胡 勇 陳穎莉 李 滔

1.中國石油西南油氣田公司 2.中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院

0 引言

四川盆地天然氣資源豐富，是我國天然氣工業(yè)的“搖籃”，利用天然氣的歷史可以追溯到兩千年前。2021年四川盆地天然氣產(chǎn)量達(dá)到484×108m3，居我國各主產(chǎn)區(qū)前列，未來10年，將建成年產(chǎn)氣量1 000×108m3的天然氣戰(zhàn)略生產(chǎn)基地[1-5]。同全球其他地區(qū)一樣，四川盆地95%的已開發(fā)氣藏均存在不同活躍程度的邊、底水（統(tǒng)稱為有水氣藏），即氣田開發(fā)過程中產(chǎn)水具有普遍性。有水氣藏開發(fā)過程中，在水區(qū)與氣區(qū)差壓和巖石骨架膨脹等因素作用下，地層水會(huì)不斷侵入氣藏，因儲(chǔ)層非均質(zhì)性和開發(fā)對策不適應(yīng)等因素導(dǎo)致非均勻水侵現(xiàn)象，使得氣藏中大量儲(chǔ)量被“水封”，同時(shí)伴隨著部分氣井被水淹、甚至暴性水淹，導(dǎo)致氣藏采收率大幅降低[6-9]。

四川盆地有水氣藏開發(fā)經(jīng)過60余年從實(shí)踐到理論再到實(shí)踐的循環(huán)升華，治水理念及相關(guān)技術(shù)體系不斷發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了從“氣井排水采氣”向“氣藏整體治水”的升級(jí)轉(zhuǎn)變[10-20]?？傮w來看，有水氣藏早期生產(chǎn)實(shí)踐中，因缺乏相關(guān)理論及經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)，基本局限于氣井出水后的單井排水采氣，治水效果不理想；20世紀(jì)90年代以來，依靠技術(shù)進(jìn)步，逐漸發(fā)展為尋找水侵通道、定量分析井間關(guān)聯(lián)性影響、優(yōu)化配產(chǎn)和主動(dòng)排水，實(shí)現(xiàn)了“氣藏整體治水”，大幅提升了氣藏采收率；“氣藏整體治水”技術(shù)理念在隨后的沙坪場石炭系和磨溪龍王廟組等有水氣藏開發(fā)實(shí)踐中不斷完善，并在全國氣田開發(fā)中得到了廣泛應(yīng)用，對“十五”以后我國天然氣大開發(fā)提供了強(qiáng)有力理論技術(shù)支持。

1 有水氣藏高效開發(fā)面臨的主要問題

四川盆地縱向上已發(fā)現(xiàn)29套含油氣層系[1]，包含海相碳酸鹽巖、海相頁巖、火山巖以及陸相碎屑巖油氣藏，埋深介于600～7 700 m。儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間復(fù)雜、儲(chǔ)集類型和流體賦存模式多樣。其中儲(chǔ)集空間包括孔隙、溶洞和裂縫；儲(chǔ)集類型有孔隙型、裂縫—孔隙型、裂縫—孔洞型和裂縫型等；有水氣藏主要為海相碳酸鹽巖氣藏和陸相砂巖氣藏，以邊水氣藏居多，底水氣藏相對較少。盆地內(nèi)純氣驅(qū)氣藏采收率基本高于90%，而有水氣藏采收率主要介于30%～70%。主力氣藏多存在水侵活躍現(xiàn)象，給氣藏高效開發(fā)帶來巨大挑戰(zhàn)[21-25]。

1）產(chǎn)水導(dǎo)致儲(chǔ)層氣相滲透率降低，井筒流動(dòng)阻力增加，氣井產(chǎn)能大幅降低，甚至氣井喪失生產(chǎn)能力，如龍崗2井初期以90×104m3/d投產(chǎn)，生產(chǎn)28天后突然產(chǎn)水，達(dá)200 m3/d，隨即水淹停產(chǎn)，后開展多次排水試驗(yàn)，累計(jì)排水3.5×104m3，仍未能恢復(fù)產(chǎn)氣。

2）產(chǎn)水提高氣藏廢棄壓力，使得低經(jīng)濟(jì)極限產(chǎn)量時(shí)間提前，大幅降低氣藏采收率，如威遠(yuǎn)震旦系氣藏于1965年投產(chǎn)，1971年氣井開始產(chǎn)水，早期16口井自噴帶水生產(chǎn)，1975年氣藏產(chǎn)量達(dá)到高峰，為12×108m3/a，隨后大多數(shù)氣井開始出水，隨即對氣井采取工藝輔助排水，但生產(chǎn)形勢未得到好轉(zhuǎn)，氣藏產(chǎn)氣量從360×104m3/d快速下降至80×104m3/d。

