馮強(qiáng)漢, 陳玉林, 趙莉, 魏克穎, 白玉奇

(1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第三采氣廠, 內(nèi)蒙古 烏審旗 017300; 2.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司, 陜西 西安 710077)

0 引 言

蘇里格西區(qū)位于鄂爾多斯盆地蘇里格氣田西部,屬于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡構(gòu)造單元,勘探開發(fā)面積約1.3×104km2,主要含氣目的層為山西組山1段和石盒子組盒8段三角洲沉積砂巖儲(chǔ)層[1],屬于低孔隙度、低滲透率、低豐度、低產(chǎn)量、大面積展布的巖性氣藏[2]。

蘇里格氣田不同程度出現(xiàn)產(chǎn)水,共排查產(chǎn)水氣井1 244口,比例占投產(chǎn)氣井的18.3%,其中,蘇里格西區(qū)出水最為嚴(yán)重,達(dá)到36.3%,給勘探開發(fā)來很大困難。大量研究[3-4]都采用滲流理論,將地層視為等厚、均質(zhì)地層,從理想滲流角度進(jìn)行出水量預(yù)測(cè)。模型中參與計(jì)算的參數(shù)多,應(yīng)用繁瑣、費(fèi)時(shí)。本文通過對(duì)蘇里格西區(qū)氣井產(chǎn)水類型分析,結(jié)合巖石物理實(shí)驗(yàn)資料,建立了地層水測(cè)井計(jì)算模型,形成一種利用測(cè)井資料定量計(jì)算地層水方法,實(shí)現(xiàn)了氣井產(chǎn)水量預(yù)測(cè)。該方法簡(jiǎn)單有效,易于操作,對(duì)致密氣井開發(fā)具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

1 地層水產(chǎn)出類型及計(jì)算

蘇里格西區(qū)上古生界山西組山1段和石盒子組盒8段地層產(chǎn)水主要受烴源巖發(fā)育程度、構(gòu)造特征和儲(chǔ)層非均質(zhì)性的影響,平面分布較為分散,縱向氣、水關(guān)系復(fù)雜,沒有統(tǒng)一的氣、水界面,出水量有大有小[5]。蘇里格西區(qū)地層水總礦化度集中在29.12～68.30 g/L,平均為48.37 g/L,屬于高礦化度水。其中陰離子含量最高為Cl-,平均為37 g/L;陽(yáng)離子含量最高的為Ca2+,平均為13.37 g/L。綜合分析認(rèn)為蘇里格氣田西區(qū)地層水上古生界山西組山1段和石盒子組盒8段地層水化學(xué)類型為CaCl2型[6]。

研究認(rèn)為蘇里格氣田西區(qū)地層水產(chǎn)狀主要有凝析水、自由水和毛細(xì)管水3種類型[2]。凝析水是指在氣井生產(chǎn)過程中由于溫度和壓力的降低,從天然氣中帶出的水;自由水是指在儲(chǔ)層孔隙中可以自由流動(dòng)或在重力作用下可以流動(dòng)的水,含有自由水的氣井一般會(huì)氣、水同出;毛細(xì)管水是指發(fā)育在儲(chǔ)層微細(xì)孔喉中的水,在重力作用下不會(huì)流動(dòng),但壓裂改造時(shí),由于地層壓力增大,部分毛細(xì)管水開始流動(dòng),最終導(dǎo)致出水。

在綜合蘇里格西區(qū)地層水產(chǎn)狀、宏觀分布規(guī)律的基礎(chǔ)上,綜合運(yùn)用蘇西氣藏特征和巖石物理實(shí)驗(yàn)資料建立蘇里格西區(qū)地層水的定量計(jì)算模型。結(jié)合測(cè)井資料實(shí)現(xiàn)3種地層水的定量計(jì)算,為氣井產(chǎn)水預(yù)測(cè)提供可靠參數(shù)。

1.1 凝析水的計(jì)算

對(duì)于氣田開發(fā),凝析水是不可避免的。Khaled認(rèn)為非酸性天然氣含水量與溫度T成正比,與壓力p成反比[7]。蘇里格氣田西區(qū)氣藏平均中部深度為3 612 m,平均中部壓力為32.23 MPa,平均中部溫度為115 ℃,主要產(chǎn)出天然氣為非酸性天然氣。據(jù)此,選擇Khaled公式[7]進(jìn)行凝析水含量WH2O計(jì)算,其適用范圍為,溫度37.78～171.11 ℃,壓力1.38～69.0 MPa。

