劉華勛 高樹生 葉禮友 朱文卿 安為國(guó)

1. 中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院 2. 中國(guó)石油集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司

0 引言

天然氣藏儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間類型劃分為孔隙型、溶洞型、裂縫—孔隙型和裂縫—孔洞型[1-3]，其中裂縫—孔隙型氣藏在四川盆地和塔里木盆地分布范圍廣[4]，資源量豐富且單井產(chǎn)氣能力強(qiáng)。中壩氣田上三疊統(tǒng)須家河組二段氣藏（以下簡(jiǎn)稱須二段氣藏）[5-6]、庫(kù)車坳陷克深2氣藏[7]、土庫(kù)曼斯坦阿姆河右岸氣田[8]等裂縫—孔隙型有水氣藏的開發(fā)實(shí)踐表明，裂縫發(fā)育是氣井高產(chǎn)的關(guān)鍵因素，但同時(shí)也是邊、低水快速侵入氣藏的主要原因。

目前，關(guān)于有水氣藏水侵影響因素及水侵量的計(jì)算方面已有較多研究成果。通過物理模擬實(shí)驗(yàn)，郭平等[9]針對(duì)縫洞型凝析氣藏研究了不同水體體積、采氣速度對(duì)水侵的影響，認(rèn)為水體越大，凝析油采出程度越大，而采氣速度對(duì)凝析油的采出程度影響不大；焦春艷等[10]通過對(duì)均質(zhì)砂巖氣藏的水侵動(dòng)態(tài)特征進(jìn)行研究，認(rèn)為氣采出程度主要取決于滲透率和采氣速度；沈偉軍等[11]考慮不同底水水體體積、單井配產(chǎn)及氣藏壓力的影響，對(duì)裂縫型氣藏發(fā)生底水水侵進(jìn)行物理模擬實(shí)驗(yàn)研究，認(rèn)為氣藏壓力和底水體積是影響氣采出程度的主要因素，劉華勛等[12]通過開展物理模擬實(shí)驗(yàn)，研究滲透率、水體能量對(duì)氣藏發(fā)生水侵的影響，認(rèn)為只要邊底水能量充足且儲(chǔ)層滲透性較好，氣藏開發(fā)過程中就可能發(fā)生大規(guī)模水侵。針對(duì)水侵的模擬計(jì)算，程開河等[13]、李鳳穎等[14]通過氣藏?cái)?shù)值模擬研究了滲透率、采氣速度、氣井打開程度、水體體積等因素對(duì)水侵的影響；Schilthuis[15]基于達(dá)西穩(wěn)定滲流提出了穩(wěn)態(tài)水侵量計(jì)算方法；Van Everdingen等[16]提出了非穩(wěn)態(tài)水侵量計(jì)算方法；考慮流體不同的流形（半球形流、平面徑向流和直線流），廖運(yùn)濤[17]推導(dǎo)出了不同形式的無(wú)因次水侵量回歸公式；夏靜等[18]考慮異常高壓及流體膨脹的影響，基于物質(zhì)平衡方程，得到了水侵量的計(jì)算方法。

雖然針對(duì)水侵在物理模擬、氣藏?cái)?shù)值模擬方面已取得了一些研究成果，但還存在著較多問題。比如，物理模擬實(shí)驗(yàn)條件與實(shí)際氣藏條件差異大，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表征的是實(shí)驗(yàn)巖心的水侵動(dòng)態(tài)，尺度效應(yīng)影響顯著，難以準(zhǔn)確表征氣井實(shí)際生產(chǎn)動(dòng)態(tài)。因此，通過實(shí)驗(yàn)取得的相關(guān)認(rèn)識(shí)更多是定性的，應(yīng)用到氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)分析上則存在局限性；而數(shù)值模擬選用的模型常常又過于理想，與實(shí)際的儲(chǔ)層特征差異較大，從而使其研究結(jié)果難以準(zhǔn)確描述水侵動(dòng)態(tài)。

