丁景辰，曹桐生，吳建彪，齊亞云

(中國(guó)石化華北油氣分公司，河南 鄭州 450006)

0 引 言

隨著中國(guó)新探明常規(guī)天然氣資源量的不斷下降，以致密氣為代表的非常規(guī)資源開(kāi)發(fā)逐漸成為天然氣開(kāi)發(fā)的主流[1-5]。然而，由于致密氣藏儲(chǔ)層物性較差且普遍存在氣水共存現(xiàn)象，水在致密儲(chǔ)層微細(xì)喉道中的存在將極大程度地增加氣相的滲流難度[6-9]。同時(shí)，由于致密氣藏儲(chǔ)層物性差，產(chǎn)氣量低，一旦有大量地層水產(chǎn)出，氣井產(chǎn)量將迅速下降，進(jìn)而對(duì)生產(chǎn)造成較大的影響。因此，合理認(rèn)識(shí)并正確解決致密氣藏的產(chǎn)液?jiǎn)栴}，成為急需解決的重點(diǎn)之一。

目前，關(guān)于氣藏產(chǎn)液的研究主要集中在微觀產(chǎn)液機(jī)理方面，以往研究普遍從儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)方面分析地層水的賦存機(jī)理、產(chǎn)出臨界條件和產(chǎn)出特征，對(duì)于理解儲(chǔ)層的微觀產(chǎn)液機(jī)理具有一定的指導(dǎo)意義。但實(shí)際上，區(qū)域儲(chǔ)層的產(chǎn)液不僅受微觀孔隙結(jié)構(gòu)的影響，而且宏觀的地質(zhì)、開(kāi)發(fā)特征對(duì)儲(chǔ)層的產(chǎn)液也有較大影響。以大牛地致密氣田D28井區(qū)為研究對(duì)象，從地質(zhì)、開(kāi)發(fā)等不同角度對(duì)致密砂巖氣藏高產(chǎn)液機(jī)理開(kāi)展研究，其研究成果可為大牛地氣田后續(xù)區(qū)塊的開(kāi)發(fā)提供一定的參考，同時(shí)對(duì)同類(lèi)致密含水砂巖氣藏的開(kāi)發(fā)也具有一定的指導(dǎo)意義。

1 氣田概況

大牛地氣田位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡北部東段，屬于典型的大型致密低滲砂巖氣田。區(qū)塊內(nèi)構(gòu)造單一，總體為一北東高、西南低的平緩單斜。氣田斷裂不發(fā)育，局部發(fā)育若干低幅隆起及鼻狀隆起。氣田含氣面積為2 000 km2，天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量為8 237×108m3。自2005年投入規(guī)模化開(kāi)發(fā)以來(lái)，累計(jì)生產(chǎn)天然氣249.2×108m3，是中國(guó)國(guó)內(nèi)首個(gè)實(shí)現(xiàn)效益開(kāi)發(fā)的致密低滲氣田。D28井區(qū)位于大牛地氣田中北部，是該氣田較晚投入開(kāi)發(fā)的區(qū)塊。

大牛地氣田儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，氣水分布復(fù)雜，部分區(qū)塊產(chǎn)液明顯(表1)。D28井區(qū)產(chǎn)液特征尤為突出，2016年產(chǎn)液量為6.16×104m3/a，遠(yuǎn)高于其他井區(qū)(平均為1.32×104m3/a)；區(qū)內(nèi)氣井平均液氣比為4.81×10-4m3/m3，同樣遠(yuǎn)高于其他井區(qū)(平均為1.11×10-4m3/m3)。

表1 大牛地氣田各井區(qū)2016年生產(chǎn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

D28井區(qū)北側(cè)的氣井產(chǎn)液量明顯高于南側(cè)氣井的產(chǎn)液量。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，D28井區(qū)氣井日產(chǎn)液量平均為5.65 m3/d，其中，北側(cè)氣井日產(chǎn)液量平均為6.91 m3/d，南側(cè)氣井日產(chǎn)液量平均為4.12 m3/d，產(chǎn)液量呈現(xiàn)明顯的“北高南低”特征。

高產(chǎn)液對(duì)D28井區(qū)內(nèi)氣井的正常生產(chǎn)和管理造成較大影響，但目前對(duì)該區(qū)塊的高產(chǎn)液形成原理認(rèn)識(shí)尚不明確，在一定程度上制約了對(duì)氣田的合理認(rèn)識(shí)和有效開(kāi)發(fā)。