(1)

式中,系數(shù)αi、bi(i=1,2,…,5)的值見表1。

表1 公式(1)中的系數(shù)值表

通過計(jì)算,蘇里格西區(qū)凝析水含量分布在(0.065～0.102)m3/104m3之間,平均0.077m3/104m3。蘇里格西區(qū)平均水氣比為3.88m3/104m3,遠(yuǎn)大于凝析水氣比,因此,凝析水可以忽略不計(jì),說明氣井產(chǎn)出水除了凝析水還有自由水和毛細(xì)管水。

1.2 自由水的計(jì)算

利用毛細(xì)管壓力曲線和相滲曲線對(duì)自由水和毛細(xì)管水進(jìn)行理論解釋,自由水定義為氣水兩相流動(dòng)狀態(tài)下隨著氣相產(chǎn)出的水;毛細(xì)管水則是在生產(chǎn)過程中能夠克服足夠大的毛細(xì)管力而帶出的水。自由水開始流動(dòng)時(shí)含水飽和度為臨界含水飽和度[8]。根據(jù)自由水飽和度計(jì)算原理,要計(jì)算自由水飽和度Sw自由,首先要確定地層含水飽和度Sw,其次要確定臨界含水飽和度Sw1,二者之差即為自由水飽和度。自由水飽和度為Sw自由=Sw-Sw1。

確定地層含水飽和度Sw。運(yùn)用研究區(qū)4口密閉取心井297塊巖心資料建立了孔隙度φ與含水飽和度關(guān)系模型[見式(2)],相關(guān)系數(shù)R=0.81,可見孔隙度和含水飽和度關(guān)系較好(見圖1)?？梢岳每紫抖却_定地層含水飽和度。

Sw=130.6×φ-0.593R=0.81

(2)

圖1 孔隙度和含水飽和度關(guān)系圖

確定臨界含水飽和度Sw1。根據(jù)研究區(qū)4口密閉取心井20塊巖心的相滲實(shí)驗(yàn)資料建立了孔隙度與臨界含水飽和度的關(guān)系[見式(3)],相關(guān)系數(shù)R=0.8195,可見孔隙度和臨界含水飽和度關(guān)系密切,能夠滿足實(shí)際需要(見圖2)。采用孔隙度和臨界含水飽和度擬合公式計(jì)算臨界含水飽和度

Sw1=107.57×φ-0.507R=0.8195

(3)

基于上述計(jì)算模型,可以利用測(cè)井資料逐點(diǎn)計(jì)算地層條件下2種水的飽和度,實(shí)現(xiàn)利用測(cè)井資料定量計(jì)算自由水飽和度。對(duì)蘇里格西區(qū)64口井進(jìn)行測(cè)井解釋,統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)蘇里格西區(qū)自由水主要分布在0～3.65%,主峰在0～0.5%,平均0.97%?？傮w上,蘇里格西區(qū)儲(chǔ)層自由水含量不高。

圖2 孔隙度和臨界含水飽和度關(guān)系圖

1.3 毛細(xì)管水的計(jì)算

毛細(xì)管水發(fā)育在低孔隙度、低滲透率且非均質(zhì)性較強(qiáng)儲(chǔ)層的微細(xì)孔喉中,因天然氣充注時(shí)驅(qū)替地層水不徹底而殘留在微細(xì)孔喉中,在重力作用下不能自由移動(dòng),但壓裂改造時(shí)由于地層壓力增大,部分毛細(xì)管水開始流動(dòng),最終導(dǎo)致出水[2]。據(jù)此,臨界含水飽和度Sw1與試氣壓差對(duì)應(yīng)水飽和度Sw2之差就是毛細(xì)管水飽和度Sw毛細(xì)。根據(jù)王蕾蕾等確定地層條件下毛細(xì)管壓力曲線的方法[9],將壓汞曲線轉(zhuǎn)化為氣藏條件下氣水毛細(xì)管力pwg與含水飽和度Sw關(guān)系數(shù)據(jù),經(jīng)過歸一化處理得到蘇里格西區(qū)地層條件下平均壓汞曲線(見圖3)。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),蘇里格西區(qū)試氣壓差平均為13.7 MPa,即當(dāng)克服平均試氣壓差,平均含水飽和度Sw2為30%。