為了建立巖心水侵動(dòng)態(tài)物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果與有水氣藏水侵動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系，基于π定理，引入了反映水侵動(dòng)態(tài)變化特征的無(wú)量綱參數(shù)，并進(jìn)行水侵動(dòng)態(tài)物理模擬實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)；然后，選取四川盆地川中地區(qū)某個(gè)裂縫—孔隙型有水氣藏儲(chǔ)層全直徑巖心，開展水侵動(dòng)態(tài)物理模擬實(shí)驗(yàn)，基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通過數(shù)值反演將其轉(zhuǎn)換為有水氣藏水侵動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)參數(shù)，進(jìn)而研究裂縫—孔隙型有水氣藏水侵動(dòng)態(tài)的變化規(guī)律，并建立了水侵動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)關(guān)鍵參數(shù)及水體體積的計(jì)算方法；在此基礎(chǔ)上，以中壩須二段氣藏為例進(jìn)行水侵動(dòng)態(tài)分析及水體規(guī)模評(píng)價(jià)，以驗(yàn)證所建立方法的準(zhǔn)確性。

1 裂縫—孔隙型有水氣藏水侵動(dòng)態(tài)物理模擬實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)方案

所選取的全直徑巖心基質(zhì)致密、微裂縫較發(fā)育，儲(chǔ)集空間類型為裂縫—孔隙型，儲(chǔ)層孔隙度為6%，裂縫孔隙體積有限，通過CT掃描測(cè)得裂縫面孔率為1.2%，基質(zhì)滲透率為0.02 mD，裂縫滲透率為5 mD，采用該巖心開展不同水體倍數(shù)、采氣速度下水侵動(dòng)態(tài)物理模擬實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)流程如圖1所示，為了安全起見，實(shí)驗(yàn)氣體采用高純氮?dú)?，?shí)驗(yàn)圍壓為50 MPa，巖心飽和氮?dú)獾膲毫八w模擬系統(tǒng)的壓力均加壓至30 MPa；打開流量計(jì)以模擬氣藏的開發(fā)過程，并且記錄時(shí)間、壓力與流量的變化，直至巖心出口端壓力降到3 MPa時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)束。該實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)研究水體倍數(shù)為7和采氣速度為1 000 mL/min條件下的水侵特征，進(jìn)而總結(jié)水侵規(guī)律。

圖1 裂縫—孔隙型有水氣藏水侵動(dòng)態(tài)物理模擬實(shí)驗(yàn)流程示意圖

1.2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)的無(wú)量綱化處理

開展水侵動(dòng)態(tài)物理模擬實(shí)驗(yàn)的目的是為了在實(shí)驗(yàn)室模擬有水氣藏的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，進(jìn)而總結(jié)水侵規(guī)律，以指導(dǎo)有水氣藏的高效開發(fā)。為了建立巖心物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果與氣藏生產(chǎn)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)參數(shù)之間的關(guān)系，基于相似第二定理（π定理）[19]，引入了氣采出程度、水侵相對(duì)體積（簡(jiǎn)稱水侵PV數(shù)）、水氣比、相對(duì)壓力、相對(duì)壓差、采氣強(qiáng)度及水體相對(duì)膨脹能力7個(gè)無(wú)量綱參數(shù)，其中前5個(gè)參數(shù)用于分析水侵動(dòng)態(tài)，后2個(gè)參數(shù)用于確定水侵動(dòng)態(tài)物理模擬實(shí)驗(yàn)條件（實(shí)驗(yàn)流量與水體體積）。通過上述7個(gè)無(wú)量綱參數(shù)，可以將實(shí)驗(yàn)室條件下模擬得到的水侵動(dòng)態(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)換為氣藏條件下的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)參數(shù)，進(jìn)而分析有水氣藏產(chǎn)水特征，總結(jié)水侵規(guī)律。

