深海底水氣藏控水工藝技術(shù)數(shù)值模擬研究

李中 支繼強(qiáng) 郭永賓

摘 ? ? ?要：近年來在南海深水勘探中，相繼發(fā)現(xiàn)了崖城、陵深等大型深水氣田，儲(chǔ)量巨大，但深水氣田普遍存在底水，嚴(yán)重影響氣藏采收率。利用數(shù)值模擬的方法，研究了不同控水工藝對(duì)深水氣藏開發(fā)效果的影響，為底水氣藏的合理有效開發(fā)以及控水防水技術(shù)提供依據(jù)。

關(guān) ?鍵 ?詞：氣藏?cái)?shù)值模擬;底水氣藏;控水工藝;采氣效果評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：TE377 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ? ? 文章編號(hào)： 1671-0460（2020）02-0484-05

Abstract： In recent years， large deep-water gas fields with huge reserves have been discovered successively in deep-water exploration in the South China Sea， such as Yacheng gas field and Lingshen gas field. However， bottom water is ubiquitous in deep-water gas fields， which seriously affects gas reservoir recovery. In this paper， the numerical simulation method was used to study the influence of different water control technologies on the development effect of deep water gas reservoirs， which could provide a strong basis for reasonable and effective development of bottom water gas reservoirs.

Key words： gas reservoir numerical simulation; bottom water gas reservoir; water control technology; gas production effect evaluation

近年來中國(guó)海洋石油總公司在我國(guó)南海瓊東南盆地深水區(qū)的天然氣勘探中取得重大突破，發(fā)現(xiàn)了我國(guó)第一個(gè)自主勘探的海上深水氣田—陵水17-2 氣田，海洋深水區(qū)的油氣勘探突破將為我國(guó)海洋天然氣開發(fā)帶來了重大的機(jī)遇。近年來大量的國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者通過底水氣藏水侵物理模擬實(shí)驗(yàn)等方式，研究水侵氣藏滲流機(jī)理，以及利用氣藏?cái)?shù)值模擬方法研究水侵氣藏控水工藝效果，為深水氣藏高效開發(fā)提供理論依據(jù)。

通過分析國(guó)內(nèi)外氣藏開發(fā)實(shí)例發(fā)現(xiàn)：水驅(qū)氣藏的最終采收率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于純氣藏開發(fā)的最終采收率。而邊水底水的侵入是影響采收率的一個(gè)重要因素。然而邊水底水也是水驅(qū)氣藏的重要地層能量來源，如果可以加以有效利用，通過深水氣藏控水工藝技術(shù)的應(yīng)用將可以極大地延長(zhǎng)氣藏?zé)o水采氣時(shí)間，延長(zhǎng)氣井壽命，提高氣井最終采收率，這將對(duì)我國(guó)海上天然氣資源的有效開發(fā)利用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[1，2]。

1 氣藏概況

“十二五”期間在南海深水油氣勘探中，發(fā)現(xiàn)了LS17-2氣田，LS25-1氣田、LS18-1氣田等大型深水氣田。LS17-2氣田構(gòu)造位置：瓊東南盆地陵水凹陷中央峽谷內(nèi)，主要目的層：黃流組I、II、III、IV。儲(chǔ)層物性較好，屬于高-特高孔、高-特高滲儲(chǔ)層;氣體組分中純烴含量高：達(dá)到98%以上，地層水型為NaHCO3。深水氣田中中、高見水風(fēng)險(xiǎn)井所占比例大，區(qū)塊邊底水驅(qū)動(dòng)控制地質(zhì)儲(chǔ)量占總儲(chǔ)量的85%以上，邊底水水侵風(fēng)險(xiǎn)高。部分井距水體距離較近，存在快速錐進(jìn)，見水后，水體將快速錐進(jìn)。底水發(fā)育特征和水侵規(guī)律認(rèn)識(shí)不清晰;國(guó)內(nèi)外在深水氣藏領(lǐng)域尚未建立系統(tǒng)性的水侵規(guī)律研究方案。因此，對(duì)底水氣藏合理采氣速度以及控水工藝研究，對(duì)深海底水氣藏開發(fā)技術(shù)政策制定具有重要的意義[3-5]。

2 ?深海底水氣藏?cái)?shù)值模擬研究

2.1 ?深海底水氣藏?cái)?shù)學(xué)模型建立

利用Petrel-RE勘探開發(fā)一體化軟件，根據(jù)LS17-2氣田收集的地質(zhì)物性信息、測(cè)井資料和數(shù)字化沉積相數(shù)據(jù)等信息，建立LS17-2氣田地質(zhì)模型，模型如圖1所示。

在地質(zhì)模型的基礎(chǔ)上應(yīng)用Petrel-RE軟件對(duì)深海底水氣田進(jìn)行數(shù)值模擬研究深水氣藏合理采氣速度以及控水工藝研究，其中相滲曲線和PVT曲線如圖2所示。