圖3 歸一化后的氣水毛細(xì)管力與含水飽和度的關(guān)系曲線

計(jì)算儲(chǔ)層的毛細(xì)管水飽和度Sw毛細(xì)=Sw1-Sw2。同理,基于該計(jì)算模型,利用測(cè)井資料定量計(jì)算毛細(xì)管水飽和度對(duì)蘇里格西區(qū)64口井進(jìn)行測(cè)井解釋,統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)蘇里格西區(qū)毛細(xì)管水主要分布在0.96%～21%,主峰在6%～9%,平均9%?？梢娒?xì)管水是地層出水的主要組成部分。

2 致密氣井儲(chǔ)層產(chǎn)水量預(yù)測(cè)

2.1 孔隙度計(jì)算模型

計(jì)算儲(chǔ)層的自由水和毛細(xì)管水飽和度,最終確定儲(chǔ)層的孔隙度。采用巖心實(shí)驗(yàn)孔隙度和聲波時(shí)差建立關(guān)系,建立孔隙度的測(cè)井解釋模型。對(duì)蘇里格西區(qū)23口取心井的巖心分析數(shù)據(jù)進(jìn)行歸位,提取對(duì)應(yīng)測(cè)井值,采用統(tǒng)計(jì)方法,建立蘇西巖心分析孔隙度與測(cè)井聲波的解釋模型(見圖4),其模型表達(dá)式為

φ=0.162AC-28.28R=0.87

(4)

圖4 蘇里格西區(qū)砂巖儲(chǔ)層孔隙度與聲波時(shí)差關(guān)系

圖5 試氣產(chǎn)水量和計(jì)算產(chǎn)水量關(guān)系圖

2.2 產(chǎn)水量預(yù)測(cè)

統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)氣井產(chǎn)水量主要受儲(chǔ)層孔隙度、射孔段厚度、試氣壓差、自由水含量和毛細(xì)管水含量等影響。據(jù)此,采用多元回歸法建立蘇里格西區(qū)42口產(chǎn)水井產(chǎn)水量和上述影響因素的關(guān)系(見圖5),其相關(guān)系數(shù)R=0.79,多元回歸公式

Q=1.79Sw自由+0.097p壓差+0.268H+

1.44φ+0.06Sw毛細(xì)-10.34R=0.79

(5)

式中,Q為試氣產(chǎn)水量;Sw自由為自由水飽和度;p壓差為試氣壓差;H為射孔段厚度;φ為孔隙度;Sw毛細(xì)為毛細(xì)管水飽和度。式(5)能夠?qū)μK里格西區(qū)氣井儲(chǔ)層產(chǎn)水量進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2.3 應(yīng)用實(shí)例

蘇47-X-56井射孔層段分別為3 759.0～3 761.0 m、3 776.0～3 779.0 m、3 840.0～3 844.0 m、3 860.0

～3 862.0 m、3 922.0～3 924.0 m;試氣產(chǎn)氣22.4×104m3/d;產(chǎn)水9.6 m3/d。該段試氣壓差3.65 MPa,射孔段厚度13 m,測(cè)井計(jì)算孔隙度11.1%,自由水飽和度0.7%,毛細(xì)管水飽和度7.8%(見圖6),應(yīng)用產(chǎn)水量預(yù)測(cè)公式綜合預(yù)測(cè)該井產(chǎn)水量為9.49 m3/d,預(yù)測(cè)結(jié)果和生產(chǎn)實(shí)際吻合較好。

圖6 蘇47-X-56井測(cè)井綜合解釋成果圖

3 結(jié) 論

(1) 蘇里格氣田西區(qū)地層產(chǎn)水主要有凝析水、自由水和毛細(xì)管水。地層出水主控因素不是以往認(rèn)為的自由水,而是毛細(xì)管水。毛細(xì)管水是地層產(chǎn)水的主要類型,平均含量達(dá)9%。

(2) 基于巖石物理實(shí)驗(yàn)建立的蘇里格西區(qū)氣井地層水計(jì)算模型可以用于測(cè)井資料計(jì)算氣井所含凝析水、自由水和毛細(xì)管水,計(jì)算精度可靠,能夠滿足生產(chǎn)需求。

(3) 利用地層孔隙度和射孔段厚度、試氣壓力等建立的氣井產(chǎn)水量預(yù)測(cè)模型,可以預(yù)測(cè)氣井產(chǎn)水量。預(yù)測(cè)結(jié)果和生產(chǎn)實(shí)際較為吻合。

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