3）產(chǎn)水增加地面集輸系統(tǒng)適應(yīng)性改造、排水采氣、氣田水處理等工程投資，降低氣藏開發(fā)效益，尤其四川盆地是我國高含硫氣田分布最集中的地區(qū)，高含硫氣田水的腐蝕性更強(qiáng)、環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)更大、處理成本更高。

2 “氣藏整體治水”技術(shù)理念的探索

國內(nèi)外氣藏治水方法包括控水、排水和堵水（表1）。四川盆地氣藏治水經(jīng)歷了由單井到整體、由控水到被動(dòng)排水再到主動(dòng)治水的歷史轉(zhuǎn)變，主要分為3個(gè)階段[10-14]：

表1 國內(nèi)外治水措施優(yōu)缺點(diǎn)對比表

2.1 單井控水探索

20世紀(jì)50—70年代初，開發(fā)對象以中小型裂縫性氣藏為主，當(dāng)時(shí)開發(fā)上存在著“控水采氣”還是“排水采氣”的爭論，國外普遍是控制壓差、控制氣井產(chǎn)量，把“不出水”作為氣井合理配產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)之一；因此，這一階段治水主要以“控”為主，但許多井采取“控水采氣”后，出現(xiàn)越控越有水、越關(guān)氣越小甚至完全水淹的現(xiàn)象。

2.2 單井排水探索

20世紀(jì)70年代后期—80年代末，以威遠(yuǎn)震旦系氣藏大規(guī)模單井排水為契機(jī)，先后開展了泡排、機(jī)抽、優(yōu)選管柱、氣舉、電潛泵等以單井排水為主體的大量工藝試驗(yàn)，大批水淹井依靠工藝措施復(fù)產(chǎn)，“氣井排水采氣”原理是：①降低裂縫空間的壓力，當(dāng)裂縫與基質(zhì)之間的壓差大于引起水鎖效應(yīng)的毛細(xì)管壓力時(shí)，就可實(shí)現(xiàn)“水驅(qū)氣”到“氣驅(qū)水”的轉(zhuǎn)化，釋放基巖中的天然氣；②補(bǔ)充井筒內(nèi)能量，降低流體舉升壓降，降低井底回壓，延長氣井生命周期。這一階段治水主要以見水排水、被動(dòng)排水為特點(diǎn)，孤立地考慮氣井帶液生產(chǎn)，常貽誤治水最佳時(shí)機(jī)，對氣藏開發(fā)效果提升有限；此外，威遠(yuǎn)震旦系氣藏也實(shí)施了氣井堵水試驗(yàn)，但由于儲(chǔ)層裂縫較為發(fā)育，堵水效果差。

2.3 氣藏整體治水探索

20世紀(jì)90年代開始，治水對象由中小型裂縫氣藏?cái)U(kuò)展到中大型整裝氣藏；90年代以前，中壩須二氣藏只在氣藏內(nèi)部開展單井“點(diǎn)式”排水，但排水效果較差；90年代初，中壩須二氣藏探索實(shí)施優(yōu)化氣井生產(chǎn)制度、主動(dòng)實(shí)施阻水強(qiáng)排井、強(qiáng)化整體排水規(guī)模等措施，有效控制了邊水水侵前緣，標(biāo)志著四川盆地排水采氣已由單井逐漸向氣藏整體過渡，治水目標(biāo)也由短期的挖潛增產(chǎn)向控制水侵、提高采收率的長期目標(biāo)過渡，為“氣藏整體治水”技術(shù)理念的形成奠定了基礎(chǔ)。

3 “氣藏整體治水”技術(shù)理念的形成及理論內(nèi)涵

3.1 “氣藏整體治水”技術(shù)理念的形成

20世紀(jì)90年代初，四川盆地氣藏治水仍面臨著4個(gè)方面難題：①氣藏水侵機(jī)理和水侵影響規(guī)律認(rèn)識(shí)不清；②裂縫水竄數(shù)值模擬準(zhǔn)確性差；③缺少氣藏水侵和氣井出水早期預(yù)報(bào)的有效手段；④氣井排水采氣工藝未配套?！熬盼濉逼陂g，以有水氣藏提高采收率為出發(fā)點(diǎn)，圍繞不同類型氣藏水侵機(jī)理、出水規(guī)律、氣水井試井分析方法、裂縫水竄數(shù)值模擬、出水井高效排水工藝等難題開展技術(shù)攻關(guān)，形成了以水侵機(jī)理評(píng)價(jià)、氣藏工程理論支撐、工藝措施保障為一體的“氣藏整體治水”技術(shù)思路，成為“氣藏整體治水”技術(shù)理念的起點(diǎn)。“十五”至“十三五”期間，持續(xù)提升有水氣藏水侵動(dòng)態(tài)分析及預(yù)測技術(shù)，“氣藏整體治水”技術(shù)理念得到進(jìn)一步發(fā)展和完善（圖1）。

