張明迪 ，趙勇 ，王本成 ，陳華生 ，李曉明

（1.中國石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院，四川 成都 610041；2.中國石油新疆油田分公司工程技術(shù)研究院，新疆 克拉瑪依 834000）

長興組生物礁氣藏水侵早期識別及調(diào)整對策

張明迪1，趙勇1，王本成1，陳華生2，李曉明1

（1.中國石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院，四川 成都 610041；2.中國石油新疆油田分公司工程技術(shù)研究院，新疆 克拉瑪依 834000）

元壩油田長興組氣藏為發(fā)育底水的復(fù)雜礁灘體高含硫氣藏。氣藏開發(fā)過程中，發(fā)生水侵會導(dǎo)致氣井產(chǎn)能降低，影響氣藏最終采收率，開展氣藏早期水侵識別，有利于提前采取治水措施。文中結(jié)合氣藏地質(zhì)特征，深入分析了物質(zhì)平衡方法、生產(chǎn)動態(tài)判別方法、產(chǎn)出水的礦化度判別方法、試井監(jiān)測識別法等水侵識別方法的適用性，并進(jìn)行優(yōu)選。利用研究成果，成功識別了2口氣井存在水侵，及時(shí)有效地調(diào)整了氣井的生產(chǎn)制度，延長了氣井的無水產(chǎn)氣期。

礁灘體；水侵識別；礦化度；物質(zhì)平衡；生產(chǎn)動態(tài)

多數(shù)氣藏存在地層水，在開發(fā)過程中，氣井發(fā)生水侵，會影響氣井產(chǎn)能，增加氣藏的開發(fā)難度，降低氣藏的采收率，特別是高含硫氣藏，地層水危害更大［1-6］。開展氣藏水侵動態(tài)研究，準(zhǔn)確識別氣藏早期水侵，進(jìn)而及時(shí)制定防水策略，是積極有效開發(fā)氣藏的關(guān)鍵［7-11］。本文通過系統(tǒng)分析目前常用水侵識別方法的優(yōu)缺點(diǎn)以及適用性，基于元壩氣田長興組氣藏地質(zhì)特征及早期開發(fā)現(xiàn)狀，開展了氣井早期水侵識別，明確了適合于復(fù)雜礁灘體氣藏早期水侵的識別方法。

1 區(qū)塊狀況

元壩氣田為受礁灘體控制、底水發(fā)育、高含硫的巖性氣藏，氣藏主體包含6部分：①號礁帶、②號礁帶、③號礁帶、④號礁帶、礁灘疊合區(qū)以及灘區(qū)（見圖1）。儲層巖性為白云巖，總體呈低孔、中低滲，以生物礁相儲層為主，礁體儲層復(fù)雜，縱向上多期發(fā)育、橫向同期多個礁體疊置，目前共刻畫出了21個礁群、90個單礁體。元壩氣藏氣水關(guān)系繼承了礁體儲層復(fù)雜性，具有“一礁一灘一水體”的特征，不同礁、灘體氣水系統(tǒng)各自獨(dú)立，水體以底水的形態(tài)展布。靜態(tài)資料（地震、取心、測井等）分析表明，4條礁帶與灘區(qū)均有水體發(fā)育，但規(guī)模有限，規(guī)律性不強(qiáng)。目前，氣藏部分氣井的產(chǎn)水量逐漸增加，水氣比呈臺階式上升，且產(chǎn)量下降，綜合分析表明氣井產(chǎn)出地層水，該類氣井主要分布在灘區(qū)。

圖1 元壩氣藏開發(fā)區(qū)域分布

2 氣藏水侵早期識別

2.1 水侵機(jī)理

礁灘體儲層的性質(zhì)決定其地層水以底水為主，主要通過裂縫侵入儲層。若儲層中發(fā)育大裂縫，地層水優(yōu)先選擇沿著高滲透率的裂縫竄流至儲層孔隙內(nèi)，導(dǎo)致很多氣井投產(chǎn)短時(shí)間就見地層水，危害較大；若裂縫欠發(fā)育，無大縫，底水沿微裂縫網(wǎng)侵入含氣區(qū)，水侵活躍程度主要取決于儲層非均質(zhì)性的強(qiáng)弱以及供水區(qū)域水體能量的大小，長興組氣藏屬于該種類型。

2.2 水侵影響因素

確定影響氣藏水侵活動的主要因素，對準(zhǔn)確分析預(yù)測有水氣藏的水侵動態(tài)至關(guān)重要。從現(xiàn)階段來看，影響元壩氣田長興組氣藏底水水侵的因素主要包含兩方面：一是以儲層儲滲空間分布為主的地質(zhì)因素；二是氣藏投產(chǎn)過程中，以氣藏的采氣速度為主的開發(fā)因素。

