方飛飛,高樹生,劉華勛,肖前華,馬小登,張春秋

(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) 工程技術(shù)學(xué)院，北京 100190;3.中國石油勘探開發(fā)研究院 滲流流體力學(xué)研究所，北京 100190；4.中國石油新疆油田分公司 實(shí)驗(yàn)檢測研究院計(jì)量監(jiān)督檢測中心,新疆 克拉瑪依 834000)

0 引 言

天然氣藏的邊緣地帶一般存在不同大小的邊、底水[1-4]，如果水體較為活躍，在氣藏開采的過程中將面臨著水侵的風(fēng)險(xiǎn)，氣藏一旦水侵，不但會造成單井產(chǎn)量和采出程度的降低，而且還會增加生產(chǎn)成本[5-8]。同時氣藏一般存在非均質(zhì)性，不同區(qū)域不同儲層之間孔隙度、滲透率差異較大，為了能夠達(dá)到氣藏快速高效開采的目的，氣藏在實(shí)際生產(chǎn)過程中，會在不同區(qū)域同時布井進(jìn)行協(xié)同開采[9-14]，因此含邊、底水氣藏在多井協(xié)同開采時，開采難度大大增加。

為了解決這一問題，焦春燕等[15]通過對均質(zhì)砂巖巖心進(jìn)行水侵模擬，認(rèn)為邊、底水氣藏采出程度主要取決于采氣速度和滲透率，水體可以為氣藏提供一定能量，但影響較??；劉華勛等[16]認(rèn)為孔隙型氣藏儲層滲透性較好時才可能發(fā)生大規(guī)模水侵，而對于致密儲層，水侵對其生產(chǎn)效果幾乎沒有影響。Fang等[17]等通過對不同滲透率的孔隙型巖心進(jìn)行了不同采氣速度、不同水體大小的實(shí)驗(yàn)?zāi)M，認(rèn)為不同水體大小對孔隙型氣藏采出程度的影響存在一個拐點(diǎn)，滲透率越低，拐點(diǎn)對應(yīng)的水體倍數(shù)越大；采氣速度越大，水侵速度越快，采出程度越低，但隨著滲透率的增加，采氣速度對采出程度的影響逐漸減弱；沈偉軍等通過對孔隙型巖心進(jìn)行壓裂并填充支撐劑制成裂縫型巖心研究了不同水體大小、不同采氣速度和不同裂縫開度等因素對氣藏采出程度的影響，認(rèn)為裂縫開度越大，滲透率越高，采出程度越低；底水對裂縫性氣藏影響很大，但底水大小超過一定程度，對氣井生產(chǎn)影響的變化幅度不大；胡勇等認(rèn)為儲層滲透率越高、水體越大，水體沿裂縫推進(jìn)速度越快，儲層滲透率越低，基質(zhì)對水相的滲吸作用越大。不同研究者針對水侵機(jī)理、水侵規(guī)律等進(jìn)行研究，但多集中在孔隙型或裂縫型等單一類型儲層，因此為了能夠深入認(rèn)清多井同時開發(fā)時，邊、底水氣藏的水侵規(guī)律與開采效果，本文結(jié)合前期的研究結(jié)果，將氣藏作為一個整體，利用多個巖心進(jìn)行串并聯(lián)組合來模擬邊、底水氣藏在多個氣井同時開采時水侵和生產(chǎn)動態(tài)的變化過程，更進(jìn)一步的研究不同配產(chǎn)方式、不同開采順序和不同生產(chǎn)制度對水侵規(guī)律和開發(fā)效果的影響，為氣藏合理高效開采提供實(shí)驗(yàn)支持。

1 實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)研究，同時為了能夠準(zhǔn)確的表征同一氣藏在非均質(zhì)嚴(yán)重的條件下，不同開采方式對氣藏開發(fā)效果的影響，選取了不同類型、不同滲透率的巖心進(jìn)行串并聯(lián)組合，模擬真實(shí)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)見表1。

表1 巖心基本物性參數(shù)

地層水體與實(shí)驗(yàn)氣體：選用不同容積大小的中間容器進(jìn)行組合，填充80 g/L的實(shí)驗(yàn)室配置的標(biāo)準(zhǔn)地層水，模擬地層水體。采用實(shí)驗(yàn)室高純氮?dú)?99.99%)作為氣源，模擬儲層條件下的天然氣。

