馬飛英，王永清 （油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （西南石油大學(xué)），四川 成都 610500）

王慧 （東方地球物理勘探有限責(zé)任公司，河北 涿州 072751）

王晉瑤 （西南油氣田川中油氣礦，四川 遂寧 629000）

王林 （中石油浙江油田分公司西南采氣廠，四川 宜賓 645250）

水體雖然作為一種能量對氣體具有驅(qū)動作用，但是水對氣藏也有傷害作用，它會造成氣相滲透率下降，氣井水淹，使氣體被水封隔在地下不能采出。一般水不活躍或無水氣藏的采收率可達(dá)80%以上，水活躍的氣藏為50%～80%，而水活躍的氣藏在依靠自然能量開發(fā)的階段采收率只有10%～50%［1］。因此，水對氣藏的開發(fā)弊大于利。

隨著氣井大量出水，氣井產(chǎn)量下降，大量的水不能被氣體帶出，沉積在井底，造成氣井水淹。目前大部分氣井的治水方法都是著眼于井筒中積液的排出，國外排水采氣方法主要有：優(yōu)選管柱排水、連續(xù)油管/氮?dú)馀潘⑴菽潘馀e排水、機(jī)抽排水、螺桿泵排水、電潛泵排水、射流泵排水、利用熱力方法處理凝析水、間歇開采、油管/環(huán)空交替控制方法、油管流動控制方法、低于臨界速度以下氣井繼續(xù)生產(chǎn)的油管內(nèi)接箍方法等［2］。然而這些方法都是氣井積液后才采取的方法，很少有在地下控制水的流動方向使氣井不積液的方法。

1955年Widmyer提出在油藏的頂部和底部采用雙層完井方式，通過油水分層開采，控制底水錐進(jìn)［3］。1995年Swisher和Wojtanowicz發(fā)表過雙層完井技術(shù)消除底水錐進(jìn)的文章［4］。1997年Shirman和Wojtanowicz發(fā)表了利用井下水沉理論的反向水錐技術(shù)和實(shí)驗(yàn)研究的文章［5］。1999年Wojtanowicz發(fā)表過應(yīng)用雙層完井技術(shù)，采用油水分層開采成功控制底水油藏水錐的案例。2003年Armenta證實(shí)氣井中的水錐機(jī)理與油井中的水錐機(jī)理是不同的，他認(rèn)為油井水錐頂面是水平狀的，而氣井發(fā)生水錐時氣水界面是向下彎曲的［6］。2003年Armenta和Wojtanowicz等發(fā)表了對氣井進(jìn)行雙層完井提高底水氣藏采收率可行性研究的文章［7］。2007年伍增貴等對雙層完井技術(shù)提高底水油藏的原理及工藝進(jìn)行了詳細(xì)介紹，認(rèn)為通過合理控制排液量，可以達(dá)到提高產(chǎn)量及最終采收率的目的［8］。2011年楊波等將雙層完井技術(shù)運(yùn)用到底水氣藏開發(fā)中，通過早期氣水同采，超前排水來抑制水錐［9］。筆者就是將雙層完井技術(shù)應(yīng)用于底水氣藏開發(fā)中，通過氣水分層開采，調(diào)整氣水產(chǎn)量比來控制底水向氣藏錐進(jìn)，減少地層水的傷害，提高氣藏采收率。

1 氣水分層開采消錐原理

氣井生產(chǎn)時，井周會形成一個 “漏斗”狀的壓力分布，壓力沿徑向向供給邊界方向逐漸升高。當(dāng)產(chǎn)氣時，氣層壓力低于底水壓力，在壓差的作用下，底水向上錐進(jìn)。與此同時，由于水的密度遠(yuǎn)大于氣的密度，在重力作用下又會壓制水錐形成，當(dāng)氣水壓差與重力作用達(dá)到平衡時，形成一個穩(wěn)定的水錐 （圖1）。當(dāng)在水層采水時，井筒周圍的水層壓力低于氣層壓力，在壓差作用下，天然氣向下錐進(jìn)，形成氣錐［10］（圖2）。當(dāng)氣層與水層同采時，相當(dāng)于地層中的兩匯，匯與匯之間會形成一條 “分流線”，分流線將氣流與水流分開 （圖3）；通過調(diào)整氣水流量，可以使水層的水不流向氣層，從而避免水對氣層的傷害。該開采方法可實(shí)現(xiàn)氣水分層開采，使氣井產(chǎn)量不受底水水錐臨界產(chǎn)量的限制。

圖1 氣井水錐圖

圖2 水井氣錐圖

圖3 氣水分層開采

2 氣、水層壓力分布描述

1）氣體穩(wěn)定滲流方程［11，12］：

式中：p為地層壓力，MPa；psc為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的壓力，MPa；T為地層溫度，K；Tsc為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的溫度，K；μg為氣體黏度，mPa·s；Z為壓縮因子，1；K為滲透率，mD；r為供氣半徑，m；h為儲層厚度，m；Qsc為天然氣產(chǎn)量，m3/d；γg為天然氣相對密度，1；R為氣體常數(shù)，0.008314MPa·m3/（kmol·K）；β為影響紊流和慣性阻力的孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)，MPa·d2/kg。下標(biāo)g代表氣體；sc代表標(biāo)準(zhǔn)狀況。

