易珍麗 侯淞譯 李延華 門(mén)春娟

（1.西南石油大學(xué)研究生學(xué)院，四川 成都 610500；2.中國(guó)石油煤層氣有限責(zé)任公司，北京 100028；3.中國(guó)石油青海油田天然氣開(kāi)發(fā)公司，青海 格爾木 816000）

0 引言

在水驅(qū)氣藏開(kāi)發(fā)過(guò)程中，隨著開(kāi)發(fā)過(guò)程的深入，邊底水不斷進(jìn)入氣層，降低了氣相飽和度，從而也增加了產(chǎn)水量［1］。因此，深入研究水侵特征對(duì)邊底水油氣藏的開(kāi)發(fā)具有重要意義。澀北二號(hào)氣田屬于背斜層狀邊水氣藏，隨著采出程度的增加，其產(chǎn)水量的上升幅度大于產(chǎn)氣量的上升幅度，出水日趨嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了氣田的開(kāi)發(fā)效果。筆者結(jié)合澀北氣田實(shí)際，通過(guò)物質(zhì)平衡公式，應(yīng)用曲線擬合法分析了氣田的水侵特征，以便為澀北二號(hào)氣田制定治水策略提供依據(jù)。

1 氣田地質(zhì)特征

澀北二號(hào)氣田位于柴達(dá)木盆地東部，屬于第四系生物成因氣藏，為一完整、無(wú)斷層發(fā)育的背斜構(gòu)造，系湖泊相沉積，主要發(fā)育有濱、淺湖亞相，灘砂、壩砂和泥灘沉積微相；儲(chǔ)層巖性以含泥粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖為主，夾少量細(xì)砂巖，碎屑顆粒膠結(jié)程度低；儲(chǔ)層具有高孔隙度、中— 低滲透率的特點(diǎn)，孔隙類(lèi)型以原生粒間孔為主，雜基內(nèi)微孔隙次之，欠壓實(shí)，易松散；蓋層為泥巖層；氣藏埋藏淺，具有含氣井段長(zhǎng)、氣層多且薄、氣水層間互、地層膠結(jié)疏松和氣水界面復(fù)雜等特點(diǎn)。

疏松、欠壓實(shí)的砂泥巖交互沉積是柴達(dá)木盆地澀北地區(qū)第四系氣藏的重要特征，泥質(zhì)巖既是下伏地層的直接蓋層又是上覆地層的烴源巖，由于泥巖蓋層壓實(shí)程度的差異和厚薄不同，泥巖蓋層的突破壓力也不相同，從而形成了澀北二號(hào)氣田各含氣面積大小各異、氣水層間互并存、氣水邊界參差不齊的氣水關(guān)系。澀北二號(hào)氣田疏松砂巖氣藏的這種砂泥巖間互沉積的特征，造成了氣層、氣水同層和水層交互分布（如圖1所示）。氣田水層主要分布在背斜構(gòu)造的低部位，以邊水形式存在，橫向上與高部位的氣層相連通，以氣水界面的形式相接。氣藏邊水能量較弱，屬弱水驅(qū)。此外，受成藏條件的影響，各小層有獨(dú)立的氣水界面，且隨縱向上層位的變深而變深，少數(shù)小層還發(fā)育有獨(dú)立水層。氣水分布主要受構(gòu)造控制，但同時(shí)也受巖性的影響。由于存在較強(qiáng)的平面非均質(zhì)性，毛細(xì)管壓力的差異導(dǎo)致氣水過(guò)渡帶厚薄不均，氣水邊界大多不規(guī)則。

2 氣田開(kāi)發(fā)及產(chǎn)水現(xiàn)狀

澀北二號(hào)氣田1996年投入試采，2011年底，氣田累計(jì)完鉆井共269 口，按實(shí)施方案劃分的23 個(gè)開(kāi)發(fā)層組已動(dòng)用14 個(gè)，共有開(kāi)發(fā)井241 口，其中水平井11 口。累計(jì)產(chǎn)氣87.59×108m3，累計(jì)產(chǎn)水35.15×104m3。氣田總水氣比為40.13 m3／106m3，采出程度為10.60%。通過(guò)15年的試采開(kāi)發(fā)，氣田年出水量不斷增加，水氣比逐年上升。從主力層組出水來(lái)看，水氣比也呈現(xiàn)逐年上升的趨勢(shì)，從單井出水看，大部分氣井出水量均在1 m3以下，但出水1 m3以下氣井所占總井?dāng)?shù)比例呈逐年下降趨勢(shì)，出水1 m3以上氣井逐年增多。5 m3以上高產(chǎn)水井以及因出水造成的停產(chǎn)井所占比重逐年上升，目前氣藏出水量和出水氣井?dāng)?shù)呈不斷增多的趨勢(shì)，說(shuō)明隨著采出程度的增加，其產(chǎn)水量的上升幅度大于產(chǎn)氣量的上升幅度，出水日趨嚴(yán)重。