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置與流程

多井開采水侵規(guī)律模擬裝置如圖1所示，選用高純氮?dú)饽M儲層條件下的天然氣；采用裝滿80 g/L的實(shí)驗(yàn)室配置的標(biāo)準(zhǔn)地層水的不同容積的中間容器模擬地層水體；在開采模式上采用定產(chǎn)量的衰竭開采模式，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(jìn)行開采；當(dāng)水侵前緣到達(dá)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ统隹诙酥螅瑲馑?jīng)過氣液分離器進(jìn)行氣水分離，分別計(jì)量產(chǎn)水量和產(chǎn)氣量。在實(shí)驗(yàn)過程中，利用壓力傳感器、流量計(jì)等記錄整個實(shí)驗(yàn)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。

圖1 水侵規(guī)律物理模擬實(shí)驗(yàn)流程

1.3 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

為了模擬多井開發(fā)對氣藏開發(fā)效果的影響，選取平均滲透率為0.1 mD的1和2號巖心模擬低滲區(qū)儲層，選取平均滲透率為100 mD的3和4號巖心模擬高滲區(qū)儲層，在7倍水體條件下分別進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)(見表2)：①不同配產(chǎn)方式：分別模擬兩口井以相同的采氣速度開采和高滲區(qū)儲層高采氣速度、低滲區(qū)儲層低采氣速度時水侵對氣藏開發(fā)的影響；②不同開采順序：分別模擬先開采低滲區(qū)儲層再開采高滲區(qū)儲層、同時開采高滲區(qū)儲層與低滲區(qū)儲層和先開采高滲區(qū)儲層再開發(fā)低滲區(qū)儲層時水侵對氣藏開采的影響；③不同生產(chǎn)制度：分別模擬高滲區(qū)儲層見水后不關(guān)井和高滲區(qū)儲層見水后關(guān)井時水侵對氣藏開發(fā)的影響。

表2 實(shí)驗(yàn)方案

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

通過實(shí)驗(yàn)室模擬邊、底水氣藏在多個氣井同時開采時水侵和生產(chǎn)動態(tài)變化過程，并考慮不同配產(chǎn)方式、不同開發(fā)順序、不同生產(chǎn)制度等因素對水侵規(guī)律與氣藏開發(fā)效果的影響，以獲取水侵量、采出程度等參數(shù)。綜合分析與處理這些參數(shù)，能夠更加清晰的認(rèn)識和掌握多井同時開采時氣藏的水侵規(guī)律，為后續(xù)氣藏的開采和評價(jià)提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

2.1 不同配產(chǎn)方式

在氣藏開采過程中，通常配產(chǎn)大小由無阻流量來確定，高滲儲層滲透率高，無阻流量大，配產(chǎn)高，而低滲儲層滲透率低，無阻流量小，配產(chǎn)低。為了探究在含有地層水體條件下，不同配產(chǎn)對氣藏水侵和開采效果的影響，選用同時在高滲區(qū)儲層與低滲區(qū)儲層的布井方式，其中一組實(shí)驗(yàn)兩口井采氣速度相同，均以1 L/min速度采氣，另一組高滲區(qū)儲層滲透率高，采氣速度配產(chǎn)為1.5 L/min，低滲區(qū)儲層滲透率低，采氣速度配產(chǎn)為0.5 L/min，整體氣藏的配產(chǎn)與第1組一致，總體配產(chǎn)(低滲儲層與高滲儲層配產(chǎn)之和)均為2 L/min，在7倍水體條件下模擬水侵氣藏的開發(fā)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3和圖2所示。

對比分析兩組實(shí)驗(yàn)，低滲區(qū)儲層和高滲區(qū)儲層均勻采氣的最終采出程度與高滲區(qū)儲層高采、低滲區(qū)儲層低采的最終采出程度接近，但無水采出程度更高，氣藏產(chǎn)水量更小，這是由于均勻采氣時儲層動用較為均勻，水侵前緣推進(jìn)速度相對較慢，因此在氣藏開采過程中要限制高滲區(qū)儲層的采氣速度，避免因?yàn)檫^高的采氣速度導(dǎo)致地層水體沿著高滲區(qū)儲層快速錐進(jìn)，造成氣藏的過早水淹。