氣采出程度計(jì)算式為：

水侵相對(duì)體積計(jì)算式為：

水氣比計(jì)算式為：

相對(duì)壓力計(jì)算式為：

相對(duì)壓差計(jì)算式為：

采氣強(qiáng)度計(jì)算式為：

水體相對(duì)膨脹能力計(jì)算式為：

式中η表示氣采出程度；qg表示產(chǎn)氣速度，104m3/d；t表示時(shí)間，d；G表示氣藏儲(chǔ)量，104m3；α表示水侵相對(duì)體積，無(wú)量綱；We表示累計(jì)水侵量，104m3；Bgi表示原始狀態(tài)下天然氣體積系數(shù)，無(wú)量綱；WGR表示水氣比，m3/104m3；qw表示產(chǎn)水速度，m3/d；pD表示相對(duì)壓力，無(wú)量綱；p表示地層壓力，MPa；pi表示原始地層壓力，MPa；ΔpD表示相對(duì)生產(chǎn)壓差，無(wú)量綱；pw表示井底壓力，MPa；qD表示采氣強(qiáng)度，無(wú)量綱；qAOF表示無(wú)阻流量，104m3/d；δ表示水體相對(duì)膨脹能力，無(wú)量綱；N表示水體倍數(shù)，即原始地層條件下水體體積與天然氣體積的比值；Cs表示水體綜合壓縮系數(shù)，MPa－1。

筆者此次開展的水侵動(dòng)態(tài)物理模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)置水體倍數(shù)介于3～10，水侵量則由水體體積、綜合壓縮系數(shù)及壓降共同決定；無(wú)阻流量為50 000 mL/min，采氣速度介于500～4 000 mL/min，相應(yīng)采氣強(qiáng)度則介于0.01～0.08。

1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

1.3.1 水侵相對(duì)體積的變化規(guī)律

圖2 α—η關(guān)系曲線圖

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)水體倍數(shù)（N）為7時(shí)，在不同采氣強(qiáng)度（qD）下水侵相對(duì)體積（α）與氣采出程度（η）的關(guān)系曲線基本重合，且呈正相關(guān)關(guān)系，可見在相同的儲(chǔ)層物性及水體倍數(shù)條件下，采氣強(qiáng)度對(duì)水侵的影響很?。▓D2-a）；無(wú)水采氣期α—η關(guān)系曲線的斜率明顯小于氣藏產(chǎn)出地層水后，表明對(duì)于裂縫—孔隙型儲(chǔ)層而言，在氣藏生產(chǎn)后期每采出1%天然氣對(duì)應(yīng)的水侵量大于生產(chǎn)前期（圖2-a），這與實(shí)際裂縫—孔隙型有水氣藏氣井的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征也一致[8]；并且N越大，見水前、后的α—η關(guān)系曲線的斜率差別越大。見水時(shí)α基本保持在0.15左右，該數(shù)值主要受裂縫—孔隙型儲(chǔ)層物性特征的影響，而受N和qD的影響較小，但見水時(shí)的η受N影響大，且N越大，無(wú)水采氣期期末的η越低（圖2-b）。綜上所述，水體倍數(shù)是影響裂縫—孔隙型氣藏水侵動(dòng)態(tài)的關(guān)鍵參數(shù)，確定水體倍數(shù)或水體能量大小對(duì)于實(shí)現(xiàn)有水氣藏的高效開發(fā)意義重大。