2 高產(chǎn)液機(jī)理分析

針對(duì)大牛地氣田D28井區(qū)的高產(chǎn)液特征，從地質(zhì)和工程等方面分析其高產(chǎn)液機(jī)理。

2.1 氣藏微構(gòu)造條件

前期勘探結(jié)果表明，大牛地氣田區(qū)塊內(nèi)構(gòu)造、斷裂不發(fā)育，總體為北東高、西南低的平緩單斜。區(qū)塊內(nèi)部存在局部的構(gòu)造差異。盒1(H1)層為D28井區(qū)主力開(kāi)發(fā)層系，也是該區(qū)塊主要的產(chǎn)液層系。H1層沉積相結(jié)合構(gòu)造數(shù)據(jù)可知，該層在D28井區(qū)內(nèi)的沉積厚度和含氣層構(gòu)造幅度明顯大于其他區(qū)域，局部構(gòu)造高差較大，造成該區(qū)域內(nèi)氣水分異作用明顯，水更容易在微構(gòu)造底部聚集，形成相對(duì)富水區(qū)[10]。在H1層普遍產(chǎn)水背景下，D28井區(qū)內(nèi)存在明顯的天然氣富集區(qū)。根據(jù)對(duì)該井區(qū)中高產(chǎn)液氣井的井位統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，高產(chǎn)液氣井大部分位于H1層中的微構(gòu)造低部位，說(shuō)明氣藏微構(gòu)造對(duì)于高含水區(qū)域具有控制作用。

2.2 儲(chǔ)層沉積條件

大牛地氣藏是一個(gè)以河流砂體為主體的巖性氣藏[11-13]。以D28井區(qū)主力產(chǎn)氣產(chǎn)液層系H1層為例，H1層主要發(fā)育辮狀河沉積，在D28井區(qū)發(fā)育H1層河流相的主河道。

研究發(fā)現(xiàn)，D28井區(qū)H1層高產(chǎn)液井(日產(chǎn)液大于5m3/d)大部分位于區(qū)塊北部主河道兩翼的薄層砂體處。由于該區(qū)主砂體橫向連片性較好，砂體展布寬度也較理想，同時(shí)，主河道由于大量的心灘疊置，因此，砂體厚度較大且物性好于分流河道處。當(dāng)產(chǎn)生的天然氣隨時(shí)間的推移在河道砂體中不斷積聚，在重力分異作用下，河道砂體中的天然氣不斷向南部主河道砂體中厚層心灘砂體的構(gòu)造高部位運(yùn)移，而原始地層水則向下運(yùn)移并殘留在原始沉積處，這些部位由于氣體的運(yùn)移導(dǎo)致含氣量下降，壓力降低，原始地層水滯留，進(jìn)而形成氣水共存、水多氣少的相對(duì)富水區(qū)，因此，造成了D28井區(qū)目前“北高南低”的產(chǎn)液格局。

2.3 儲(chǔ)層含水飽和度

統(tǒng)計(jì)各區(qū)塊的含水飽和度數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，D28井區(qū)主力采氣層位的含水飽和度高于其他區(qū)塊，造成該井區(qū)高產(chǎn)液。其原因?yàn)椋阂环矫?，較高的含水飽和度為氣田開(kāi)發(fā)過(guò)程中的大量產(chǎn)水提供了更為豐富的地層水來(lái)源；另一方面，含水飽和度越高，儲(chǔ)層中氣液兩相滲流受到的影響越明顯，水相的滲流能力相對(duì)越強(qiáng)[14]。

圖1為大牛地氣田不同含水飽和度致密巖心的相對(duì)滲透率曲線。由圖1可知，隨著巖心含水飽和度的升高，巖心的兩相滲流能力有所下降，兩相共滲區(qū)變窄，共滲點(diǎn)左移；氣相相對(duì)滲透率下降明顯，而水相相對(duì)滲透率有所上升。同時(shí)，含水飽和度越高的巖心，束縛水飽和度和殘余氣飽和度越偏左，說(shuō)明高含水飽和度提高了儲(chǔ)層巖心中水相的相對(duì)滲流能力。因此，在高含水儲(chǔ)層中，水相更容易流動(dòng)并產(chǎn)出，造成生產(chǎn)中的高產(chǎn)液現(xiàn)象。