圖1 四川盆地有水氣藏開發(fā)技術(shù)發(fā)展歷程圖

在物理模擬方面，通過國內(nèi)首創(chuàng)的激光刻蝕可視化氣水兩相微觀滲流實(shí)驗(yàn)、巖心三維逆向滲吸水驅(qū)氣實(shí)驗(yàn)、水侵速度與水驅(qū)氣驅(qū)替系數(shù)關(guān)系實(shí)驗(yàn)、采氣速度與采出程度關(guān)系實(shí)驗(yàn)等，明確了微觀水侵特征與通道性質(zhì)等密切相關(guān)，并首次從微觀機(jī)理上認(rèn)識(shí)了卡斷和孔隙盲端是導(dǎo)致“水鎖”的主要原因，繞流和壓力突變（如關(guān)井復(fù)壓）是形成“水封氣”的主要因素（圖2）[10-12]?？傮w上，當(dāng)巖石低滲透且儲(chǔ)集空間較均質(zhì)（如孔隙型儲(chǔ)層），滲流通道中不易發(fā)生“水鎖”現(xiàn)象；水侵前沿以較慢速度均勻推進(jìn)，形成的“水封氣”較少。當(dāng)巖石中裂縫發(fā)育（如裂縫—孔隙型、裂縫—孔洞型和裂縫型儲(chǔ)層），滲流通道中越易發(fā)生“水鎖”現(xiàn)象；水侵前沿以較快速度非均勻推進(jìn)，更易形成大量“水封氣”。實(shí)驗(yàn)的壓力梯度越大，非均勻水侵現(xiàn)象越顯著。從機(jī)理上明確了提高有水氣藏采收率的最根本途徑是減小非均勻水侵影響，降低井底及氣藏廢棄壓力[10]。

圖2 可視化氣水兩相微觀滲流實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖

在氣藏工程方面：①從裂縫理論描述著手，采用高速非線性滲流理論描述流體在大裂縫中的流動(dòng)，建立了描述氣藏裂縫水竄的新雙重介質(zhì)數(shù)學(xué)模型，解決了邊底水沿裂縫水竄的數(shù)值模擬問題，實(shí)現(xiàn)了活躍水侵氣藏動(dòng)態(tài)定量分析和預(yù)測；②針對多相流試井分析難題，建立考慮井筒兩相流動(dòng)、考慮裂縫性地層影響的組合模型及數(shù)值模型，探索并形成氣水兩相井?dāng)?shù)值試井分析新方法，為深入分析氣藏水侵模式提供了有效途徑[26-31]。結(jié)合以上技術(shù)，認(rèn)識(shí)到氣井水侵特征包括弱舌進(jìn)水侵、強(qiáng)舌進(jìn)水侵、裂縫水侵、高導(dǎo)裂縫水侵等，氣藏水侵模式包括水錐型、縱竄型、橫侵型和縱竄橫侵型等（圖3）。對于不同水侵特征和水侵模式的氣藏，宜采取不同的治水對策。

圖3 氣藏水侵模式示意圖

在排水采氣工藝方面，通過引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)以及開展新工藝技術(shù)攻關(guān)，擴(kuò)大了排水采氣工藝措施的適用范圍，并形成了從產(chǎn)水氣井修井、二次完井到排水采氣、排水設(shè)備的防垢及化學(xué)保護(hù)等一整套具有規(guī)模效應(yīng)的排水采氣工藝技術(shù)系列[13-15]。具體來看：①電潛泵排水采氣工藝，先后引進(jìn)4套變頻電潛泵機(jī)組，采用工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)和“變頻技術(shù)”，解決了介質(zhì)腐蝕、工作壽命短等問題，機(jī)組運(yùn)行壽命提高3～4倍；②水力射流泵排水采氣工藝，1992年從美國引進(jìn)兩臺(tái)水力噴射泵，1998年西南油氣田公司鉆采院和川南礦區(qū)合作研制配套了水力噴射泵裝置，提高了設(shè)備的抗腐蝕能力及使用壽命，且硬質(zhì)合金材料加工的噴嘴比引進(jìn)的噴嘴使用壽命提高2倍；③深抽排水采氣工藝：研制了長沖程整體泵筒，采用鍍鉻工藝和新型高效井下分離技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了液、氣、砂三相分離，平均泵效提高10%以上；④氣舉—泡排組合排水采氣工藝：優(yōu)化設(shè)計(jì)注氣量和注泡劑量，成功將機(jī)抽的深井泵裝置與水力噴射裝置結(jié)合，為低壓小水量氣井排液工藝開辟了一條新途徑。