1.3.2 相對(duì)生產(chǎn)壓差的變化規(guī)律

生產(chǎn)壓差是油氣田生產(chǎn)動(dòng)態(tài)分析關(guān)注的一個(gè)重要參數(shù)，該參數(shù)能夠反映氣井配產(chǎn)的合理性及產(chǎn)氣能力的變化。儲(chǔ)層滲流能力越強(qiáng)，相對(duì)生產(chǎn)壓差（ΔpD）越小，無(wú)水采氣期ΔpD也越小。如圖3所示，ΔpD隨氣采出程度（η）增長(zhǎng)較慢，直至廢棄時(shí)ΔpD也較小，說明在儲(chǔ)層基質(zhì)滲透率為0.02 mD、裂縫滲透率為5 mD的條件下，基質(zhì)對(duì)裂縫具有較強(qiáng)的供氣能力，水侵發(fā)生后地層中雖然出現(xiàn)了氣水兩相滲流，但氣相滲流阻力增加的絕對(duì)值并不明顯。因此相對(duì)生產(chǎn)壓差增長(zhǎng)較慢。但如果單井水產(chǎn)量較大，當(dāng)氣產(chǎn)量低于臨界攜液流量時(shí)會(huì)導(dǎo)致井筒積液，井筒中壓差增大，進(jìn)而增大氣藏廢棄壓力，降低氣采出程度。通常情況下，邊底水水體規(guī)模相對(duì)較大，氣井見水后單井水產(chǎn)量大，生產(chǎn)水氣比較高，一般在10 m3/104m3左右或更高，明顯超過致密砂巖氣藏的生產(chǎn)水氣比（一般介于0.1～1.0 m3/104m3）[20-22]。大量的地層水處理是裂縫—孔隙型有水氣藏開發(fā)中后期面臨的難題，現(xiàn)場(chǎng)通常在氣井見水后采取排水采氣工藝措施來(lái)應(yīng)對(duì)，部分受產(chǎn)水影響嚴(yán)重的氣井甚至被迫關(guān)井。

1.3.3 相對(duì)壓力、單位壓降氣采出程度的變化規(guī)律

圖4-a為4個(gè)采氣強(qiáng)度（qD）下相對(duì)壓力（pD）與氣采出程度（η）的關(guān)系曲線，可以看出，無(wú)水采氣期期末的η在40%左右，且無(wú)水采氣期的pD—η關(guān)系曲線基本重合，受qD的影響較小；氣藏產(chǎn)出地層水后，隨著η增加，pD降幅增大，并且qD越大，pD降幅越大；pD—η關(guān)系曲線特征整體呈現(xiàn)兩段式。圖4-b為4個(gè)qD下單位壓降氣采出程度（β）與井底壓力（pw）的關(guān)系曲線，可以看出，無(wú)水采氣期的β明顯大于氣藏產(chǎn)出地層水后的β，邊底水的產(chǎn)出對(duì)裂縫—孔隙型有水氣藏氣采出程度影響大。

圖3 ΔpD—η關(guān)系曲線圖

圖4 不同qD下pD—η、β—pw關(guān)系曲線圖

如圖5所示，不同水體倍數(shù)（N）影響下pD—η關(guān)系曲線也呈兩段式，且直線斜率和拐點(diǎn)位置受水體倍數(shù)影響較大；無(wú)水采氣期，N越大，隨η增大pD下降的幅度越小，單位壓降氣采出程度（β）越高；邊底水產(chǎn)出后，N越大，隨η增大pD下降的幅度越大，β越低。水侵動(dòng)態(tài)物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，對(duì)于此次實(shí)驗(yàn)采用的裂縫—孔隙型巖心，N介于3～10，無(wú)水采氣期β介于3.4%～4.6% MPa－1，氣藏產(chǎn)出地層水后，N為7、10對(duì)應(yīng)的β迅速下降并穩(wěn)定在2.5% MPa－1左右，而N為3對(duì)應(yīng)的β則緩慢降至3%MPa－1左右；當(dāng)N為10時(shí)，pD—η關(guān)系曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)的位置對(duì)應(yīng)的pD最高，達(dá)到0.73；N為7時(shí)，拐點(diǎn)位置對(duì)應(yīng)的pD略低，其數(shù)值為0.6；N為3時(shí)，拐點(diǎn)位置對(duì)應(yīng)的pD最低，其數(shù)值僅在0.1左右。綜上所述，單位壓降氣采出程度的高低及pD—η關(guān)系曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)的位置受水體倍數(shù)影響大，水體倍數(shù)是影響裂縫—孔隙型有水氣藏生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的關(guān)鍵參數(shù)。

