劉念肖，王作豪，閔春榮，龔修俊,閆剛剛,王帥

（重慶科技學(xué)院石油與天然氣工程學(xué)院，重慶401331）

實(shí)際開發(fā)中氣藏采收率受諸多因素的影響[1]。對(duì)于川東石炭系氣藏，由于地下成巖的特殊性，氣藏均伴水存在，且多孔介質(zhì)類型多為裂縫—孔隙型。隨著水體的侵入，由于裂縫及優(yōu)勢(shì)通道的存在，水體沿高滲帶突進(jìn)，地層中大量氣體被水體阻隔，導(dǎo)致最終采收率僅有40%～60%[1～3]。經(jīng)調(diào)研，前人對(duì)于開發(fā)因素?cái)?shù)值模擬研究多采用單重介質(zhì)模型，將基質(zhì)和裂縫看作一個(gè)整體，但是這忽略了氣體在基質(zhì)和裂縫中的運(yùn)移，導(dǎo)致數(shù)值模擬預(yù)測(cè)的最終采收率偏高。對(duì)于開發(fā)因素的研究，多以單一因素分析為主，且多為常見因素，并不能反映實(shí)際開發(fā)情況。

總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)，選取川東石炭系某有水氣藏（簡(jiǎn)稱X氣藏），根據(jù)氣藏的實(shí)際地質(zhì)情況，建立氣藏裂縫孔隙雙重介質(zhì)模型。在該模型下對(duì)氣藏的采氣速度、井網(wǎng)密度、加密時(shí)機(jī)、排水綜合考慮。分析各開發(fā)因素對(duì)于氣藏采收率及水侵的影響程度，以達(dá)到更高效采收的目的。

1 基質(zhì)—裂縫數(shù)學(xué)模型建立

針對(duì)X氣藏實(shí)際地質(zhì)特征作出如下假設(shè)：

1）X氣藏中基質(zhì)中的原生孔隙被劃分為相同的正方體，正方體間規(guī)則排列，間距被視為裂縫；2）氣藏具有非均質(zhì)和各向異性；3）滲流過程視為等溫滲流過程；4）忽略孔隙和裂縫粘度差異。

1.1 狀態(tài)方程

1.1.1 氣體的狀態(tài)方程

其狀態(tài)方程為實(shí)際氣體狀態(tài)方程：

注:p—壓力，MPa；Z—壓縮因子；n—摩爾數(shù)，mol；R—?dú)怏w常量，8.314J/（k·mol）；T—溫度，k。

1.1.2 巖石的狀態(tài)方程

基質(zhì)的狀態(tài)方程分別可以表示為：

裂縫的狀態(tài)方程分別可以表示為：

注：φf—裂縫孔隙度；

1.2 運(yùn)動(dòng)方程

1.3 連續(xù)性方程

1.4 基質(zhì)—裂縫滲流數(shù)學(xué)方程

將巖石的狀態(tài)方程與天然氣的狀態(tài)方程相乘轉(zhuǎn)化為基質(zhì)系統(tǒng)和裂縫系統(tǒng)后，結(jié)合各自運(yùn)動(dòng)方程分別帶入各自連續(xù)性方程后分別得到基質(zhì)和裂縫的滲流數(shù)學(xué)方程如下：

裂縫系統(tǒng)內(nèi)的滲流數(shù)學(xué)方程為：

基質(zhì)系統(tǒng)內(nèi)的滲流數(shù)學(xué)方程為：

2 典型有水氣藏?cái)?shù)值模擬研究

X氣藏為石炭系碳酸鹽巖背斜構(gòu)造氣藏，構(gòu)造走向北東-南西，裂縫以構(gòu)造縫為主，中、小縫居多，有效縫比例較大，孔隙度平均3.9%，滲透率平均4.5mD，含水飽和度平均12.12%。目前氣藏開發(fā)井均產(chǎn)水，且水氣比增長(zhǎng)較快氣井壓力下降加大，油套壓差增加，生產(chǎn)受水侵、竄層氣影響。

網(wǎng)格系統(tǒng)采用基質(zhì)—裂縫雙重介質(zhì)網(wǎng)格系統(tǒng)，區(qū)塊網(wǎng)格劃分為7個(gè)層，模型總網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)為226×50×7=79100個(gè)，其中有效網(wǎng)格數(shù)11300個(gè)。

2.1 不同模型對(duì)采收率的影響

根據(jù)研究目標(biāo)，分別建立單重基質(zhì)模型和雙重孔隙加裂縫模型，其它開發(fā)因素不變，分別模擬開發(fā)20年。其方案配置和模擬結(jié)果見表1。