研究表明，氣田60%出水是由于邊水導(dǎo)致的，氣井體現(xiàn)出邊水的水侵特征通常要經(jīng)歷一定的開(kāi)采時(shí)間。由于存在非均質(zhì)性，邊水推進(jìn)不規(guī)則，因此在邊水水侵的早期氣井會(huì)出現(xiàn)不規(guī)則的產(chǎn)水，然后出現(xiàn)一致的出水上升特征。由于氣田各層含氣面積差異較大，因此，平面上井位疊合圖中位于中高部位的氣井，在其射孔層可能位于含氣邊界附近，容易較早出現(xiàn)邊水水侵的特征［2-4］。

圖1 澀北二號(hào)氣藏剖面圖

3 氣田水侵特征分析

3.1 水侵量計(jì)算方法

氣藏天然氣水侵問(wèn)題在氣藏工程中比其他任何問(wèn)題都具有更多的不確定性，主要是缺乏含水區(qū)所必須的數(shù)據(jù)，如孔隙度、滲透率、厚度和流體性質(zhì)等，人們往往是根據(jù)氣藏?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行推斷，而含水區(qū)的幾何形狀、大小、面積上的連續(xù)性等只能通過(guò)生產(chǎn)資料及試算加以判斷，其結(jié)果往往不是唯一的，而是多解的，需要根據(jù)生產(chǎn)資料不斷加以修正。在利用物質(zhì)平衡方程求解儲(chǔ)量時(shí)，水侵量的計(jì)算問(wèn)題長(zhǎng)期以來(lái)一直是難題。結(jié)合澀北氣田實(shí)際，應(yīng)用曲線擬合法對(duì)氣田水侵量進(jìn)行了計(jì)算，原理如下［5-8］。對(duì)于具有天然水驅(qū)作用的氣藏，物質(zhì)平衡方程滿足下式：

式中，Bg為天然氣體積系數(shù)，m3／m3；Bgi為原始條件下天然氣體積系數(shù)，m3／m3；Bw為地層水體積系數(shù)，m3／m3；Cf為巖石壓縮系數(shù)，MPa-1；Cw為地層水壓縮系數(shù)，MPa-1；G為氣藏原始地質(zhì)儲(chǔ)量，108m3；Gp為累計(jì)產(chǎn)氣量，108m3；Swi為束縛水飽和度，f；We為水侵量，104m3；Wp為累計(jì)產(chǎn)水量，104m3；Δp為氣藏壓降，MPa。

對(duì)上式作如下假設(shè)：

當(dāng)Cef≤0.10 時(shí)，變?nèi)葑饔每梢院雎圆挥?jì)，一般氣藏的Cef均小于0.10；當(dāng)I=ω／R≤0.10 時(shí)，水侵作用可以忽略不計(jì)。

如同p／Z-Gp關(guān)系曲線一樣，凡是發(fā)生了水侵的氣藏，ψ-R關(guān)系曲線不呈直線，都會(huì)發(fā)生不同程度的上翹（圖2）。

圖2 氣藏p／Z與Gp關(guān)系曲線示意圖

通過(guò)對(duì)不同類(lèi)型、不同水侵強(qiáng)度氣藏的ω與R的關(guān)系研究，得出ω與R有以下近似關(guān)系：

式中B為與水侵強(qiáng)度密切相關(guān)的系數(shù)，一般水驅(qū)氣藏B＞1。根據(jù)B值的大小，可定量地分析氣藏水驅(qū)的強(qiáng)弱程度，當(dāng)B＞4.0 時(shí)，水侵強(qiáng)度變得很弱，應(yīng)該重點(diǎn)討論的是1.0＜B＜4.0的范圍。