1.3.4 生產(chǎn)水氣比的變化規(guī)律

裂縫—孔隙型有水氣藏容易發(fā)生水侵，進(jìn)而導(dǎo)致氣井產(chǎn)水。如圖6-a所示，水體倍數(shù)（N）一定時(shí)，在一定采氣強(qiáng)度（qD）條件下，qD對(duì)無(wú)水采氣期期末氣采出程度（η）和生產(chǎn)水氣比（WGR）影響較??；如圖6-b所示，N越大，見水越早，對(duì)應(yīng)的無(wú)水采氣期期末η越低，且其數(shù)值大小與儲(chǔ)層特征也密切相關(guān)。水侵動(dòng)態(tài)物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果與氣井實(shí)際生產(chǎn)動(dòng)態(tài)具有較好的一致性，均表現(xiàn)出WGR迅速上升，且呈臺(tái)階式的變化趨勢(shì)。以中壩須二段氣藏為例，該氣藏為裂縫—孔隙型邊水氣藏，氣井投產(chǎn)一段時(shí)間后產(chǎn)出地層水，水產(chǎn)量先快速上升，之后進(jìn)入氣水產(chǎn)量相對(duì)穩(wěn)定階段，WGR穩(wěn)定在3.9 m3/104m3左右[6]。

如圖6-b所示，WGR穩(wěn)定后，其數(shù)值大小主要受N的影響，N為3時(shí)，無(wú)水采氣期期末η為84%，最終η為90%，WGR約為4 m3/104m3，水侵的影響很?。籒為7時(shí)，穩(wěn)定WGR在18 m3/104m3左右，無(wú)水采氣期η約為42%；N為10時(shí)，穩(wěn)定WGR高達(dá)27 m3/104m3，無(wú)水采氣期η約為38%，見水最早且后期WGR高。可見，穩(wěn)定水氣比受裂縫—孔隙型氣藏水體體積影響較大，二者之間有明顯的相關(guān)性，可將穩(wěn)定水氣比作為裂縫—孔隙型有水氣藏動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)的重要參數(shù)。

圖5 不同N下pD—η、β—pw關(guān)系曲線圖

圖6 WGR—η關(guān)系曲線圖

2 裂縫—孔隙型有水氣藏水侵動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)關(guān)鍵參數(shù)及水體體積計(jì)算方法

采用裂縫—孔隙型巖心開展的水侵動(dòng)態(tài)物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，水體體積（Vw）決定著該類型氣藏?zé)o水采氣期的單位壓降氣采出程度（β）、無(wú)水采氣期期末氣采出程度（η）及穩(wěn)定生產(chǎn)水氣比（WGR）；同時(shí)，穩(wěn)定WGR與無(wú)水采氣期β也可以用于計(jì)算水體倍數(shù)。在此，筆者建立裂縫—孔隙型有水氣藏Vw、無(wú)水采氣期β與穩(wěn)定WGR的計(jì)算方法，以用于裂縫—孔隙型有水氣藏水侵動(dòng)態(tài)的預(yù)測(cè)。

2.1 無(wú)水采氣期單位壓降氣采出程度的計(jì)算方法

水驅(qū)氣藏的物質(zhì)平衡方程式為：

式中Gp表示累計(jì)產(chǎn)氣量，104m3；Bg表示天然氣體積系數(shù)，無(wú)量綱；Wp表示累計(jì)產(chǎn)水量，104m3；Bw表示地層水體積系數(shù)，無(wú)量綱。

根據(jù)真實(shí)氣體狀態(tài)方程，得到天然氣體積系數(shù)（Bg）計(jì)算式為：

根據(jù)微可壓縮流體膨脹定律，得到累計(jì)水侵量（We）計(jì)算式為：

式中pwe表示水體壓力，MPa。

處于無(wú)水采氣期時(shí)，Wp等于0，然后將式（9）、（10）帶入式（8），得

式中Z表示氣體偏差因子，無(wú)量綱；psc表示地面標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下壓力，0.101 MPa；T表示氣藏溫度，K；Tsc表示地面標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下溫度，293.15 K；Zi表示原始?jí)毫Γ╬i）下氣體偏差因子，無(wú)量綱；Zsc表示地面標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體偏差因子，無(wú)量綱。

當(dāng)裂縫—孔隙型有水氣藏的采氣階段處于無(wú)水采氣期早期時(shí)，由于相對(duì)生產(chǎn)壓差小，可以認(rèn)為此時(shí)水體壓力（pwe）、氣藏壓力（p）和井底壓力（pw）基本一致，因此式（11）變換為：

