方飛飛， 劉華勛， 肖前華， 青紅艷， 楊棽垚

(1.重慶科技學(xué)院石油與天然氣工程學(xué)院，重慶401331;2.中國科學(xué)院大學(xué)工程科學(xué)學(xué)院，北京100190;3.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京100190)

0 引言

在氣藏形成的過程中，氣藏的邊緣地帶會形成不同大小的水體［1-3］，如果水體較為活躍，隨著氣藏開發(fā)的進行，氣藏壓力將逐漸降低，在壓力勢能的作用下，邊、底水不斷侵入含氣區(qū)，在氣藏儲層中形成氣、水兩相滲流，降低氣相滲流能力，造成單井產(chǎn)能下降較快［4-6］;同時隨著水侵的加劇，水體侵入井底，導(dǎo)致井筒液面激增，廢棄壓力增高，圈閉儲層中的天然氣，降低了氣藏的采收率［7-10］;而且當井筒中過低的氣相流速不能提供足夠的能量來攜帶出井底的積液時，需要進行排水等作業(yè)，增加了生產(chǎn)成本。總之邊、底水的侵入，不但會造成整個天然氣藏采收率的降低，而且會增加單井的生產(chǎn)成本和生產(chǎn)困難［11-14］。因此，針對邊、底水活躍的氣藏而言，是否能夠認清水侵機理的本質(zhì)，掌握水侵規(guī)律，將直接關(guān)系到邊、底水氣藏能否高效合理的開發(fā)。

迄今為止，雖然很多學(xué)者針對水侵做了大量研究，但多集中在孔隙型或裂縫型等單一類型儲層［15-19］，而實際氣藏儲層存在非均質(zhì)性，不同區(qū)域儲層類型不一樣，一般同時存在著孔隙(洞)型與裂縫型儲層，而且在氣藏的實際開發(fā)過程中，一般需要在不同的區(qū)域同時布井，以達到氣藏快速高效開發(fā)的目的［20］，因此氣藏在多個氣井同時開發(fā)時，水侵規(guī)律將表現(xiàn)為不同類型儲層組合下的水侵規(guī)律，但由于不同類型儲層之間連通性和采出程度的不均衡，導(dǎo)致氣藏整體水侵規(guī)律不是簡單的不同類型儲層水侵規(guī)律的疊加，水侵規(guī)律將更為復(fù)雜。

因此為了能夠深入認清多井同時開發(fā)時，邊、底水氣藏的水侵規(guī)律與開發(fā)效果，將氣藏作為一個整體研究水侵和生產(chǎn)動態(tài)的變化過程，分析不同儲層區(qū)域滲透率級差及不同布井方式對非均質(zhì)氣藏水侵規(guī)律和開發(fā)效果的影響，為氣藏整體防水、治水提供實驗依據(jù)。

1 實驗裝置與實驗方法

1.1 實驗樣品

結(jié)合以往研究者針對孔隙型和裂縫型氣藏水侵規(guī)律的實驗研究，同時為了能夠準確的表征非均質(zhì)氣藏在不同區(qū)域滲透率差異較大，選取了不同類型、不同滲透率的巖心進行串并聯(lián)組合，模擬真實氣藏儲層，研究氣藏的水侵規(guī)律和開發(fā)效果，巖心基本物性參數(shù)如表1。

表1 巖心基本物性參數(shù)

采用實驗室配置的80 g/L氯化鈉型標準地層水模擬氣藏邊緣水體，選用實驗室99.99%的高純氮氣模擬氣藏儲層中的天然氣。

1.2 實驗裝置與流程

非均質(zhì)氣藏水侵規(guī)律模擬裝置如圖1，選用高純氮氣模擬儲層條件下的天然氣;采用裝滿80 g/L的實驗室配置的標準地層水的不同容積的中間容器模擬地層水體;在開發(fā)模式上采用定產(chǎn)量的衰竭開發(fā)模式，即初期通過調(diào)節(jié)出口端閥門大小，將流量穩(wěn)定在設(shè)定的采氣速度進行開采;當水侵前緣到達實驗?zāi)Ｐ统隹诙酥螅瑲馑?jīng)過氣液分離器進行氣水分離，分別計量產(chǎn)水量和產(chǎn)氣量。在實驗過程中，利用壓力傳感器、流量計等記錄整個實驗過程的壓力與流量數(shù)據(jù)，用于分析水侵過程中不同時刻的水侵規(guī)律。