將（4）代入（3），得：

Ep值很小，則：

對(duì)某一具體氣藏，儲(chǔ)量應(yīng)為定值，若主要開(kāi)發(fā)方式不發(fā)生大變化，只能有一個(gè)B值。確定的步驟為：①假設(shè)一個(gè)初始Gp（原始?xì)鈨?chǔ)量），一般可在忽略水侵情況下（We=0），直接用實(shí)測(cè)驗(yàn)點(diǎn)按p／Z-Gp關(guān)系作線性回歸，求得一個(gè)最大的Gp值；②按p／Z，Gp求得一組ψ、R值，繪制成曲線，若沒(méi)有擬合到，再改變（減?。〨p值，再計(jì)算，再擬合，直到一條合適的理論曲線與實(shí)測(cè)點(diǎn)相匹配；③得到Gp值和對(duì)應(yīng)的B值。

3.2 水侵量評(píng)價(jià)

根據(jù)以上方法，計(jì)算了澀北二號(hào)氣田各層組累計(jì)水侵量、水驅(qū)指數(shù)等指標(biāo)（見(jiàn)表1）。從表1 中可見(jiàn)，目前，澀北二號(hào)氣田水侵量相對(duì)較大的層組為Ⅱ-2 和Ⅲ-1-2 層組，累計(jì)水侵量分別為646.95×104m3和906.07×104m3。根據(jù)氣藏驅(qū)動(dòng)因素分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)表，對(duì)于水驅(qū)氣藏，水驅(qū)指數(shù)小于0.1 為弱水驅(qū)氣藏；水驅(qū)指數(shù)大于等于0.3為強(qiáng)水驅(qū)氣藏；在此之間為中水驅(qū)氣藏。由表1可見(jiàn)，Ⅰ-2-2、Ⅱ-2、Ⅲ-1-2 水驅(qū)指數(shù)大于0.3，屬于強(qiáng)水驅(qū)氣藏。其余各層組水驅(qū)指數(shù)皆在0.2～0.3之間，水侵強(qiáng)度中等偏強(qiáng)，屬次活躍水侵類(lèi)型。

表1 澀北二號(hào)氣田各開(kāi)發(fā)層組水侵量計(jì)算結(jié)果表

3.3 邊水推進(jìn)速度測(cè)算

選?、?2、Ⅲ-1-2 典型層組14 口典型邊水氣井，根據(jù)生產(chǎn)曲線判斷見(jiàn)水時(shí)間，然后，根據(jù)研究成果的含氣面積圖測(cè)出各井距氣水邊界的距離，計(jì)算水侵速度。

Ⅱ-2 層組出水井距離邊水的平均距離為763 m，日平均見(jiàn)水大于3 m3的時(shí)間為841 d，平均水侵速度為0.92 m／d，單位產(chǎn)氣的水侵距離為0.24 m／104m3（表2）。Ⅲ-1-2 層組出水井距離邊水的平均距離為449 m，日平均見(jiàn)水大于3 m3的時(shí)間為393 d，平均水侵速度為1.13 m／d，單位產(chǎn)氣的水侵距離為0.31 m／104m3。Ⅲ-1-2 層組出水氣井多，水侵速度相對(duì)較快。Ⅲ-1-2 層組的高速開(kāi)采加快了水侵的速度，并導(dǎo)致了出水氣井的增加。

表2 澀北二號(hào)氣田Ⅱ、Ⅲ層組出水情況統(tǒng)計(jì)表

此外，由于氣田各層組不同方向上水動(dòng)力強(qiáng)度、物性以及開(kāi)采強(qiáng)度之間的差異，導(dǎo)致不同層組在不同方向上的水侵速度不同。典型井水侵速度計(jì)算結(jié)果表明，Ⅱ-2 層組構(gòu)造西翼、南翼的水侵速度相差不大；但Ⅲ-1-2 層組西翼、南翼的水侵速度比北翼的快。