3.2 “氣藏整體治水”理論內(nèi)涵和技術(shù)模式

3.2.1 “氣藏整體治水”理論內(nèi)涵

有水氣藏開發(fā)過程中，地層水繞流指進(jìn)、卡斷等造成的“非均勻水侵”將形成大量封閉氣，造成氣藏采收率大幅降低。實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)，封閉氣規(guī)模可達(dá)可采儲(chǔ)量40%～50%。因此，減緩封閉氣形成、實(shí)現(xiàn)氣水前沿均勻推進(jìn)、推動(dòng)封閉氣“解封”、降低氣藏廢棄壓力成為“氣藏整體治水”技術(shù)理念的核心。為此，“氣藏整體治水”需要從理論和技術(shù)上解決三個(gè)問題：①準(zhǔn)確識(shí)別、預(yù)判水侵特征和水侵模式，需要依賴于精細(xì)氣藏靜、動(dòng)態(tài)分析和精細(xì)模擬技術(shù)，找準(zhǔn)水侵規(guī)律；②科學(xué)制定階段性治水優(yōu)化方案，需要依賴于水侵機(jī)理深化認(rèn)識(shí)，制定有效的整體治水目標(biāo)、對策和措施；③釋放、減少封閉氣規(guī)模，降低氣藏廢棄壓力，需要依賴于有效的工藝措施和生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)量最大限度均衡動(dòng)用，提高采收率。

3.2.2 “氣藏整體治水”技術(shù)內(nèi)涵

“氣藏整體治水”技術(shù)要注重“三突出”：①突出治水系統(tǒng)性，是指由于氣藏內(nèi)部滲流規(guī)律具有關(guān)聯(lián)性，需要以保護(hù)氣藏整體為目的，統(tǒng)一籌劃氣藏工程、采氣工藝、氣田水回注等技術(shù)論證，推動(dòng)整體治水目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，總體可概括為“提前預(yù)判、整體聯(lián)動(dòng)、全局統(tǒng)籌”；②突出全生命周期，是指整體治水要貫穿氣藏開發(fā)的全生命周期，不同階段有不同治理目標(biāo)，開發(fā)早期重在開發(fā)優(yōu)化部署延緩水侵入，開發(fā)中期重在水全面侵入情況下實(shí)現(xiàn)水侵均衡推進(jìn)，開發(fā)晚期重在氣藏挖潛和治水整體優(yōu)化，確保氣藏達(dá)到更高采收率；③突出差異化治理，是指氣藏整體治水從技術(shù)、措施到方案、實(shí)施都應(yīng)根據(jù)不同氣藏類型和水侵規(guī)律，進(jìn)行差異化、針對性治理，制定最優(yōu)整體方案，做到“因井制宜、因類制宜、因時(shí)制宜”，將水侵影響降到最低。

3.2.3 “氣藏整體治水”技術(shù)模式

“氣藏整體治水”技術(shù)模式是理論內(nèi)涵和技術(shù)內(nèi)涵的具體體現(xiàn)，總體可歸納為“早期防水、中期控水、晚期治水”（圖4）。開發(fā)早期通過深化流體分布認(rèn)識(shí)，結(jié)合數(shù)值模擬技術(shù)，預(yù)測氣藏不同開發(fā)井型、開發(fā)井網(wǎng)、氣井配產(chǎn)和采速下開發(fā)效果，預(yù)防早期產(chǎn)水，延長氣藏?zé)o水采氣期；開發(fā)中期通過水侵動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)、單井配產(chǎn)優(yōu)化、開發(fā)井網(wǎng)完善和排水采氣工藝優(yōu)選等，抑制邊底水前沿非均勻推進(jìn)，減小非均勻水侵危害；開發(fā)后期由于地層能量不足，需要結(jié)合精細(xì)氣藏描述技術(shù)，掌握水侵規(guī)律和剩余儲(chǔ)量分布，通過治水方案優(yōu)化、排水工藝優(yōu)化和井口增壓，緩解水封和水鎖影響，降低氣藏廢棄壓力，最大程度動(dòng)用剩余儲(chǔ)量，提高氣藏采收率。合理布井及排水采氣是“氣藏整體治水”技術(shù)模式基礎(chǔ)，而關(guān)注聯(lián)動(dòng)性影響、認(rèn)清規(guī)律、把握時(shí)機(jī)是“氣藏整體治水”技術(shù)模式關(guān)鍵。

圖4 “氣藏整體治水”技術(shù)模式圖

實(shí)施高質(zhì)量、全覆蓋生產(chǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測是“氣藏整體治水”技術(shù)理念達(dá)到預(yù)期成效的根本保障，要適時(shí)建立氣藏動(dòng)態(tài)監(jiān)測井網(wǎng)、強(qiáng)化動(dòng)態(tài)監(jiān)測對象（重點(diǎn)是壓力監(jiān)測、流體監(jiān)測及生產(chǎn)測井）、開展有效動(dòng)態(tài)分析和水侵規(guī)律定量預(yù)報(bào)，為治理決策和措施制定提供好科學(xué)依據(jù)?！皻獠卣w治水”技術(shù)理念實(shí)施還要做到5個(gè)動(dòng)態(tài)優(yōu)選/優(yōu)化：①針對氣藏不同開發(fā)階段及水侵狀況，實(shí)施防水、控水、排水等治水方式的動(dòng)態(tài)優(yōu)選；②針對不同水侵階段及水侵程度，在尚未出水時(shí)、出現(xiàn)出水預(yù)兆后、氣井出水后實(shí)施措施時(shí)機(jī)的動(dòng)態(tài)優(yōu)選；③針對對象差異及需求，在出水氣井、水淹氣井、水區(qū)氣井等不同對象井實(shí)施動(dòng)態(tài)優(yōu)選；④針對治水規(guī)模平衡，對產(chǎn)氣量、排水量、回注量三者規(guī)模實(shí)施動(dòng)態(tài)優(yōu)化；⑤針對排水井不同需求，對成熟化工藝、效益化工藝及新工藝試驗(yàn)實(shí)施治水工藝動(dòng)態(tài)優(yōu)選。