表3 不同配產(chǎn)方式的水侵規(guī)律模擬結(jié)果

(a)采出程度

(b)水侵量

2.2 不同開采順序

由前面實(shí)驗(yàn)得知，同時在高滲區(qū)儲層與低滲區(qū)儲層布井具有較高的采出程度，但開采后期出水嚴(yán)重，而僅在低滲區(qū)儲層布井雖最終采出程度低，但具有較高的無水采出程度，因此為了研究能否通過改變氣藏的開采順序，以達(dá)到更高的采出程度同時產(chǎn)水較少的效果，在采氣速度均為1 L/min，7倍水體條件下，分別進(jìn)行低滲區(qū)儲層與高滲區(qū)儲層同時開發(fā)、先開發(fā)低滲區(qū)儲層后開發(fā)高滲區(qū)儲層和先開發(fā)高滲區(qū)儲層后開發(fā)低滲區(qū)儲層3組水侵模擬實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4和圖3所示。

表4 不同開發(fā)順序水侵規(guī)律模擬結(jié)果

對比分析3組實(shí)驗(yàn)，最終出水量和最終采出程度差別不大，但先開發(fā)低滲區(qū)儲層再開發(fā)高滲區(qū)儲層具有更高的無水采出程度和最終采出程度，明顯優(yōu)于其他兩組實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這是因?yàn)橄葎佑镁|(zhì)程度好的低滲區(qū)儲儲層，使更多水侵集中在低滲區(qū)儲層區(qū)域，可有效降低水侵能量，延緩邊、底水在后期沿高滲區(qū)儲層的推進(jìn)速度。

(a)采出程度

(b)水侵量

2.3 不同生產(chǎn)制度

考慮到邊底水氣藏氣井見水后是繼續(xù)生產(chǎn)還是關(guān)井，目前業(yè)界還無統(tǒng)一的認(rèn)識，針對此問題，在采氣速度均為1 L/min，7倍水體條件下，分別開展高滲區(qū)儲層氣井見水后繼續(xù)生產(chǎn)和高滲區(qū)儲層氣井見水后關(guān)井兩組水侵模擬實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5和圖4所示。

表5 不同生產(chǎn)制度水侵規(guī)律模擬結(jié)果

(a)采出程度

(b)水侵量

對比分析兩組實(shí)驗(yàn)，當(dāng)高滲區(qū)儲層見水時，低滲區(qū)儲層還未見水，此時高滲區(qū)儲層氣井關(guān)井，隨著開發(fā)的進(jìn)行，氣藏壓力逐漸降低，邊、底水繼續(xù)向低滲區(qū)儲層侵入，但由于低滲區(qū)儲層滲透率相對較低，在氣藏開采結(jié)束時，氣藏還沒見水，此時采出程度為65%；如果高滲區(qū)儲層見水后繼續(xù)開發(fā)，則氣藏的采出程度為71.41%，大于高滲區(qū)儲層見水后直接關(guān)井的采出程度，這是由于高滲區(qū)儲層水侵見水后氣井采取繼續(xù)生產(chǎn)政策，通過高滲區(qū)儲層的排水能有效的降低整體水侵能量，延緩還未見水氣井區(qū)域的水侵速度，改善周邊未見水氣井的開發(fā)效果，整體提高了氣藏采出程度，但也面臨著產(chǎn)出水處理的問題。

3 結(jié) 語

氣藏在多井協(xié)同開采時，要限制高滲區(qū)儲層的采氣速度，避免因?yàn)檫^高的采氣速度導(dǎo)致地層水體沿著高滲區(qū)儲層快速錐進(jìn)，造成氣藏的過早水淹，從而降低氣藏的整體采出程度；不同的開采順序水侵量和產(chǎn)水量差別不大，但是先開發(fā)低滲區(qū)儲層再開發(fā)高滲區(qū)儲層具有更高的無水采出程度和最終采出程度；高滲區(qū)儲層水侵見水后氣井采取繼續(xù)生產(chǎn)能有效提高氣藏的整體采出程度，但也面臨著產(chǎn)出水處理的問題，需要提前做好產(chǎn)出水處理工作。