對(duì)壓汞資料的分析來確定[13]：

(1)

式中：pcR為氣藏條件下氣水系統(tǒng)的毛管力，Pa；ρw、ρg為氣藏條件下水、氣的密度，kg/m3；g為重力加速度，9.8 m/s2；h為氣水過渡帶高度，m。

圖2 天然氣含水量Mcketta-Wehe算圖

3 現(xiàn)場實(shí)例分析

3.1 礦化度判別法識(shí)別初期工作返排液

首先對(duì)S氣田各口氣井產(chǎn)水的礦化度水平及其動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行分析。以S氣田S-3井為例，該井投產(chǎn)初期日產(chǎn)水量及氯根濃度均處于較高水平，分別為45.1 m3/d和9 022 mg/L。在生產(chǎn)制度保持不變的條件下，日產(chǎn)水量和氯根濃度隨生產(chǎn)時(shí)間的延長迅速下降并逐漸趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定后S-1井日產(chǎn)水量和氯根濃度分別為20 m3/d和1 600 mg/L(見圖3)。參考完井作業(yè)記錄，分析各井投產(chǎn)初期產(chǎn)水主要為工作返排液，而穩(wěn)定生產(chǎn)后的產(chǎn)水類型則需要根據(jù)其他方法作進(jìn)一步判斷。

3.2 水氣比分析法識(shí)別凝析水

S氣田4口氣井雖均有不同程度的產(chǎn)水，但產(chǎn)水量相差較大，氯根濃度也有所不同：產(chǎn)水量較少的S-1井，氯根濃度不足400 mg/L，而產(chǎn)水量較多的S-3井，氯根濃度則接近2 000 mg/L，利用常規(guī)的礦化度判別方法無法定量計(jì)算各氣井的產(chǎn)出水組成，而通過水氣比分析法，利用Mcketta-Wehe算圖則可分別讀取各氣井井底及井口的凝析水含量，并最終求得各氣井所產(chǎn)水中地層水的含量(見表1)。

圖3 S-1井日產(chǎn)水量及氯根濃度變化曲線

計(jì)算結(jié)果顯示，S氣田各氣井產(chǎn)出水中均含有一定量的凝析水和地層水，氯根濃度較低的S-1井產(chǎn)水主要以凝析水為主，而其余3口氣井產(chǎn)水則以地層水為主，但地層水類型多樣，既可能為邊底水也可能為層內(nèi)可動(dòng)水。因此，為明確上述3口井的地層水類型,仍需作出進(jìn)一步判斷。

表1 S氣田各氣井產(chǎn)水組成計(jì)算結(jié)果

3.3 不穩(wěn)定試井法識(shí)別邊底水

S氣田各氣井大多未鉆遇明顯的氣水界面，氣井產(chǎn)水后氣藏能量迅速衰竭，未有明顯的邊底水能量補(bǔ)充跡象。以S-2井為例，該井為一口多分支水平井，投產(chǎn)后即見水，日產(chǎn)氣量約9×104m3/d，日產(chǎn)水量約4 m3/d，油壓及井底流壓同步下降，壓降速率約7 MPa/a，顯示出類似定容氣藏的生產(chǎn)特征。另一方面，通過對(duì)S-2井進(jìn)行壓力恢復(fù)試井，試井解釋結(jié)果顯示該井無外界邊底水能量補(bǔ)充，曲線末端具有“上翹”特征(見圖4)。其余各氣井也表現(xiàn)出類似的曲線特征，因此，利用不穩(wěn)定試井法可以基本排除以上各氣井所產(chǎn)水為邊底水的可能。

圖4 S-2井壓力恢復(fù)試井雙對(duì)數(shù)解釋曲線

3.4 毛細(xì)管壓力法識(shí)別可動(dòng)水

S氣田儲(chǔ)層物性較差，為低孔低滲儲(chǔ)層，利用各層取樣點(diǎn)進(jìn)行巖心壓汞實(shí)驗(yàn)分析，可以獲得各層的毛細(xì)管壓力資料。以S-2井所在的L1層為例，通過平均該層的毛細(xì)管壓力曲線，可以獲取該層的平均J函數(shù)曲線：

J(Swn)=0.001 8Swn-2.598

(2)

結(jié)合J函數(shù)同毛細(xì)管壓力的關(guān)系式:

(3)

可進(jìn)一步推導(dǎo)得到儲(chǔ)層流體等飽和度面高度同儲(chǔ)層物性的關(guān)系式：

(4)

將儲(chǔ)層孔隙度、滲透率及束縛水飽和度數(shù)據(jù)代入上式，可求得該儲(chǔ)層純氣界面高度(見表2)。

表2 純氣界面高度計(jì)算

可以看出：L1層大部分為氣水過渡帶區(qū)域，僅在上部存在約7 m的純氣頂，而S-2井的水平段位于下部氣水過渡帶范圍內(nèi)，由此分析認(rèn)為，該井的產(chǎn)水類型主要為層內(nèi)可動(dòng)水。

3.5 判別結(jié)果

利用礦化度判別法、水氣比分析法、不穩(wěn)定試井分析法和毛細(xì)管壓力法，對(duì)S氣田4口氣井的水源類型進(jìn)行了判別。判別結(jié)果(見表3)顯示：4口氣井投產(chǎn)初期均有一定量的返排液產(chǎn)出；生產(chǎn)穩(wěn)定后，除S-1井所產(chǎn)水為凝析水外，其余3口氣井所產(chǎn)水均為氣水過渡帶中的層內(nèi)可動(dòng)水。

表3 S氣田各氣井水源類型判別結(jié)果

4 結(jié)論

(1)氣井水源類型多樣，單純一種判別方法很難對(duì)氣井的產(chǎn)水類型作出準(zhǔn)確識(shí)別，利用綜合判別方法可顯著提高判別效率和判別結(jié)果的準(zhǔn)確性。

(2)利用毛細(xì)管壓力資料，對(duì)流體空間飽和度場進(jìn)行刻畫，可以有效識(shí)別低滲儲(chǔ)層中可動(dòng)水的分布狀況，進(jìn)而指導(dǎo)低滲儲(chǔ)層氣井產(chǎn)水類型的判別。

(3)氣井產(chǎn)水類型不同，后續(xù)所采取的措施方向也有所不同。對(duì)于產(chǎn)邊底水的氣井，一方面要降低配產(chǎn)，減緩邊底水的進(jìn)一步推進(jìn)；另一方面還需要根據(jù)產(chǎn)水上升趨勢(shì)做好排水采氣工藝措施準(zhǔn)備；而對(duì)于產(chǎn)可動(dòng)水的氣井，受水量規(guī)模的限制，則應(yīng)重點(diǎn)防范井筒積液可能對(duì)生產(chǎn)造成的影響。通過對(duì)S氣田及時(shí)調(diào)整配產(chǎn)，有效延緩了井筒(特別是水平井筒)的積液，保證了S氣田的平穩(wěn)生產(chǎn)。