在整體治水技術(shù)模式指導(dǎo)下，針對四川盆地四類典型氣藏類型，分別建立了氣藏整體治水、提高采收率技術(shù)思路和對策：①針對水侵不活躍的孔隙型邊水氣藏，氣井平面上保持一定的避水距離，開發(fā)過程中應(yīng)嚴(yán)格控制采速，在水侵影響早期及時(shí)優(yōu)化配產(chǎn)，開發(fā)中后期氣井堅(jiān)持帶液生產(chǎn)；②針對水侵活躍的裂縫—孔隙型、裂縫—孔洞型或裂縫型邊水氣藏，開發(fā)早期邊部產(chǎn)水氣井帶液生產(chǎn)，在充分認(rèn)識(shí)氣藏水侵特征和水侵模式后，優(yōu)化氣井配產(chǎn)，開發(fā)中后期堅(jiān)持在水侵通道上排水，并結(jié)合“內(nèi)排”＋“外阻”的整體排水方式以及合適的排水采氣工藝，確保實(shí)現(xiàn)合理的排水規(guī)模，防止邊水快速非均勻推進(jìn)至氣藏內(nèi)部；③針對水侵不活躍的底水氣藏，氣井縱向上保持一定的避水高度，開發(fā)過程中低部位產(chǎn)水氣井帶液生產(chǎn)，高部位氣井控產(chǎn)；④針對水侵活躍的裂縫—孔隙型、裂縫—孔洞型或裂縫型底水氣藏，氣井縱向上保持一定的避水高度，采用密井網(wǎng)、低配產(chǎn)和低采速，開發(fā)早期“高控”＋“低排”，即高部位氣區(qū)控產(chǎn)、低部位（高滲區(qū)氣水界面以下）水區(qū)排水，開發(fā)中后期堅(jiān)持在水侵通道上排水，結(jié)合“高排”＋“低阻”的整體排水方式以及合適的排水采氣工藝，確保實(shí)現(xiàn)合理排水規(guī)模，防止底水快速錐進(jìn)至氣藏高部位。此外，當(dāng)氣藏存在多組系裂縫系統(tǒng)時(shí)，單一通道排水效果不明顯，需在各水侵通道同時(shí)連續(xù)排水才能取得較好效果。

4 “氣藏整體治水”技術(shù)理念在不同開發(fā)階段應(yīng)用效果

4.1 應(yīng)用于早期開發(fā)階段，沙坪場石炭系氣藏樹立有效水侵防控提高采收率典范

沙坪場石炭系氣藏位于川東高陡構(gòu)造帶，為裂縫—孔隙型碳酸鹽巖邊水氣藏，屬低孔隙度中滲透率儲(chǔ)層，基質(zhì)孔隙度為4.18%，滲透率普遍小于10 mD，構(gòu)造形態(tài)和氣水分布受斷層控制。氣藏開發(fā)早期通過綜合評(píng)價(jià)氣藏?cái)鄬?、?chǔ)層和裂縫等性質(zhì)，提前認(rèn)識(shí)到位于狹長構(gòu)造中部的天東90井存在水侵風(fēng)險(xiǎn)?；凇霸缙诜浪钡募夹g(shù)理念，將預(yù)防水侵風(fēng)險(xiǎn)深度融入到氣藏開發(fā)方案設(shè)計(jì)的全過程，通過優(yōu)選氣藏采速、開發(fā)井網(wǎng)和氣井配產(chǎn)，確定了氣藏高部位布井、密井網(wǎng)、低配產(chǎn)的開發(fā)模式，并在開發(fā)中后期對水侵通道上天東90井實(shí)施強(qiáng)排水，減緩非均勻水侵影響，實(shí)現(xiàn)均衡開采。

