曹光強(qiáng)，姜曉華，張 磊

（1.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北廊坊 065007；3.華北油田公司第四采油廠，河北廊坊 065000）

澀北一號(hào)氣田位于三湖坳陷北斜坡區(qū)的短軸背斜，屬于第四系淺層生物成因氣田[1]，生氣區(qū)疊合含氣面積46.7 km2，累計(jì)天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量990.61×108m3，為全國(guó)乃至全世界最大的第四系生物氣田[2]。其地質(zhì)特征主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）構(gòu)造平緩、簡(jiǎn)單、完整，無(wú)斷層發(fā)育；（2）儲(chǔ)層巖石粒徑小，物性總體上屬于“高孔中滲”；（3）儲(chǔ)層分布井段長(zhǎng)，層多而??；（4）埋藏淺、氣層多、含氣井段長(zhǎng)。澀北一號(hào)氣田出水類型有凝析水、工作液返排、層內(nèi)可動(dòng)水、層間水、邊水五種類型，其中凝析水、工作液返排、層內(nèi)可動(dòng)水這三種類型產(chǎn)水量小，對(duì)生產(chǎn)影響不大；而層間水和邊水對(duì)氣井生產(chǎn)影響嚴(yán)重，是綜合防治的主體。

1 澀北一號(hào)出水歷史及特征分析

1.1 出水歷史分析

澀北一號(hào)氣田出水歷史分三個(gè)階段（見圖1）：（1）凝析水期（試采～1999 年10 月），在這一階段氣田只產(chǎn)凝析水；（2）穩(wěn)定出水期（1999 年11 月-2004 年2 月），在這一時(shí)期出水相對(duì)穩(wěn)定，波動(dòng)不大，整個(gè)階段水氣比基本都保持在0.1 m3/104m3以下；（3）出水快速增長(zhǎng)期（2004 年3 月-目前），這一階段水氣比快速增加，從穩(wěn)定階段的0.1 m3/104m3迅速上升到目前的0.58 m3/104m3。從整個(gè)階段來(lái)看，氣水比目前絕對(duì)值相對(duì)還不是很高，但增加趨勢(shì)十分迅速，這說(shuō)明部分層系邊水突破嚴(yán)重，出水形勢(shì)較嚴(yán)峻。

1.2 出水的危害

1.2.1 降低產(chǎn)能 氣層出水造成儲(chǔ)層的二次污染，降低了兩相流的滲透率，增加了流動(dòng)阻力，降低了氣井的無(wú)阻流量。統(tǒng)計(jì)了澀北一號(hào)氣田7 口進(jìn)行過(guò)2 次產(chǎn)能測(cè)試井的無(wú)阻流量。分析結(jié)果顯示，出水導(dǎo)致澀北氣田的氣井產(chǎn)能下降幅度達(dá)到了48.6 %（見表1）。

1.2.2 降低產(chǎn)量 從地層內(nèi)天然氣流動(dòng)性和井筒的附加壓力損失角度分析，地層出水將導(dǎo)致產(chǎn)量遞減加劇。分析澀北一號(hào)氣田的單井產(chǎn)量遞減率與出水量的關(guān)系可以發(fā)現(xiàn)，出水量越大，產(chǎn)量遞減率越大。

圖1 澀北一號(hào)綜合開采曲線

表1 澀北一號(hào)氣田氣井出水前后無(wú)阻流量對(duì)比

澀北一號(hào)氣田除第I 開發(fā)層系外，井均產(chǎn)水量都呈現(xiàn)了逐年增加的趨勢(shì)，并且上升迅速。到目前為止由于出水而導(dǎo)致產(chǎn)量遞減的井占井總數(shù)的24 %以上，各層組的產(chǎn)量遞減率都在17 %以上（見圖2）。

1.2.3 加劇出砂 由于澀北一號(hào)氣田屬于疏松砂巖氣藏，以伊利石和伊蒙混層為主，隨著產(chǎn)出水的不斷流出，巖石的應(yīng)力發(fā)生變化，水流動(dòng)就會(huì)產(chǎn)生很大的剪切力，將泥砂剝落攜帶出來(lái)，沙粒伴隨著水的流動(dòng)從孔隙中流出直至生產(chǎn)井中。

1.3 出水特征分析

1.3.1 平面出水規(guī)律 在四個(gè)開發(fā)層系中，第I 層系處于構(gòu)造頂部，距離邊水較遠(yuǎn)，由于重力的作用使其受邊水的影響相對(duì)較小，絕大多數(shù)井的氣水比都處在0.2 m3/104m3以下（見圖3）；第Ⅱ?qū)酉登闆r與第I 層系類似，由于距邊水較遠(yuǎn)，氣層水浸現(xiàn)象還不明顯，大多數(shù)井都處在氣水比小于0.2 m3/104m3范圍內(nèi)；第III層系受水侵最嚴(yán)重，很大一部分區(qū)域的井水氣比都在1.0 m3/104m3以上，特別是在構(gòu)造邊部的井更為嚴(yán)重，如澀3-8 井氣水比超過(guò)了3.0 m3/104m3，急需采取控水、排水措施以應(yīng)對(duì)出水的危害；第Ⅳ層系是澀北一號(hào)的主力產(chǎn)氣層之一，從圖2 可看出邊水突破也很嚴(yán)重，并且邊水水線推進(jìn)極不均勻，另外第Ⅳ層系層間水的影響也較突出?？傮w來(lái)說(shuō)，構(gòu)造底部比構(gòu)造頂部水浸嚴(yán)重，構(gòu)造翼部比構(gòu)造內(nèi)部水浸嚴(yán)重，南北向比東西向水浸嚴(yán)重。