由式（12）整理得累計(jì)產(chǎn)氣量（Gp）計(jì)算式為：

由式（13）即得有水氣藏?zé)o水采氣期早期氣采出程度（η）計(jì)算式為：

然后，將式（14）對(duì)井底壓力（pw）求導(dǎo)，考慮偏差因子（Z）隨pw變化的幅度小，忽略其對(duì)pw的偏導(dǎo)項(xiàng)，進(jìn)而得到無(wú)水采氣期早期單位壓降氣采出程度（β）近似計(jì)算式為：

式中β表示單位壓降氣采出程度，MPa－1。

根據(jù)式（15），考慮到在無(wú)水采氣期早期η較小，氣井井底壓力（pw）下降幅度小，pw與原始地層壓力（pi）較接近，Z與Zi也較接近。因此，可以得到無(wú)水采氣期早期β的簡(jiǎn)化計(jì)算式，即

依據(jù)式（16），計(jì)算氣藏?zé)o水采氣期早期β值，計(jì)算值與水侵動(dòng)態(tài)物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果較一致（圖7），相對(duì)誤差小于5%，計(jì)算精度高。

圖7 不同N下β實(shí)驗(yàn)測(cè)試值與理論計(jì)算值對(duì)比圖

2.2 生產(chǎn)井穩(wěn)定水氣比計(jì)算方法

由于裂縫滲透率遠(yuǎn)大于基質(zhì)孔隙滲透率，地層水主要是沿著裂縫侵入氣藏內(nèi)部，該過程可以視為在裂縫中進(jìn)行水驅(qū)氣，近似為活塞驅(qū)，水侵區(qū)域的含水飽和度基本維持不變[23]。在此基礎(chǔ)上，可以認(rèn)為氣井見水后，累計(jì)水侵量與氣井累計(jì)產(chǎn)水量的差值（凈水侵量）保持不變，即式（8）中We與WpBw之差保持不變，進(jìn)而得到累計(jì)產(chǎn)水量計(jì)算式為：

式中We1表示氣井見水時(shí)累計(jì)水侵量，104m3。

將式（17）代入式（8），得

將式（10）代入式（17），得到累計(jì)產(chǎn)水量計(jì)算式，即

式中p1表示氣井見水時(shí)井底壓力，MPa。

將式（19）代入式（18），得到累計(jì)產(chǎn)氣量計(jì)算式，即

將式（19）對(duì)井底壓力（pw）求導(dǎo)，得單位壓降產(chǎn)水量；將式（20）對(duì)pw求導(dǎo)，得單位壓降采氣量；然后，將單位壓降產(chǎn)水量與單位壓降采氣量相除，則WGR的計(jì)算式為：

式（21）即為裂縫—孔隙型有水氣藏氣井見水后穩(wěn)定水氣比計(jì)算式，考慮到水侵前緣沿裂縫推進(jìn)速度快，氣井見水時(shí)相對(duì)壓力（pD）較高，此時(shí)氣體偏差因子（Z）相對(duì)于原始地層壓力下的Zi變化也相對(duì)較小，可以近似考慮為保持不變，因此，式（21）可以簡(jiǎn)化為：

根據(jù)式（22）計(jì)算不同水體倍數(shù)（N）下穩(wěn)定WGR，如圖8所示，N為7、10的條件下，穩(wěn)定WGR計(jì)算值與水侵動(dòng)態(tài)物理模擬實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)值較一致，相對(duì)誤差小于10%；N為3時(shí)，由于水體能量相對(duì)較弱，見水時(shí)pD較低，其數(shù)值為0.15，與式（22）需滿足的假設(shè)條件不符，因此，WGR計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)測(cè)試值偏差相對(duì)較大；另外，N為3時(shí)，見水時(shí)巖心出口端壓力接近廢棄壓力（3 MPa），氣水同產(chǎn)持續(xù)時(shí)間短，水氣比還未上升到相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)卻已達(dá)到實(shí)驗(yàn)終止條件，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)測(cè)試值相對(duì)偏低?？傮w看來(lái)，式（22）可以滿足N較大、見水相對(duì)較早時(shí)穩(wěn)定WGR的計(jì)算精度要求。