2.2.1 儲滲空間分布

元壩氣田各個礁、灘體儲層空間展布不一，大小各異，同時(shí)受白云石化、溶蝕作用控制，儲層物性差異較大，非均質(zhì)性較強(qiáng)，造成發(fā)育水體不同的儲滲單元。各單元能量不一樣，水侵動力強(qiáng)弱不均，滲透能力較高的最先開始水侵，水侵速度最快。通過數(shù)值模型模擬表明：裂縫滲透率越高，水體體積越大，氣井見水時(shí)間越早，且裂縫滲透率起主導(dǎo)地位；如裂縫欠發(fā)育，水體倍數(shù)即便很大，氣井水侵也較緩慢。這與氣藏開發(fā)實(shí)際基本相符。

2.2.2 采氣速度

開采速度是影響氣藏水侵的主要動態(tài)因素。采氣速度越高，所需的生產(chǎn)壓差越大，底水錐進(jìn)也越快。模擬氣井在不同采氣速度的水侵動態(tài)，結(jié)果表明：隨著氣井采氣速度提高，氣井見水時(shí)間逐漸加快，且氣井見水后，采氣速度越高，產(chǎn)水量越大，表明氣井可通過摸索合理采氣速度，來達(dá)到有效控水（見圖2）。

圖2 氣井日產(chǎn)水量與采氣速度關(guān)系

2.3 水侵早期識別方法

在水驅(qū)氣藏中，常用產(chǎn)出水分析、物質(zhì)平衡法、生產(chǎn)動態(tài)判別法、試井監(jiān)測識別法等方法進(jìn)行水侵識別，但鑒于不同水侵識別方法的優(yōu)缺點(diǎn)，需對其進(jìn)行分析，優(yōu)選出適于復(fù)雜生物礁氣藏的早期水侵識別方法。

2.3.1 氣井產(chǎn)出水識別

鑒于氣藏地層水的化學(xué)特征與凝析液存在較大的差異，可通過地層水氯離子的質(zhì)量濃度及STIFF圖版法，進(jìn)行水侵識別。地層水含有有機(jī)鹽，氯離子的質(zhì)量濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于不含礦物質(zhì)或含少量礦物質(zhì)的凝析液，根據(jù)產(chǎn)出水樣中氯離子的質(zhì)量濃度測定結(jié)果，可分析氣井產(chǎn)水情況。STIFF圖版法主要按照Na++K+與Cl-，Ca2+與SO42-，Mg2+與HCO3-3類進(jìn)行圖版繪制，分析氣井不同時(shí)間下 K++Na+，Ca2+，Mg2+，Cl-，SO42-，HCO3-等的變化。若Na++K+與Cl-呈分離狀并開口逐漸增大，則氣井發(fā)生水侵，反之亦然。產(chǎn)出水識別水侵法，需要地層水流入井筒才能對其識別，因此，存在一定的滯后性。

2.3.2 物質(zhì)平衡法識別

基于物質(zhì)平衡原理，通過分析水體能量的侵入，造成氣藏壓力與產(chǎn)量的線性關(guān)系曲線發(fā)生上翹這一現(xiàn)象，識別水侵。若氣井生產(chǎn)時(shí)間不長，水驅(qū)作用不強(qiáng)，則不能出現(xiàn)上翹段，影響水侵識別，故該方法存有較大的局限性。

2.3.3 生產(chǎn)動態(tài)判別

該方法主要利用氣藏生產(chǎn)過程中，不同時(shí)間內(nèi)水氣比變化、H2S含量變化以及產(chǎn)量遞減曲線的分析判別氣藏水侵。

1）氣藏生產(chǎn)初期，氣井產(chǎn)出地層中的凝析水，生產(chǎn)中表現(xiàn)為產(chǎn)水量、水氣比均較小并且穩(wěn)定。對于有邊底水的氣藏，氣井生產(chǎn)一段時(shí)間后，如果伴隨著生產(chǎn)水氣比、產(chǎn)水量上升，產(chǎn)氣量、油壓明顯下降，說明此時(shí)邊底水可能已經(jīng)侵入氣藏。由水氣比變化可有效確認(rèn)氣井是否發(fā)生水侵，但前提是地層水已進(jìn)入井筒，引起產(chǎn)水量變化，并產(chǎn)生了部分水封氣，影響了氣井生產(chǎn)動態(tài)。2）H2S在水中的溶解度隨壓力的降低而減小，隨氣井生產(chǎn)，水逐漸侵入井筒，壓力下降，H2S從水中逸出，則天然氣中H2S的含量會逐漸升高，但若氣井生產(chǎn)初期就含H2S的，適用性較差。3）產(chǎn)量遞減曲線主要是針對邊底水氣井，基于不同水侵時(shí)期的生產(chǎn)特征以及產(chǎn)量遞減分析曲線特征（見表1），進(jìn)行水侵識別。產(chǎn)量遞減曲線法可準(zhǔn)確識別氣井的水侵程度，但需氣井產(chǎn)量、壓力數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，不影響曲線形態(tài)。