1.3 實驗方案設(shè)計

圖1 水侵規(guī)律物理模擬實驗流程

為了模擬不同儲層區(qū)域滲透率級差及不同布井方式對非均質(zhì)氣藏水侵規(guī)律和開發(fā)效果的影響，設(shè)計了如下實驗內(nèi)容(見表2)。①不同區(qū)域儲層滲透率級差:分別選用平均滲透率為0.01 mD的1和2號巖心模擬低滲區(qū)儲層，選用平均滲透率為0.1～100 mD的巖心模擬高滲區(qū)儲層，在7倍水體、采氣速度為1 L/min的條件下研究不同區(qū)域儲層之間滲透率級差不同時水侵對氣藏開發(fā)的影響。②不同布井方式:分別選用平均滲透率為0.01 mD的1和2號巖心與平均滲透率為0.1 mD的3和4號巖心模擬低滲區(qū)儲層，選取平均滲透率為100 mD的11和12號巖心模擬高滲區(qū)儲層，在7倍水體、采氣速度為1 L/min的條件下，分別模擬只在低滲區(qū)布井、僅在高滲區(qū)布井和在高滲區(qū)與低滲區(qū)同時布井時水侵對氣藏開發(fā)的影響。

表2 實驗方案

2 實驗結(jié)果與分析

通過實驗室模擬非均質(zhì)氣藏水侵和生產(chǎn)動態(tài)變化過程，獲取水侵量、出水量、采出程度等關(guān)鍵參數(shù)。綜合處理這些參數(shù)，分析不同滲透率級差和不同布井方式對非均質(zhì)氣藏開發(fā)效果的影響，為后續(xù)氣藏的開發(fā)和評價提供實驗依據(jù)。

2.1 不同滲透率級差

非均質(zhì)氣藏不同區(qū)域滲透率差異較大，為了研究不同區(qū)域滲透率差異對氣藏開發(fā)效果的影響，選用平均滲透率為0.01 mD的1和2號巖心模擬低滲區(qū)儲層，選用平均滲透率約為 0.1、0.5、1、10、100 mD 的巖心模擬高滲區(qū)儲層，整體氣藏儲層滲透率級差分別為10、50、100、1 000、10 000，在 7 倍水體、采氣速度為 1 L/min的條件下開展不含邊、底水與含邊、底水時氣藏開發(fā)規(guī)律物理模擬實驗，實驗結(jié)果如圖2所示。

當氣藏不含邊、底水時，采出程度隨著滲透率級差的增加逐漸增大，這是因為滲透率級差越大，氣藏整體儲層物性越好，在氣藏開發(fā)過程中氣體受到的滲流阻力越小，因此采出程度越高。當氣藏存在邊、底水時，采出程度隨著滲透率級差的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，這是因為隨著滲透率級差的增加，氣藏儲層整體物性逐漸改善，但同時氣藏非均型性更加嚴重，高滲區(qū)域滲流能力更強，這也造成了一方面減小了氣體滲流阻力，增強了氣藏的滲流能力，另一方面，也為地層水體的快速向前推進提供了優(yōu)勢滲流通道。當滲透率級差較小時，此時通過提高滲流能力為氣藏帶來的正效應(yīng)大于水體快速突進圈閉氣體的能力，采出程度增加，相反隨著滲透率級差的增加，水體極易通過高滲區(qū)儲層快速水侵而造成氣藏過早見水，造成采出程度的快速下降。

圖2 采出程度隨滲透率級差變化曲線

2.2 不同布井方式

由前面實驗可知，當氣藏非均質(zhì)嚴重時，地層水體極易通過高滲區(qū)域快速水侵而造成氣藏整體采出程度的降低，因此能否通過改變在不同區(qū)域的布井方式，以達到整體氣藏的最佳開采狀態(tài)成為研究內(nèi)容。為此分別選取低滲區(qū)儲層平均滲透率為0.01和0.1 mD、高滲區(qū)儲層平均滲透率為100 mD的巖心，在7倍水體，高滲區(qū)儲層與低滲區(qū)儲層采氣速度均為1 L/min條件下開展不同布井方式(只在低滲儲區(qū)儲層布井、高滲區(qū)儲層布井和同時在低滲區(qū)儲層與高滲區(qū)儲層布井)的水侵規(guī)律物理模擬實驗。