圖8 不同N下穩(wěn)定WGR實(shí)驗(yàn)測(cè)試值與理論計(jì)算值對(duì)比圖

2.3 水體體積計(jì)算方法

根據(jù)式（16）可以得到裂縫—孔隙型有水氣藏?zé)o水采氣期早期單位壓降氣采出程度（β）與水體倍數(shù)（N）的關(guān)系式，因此，若已知裂縫—孔隙型有水氣藏儲(chǔ)層參數(shù)與生產(chǎn)早期β，則可以計(jì)算得到N，進(jìn)而得到水體體積，水體體積計(jì)算式為：

式中Vw表示水體體積，104m3。

由式（22）也可以得到裂縫—孔隙型有水氣藏穩(wěn)定WGR—N關(guān)系式，因此，當(dāng)已知裂縫—孔隙型有水氣藏儲(chǔ)層參數(shù)與穩(wěn)定WGR時(shí)，也可以計(jì)算得到N，進(jìn)而求得Vw，Vw計(jì)算式為：

3 實(shí)例應(yīng)用

中壩須二段氣藏儲(chǔ)層埋深介于2 400～2 750 m，原始地層壓力為27.0 MPa，產(chǎn)層中部溫度為73.05 ℃，巖心分析平均孔隙度為6.62%，平均滲透率為0.2 mD，平均束縛水飽和度為38.4%，氣藏儲(chǔ)集空間類型為裂縫—孔隙型。

3.1 氣藏生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征

中壩須二段氣藏2017年重新申報(bào)的探明儲(chǔ)量為139.4h108m3，地質(zhì)評(píng)價(jià)水體體積為8 175h104m3，水體倍數(shù)為1.2。1973—1979年為該氣藏的上產(chǎn)階段，生產(chǎn)井逐漸增至15口，日產(chǎn)氣量達(dá)135h104m3，3口井產(chǎn)少量水；1980—1982年為該氣藏的降產(chǎn)控水階段，3口井水淹，新增出水井 2口，生產(chǎn)井25口，日產(chǎn)氣量降至60h104m3；1983—1990年該氣藏部分產(chǎn)水氣井實(shí)施了工藝排水，日產(chǎn)氣量維持在60h104m3，產(chǎn)水井增至9口，日產(chǎn)水量上升；1990年該氣藏進(jìn)入整體治水階段，前緣水線明顯收縮，產(chǎn)水氣井未再增加，日產(chǎn)氣量穩(wěn)定在60h104m3左右，日產(chǎn)水量穩(wěn)定在270 m3左右，新增出水井4口，日產(chǎn)水量穩(wěn)定在200 m3左右，水氣比穩(wěn)定在4 m3/104m3左右（圖9）。截至2019年7月底，累計(jì)采氣量為103.53h108m3，累計(jì)產(chǎn)水量為285.47h104m3，氣采出程度達(dá)74.3%[6]。

圖9 中壩須二段氣藏生產(chǎn)動(dòng)態(tài)曲線圖

根據(jù)中壩須二段氣藏水氣比的變化特征，將該氣藏的生產(chǎn)階段劃分為以下3個(gè)階段：①無(wú)水采氣階段。該階段只產(chǎn)氣，不產(chǎn)地層水，其期末氣采出程度為12.0%。②水氣比上升階段。該階段產(chǎn)水氣井?dāng)?shù)逐漸增加，日產(chǎn)水量快速上升，日產(chǎn)氣量快速下降，水氣比快速上升，該階段平均水氣比為1.24 m3/104m3，其期末氣采出程度為25.0%。③水氣比穩(wěn)定階段。該階段持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，水氣比進(jìn)入相對(duì)穩(wěn)定期，平均水氣比為3.90 m3/104m3，其期末氣采出程度達(dá)到74.3%。通過水侵動(dòng)態(tài)物理模擬實(shí)驗(yàn)得到的裂縫—孔隙型儲(chǔ)層產(chǎn)水動(dòng)態(tài)與中壩須二段氣藏全生命周期的產(chǎn)水動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)較一致。