表1 產(chǎn)量遞減曲線識別水侵

2.3.4 試井監(jiān)測識別

基于試井理論，靜態(tài)地質(zhì)因素引起的試井曲線邊界特征反映，在一口井的多次試井中不會改變。通過對氣井進(jìn)行多次試井監(jiān)測，分析試井雙對數(shù)曲線變化情況，來識別水侵快慢及強(qiáng)弱。該方法可以準(zhǔn)確、快速地識別氣井是否發(fā)生水侵，但需要進(jìn)行多次的試井，限制了該方法的使用。

3 元壩礁灘體氣藏水侵識別及調(diào)整對策

以元壩氣田某礁帶氣井YBx3為例，開展水侵早期識別。YBx3井是位于某礁帶東南端的一口水平井，在鉆井過程中，氣井斜導(dǎo)眼在儲層下方鉆遇一氣水同層（未鉆穿），其水線位置距離氣井水平段58.2 m，水體規(guī)模有限，氣井生產(chǎn)中具有出水風(fēng)險(xiǎn)。產(chǎn)出液分析表明：該井氯離子質(zhì)量濃度低于10 g/L，STIFF圖版中Na++K+與Cl-分離開口未見增大，無法分辨是否發(fā)生了水侵的狀況，并且，由于氣井的生產(chǎn)時(shí)間較短，以及未開展多次試井監(jiān)測，物質(zhì)平衡法及試井監(jiān)測法也無法使用；故采用生產(chǎn)動態(tài)方法對氣井進(jìn)行分析。

氣井生產(chǎn)過程中，H2S含量及液氣比相對穩(wěn)定，前期配產(chǎn) 40×104m3/d，壓力下降較快（0.050MPa/d），但后期配產(chǎn)45×104m3/d，生產(chǎn)更為穩(wěn)定，油壓下降速度較低（0.001MPa/d），表現(xiàn)為能量充足。結(jié)合該井的地質(zhì)特征，分析氣井的能量補(bǔ)充可能來源于下部水體，也可能為生產(chǎn)壓差增大后三類儲層儲量的補(bǔ)充。

繪制氣井關(guān)井期間的井口油壓恢復(fù)曲線，油壓恢復(fù)較緩慢（見圖3）。如果氣井在三類儲層儲量有效補(bǔ)充下，井口油壓的恢復(fù)趨勢應(yīng)更快。因此，推測氣井的能量補(bǔ)充可能主要來源于下部水體。采用Blasingame、FMB產(chǎn)量遞減曲線開展YBx3井水侵早期識別的診斷（見圖4、圖5。圖中qdD，tmD分別為氣井無因次產(chǎn)量、無因次時(shí)間）?？梢钥闯觯篩Bx3井Blasingame與FMB特征曲線均發(fā)生上翹，判斷氣井發(fā)生了早期水侵，處于能量補(bǔ)充階段。

結(jié)合YBx3井的測井情況，初步認(rèn)為YBx3礁群儲層未發(fā)育大裂縫，以微裂縫為主，滲透率為1×10-3～5×10-3μm2，主要從水體能量及采氣速度方面分析對氣井水侵的影響，制定防水策略。

圖3 YBx3井油壓恢復(fù)曲線

圖4 YBx3井Blasingame遞減曲線

圖5 YBx3井FMB遞減曲線

研究認(rèn)為，YBx3井礁群由多個小礁體疊置組成，礁體之間儲層相互連通。將YBx3井礁群作為一個連通體整體考慮，基于氣井斜導(dǎo)眼參數(shù)，僅分別選取氣水同層不同含水飽和度，利用靜態(tài)法估算水體大小為80.1×104～190.7×104m3。

綜合考慮YBx3井斜導(dǎo)眼外礁群發(fā)育水體厚度變化引起的體積增加，在地質(zhì)模型中考慮2種水體大小，對氣井進(jìn)行生產(chǎn)模擬預(yù)測。1）考慮190.7×104m3水體。預(yù)測結(jié)果表明，該井受水體影響較小，配產(chǎn)30×104～45×104m3/d時(shí)，要6 a以后才產(chǎn)水（見表2），且最大產(chǎn)水量為2.6～3.8m3/d。2）考慮附加一個10倍的數(shù)值水體。預(yù)測結(jié)果表明，水體對氣井開發(fā)指標(biāo)影響較大，配產(chǎn)45×104m3/d時(shí)，產(chǎn)水時(shí)間提前到3 a左右（見表3），且最大產(chǎn)水量也增加到50～65m3/d。