2.2.1 低滲區(qū)儲層滲透率為0.01 mD

當?shù)蜐B區(qū)儲層滲透率為0.01 mD時，實驗結(jié)果如表3和圖3所示，此時低滲區(qū)儲層較為致密，滲流能力差，因此只在低滲區(qū)儲層布井，雖然水侵量小，氣藏在開發(fā)結(jié)束時也未有地層水體產(chǎn)出，能夠有效的抑制整體氣藏的水侵，但氣藏的整體采出程度小，僅為33.3%;當只在高滲區(qū)儲層布井時，由于高滲區(qū)儲層滲流能力強，水體沿著高滲區(qū)儲層快速向前推進，無水期采出程度較低，僅有33.8%，而且氣井水侵量大，最終采出程度為63.3%;而同時在低滲區(qū)儲層與高滲區(qū)儲層布井時，無水采出程度相對較高(55.9%)，比僅在高滲區(qū)儲層布井無水采出程度高出22.1%，最終采出程度也相對較高(65.6%)，開發(fā)效果最好，因此，當?shù)蜐B區(qū)儲層滲透率較為致密時，建議同時在高滲區(qū)儲層和低滲區(qū)儲層同時布井，以提高氣藏的整體采出程度。

表3 不同布井方式的水侵規(guī)律模擬結(jié)果(0.01 mD)

圖3 不同布井方式采出程度與水侵量變化圖

2.2.2 低滲區(qū)儲層滲透率為0.1 mD

當?shù)蜐B區(qū)儲層滲透率為0.1 mD時，實驗結(jié)果如表4和圖4所示，此時低滲區(qū)儲層滲流能力較儲層滲透率為0.01 mD時強，與高滲區(qū)儲層連通性更好，此時僅在低滲區(qū)儲層布井，采出程度達到58.7%，能夠有效的動用整個氣藏的氣體，同時在實驗結(jié)束時，氣藏并未產(chǎn)水，這也說明在低滲區(qū)儲層布井水侵速度較慢，能夠有效的抑制整體氣藏的水侵;而僅在高滲區(qū)儲層布井時，最終采出程度與僅在低滲區(qū)儲層布井時的采出程度相當，但無水采出程度僅為49.9%，低于僅在低滲區(qū)儲層布井時的無水采出程度，而且后期氣藏還面臨著大量產(chǎn)水的問題;同時在低滲區(qū)儲層與高滲區(qū)儲層布井，最終采出程度最高，但后期氣藏出水嚴重。因此當氣田具有較強的產(chǎn)出水處理能力時，建議同時在高滲區(qū)儲層與低滲區(qū)儲層布井，以獲取較高的氣藏采出程度，而當氣田產(chǎn)出水處理能力較弱時，建議僅在低滲區(qū)儲層布井，以達到最大的無水采出程度，獲取最大的經(jīng)濟效益。

表4 不同布井方式的水侵規(guī)律模擬結(jié)果(0.1 mD)

圖4 不同布井方式采出程度與水侵量變化圖

3 結(jié)論

(1)氣藏不存在邊、底水時，同一氣藏不同區(qū)域滲透率級差越大，采出程度越高;但存在邊底水時，氣藏采出程度隨著滲透率級差的增加先增大后減小;當氣藏具有較強的水處理能力時，建議在高滲區(qū)儲層與低滲區(qū)儲層同時布井，以獲取較高的氣藏采出程度，而當氣田水處理能力較弱時，建議僅在低滲區(qū)儲層布井，以達到最大的無水采出程度，獲取最大的經(jīng)濟效益。

(2)通過實驗研究明確了不同的布井方式對氣藏開發(fā)效果的影響，但研究還有局限性，后期實驗可以繼續(xù)開展不同的配產(chǎn)方式、不同的開發(fā)順序、不同的壓裂規(guī)模、不同的生產(chǎn)制度等因素對氣藏水侵規(guī)律及開發(fā)效果的影響，為氣藏的更好開發(fā)提供依據(jù)。