2.2 ?深海底水氣藏合理采氣速度研究

通過深水氣藏機(jī)理模型，計(jì)算氣藏有無邊水侵時(shí)的開發(fā)效果，如圖3和圖4所示。

通過數(shù)值模擬定量研究水侵對(duì)氣藏開發(fā)效果的影響，從結(jié)果可以看出，水侵氣藏的最終采收率和波及體積均明顯小于氣藏的最終采收率和波及體積（表1及表2）。而針對(duì)深水氣藏水平井開采效果明顯好于直井開采效果。針對(duì)深水氣藏水侵特征，若能控制邊定水均勻推進(jìn)可以有效地提高采收率。

3 ?深水氣藏控水工藝效果研究

3.1 ?控水工藝技術(shù)概況

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的控水工藝技術(shù)，其中分段變密度篩管控水技術(shù)、ICD 控水技術(shù)、中心管控水技術(shù)、AICD控水技術(shù)、DWS控水技術(shù)應(yīng)用前景較好。本文針對(duì)中心管控水技術(shù)、變密度篩管控水技術(shù)、兩個(gè)前景較好的控水技術(shù)及新型技術(shù)旁通管井底控水技術(shù)、超疏水材料控水技術(shù)進(jìn)行深度模擬。

3.1.1 ?中心管控水技術(shù)

在20世紀(jì)90年代初期，Brekke首次提出了中心管控水工藝，作為一種水平井完井控水技術(shù)，之后Permadi、Sinha等眾多科研學(xué)者分別從不同角度對(duì)中心管的采油控水原理以及物理模擬進(jìn)行了研究。中心管控水是指在常規(guī)完井井眼中加入一根小于井眼直徑的油管，并封閉油管和套管之間的環(huán)形空間。中心管的加入使原來的水平段分成了中心管段和無中心管段兩部分，與此同時(shí)，流體的流動(dòng)方式也從原來的單一井筒流動(dòng)變成了中心管外環(huán)空中流動(dòng)、無中心管段井筒流動(dòng)和中心管內(nèi)部的流動(dòng)三部分流動(dòng)，。該技術(shù)通過改變跟端流體狀態(tài)來平衡生產(chǎn)剖面，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)油氣井的增油控水目的（圖5）[6]。

3.1.2 ?旁通管井底控水技術(shù)

旁通管條件下井筒壓力剖面分為多段呈小波狀分布，流入剖面再次平緩，可以均衡井筒沿程徑向流入，高效防止底水脊進(jìn)，提高采收率（圖6）。

3.1.3 ?變密度篩管控水技術(shù)

該技術(shù)于20世紀(jì)90年代提出，它根據(jù)油藏滲透率的變化，優(yōu)化水平段每段的篩管孔密，利用不同的孔密來調(diào)節(jié)不同部位的壓差節(jié)流，調(diào)整井底壓力剖面，對(duì)于均值油藏，減小跟端孔密，增大壓差損失; 增大趾端孔密，減小其壓差損失，以達(dá)到均衡生產(chǎn)壓差，降低底水錐進(jìn)速度的目的（圖7）[7]。

3.1.4 ?超疏水材料控水技術(shù)

超疏水界面砂是指通過電鍍等涂層方法將具有疏水特性的單體均勻分布在砂粒表面，形成單層分子膜;然后將砂粒置Y射線下，分子膜在原位聚合作用下生成為具有較強(qiáng)疏水能力和較強(qiáng)抗壓強(qiáng)度的界面膜。砂粒緊密排列后形成的毛細(xì)空隙由于砂粒表面具有較強(qiáng)的疏水作用，進(jìn)而擁有了強(qiáng)大的疏水、阻水作用。因此超疏水界面砂相對(duì)于普通砂，除了具有對(duì)地層的充填和支撐作用外， 還具有良好的控水穩(wěn)油作用[8]，由于超疏水界面砂的良好特性，可以作為氣井控水、堵水材料來使用。超疏水界面砂接觸角為151°， 疏水效果好（圖8）。

3.2 ?構(gòu)建控水工藝數(shù)值模擬

用Petrel RE軟件對(duì)控水工藝井筒和地層進(jìn)行設(shè)置并模擬運(yùn)算，研究不同控水工藝的采氣效果。首先加密水平井段，并構(gòu)建井筒模型、設(shè)置水平段參數(shù)、構(gòu)建水體模型，設(shè)置水平井段工藝參數(shù)的基礎(chǔ)上，模擬不同控水工藝開發(fā)效果[9，10]。如圖9所示。

3.3 ?控水工藝效果研究

控水工藝主要是利用不同控水機(jī)理，采用不同生產(chǎn)方式，控制氣藏水侵速度，最大程度上使邊底水均勻推進(jìn)，最大程度上減少水侵儲(chǔ)量損失，從而提高氣藏采收率，改善氣藏開發(fā)效果。本文控水工藝包括：中心管、環(huán)通多級(jí)井底、變密度篩管和超疏水材料。