綜上分析，認(rèn)為YBx3井下部存在水層，且生產(chǎn)動態(tài)中反映出氣藏早期水侵特性，為延長氣井的無水采氣期、增加氣井穩(wěn)產(chǎn)年限，調(diào)整該井配產(chǎn)到30×104m3/d（采氣速度4%）。從目前生產(chǎn)來看，產(chǎn)氣、產(chǎn)液、油壓處于穩(wěn)定狀態(tài)，調(diào)整對策切實(shí)可行。

表2 YBx3井不同配產(chǎn)下生產(chǎn)指標(biāo)預(yù)測

表3 補(bǔ)充10倍水體YBx3井不同配產(chǎn)下生產(chǎn)指標(biāo)預(yù)測

通過對目前常用水侵識別方法的適用性分析，針對氣藏不同開發(fā)階段、水侵程度，應(yīng)考慮采用不同的方法進(jìn)行識別。元壩氣田長興組氣藏投產(chǎn)時(shí)間不長，多數(shù)氣井處于水侵早期，水侵程度低，且目前所獲得資料有限，產(chǎn)量遞減曲線對判斷處于水侵早期階段氣井適應(yīng)性最強(qiáng)。利用該方法識別元壩氣田YBx4井與YBx3井，認(rèn)為目前都處于水侵早期能量補(bǔ)充階段。針對2口水侵氣井，現(xiàn)場應(yīng)及時(shí)制定防水策略，調(diào)低產(chǎn)量，控制采氣速度，以延長氣井無水采氣期。

4 結(jié)論

1）氣藏早期水侵識別是氣藏高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵因素，而針對元壩氣田影響其水侵的主要因素是儲滲空間及采氣速度。

2）產(chǎn)出水識別法主要用于氣井出水后的水侵識別；物質(zhì)平衡法主要適用于壓降圖出現(xiàn)曲線段，部分氣井存在識別風(fēng)險(xiǎn)；試井監(jiān)測識別法需多次試井監(jiān)測資料；生產(chǎn)動態(tài)法以生產(chǎn)數(shù)據(jù)為依據(jù)，其中產(chǎn)量遞減曲線判斷水侵早期階段適應(yīng)性最強(qiáng)。

3）針對元壩氣藏處于水侵早期階段，采用產(chǎn)量遞減曲線開展水侵早期識別，應(yīng)用效果較好。此方法可推廣應(yīng)用于類似的生物礁氣藏的水侵早期識別。

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（編輯 王淑玉）

Adjustment countermeasures and recognition of early water invasion in Changxing Formation biohermal gas reservoir

ZHANG Mingdi1,ZHAO Yong1,WANG Bencheng1,CHEN Huasheng2,LI Xiaoming1
(1.Research Institute of Exploration and Development,Southwest Oil and Gas Company,SINOPEC,Chengdu 610041,China;2.Engineering Technology Research Institute,Xinjiang Oilfield Company,PetroChina,Karamay 834000,China)

The gas reservoirs of Changxing Formation in Yuanba gas field are characterized by complex reef-flat facies,bottom water and high sulfur.The water invasion in the process of gas reservoir development can reduce the gas reservoir recovery and seriously influence gas production.Therefore,the recognition of early water invasion is beneficial to the water control measures.According to the practical geological character of gas reservoir,the adaptability evaluation of the methods such as material balance,production performance,the salinity of water monitoring,well test and so on,were analyzed and optimized.Using the research results,two gas wells with water invasion were successfully identified;timely and effective adjustment of gas wells production system extended the no water stage of gas wells.

reef-flat body;recognition of water invasion;salinity;material balance;production performance

國家科技重大專項(xiàng)課題“超深層復(fù)雜生物礁底水氣藏高效開發(fā)技術(shù)”（2016ZX05017-005）

TE344

A

10.6056/dkyqt201706014

2017-05-21；改回日期：2017-09-20。

張明迪，男，1982年生，工程師，碩士，主要從事氣藏工程及數(shù)值模擬研究。E-mail：179284653@qq.com。

張明迪，趙勇，王本成，等.長興組生物礁氣藏水侵早期識別及調(diào)整對策［J］.斷塊油氣田，2017，24（6）：800-804.

ZHANG Mingdi，ZHAO Yong，WANG Bencheng，et al.Adjustment countermeasures and recognition of early water invasion in Changxing Formation biohermal gas reservoir［J］.Fault-Block Oilamp;Gas Field，2017，24（6）：800-804.