3.2 單位壓降氣采出程度與采氣量

1979年中壩須二段氣藏進(jìn)行了6井次關(guān)井壓力測(cè)試，測(cè)試平均地層壓力為25 MPa，累計(jì)產(chǎn)氣量為11.5h108m3，單位壓降氣采出程度（β）為4.1%MPa－1，單位壓降采氣量為5.75h108m3。中壩須二段氣藏原始地層壓力為27 MPa，地質(zhì)評(píng)價(jià)水體體積為0.817 5h108m3，水體倍數(shù)為1.2，水體綜合壓縮系數(shù)0.002 MPa－1，根據(jù)式（16）計(jì)算無(wú)水采氣期β為3.9% MPa－1，單位壓降采氣量為5.4h108m3，與該氣藏?zé)o水采氣期階段動(dòng)態(tài)特征數(shù)據(jù)基本一致，證實(shí)了前述計(jì)算方法的準(zhǔn)確性。

3.3 穩(wěn)定水氣比

根據(jù)中壩須二段氣藏地質(zhì)評(píng)價(jià)水體倍數(shù)、水體綜合壓縮系數(shù)（0.002 MPa－1）及水氣比開始穩(wěn)定時(shí)對(duì)應(yīng)的井底壓力（18 MPa），代入式（22）計(jì)算得到穩(wěn)定水氣比為3.2 m3/104m3，該數(shù)值低于中壩須二段氣藏實(shí)際的穩(wěn)定水氣比。原因在于氣藏在實(shí)際生產(chǎn)過程中，受到更多人為控制因素的影響，使水氣比上升期經(jīng)歷的時(shí)間更長(zhǎng)，而水體能量大小是固定的。因此穩(wěn)定后的水氣比要高于式（22）的計(jì)算結(jié)果。

3.4 水體體積

氣藏穩(wěn)定水氣比維持在3.90 m3/104m3左右，根據(jù)中壩須二段氣藏儲(chǔ)層、流體高壓物性參數(shù)，根據(jù)式（24）計(jì)算氣藏水體體積為1.0h108m3，與地質(zhì)評(píng)價(jià)水體體積數(shù)值較接近，該方法的計(jì)算結(jié)果具有較高的參考價(jià)值。

4 結(jié)論

1）裂縫—孔隙型有水氣藏水侵動(dòng)態(tài)物理模擬實(shí)驗(yàn)與中壩須二段氣藏開發(fā)實(shí)踐結(jié)果表明：裂縫—孔隙型有水氣藏儲(chǔ)層滲流能力強(qiáng)，儲(chǔ)層產(chǎn)氣必然伴隨著水侵，水侵相對(duì)體積與氣采出程度呈線性關(guān)系，生產(chǎn)水氣比呈臺(tái)階式變化，見水后較快進(jìn)入相對(duì)穩(wěn)定的氣水同產(chǎn)期，進(jìn)行有效的排水采氣作業(yè)對(duì)于提高裂縫—孔隙型有水氣藏采收率尤其重要。

2）裂縫—孔隙型有水氣藏?zé)o水采氣期期末氣采出程度、單位壓降氣采出程度及穩(wěn)定水氣比等關(guān)鍵開發(fā)指標(biāo)受水體體積影響大。

3）基于建立的裂縫—孔隙型有水氣藏水體體積、生產(chǎn)早期單位壓降氣采出程度與穩(wěn)定水氣比的計(jì)算方法，根據(jù)氣藏生產(chǎn)早期的單位壓降氣采出程度和穩(wěn)定水氣比都可以預(yù)測(cè)水體倍數(shù)，而根據(jù)地質(zhì)評(píng)價(jià)水體倍數(shù)則可以預(yù)測(cè)氣藏?zé)o水采氣期期末氣采出程度和穩(wěn)定水氣比。