式中：p為供給邊界壓力，MPa；re為供給邊界半徑，m為平均壓力及溫度下的氣體黏度，mPa·s為平均壓力及溫度下的氣體偏差因子，1；hg為氣層厚度，m。

令：

式中：r為氣井半徑，m；A、B為產(chǎn)能系數(shù)。

參數(shù)A、B可由氣井穩(wěn)定試井得到。

將式（3）、（4）代入式（2），則可得穩(wěn)定滲流時的氣層壓力分布方程：

2）水地下穩(wěn)定滲流方程

式中：Qw為水產(chǎn)量，m3/d；hw為水層厚度，m；μw為水的黏度，mPa·s。

當(dāng)r＝rw時，由式（7）可得到：

產(chǎn)水指數(shù)：

式中：pwf為井底流壓，MPa；J為產(chǎn)水指數(shù)，m3/（d·MPa）。

產(chǎn)水指數(shù)J可由穩(wěn)定試井得到。

將式（8）、（9）代入式（7），可得水層穩(wěn)定滲流壓力分布方程：

3 確定氣水合理產(chǎn)量比

若要消除井筒處 （r＝rw）的水錐，可通過調(diào)整氣水層的產(chǎn)量比，使氣層的壓降等于水層處的壓降，即：

式中：Rwg為水氣比，m3/m3。

4 實(shí)例分析

某底水氣藏氣水界面海拔－2200m，氣層厚度50m，水層厚度80m，氣的相對密度0.58，氣水界面處的壓力24MPa，井眼半徑0.1m，供氣半徑600m，穩(wěn)定試井得到氣井二項式產(chǎn)能系數(shù)A為0.5907MPa2/ （104m3/d）、 產(chǎn) 能 系 數(shù)B為 0.0231MPa2/ （104m3/d）2， 水 層 的 產(chǎn) 水 指 數(shù) 為60m3/ （d·MPa）。氣層射開儲層總厚度的1/2。

若不采用雙層完井，當(dāng)氣井產(chǎn)量為12.33×104m3/d時，底水錐進(jìn)至井底 （圖4），但當(dāng)采用雙層完井，進(jìn)行氣水分層開采時，按式 （12）調(diào)整水的產(chǎn)量為13.56m3/d時，水錐基本可以解除 （圖5）。

5 結(jié)論

1）底水氣藏采用氣水分層開采技術(shù)，可以有效抑制底水錐進(jìn)，減小地層水對氣層的影響，提高氣藏采收率。

圖4 氣井水錐圖

圖5 氣水分層開采氣水界面

2）氣水分層開采技術(shù)可以使氣井產(chǎn)量不受底水錐進(jìn)臨界產(chǎn)量限制，大大提高氣井產(chǎn)量。

3）氣水分層開采技術(shù)適用于對底水分布認(rèn)識比較清楚，氣水界面比較明顯的底水氣藏。

［1］曲俊耀，曲林編 .四川裂縫－孔隙型有水氣藏的水封與解封 ［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2001.1～2.

［2］（美）詹姆斯·利，亨利·尼肯斯，邁克爾·韋爾斯 .氣井排水采氣 ［M］.何順利，等譯 .北京：石油工業(yè)出版社，2009.

［3］Widmyer R H.Producing petroleum from underground formations［P］.U.S.Patent No 2855047，1995.

［4］Swisher M D，Wojtanowicz A K.New dual completion method eliminates bottom water coning ［J］.SPE30697，1995.

［5］Shirman E I，Wojtanowicz A K.Water coning reversal using downhole water sink theory and experimental study ［J］.SPE38792，1997.

［6］Armenta M.Mechanism and control of water inflow to wells in gas reservoirs with bottom－water drive ［D］.Louisiana：Louisiana State University and Agricultural ＆ Mechanical College，2003.

［7］Armenta M，Wojtanowicz A K.Incremental recovery using dual－completed wells in gas reservoir with bottom water drive：a feasibility study ［C］.Calgary，Alberta：Canadian International Petroleum Conference，2003－06－10～12.2003－194.

［8］伍增貴，張輝軍，張義堂 .雙層完井技術(shù)提高底水油藏開發(fā)效果 ［J］.石油鉆采工藝，2007，29（1）：103～106.

［9］楊波，唐海，呂棟梁 .底水氣藏超前排水采氣 ［J］.石油天然氣學(xué)報 （江漢石油學(xué)院學(xué)報），2011，32（1）：351～353.

［10］李傳亮 .修正Dupuit臨界產(chǎn)量公式 ［J］.石油勘探與開發(fā)，1993，20（4）：91～95.

［11］謝林峰，李相方 .底水氣藏水錐高度與形狀計算新方法 ［J］.天然氣工業(yè)，2004，24（4）：54～56.

［12］呂愛民，姚軍，王偉 .縫洞型底水油藏水錐確定方法 ［J］.新疆石油地質(zhì)，2011，32（1）：45～48.

［編輯］ 蕭雨