圖1大牛地氣田不同含水飽和度巖心的氣水相對(duì)滲透率曲線

2.4 巖石孔喉特征

儲(chǔ)層物性特征也是造成D28井區(qū)高產(chǎn)液的原因之一。圖2為D28井區(qū)典型巖心和氣田老區(qū)典型巖心的微觀孔隙結(jié)構(gòu)分析結(jié)果對(duì)比。由圖2a可知，老區(qū)巖心的總體孔滲物性略差于新區(qū)巖心。新老區(qū)塊巖心的排驅(qū)壓力總體較高，說(shuō)明大牛地地區(qū)儲(chǔ)層物性均較差。相對(duì)于老區(qū)塊巖心來(lái)說(shuō)，D28井區(qū)巖心的排驅(qū)壓力有所提高，退汞效率有所下降，說(shuō)明新投產(chǎn)區(qū)塊的物性更差，孔喉差異更大，且連通性更差。由圖2b、c微觀孔喉分析結(jié)果可知，大牛地氣田老區(qū)巖心的孔隙半徑均值為0.066 μm，而新投產(chǎn)區(qū)塊D28井區(qū)的巖心孔隙半徑均值僅為0.052 μm，孔喉更為細(xì)小。對(duì)于氣藏來(lái)講，水相一般為潤(rùn)濕相，水相主要附著于微細(xì)孔喉處及巖石表面，氣體賦存于孔隙內(nèi)，微細(xì)孔喉處的水將儲(chǔ)層中原本連續(xù)相的氣體卡斷，并將其包裹、滯留在孔隙中，孔喉越細(xì)小，孔喉差異越大，喉道處的水更容易占據(jù)喉道，孔隙中的氣體和水無(wú)法運(yùn)移，從而形成氣水互封。

隨著氣藏的開(kāi)發(fā)，儲(chǔ)層中的氣體逐漸被采出，儲(chǔ)層壓力從井筒周?chē)絻?chǔ)層逐步下降，原本被卡斷在孔隙中的氣體體積迅速膨脹，推動(dòng)微細(xì)孔喉處的水。當(dāng)氣體持續(xù)膨脹，推力足夠大時(shí)，微細(xì)孔喉處的水將發(fā)生運(yùn)移，從而使得孔隙內(nèi)賦存的氣和水產(chǎn)出，形成可動(dòng)氣或可動(dòng)水[15]。對(duì)于D28井區(qū)來(lái)說(shuō)，由于儲(chǔ)層中含水飽和度較高，為高產(chǎn)液提供了充足的地層水來(lái)源。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，被封存的氣體自身體積膨脹，又為儲(chǔ)層中水的運(yùn)移提供了足夠的動(dòng)力。當(dāng)氣體膨脹的推動(dòng)力足夠大時(shí)，使得儲(chǔ)層孔喉處的水發(fā)生運(yùn)移，進(jìn)而原本封存在孔隙中的水大量產(chǎn)出，造成區(qū)塊高產(chǎn)液。

2.5 生烴強(qiáng)度

區(qū)塊烴源巖分布和生烴強(qiáng)度的不均衡性也在一定程度上造成D28井區(qū)含水飽和度高、產(chǎn)水量大的現(xiàn)狀。根據(jù)鄂爾多斯盆地整體以及大牛地周邊區(qū)塊的烴源巖分布描述、大牛地區(qū)塊各井區(qū)典型井的全烴測(cè)試結(jié)果可知，大牛地區(qū)塊的烴源巖分布和生烴強(qiáng)度總體符合“南高北低、南強(qiáng)北弱”的特征，即越遠(yuǎn)離鄂爾多斯盆地中心，生烴條件越差，烴源巖厚度越小。

由于大牛地氣田區(qū)塊總體構(gòu)造較為平緩，天然氣在生成之后很難有大規(guī)模的水平方向運(yùn)移，成藏期儲(chǔ)層的烴類(lèi)充注主要表現(xiàn)為垂向運(yùn)移充注。對(duì)于烴源巖厚度大、生烴強(qiáng)度大的區(qū)塊來(lái)說(shuō)，在成藏過(guò)程中氣源供給充足，烴類(lèi)氣體更容易富集，儲(chǔ)層原始地層水可充分排出；對(duì)于烴源巖厚度小、生烴強(qiáng)度弱的區(qū)塊，在成藏氣沒(méi)有充足的氣源供給、儲(chǔ)層中的原始地層水大部分原地滯留時(shí)，易形成相對(duì)富水區(qū)。由于D28井區(qū)處于大牛地氣田北部，烴源巖厚度小，生烴強(qiáng)度差，因此，該區(qū)域形成了相對(duì)富水區(qū)，從而造成該區(qū)塊的高產(chǎn)液。