沙坪場石炭系氣藏于1998年投產(chǎn)至今，取得了良好開發(fā)效果：①對天東90井先后采用連續(xù)氣舉、電潛泵持續(xù)強(qiáng)排水，排水量保持在250～370 m3/d，成功將地層水阻止于氣藏邊部，北面相鄰的天東91井水氣比明顯下降，而南面的天東96、天東30等井均未見出水跡象，氣藏水氣比一直穩(wěn)定在1 m3/104m3左右，扣除天東90井主動(dòng)排水量，氣藏水氣比穩(wěn)定在0.15 m3/104m3左右（圖5）；②氣藏實(shí)現(xiàn)低配產(chǎn)（井均日產(chǎn)氣約20×104m3）、高采速下（平均采速4.13%）穩(wěn)產(chǎn)8年，穩(wěn)產(chǎn)期末累計(jì)產(chǎn)氣量156×108m3，預(yù)計(jì)氣藏采收率達(dá)69%，榮獲中國石油“高效開發(fā)氣田”稱號(hào)。

圖5 沙坪場石炭系氣藏可采儲(chǔ)量采出程度與水氣比關(guān)系曲線圖

4.2 應(yīng)用于早中期開發(fā)階段，磨溪龍王廟氣藏樹立特大型強(qiáng)水侵氣藏整體治水典范

磨溪龍王廟氣藏為特大型超壓碳酸鹽巖邊水氣藏，構(gòu)造幅度低，氣水過渡帶占含氣面積比例高達(dá)37%，儲(chǔ)層類型為裂縫—孔洞型，非均質(zhì)性強(qiáng)，平均孔隙度為4.3%，滲透率級(jí)差高達(dá)450倍，壓力系數(shù)為1.6。針對這種大型低幅、多水體類型、多水侵通道的復(fù)雜氣藏，在原有水侵動(dòng)態(tài)定性評(píng)價(jià)方法基礎(chǔ)上，圍繞水侵前緣動(dòng)態(tài)定量表征，建立了水平井水侵前緣數(shù)值試井分析方法及多尺度縫洞氣藏精細(xì)數(shù)值模擬方法，發(fā)展了非均勻水侵動(dòng)態(tài)定量預(yù)報(bào)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了氣井提前3月預(yù)報(bào)產(chǎn)水，提前1年識(shí)別水侵風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，圍繞氣藏高產(chǎn)與控水的動(dòng)態(tài)平衡，以“早期防水、中期控水”的治水理念為指導(dǎo)，制訂了氣藏開發(fā)早期階段采取“邊控內(nèi)放”，重點(diǎn)防控超壓水體彈性膨脹能量快速釋放引起水突進(jìn)，開發(fā)中期階段采取優(yōu)化氣藏采速、實(shí)施治水工藝措施、確保產(chǎn)水氣井充分?jǐn)y液，重點(diǎn)防控水氣比超過臨界點(diǎn)引起水淹的整體治水技術(shù)策略（圖6）。

圖6 磨溪龍王廟組氣藏整體治水示意圖

這一技術(shù)理念在龍王廟組氣藏應(yīng)用后，已取得初步成效：①提前預(yù)測見水氣井11口，符合率91%，實(shí)現(xiàn)了水侵的早防早控；②實(shí)施主動(dòng)排水井3口，部分受水侵影響井產(chǎn)水量下降，產(chǎn)氣量持續(xù)向好，由遞減狀態(tài)改善為穩(wěn)定生產(chǎn)；③優(yōu)化調(diào)控19口產(chǎn)水氣井生產(chǎn)制度，壓力與產(chǎn)量遞減率減小到10%以內(nèi)，氣藏綜合水氣比維持在0.4 m3/104m3；④優(yōu)化實(shí)施整體治水方案，預(yù)測氣藏采收率可達(dá)到65%。

4.3 應(yīng)用于中后期開發(fā)階段，中壩須二氣藏樹立整體治水提高采收率典范

中壩須二氣藏為裂縫—孔隙型砂巖邊水氣藏，屬于低孔隙度低滲透儲(chǔ)層，平均孔隙度為6.62%、平均滲透率為0.2 mD，儲(chǔ)集空間以粒間孔為主，裂縫為主要滲流通道，儲(chǔ)層連續(xù)性較好，非均質(zhì)性強(qiáng)。氣藏開發(fā)早期由于受到北部邊水影響，出水井持續(xù)增加，邊部部分氣井水淹停產(chǎn)，氣藏產(chǎn)氣量急劇下降。面對水侵對氣藏的影響，以“中期控水、晚期治水”的治水理念為指導(dǎo)，中后期強(qiáng)化主動(dòng)治水，通過單井配產(chǎn)優(yōu)化和排水工藝優(yōu)化等系列整體治水舉措，實(shí)現(xiàn)了氣藏30年穩(wěn)產(chǎn)（圖7），主要成效表現(xiàn)在：①位于氣藏主要水侵方向和原始?xì)馑缑娓浇鼉煽谒途畬?shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定生產(chǎn)，中35井水淹停產(chǎn)13年，1993年電潛泵強(qiáng)排恢復(fù)氣水同產(chǎn)，連續(xù)生產(chǎn)至今，中19井停產(chǎn)11年，連續(xù)氣舉18天見氣，4年后實(shí)現(xiàn)自噴產(chǎn)氣；②整體治水后，氣藏內(nèi)多口氣水同產(chǎn)井日產(chǎn)水明顯下降，日產(chǎn)氣和井口壓力上升，水侵區(qū)內(nèi)凈剩水量減少，“水封氣”獲得釋放，如中37井出水6年后由氣水同產(chǎn)井轉(zhuǎn)變?yōu)榧儦饩蟊３至?年的純氣狀態(tài)，氣藏水線出現(xiàn)回縮；③實(shí)現(xiàn)了氣藏地層壓力重新分配，水侵區(qū)及純氣區(qū)地層壓力發(fā)生逆轉(zhuǎn)，水侵區(qū)平均地層壓力比純氣區(qū)低4～5 MPa，呈現(xiàn)南高北低的局面，阻止了北部邊水侵入；④主要水侵方向上17年沒有出現(xiàn)新的見水氣井，邊水水線前緣推進(jìn)得到了有效的控制（圖8），開采效果極好，預(yù)計(jì)采收率可達(dá)93%，三次榮獲中國石油“高效開發(fā)氣田”稱號(hào)。