圖2 出水前后澀北一號(hào)氣田各層系的產(chǎn)量變化情況

圖3 澀北一號(hào)氣田各層系水氣比分布圖

1.3.2 縱向出水特征 縱向上來(lái)看，產(chǎn)氣量主要集中在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ三個(gè)層系，其中Ⅳ是貢獻(xiàn)最大的產(chǎn)層，產(chǎn)氣量占全部的35.1 %。產(chǎn)水量從第Ⅰ到第Ⅳ層系呈逐漸增加的趨勢(shì)，如I 層系產(chǎn)水量為574.59 m3，而IV 層系達(dá)到了3 671.14 m3（見圖4），這是因?yàn)榈冖魧酉堤幵跇?gòu)造低部位，距邊水較近，邊水容易突破；另外由于產(chǎn)氣量大，低層壓力下降快，造成邊水水體同產(chǎn)氣區(qū)之間壓差較大，加快了邊水突破速度，使得產(chǎn)水量較高。

圖4 澀北一號(hào)氣田縱向上產(chǎn)水、產(chǎn)氣分布情況

縱向上水氣比規(guī)律不明顯（見圖5），但總的來(lái)說(shuō)還是靠近邊底水的III、IV 層系水氣比較高，尤其是第III 層系水氣比最高，出水較為嚴(yán)重，這與平面出水狀況分析相一致。

圖5 澀北一號(hào)氣田縱向上水氣比分布情況

2 澀北一號(hào)排水采氣技術(shù)研究

由上節(jié)可看出，澀北一號(hào)氣田的出水已經(jīng)給氣田的產(chǎn)能、產(chǎn)量以及產(chǎn)層帶來(lái)了嚴(yán)重的危害，任由其發(fā)展必將會(huì)大大降低氣田的采收率。因此，急需開展排水采氣配套工藝研究以幫助消除和減緩產(chǎn)水帶來(lái)的危害，保障氣田穩(wěn)定、高效開發(fā)。

2.1 臨界流量計(jì)算模型優(yōu)選

氣井靠自身能量排水是最經(jīng)濟(jì)也是最簡(jiǎn)單的排水方式，盡可能的延長(zhǎng)自噴采氣期是每個(gè)氣田都遵循的一條基本的原則[3]。過(guò)早的采取排水采氣措施不能夠充分的利用地層的能量，加大了投入成本；而過(guò)晚的采取排水措施又會(huì)導(dǎo)致氣井積液，會(huì)給氣田和氣井本身帶來(lái)嚴(yán)重的危害。因此，準(zhǔn)確的診斷氣井的積液時(shí)機(jī)，對(duì)制定合理的氣井工作制度，把握氣井排水采氣的時(shí)機(jī)以及采取適當(dāng)?shù)呐挪纱胧┚哂兄匾饬x。臨界流量計(jì)算方法以其使用簡(jiǎn)單，可提前預(yù)測(cè)氣井積液時(shí)機(jī)等優(yōu)點(diǎn)（見表2），是國(guó)內(nèi)外常用的診斷氣井積液的方法。

目前常用的計(jì)算臨界帶液氣量的方法主要有TURNER[4]模型等。根據(jù)對(duì)澀北一號(hào)多口產(chǎn)水氣井實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)的分析，確定出了11 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)（水氣比從0.1～6.5 m3/104m3）實(shí)際的積液狀態(tài)，然后再與TURNER 模型、李閩模型[5]和動(dòng)能因子方法（逼近法修正后動(dòng)能因子下限取9.6）的診斷結(jié)果相對(duì)照來(lái)優(yōu)選適合澀北氣田臨界流量計(jì)算方法，對(duì)比結(jié)果（見表3）。從表3 中可以看出，若采用TURNER 模型，計(jì)算的臨界流量要比實(shí)際產(chǎn)量大很多，診斷氣井全部積液，這與事實(shí)差別較大；若采用李閩模型，11 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)中有4 個(gè)點(diǎn)診斷不準(zhǔn)確，都是實(shí)際的已經(jīng)積液但它診斷沒(méi)有積液，說(shuō)明李閩模型計(jì)算的臨界流量偏?。欢鴦?dòng)能因子方法診斷的結(jié)果比較理想，在統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)點(diǎn)中只有一個(gè)點(diǎn)和實(shí)際狀態(tài)不符合，是適合澀北氣田的臨界流量計(jì)算方法。