表1 不同模型方案配置

從圖2和圖3中可以看出：初期雙重介質(zhì)產(chǎn)氣增長(zhǎng)較快，但后期在單重介質(zhì)下累計(jì)產(chǎn)氣量更高。雙重介質(zhì)下后期產(chǎn)水量明顯加大，說明在有水氣藏中裂縫的存在不僅能給氣體提供高滲通道，而且也為水體的入侵提供的優(yōu)勢(shì)通道，因此導(dǎo)致產(chǎn)水量大幅增加，最終采收率有所降低。雙重介質(zhì)模型更接近實(shí)際儲(chǔ)層情況，因此選用雙重介質(zhì)模型模擬以下開發(fā)因素對(duì)采收率的影響。

圖2 不同介質(zhì)模型累產(chǎn)氣

圖3 不同介質(zhì)模型累產(chǎn)水

2.2 采氣速度對(duì)采收率的影響

在有水氣藏開發(fā)方案制定中，采氣速度作為關(guān)鍵指標(biāo)[4]，直接影響到地層水體的入侵程度。因此針對(duì)不同井網(wǎng)不同采速設(shè)計(jì)以下六種方案。

表2 采氣速度方案參數(shù)表

由圖4可知：相同生產(chǎn)井?dāng)?shù)下，當(dāng)氣藏低采速生產(chǎn)時(shí)，生產(chǎn)壓差小，毛管力會(huì)束縛小孔隙中的地層水，此時(shí)裂縫中的水體會(huì)沿高滲帶伴隨氣體產(chǎn)出[5]，因此采出程度相對(duì)較高。因此，由模擬結(jié)果，在早期應(yīng)將單井采速控制在2%作用可以有效氣田采出程度。

圖4 不同采速方案下累產(chǎn)氣量

2.3 井網(wǎng)密度對(duì)采收率的影響

合理的井網(wǎng)密度有利于緩解地層水體對(duì)單一氣井的入侵程度[6]。因此針對(duì)井網(wǎng)密度及加密時(shí)機(jī)設(shè)計(jì)以下方案。

表3 井網(wǎng)密度方案參數(shù)表

圖5 不同井網(wǎng)方案下累產(chǎn)氣量

表4 加密時(shí)機(jī)方案參數(shù)表

圖6 不同加密時(shí)機(jī)累產(chǎn)氣

由模擬結(jié)果可知：井網(wǎng)的加密會(huì)降低地層生產(chǎn)壓差使得局部壓差變小，滲流優(yōu)勢(shì)通道為氣體，延長(zhǎng)了氣井的開采年限。早期加密會(huì)減緩水體對(duì)于單一氣井的入侵程度，區(qū)塊累水量大幅降低，導(dǎo)致最終采出程度增大。

2.4 排水對(duì)氣藏采收率的影響

在排水措施中，合理的排水量及排水方案有助于減緩底層的水體能量[7]。因此，針對(duì)不同的排水量，設(shè)置六套方案。

由圖7、表5可知，在排水井工作的情況下消耗的地層水體的能量，減小了井底附近高滲帶含水飽和度，使得氣水之間的壓差減小，從而基質(zhì)中的氣體可以沿高滲帶流向井筒。避免了氣井過早的水淹，延長(zhǎng)開采年限。對(duì)于該區(qū)塊目前的排水量，應(yīng)將排水量提高到60～90m3/d左右效果最好，區(qū)塊最終采出程度升高。

表5 排水方案參數(shù)

圖7 不同排水方案累產(chǎn)氣量

3 結(jié)論

水侵過程中，由于基質(zhì)和裂縫雙重介質(zhì)的存在，水相占據(jù)氣相滲流的有利通道，限制了氣相的流動(dòng)，使得部分氣體滯留在儲(chǔ)層中難以采出。在實(shí)際數(shù)值模擬，考慮雙重介質(zhì)模型更接近實(shí)際底層情況，相對(duì)于不考慮雙重介質(zhì)模型，采收率有所降低。

合理控制采氣速度、井網(wǎng)密度會(huì)減緩地層水侵的程度，防止基質(zhì)與裂縫壓差過大形成水封氣[8]，大幅提高氣井的采出程度。根據(jù)X氣藏實(shí)際區(qū)塊研究結(jié)果可知，氣藏采氣速度控制在單井2%左右最好，井網(wǎng)采用早期加密的形式，排水量控制在60%～90%之間，此時(shí)氣藏開采效果較好。