圖2大牛地氣田新老區(qū)塊巖心孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)比分析

2.6 開(kāi)發(fā)井型

開(kāi)發(fā)井型也是導(dǎo)致D28井區(qū)高產(chǎn)液的原因之一。水平井具有泄油(泄氣)面積大、單井產(chǎn)量高、儲(chǔ)量動(dòng)用程度高等優(yōu)點(diǎn)，但從另一方面來(lái)講，水平井也極大程度地溝通了儲(chǔ)層中各個(gè)含氣(含水)砂體，增大了地層水向井筒的滲流面積，更容易連通儲(chǔ)層中潛在的高含水區(qū)域，造成高產(chǎn)水[16-18]。同時(shí)，該區(qū)塊水平井的開(kāi)發(fā)伴隨著大規(guī)模、多段的水力壓裂，在井筒周?chē)纬扇斯ち芽p網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步擴(kuò)大了井筒附近流體的滲流能力，使本不容易流動(dòng)的地層水更容易產(chǎn)出，造成高產(chǎn)液。

將大牛地老區(qū)的水平井產(chǎn)氣產(chǎn)液情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算該年度內(nèi)老區(qū)塊水平井的平均日產(chǎn)能情況，并與區(qū)塊的總平均產(chǎn)能進(jìn)行對(duì)比(表2)。

由表2可知，對(duì)于大牛地開(kāi)發(fā)老區(qū)來(lái)說(shuō)，水平井井?dāng)?shù)占比較低，而產(chǎn)水量卻占比較高。對(duì)于D28井區(qū)來(lái)說(shuō)，該井區(qū)投產(chǎn)最晚，主要采用水平井開(kāi)發(fā)，水平井井?dāng)?shù)占比較高(86.03%)，造成該區(qū)塊高產(chǎn)液。

表2 大牛地氣田老區(qū)水平井各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比

3 致密含水氣藏開(kāi)發(fā)建議

以大牛地氣田D28井區(qū)為例，分析了致密砂巖儲(chǔ)層高產(chǎn)液的機(jī)理，可為大牛地氣藏及其他同類(lèi)致密含水氣藏的開(kāi)發(fā)提供一定的借鑒。

(1) 不利的局部地質(zhì)條件是造成致密砂巖儲(chǔ)層高產(chǎn)液的主要原因之一。對(duì)于致密儲(chǔ)層的開(kāi)發(fā)，應(yīng)該更加重視氣藏地質(zhì)認(rèn)識(shí)的精細(xì)度和準(zhǔn)確度。做好儲(chǔ)層微構(gòu)造的精細(xì)刻畫(huà)和沉積展布的準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)，避免在微構(gòu)造低部和沉積邊部部署井，最大程度上避免氣井產(chǎn)液。

(2) 由于致密儲(chǔ)層普遍氣水共存，因此，準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)儲(chǔ)層含水飽和度與可動(dòng)水分布對(duì)于致密儲(chǔ)層開(kāi)發(fā)至關(guān)重要。通過(guò)繪制儲(chǔ)層含水飽和度分布圖和可動(dòng)水分布圖，在含水和可動(dòng)水較低部位部署井，可有效降低氣井高產(chǎn)液的風(fēng)險(xiǎn)。

(3) 水平井有效溝通面積大，是致密儲(chǔ)層主要的開(kāi)發(fā)方式，但壓裂水平井也增大了氣井產(chǎn)液的規(guī)模。因此，應(yīng)提高壓裂設(shè)計(jì)和施工的質(zhì)量，做到控制裂縫，適度壓裂?？刂茐毫芽p走向遠(yuǎn)離高含水部位，控制壓裂規(guī)模避免溝通含水層位，以降低氣井高產(chǎn)液風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié) 論

(1) 以大牛地氣田D28井區(qū)為例，研究了致密砂巖儲(chǔ)層高產(chǎn)液機(jī)理。結(jié)果表明：局部構(gòu)造高差造成大牛地氣田D28井區(qū)內(nèi)形成相對(duì)富水區(qū)，氣井高產(chǎn)液現(xiàn)象明顯，說(shuō)明了氣藏微構(gòu)造條件對(duì)于區(qū)塊高含水區(qū)域的控制作用。

(2) D28井區(qū)內(nèi)發(fā)育盒1層河流相的主河道，在重力分異作用下，河道砂體中的天然氣不斷向相連通的南部厚層心灘砂體構(gòu)造高部位運(yùn)移，而原始地層水滯留并形成氣水共存、水多氣少的富水帶，造成該井區(qū) “北高南低”的產(chǎn)液格局。

(3) 除構(gòu)造和沉積因素外，儲(chǔ)層含水飽和度、巖石孔喉及潤(rùn)濕性、生烴強(qiáng)度、開(kāi)發(fā)井型等因素的共同作用造成目前大牛地氣田D28井區(qū)高產(chǎn)液的現(xiàn)狀。

(4) 在致密砂巖儲(chǔ)層高產(chǎn)液機(jī)理研究基礎(chǔ)上，從地質(zhì)和工程工藝方面提出針對(duì)致密含水氣藏的開(kāi)發(fā)建議。

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