表2 各氣井積液診斷方法對(duì)比分析表

表3 各臨界流量計(jì)算方法結(jié)果對(duì)比表

2.2 氣田主體排水采氣工藝適應(yīng)性分析及優(yōu)選

排水采氣需要具有一定規(guī)模性，如果每口井都采用不同的排水采氣工藝措施，會(huì)大大增加氣田的開發(fā)成本。因此，排水采氣工藝的選擇首先必須根據(jù)氣田的整體生產(chǎn)特征，確定整個(gè)氣田的主體排水采氣工藝。

不同的排水采氣方式具有自身的特點(diǎn)和適應(yīng)范圍，排水采氣方式選擇時(shí)必須考慮排液量、排深、出砂、井身結(jié)構(gòu)、地層水礦化度、酸氣含量等多種因素的影響和適應(yīng)性。目前，國(guó)內(nèi)外常用的排水采氣工藝方法主要有：優(yōu)選管柱[6]、泡排、氣舉、射流泵、機(jī)抽、電潛泵、復(fù)合排水等。各排水采氣工藝的特點(diǎn)和適應(yīng)范圍見文獻(xiàn)[7]。針對(duì)澀北氣田易出砂，地層水礦化度高，不含腐蝕性氣體等的特點(diǎn)（見表4），結(jié)合不同排水采氣工藝的特點(diǎn)、適應(yīng)范圍以及措施成本等，優(yōu)選了澀北一號(hào)氣田的排水采氣方式：在開發(fā)的中前期地層壓力較高、產(chǎn)水較少的時(shí)候，選擇泡排、優(yōu)選管柱排水采氣措施，在開發(fā)的后期產(chǎn)水量大的時(shí)候選擇氣舉排水采氣措施或者泡排+氣舉或優(yōu)選管柱+泡排的復(fù)合排水采氣方式。

表4 澀北一號(hào)氣田基本情況數(shù)據(jù)表

2.3 排水采氣方式選擇模式

排水采氣是一個(gè)系統(tǒng)工程，是集氣藏工程、排水采氣工藝、地面工程于一體的技術(shù)，經(jīng)過(guò)分析和研究，形成了澀北氣田排水采氣的選擇模式。該模式主要從三個(gè)方面來(lái)進(jìn)行排水采氣先導(dǎo)試驗(yàn)井及排采措施的選擇：（1）結(jié)合地質(zhì)特征和生產(chǎn)動(dòng)態(tài)選擇一批具有一定地質(zhì)儲(chǔ)量，生產(chǎn)潛力較大的井，理論模型和實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)診斷氣井的積液，選出目前已經(jīng)積液或即將積液的井；（2）運(yùn)用研制的排水采氣方式選擇控制圖初選積液井的排水采氣方式；（3）結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際和經(jīng)驗(yàn)來(lái)最終確定先導(dǎo)試驗(yàn)井及排水采氣方式，具體的步驟（見圖6）。

圖6 澀北一號(hào)氣田排水采氣方式選擇模式圖

2.4 應(yīng)用效果分析

根據(jù)澀北一號(hào)氣田的出水特征及出水類型，以消除或減緩出水對(duì)氣田、氣井危害和保持氣田水線規(guī)則、均勻推進(jìn)為目的，篩選了一批試驗(yàn)井開展排水采氣先導(dǎo)試驗(yàn)，取得了較好的效果，詳細(xì)情況（見表5）。從表中可以看出措施后氣井的產(chǎn)量和油壓都有大幅度的恢復(fù)，油套壓差明顯減少，這說(shuō)明實(shí)施的排水采氣措施有效的清除了井筒積液，提高了氣井?dāng)y液能力。

3 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

（1）目前澀北一號(hào)氣田已經(jīng)處于出水快速增長(zhǎng)期。

（2）平面上第III 層系、第Ⅳ層系邊水突破最嚴(yán)重；縱向上第III 層系水氣比最高，出水較為嚴(yán)重?？傮w來(lái)說(shuō)，構(gòu)造底部比構(gòu)造頂部水浸嚴(yán)重，構(gòu)造翼部比構(gòu)造內(nèi)部水浸嚴(yán)重，南北向比東西向水浸嚴(yán)重。

（3）推薦澀北一號(hào)氣田選擇動(dòng)能因子模型作為臨界流量計(jì)算模型，建議其下限值取9.6。

（4）澀北一號(hào)氣田目前推薦采用泡排、優(yōu)選管柱及連續(xù)油管排水工藝措施，在后期產(chǎn)水量大的時(shí)候推薦采用氣舉排水或者泡排+氣舉或優(yōu)選管柱+泡排的復(fù)合排水采氣方式。

（5）建立了單井排水采氣方式選擇分析模式，提供了從氣井排水采氣時(shí)機(jī)把握到排采方式優(yōu)選一整套的系統(tǒng)分析方法和流程，現(xiàn)場(chǎng)使用效果良好。

表5 澀北一號(hào)氣田排水采氣先導(dǎo)試驗(yàn)井措施前后對(duì)比表

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