圖7 中壩須二氣藏采氣曲線圖

5 “氣藏整體治水”技術(shù)理念的重大意義及發(fā)展趨勢

5.1 “氣藏整體治水”技術(shù)理念的重大意義

回顧四川盆地有水氣藏60余年的生產(chǎn)歷程和開發(fā)歷史，可以發(fā)現(xiàn)，有水氣藏的技術(shù)發(fā)展始終離不開科學(xué)技術(shù)理念的創(chuàng)新引領(lǐng)，而“氣藏整體治水”技術(shù)理念的形成為氣田高效開發(fā)提供了重要理論支持，對于四川盆地乃至國內(nèi)外有水氣藏的開發(fā)實(shí)踐具有極其重要的指導(dǎo)意義。“氣藏整體治水”技術(shù)理念打破了常規(guī)有限開發(fā)格局的束縛，有利于氣田開發(fā)從更高的目標(biāo)、更廣闊的視角將“認(rèn)識(shí)水、控制水、治理水”貫穿于氣藏開發(fā)的全生命周期中。經(jīng)過多年從實(shí)踐到理論技術(shù)的不斷探索完善，推動(dòng)了有水氣藏開發(fā)由“氣井排水采氣”向“氣藏整體治水”的系統(tǒng)性、科學(xué)性轉(zhuǎn)變，并在四川盆地取得了顯著應(yīng)用成效，表明我國有水氣藏主體開發(fā)技術(shù)理念已經(jīng)進(jìn)入2.0時(shí)代。

2030年，四川盆地將建成年產(chǎn)1 000×108m3的國家級(jí)天然氣戰(zhàn)略生產(chǎn)基地，全國天然氣產(chǎn)量也將達(dá)到2 900×108～3 300×108m3的峰值[1-4]。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)展目標(biāo)，需要不斷解放思想，面對有水氣藏提高采收率的重大技術(shù)難題，始終堅(jiān)持“氣藏整體治水”開發(fā)技術(shù)理念，超前謀劃，持續(xù)提升有水氣藏的開發(fā)效果。

5.2 “氣藏整體治水”技術(shù)理念及其技術(shù)模式的發(fā)展趨勢

隨著開發(fā)對象逐漸從淺層到深層、超深層，從相對均質(zhì)到強(qiáng)非均質(zhì)，從中高品質(zhì)到低品質(zhì)，從常溫到高溫，從低含硫到中高含硫，氣藏的地質(zhì)條件和水侵規(guī)律更加復(fù)雜[32]，需要持續(xù)完善“氣藏整體治水”技術(shù)體系，進(jìn)一步適應(yīng)氣藏治水評(píng)價(jià)、優(yōu)化和實(shí)施的需求。

5.2.1 低品質(zhì)強(qiáng)非均質(zhì)氣藏解水鎖/水封技術(shù)

低品質(zhì)強(qiáng)非均質(zhì)氣藏由于基質(zhì)低滲透、特低滲透，開發(fā)過程中極易由于非均勻水侵導(dǎo)致水鎖/水封現(xiàn)象，使得氣藏部分區(qū)域儲(chǔ)量不能有效動(dòng)用，效益開發(fā)面臨挑戰(zhàn)。需要發(fā)展流體與儲(chǔ)層巖石間的多場、多尺度輸運(yùn)理論，闡明氣—水兩相多尺度傳質(zhì)機(jī)理，揭示氣—水兩相微觀分布規(guī)律和力學(xué)平衡機(jī)制，建立氣藏水鎖/水封氣數(shù)學(xué)模型，并結(jié)合高溫高壓大型物理模擬實(shí)驗(yàn)和基于水鎖/水封氣效應(yīng)的數(shù)值模擬方法，確定影響解水封/水鎖的關(guān)鍵因素，探索有水氣藏解水鎖/水封的有效途徑，提升氣藏開發(fā)效益。