3.4 水侵對(duì)氣田開(kāi)發(fā)的影響

澀北二號(hào)氣田具有多層結(jié)構(gòu)，各個(gè)層系、層組甚至小層都有各自的邊水水體。由于出水和儲(chǔ)層能量供給不足，氣井單井產(chǎn)量低，產(chǎn)量遞減較快，穩(wěn)產(chǎn)難度大；多層氣藏往往含有多個(gè)氣水系統(tǒng)，各層邊水能量存在差異，縱向開(kāi)采的差異導(dǎo)致了各層氣水邊界推進(jìn)的不均衡，加上水鎖效應(yīng)，降低了天然氣的采出程度。如氣田Ⅲ-1-2 層組年水氣比為157.23 m3／106m3，東南翼、東北翼和西南翼的邊水推進(jìn)比較明顯，東南翼和東北翼的邊水能量較強(qiáng)，已導(dǎo)致6口氣井水淹停產(chǎn)，西南翼的邊水能量相對(duì)較弱。另外，氣田的巖性疏松，開(kāi)采過(guò)程中儲(chǔ)層易于出砂，氣層中水參與流動(dòng)時(shí)，增加了拖拽力，溶解了膠結(jié)物，破壞了巖石的孔隙結(jié)構(gòu)，容易導(dǎo)致出砂，導(dǎo)致生產(chǎn)的不穩(wěn)定和地面集輸設(shè)備管線的破壞。氣井出水較大程度地影響了氣井的正常生產(chǎn)，嚴(yán)重影響氣田正常生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)，目前出水是制約澀北二號(hào)氣田穩(wěn)產(chǎn)及降低氣田開(kāi)采效益的主要因素，因此通過(guò)氣田水侵特征分析，依據(jù)具體層組和生產(chǎn)井實(shí)際情況，確定合理的采氣速度，依據(jù)構(gòu)造位置、出水量大小和水侵特征等綜合制定“防水、控水、治水”的開(kāi)發(fā)技術(shù)對(duì)策，最大限度減少出水對(duì)氣田開(kāi)發(fā)的影響至關(guān)重要。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1）澀北二號(hào)氣藏屬于邊水水驅(qū)氣藏，各小層有獨(dú)立的氣水界面，因此在氣田開(kāi)發(fā)中不可避免地會(huì)因邊水水侵導(dǎo)致氣井出水。

2）通過(guò)水驅(qū)分析認(rèn)為澀北二號(hào)氣田Ⅰ-2-2、Ⅱ-2、Ⅲ-1-2 屬于強(qiáng)水驅(qū)氣藏，其余各層組屬次活躍水侵類(lèi)型，這和實(shí)際生產(chǎn)中表現(xiàn)特征相一致。

3）氣田各層組不同方向上水動(dòng)力強(qiáng)度、物性以及開(kāi)采強(qiáng)度之間的差異，導(dǎo)致不同層組在不同方向上的水侵速度不同，Ⅱ-2 層組構(gòu)造西翼、南翼的水侵速度相差不大；但Ⅲ-1-2 層組西翼、南翼的水侵速度比北翼的快。

4）鑒于目前氣田水侵特征，應(yīng)及時(shí)跟蹤生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，實(shí)時(shí)開(kāi)展動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，結(jié)合層組水侵和實(shí)際生產(chǎn)情況，確定并實(shí)施有效的治水對(duì)策，結(jié)合優(yōu)化配產(chǎn)和合理開(kāi)關(guān)井調(diào)控等措施，確保邊水均勻推進(jìn)和氣井的平穩(wěn)生產(chǎn)。

［1］馬時(shí)剛，馮志華.計(jì)算異常高壓氣藏水侵量的方法［J］.天然氣勘探與開(kāi)發(fā)，2006，29（4）：36.

［2］黃炳光，劉蜀知，唐海，等.氣藏工程與動(dòng)態(tài)分析方法［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2004：48-54.

［3］康曉東，李相方，張國(guó)松.氣藏早期水侵識(shí)別方法［J］.天然氣地球科學(xué)，2004，15（6）：637-638.

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

［5］王怒濤，黃炳光，張崇軍，等.水驅(qū)氣藏動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量及水侵量計(jì)算新方法［J］.西南石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2000，22（4）:26-32.

［6］趙繼勇，胡建國(guó)，凡哲元.無(wú)因次水侵量計(jì)算新方法［J］.新疆石油地質(zhì)，2006，27（2）：225-228.

［7］李傳亮.氣藏水侵量的計(jì)算方法研究［J］.新疆石油地質(zhì)，2003，24（5）：430-431.

［8］鄧成剛，孫勇，曹繼華，等.柴達(dá)木盆地澀北氣田地質(zhì)儲(chǔ)量和水侵量計(jì)算［J］.巖性油氣藏，2012，24（2）：98-101.