3.3.1 ?中心管控水效果研究

中心管控水技術(shù)是通過在水平段篩管中間放入一根中心管，改變水平段根部流動(dòng)性，有效控制根部出水。其控水效果如圖10所示。

中心管條件下井筒壓力剖面分為兩段，流入剖面較單一剖面更均勻，可以有效防止井筒跟端過早見水，提高采收率。

3.3.2 ?旁通管井底控水效果研究

旁通管井底控水技術(shù)通過實(shí)現(xiàn)趾端油氣越級(jí)流動(dòng)，均衡水平段生產(chǎn)壓力剖面，可實(shí)現(xiàn)均衡產(chǎn)液。其控水效果如圖11所示。

旁通管井底條件下井筒壓力剖面分為多段呈小波狀分布，流入剖面再次平緩，可以均衡井筒沿程徑向流入，高效防止底水脊進(jìn)，提高采收率。

3.3.3 ?變密度篩管控水效果研究

變密度篩管控水通過改變單位長(zhǎng)度篩管上的孔數(shù)， 來達(dá)到均衡水平段的流動(dòng)性，可實(shí)現(xiàn)均衡控水。其控水效果如圖12所示。

變密度篩管通過調(diào)整邊底水水侵情況，最終實(shí)現(xiàn)均衡井筒沿程徑向流入，減小底水脊進(jìn)的目的。

3.3.4 ?超疏水材料控水效果研究

超疏水材料控水技術(shù)是通過在材料上進(jìn)行超疏水分子涂層，利用表面張力原理實(shí)現(xiàn)疏水作用，透氣阻水效果好，且能承受較高壓力和溫度條件。其控水效果如圖13所示。

超疏水材料可以起到阻水產(chǎn)氣的效果，延緩水侵錐進(jìn)速度。

3.3.5 ?不同控水工藝效果研究

對(duì)比不同控水工藝，其效果如圖14所示。

超疏水材料主要以阻水產(chǎn)氣為主，見水時(shí)間略有延遲。而中心管、環(huán)通多級(jí)井底、變密度篩管技術(shù)以先期控制底水脊進(jìn)為主，調(diào)整水侵剖面，使得邊底水較為均勻推進(jìn)。變密度篩管控水技術(shù)效果最好，見水時(shí)間延遲3.8 a，采收率和波及體積分別提高12.8%和13.3%。

4 ?結(jié)論

（1）通過對(duì)深水氣藏儲(chǔ)層物性的分析總結(jié)，建立符合深水氣藏實(shí)際情況的機(jī)理模型。

（2）對(duì)深水氣藏進(jìn)行數(shù)值模擬，對(duì)比氣藏有無水侵的開發(fā)效果，深水氣藏水平井開采效果明顯好于直井開采效果。針對(duì)深水氣藏水侵特征，若能控制邊底水均勻推進(jìn)可以有效地提高采收率。

（3）利用Petrel RE軟件構(gòu)建不同控水工藝數(shù)值模型，并分析控水效果。超疏水材料主要以阻水產(chǎn)氣為主，見水時(shí)間略有延遲。而中心管、環(huán)通多級(jí)井底、變密度篩管技術(shù)以先期控制底水脊進(jìn)為主，調(diào)整水侵剖面，使得邊底水較為均勻推進(jìn)。變密度篩管控水技術(shù)效果最好，見水時(shí)間延遲3.8 a，采收率和波及體積分別提高12.8%和13.3%。

參考文獻(xiàn)：

[1]張國(guó)棟. 南海西部深水區(qū)陵水17-2氣田氣藏描述地球物理關(guān)鍵技術(shù)[D]. 吉林大學(xué)， 2016.

[2]苗麗麗. YD2氣藏水侵動(dòng)態(tài)分析及水侵量計(jì)算研究[D]. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）， 2014.

[3]LI J. T， CHAI X.Y et al. Early-stage water control technology in improving the development effeciency of water drive gas reservoirs[J]. Natural Gas Industry，2017， 37（8）：132-139.

[4]ZHOU Y， WANG X et al. Massive-grid fine numerical simulation on the complex water invasion performance of gas reservoirs[J]. Natural Gas Exploration and Development，2017， 40 （4）： 85-89.

[5]LIU H. L， LIU X. H et al. Numercial Simulation Research of Vertical Water Flooding in a Bottom Water Gas Field with High Flow Conductivity Faults[J]. Science Technology and Engineering， 2018， 18 （5）： 39-44.

[6]龔章晟， 吳奇， 尹順利. 底水油藏水平井中心管控水完井優(yōu)化研究[J]. 當(dāng)代化工， 2017 （02）：265-267.

[7]張瑞霞， 王繼飛， 董社霞， 田啟忠， 劉建新. 水平井控水完井技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J]. 鉆采工藝， 2012 （04）.

[8]吳建平. 疏松砂巖油藏高含水期控水防砂技術(shù)[J]. 石油鉆采工藝， 2011 （01）：88-90.

[9]Luo T， Wang Y. Research on Individual Well Numerical Simulation of Fracture Water Breakthrough Gas Reservoir[J]. Natural Gas Industry， 2002， 22： 95-97.

[10]JIAO C. Y， ZHU H.Y et al.The Physical Experiment and Numerical Model of Water Invasion to the Gas Reservoir[J].Science Technology and Engineering，2014， 14（10）：191-194.