5.2.2 超深工藝井臨界攜液預(yù)測技術(shù)

超深工藝井臨界攜液的預(yù)測難度更大，也更易水淹停產(chǎn)。需要開展氣水兩相流體管流實(shí)驗(yàn)，通過對大量采集數(shù)據(jù)的信號(hào)分析（概率密度、功率譜密度、人工非線性及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）識(shí)別流態(tài)，劃分流型、總結(jié)井筒氣水兩相流動(dòng)流態(tài)變化規(guī)律，建立考慮儲(chǔ)層水侵、井身結(jié)構(gòu)、產(chǎn)液量及井斜角的工藝井臨界攜液預(yù)測模型，形成不同井型氣井積液判別方法，實(shí)現(xiàn)超深工藝井積液預(yù)警，為正確選擇排水采氣工藝及優(yōu)化介入時(shí)機(jī)提供重要支持。

5.2.3 有水氣藏—井筒—地面自適應(yīng)一體化智能快速分析技術(shù)

“氣藏整體治水”時(shí)機(jī)極其重要，水侵早期治水效果好于中后期。需要形成有水氣藏—井筒—地面自適應(yīng)一體化智能快速分析技術(shù)，建立基于生產(chǎn)數(shù)據(jù)的自處理、自分析、自決策的復(fù)雜有水氣藏水侵動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)方法，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)條件、井筒狀況和地面管網(wǎng)集輸能力共同約束條件下的一體化優(yōu)化配產(chǎn)，以及氣藏水侵參數(shù)定量判斷與水侵快速預(yù)警，支撐氣藏及時(shí)優(yōu)化開發(fā)對策以及制訂排水采氣措施。

5.2.4 低成本、數(shù)值化和智能化的超深井排水采氣技術(shù)

現(xiàn)有排水采氣工藝主要適用于井深小于6 000 m的氣井，且成本較高。需要攻關(guān)低成本的超深井（井深6 000～8 000 m）排水采氣技術(shù)，加快超深井井下工具及相關(guān)配套設(shè)施的研制，為超深井氣藏排水采氣和提高氣藏采收率做好工藝儲(chǔ)備；同時(shí)，為進(jìn)一步提升有水氣藏氣井全生命周期生產(chǎn)優(yōu)化效果，需要大力發(fā)展排水采氣工藝數(shù)值化、智能化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)氣藏—采氣—集輸全數(shù)值化。

5.2.5 含硫/高含硫氣田水深度綠色處理技術(shù)

隨著國家環(huán)保要求不斷升級(jí)，對氣田綠色開發(fā)提出了更高要求。含硫/高含硫氣田水的處理能力逐漸成為影響氣藏開發(fā)對策優(yōu)化和排水采氣措施選擇的重要原因。需要不斷優(yōu)化含硫/高含硫氣田水處理工藝流程和藥劑配方，持續(xù)開展地層水回注安全風(fēng)險(xiǎn)分析，加強(qiáng)回注環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理，研究技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行的地層水“資源化、無害化、循環(huán)利用”處理技術(shù)，攻關(guān)產(chǎn)出地層水高附加值資源多級(jí)利用關(guān)鍵技術(shù)，形成地層水取熱、取礦等資源化利用技術(shù)體系。

6 結(jié)論

1）四川盆地有水氣藏類型多樣，流體賦存模式復(fù)雜多變，水侵對氣藏開發(fā)的影響大，科學(xué)的治水理念是提升有水氣藏開發(fā)效果的關(guān)鍵。歷經(jīng)60余年的技術(shù)攻關(guān)和理論探索形成的“氣藏整體治水”重大技術(shù)理念，實(shí)現(xiàn)“氣井排水采氣”向“氣藏整體治水”系統(tǒng)性、科學(xué)性技術(shù)轉(zhuǎn)變，為有水氣藏高效開發(fā)提供了重要理論技術(shù)支持。

2）“氣藏整體治水”先后應(yīng)用于中壩須二、沙坪場石炭系和磨溪龍王廟組等有水氣藏的開發(fā)實(shí)踐中，大幅提升了有水氣藏開發(fā)效果，已逐漸成為氣田開發(fā)中最重要的技術(shù)理念之一。

3）在國家對天然氣加快發(fā)展的總體要求下，未來一段時(shí)期全國氣田開發(fā)將進(jìn)入新的快速發(fā)展期，四川盆地也將建成年產(chǎn)1000×108m3的國家天然氣戰(zhàn)略生產(chǎn)基地，面對更加復(fù)雜的有水氣藏開發(fā)挑戰(zhàn)，需要始終堅(jiān)持“氣藏整體治水”開發(fā)技術(shù)理念，持續(xù)升級(jí)和完善開發(fā)配套技術(shù)，不斷提升有水氣藏開發(fā)效果，為國家能源安全和低碳能源需求提供有力保障。