冷 捷，楊 龍，張 露，藺振寧，洪 婧

（中海油能源發(fā)展股份有限公司上海工程技術分公司,上海 200941）

東海盆地西湖凹陷低滲砂巖氣藏資源潛力巨大,但大部分氣藏在投產2～3 a 后均有不同程度的產水情況,研究人員通過分析認為產水的主要原因包括邊/底水的突進或者層內可動水產出［1］。通過室內凝析水含量測定實驗,發(fā)現在目前的西湖凹陷地層條件下,凝析水含量較低,不符合目前的產水特征。其次,通過核磁共振結合離心實驗,研究人員發(fā)現西湖凹陷低滲儲層的可動水飽和度為4%～8%,根據調研的陸地氣田可動水飽和度與氣井產水量關系可知［2-3］,可動水飽和度低于6%時,氣井基本不產水；可動水飽和度在6%～8%時,氣井少量產水,因此目前西湖凹陷低滲儲層處于氣井基本不產水或少量產水階段,研究人員有理由相信,在目前的東海西湖凹陷低滲氣藏存在著水侵影響的可能性［4］。目前寧波19-6氣田尚未投入開發(fā),為了提高該低滲氣藏的開發(fā)效果,本文開展了底水氣藏水侵物理模擬實驗,探究水體能量、儲層滲透性以及采氣速度等因素對低滲水驅氣藏出水規(guī)律的影響,為后續(xù)寧波19-6 區(qū)塊低滲水驅氣藏的高效開發(fā)提供指導。

1 實驗設計

目前對氣藏水侵實驗已經開展了大量的研究工作：一種是采用平板可視化物理微觀模型,模擬邊、底水氣藏的衰竭開發(fā),研究氣藏在開發(fā)過程中水體的流通路徑以及不同開發(fā)時刻的氣水分布,直觀表征氣藏水侵規(guī)律［5-6］；另一種則是傳統(tǒng)的水侵物理模擬實驗,利用全直徑巖心開展不同水體大小、不同采出速度下的邊/底水氣藏衰竭實驗,通過計算水侵量和采出程度等參數描述水侵規(guī)律［7-9］。本文在前人研究的基礎上,結合兩種實驗方式的優(yōu)缺點,利用X 射線實時飽和度監(jiān)測系統(tǒng)開展不同水體能量、不同儲層滲透率和不同采出速度下的低滲底水氣藏水侵規(guī)律研究。

實驗共選取了2 塊低滲樣品（1×10-3μm2＜K＜10×10-3μm2）和2 塊特低滲樣品（K＜1×10-3μm2）,具體物性參數見表1。

表1 巖心物性參數

1.1 實驗裝置

低滲底水氣藏水侵規(guī)律物理模擬實驗所用的X射線實時飽和度監(jiān)測系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 X射線實時飽和度監(jiān)測系統(tǒng)示意

該設備根據不同實驗流體對X 射線的吸收能力大小有差異的性質,定性區(qū)分不同流體在巖心中的分布狀態(tài),定量計算驅替沿程每4 mm 處的流體飽和度值。以氣水驅替過程為例,巖石某一斷層面的含氣飽和度為：

式中,Sg為含氣飽和度；Xt為巖石在水驅氣t時刻某一斷層面的X 射線強度；X1為100%飽和水巖樣某一斷層面的X 射線強度；X0為干巖樣某一斷層面的X射線強度。

1.2 實驗方案

在開展氣藏水侵衰竭實驗前,為了明確氣水滲流規(guī)律和孔隙中水的微觀分布狀態(tài),首先進行了氣水相滲和核磁共振成像驅替實驗。在低滲底水氣藏出水規(guī)律實驗研究中,資料調研顯示：水驅氣藏出水主要受兩種因素影響：一是地質因素,包括水體能量大小、氣柱高度、隔夾層發(fā)育程度、儲層滲透性等；二是開發(fā)因素,包括氣藏采氣速度以及儲層射開程度等,而東海西湖凹陷既發(fā)育有強邊底水氣藏,同時也發(fā)育有弱水驅氣藏,不同類型氣藏的地質特征存在較大差異,因此本次氣藏出水規(guī)律實驗研究主要從水體大小、儲層滲透性和采氣速度三方面探究其對氣藏出水規(guī)律的影響。表2 為實驗參數,考慮到東海西湖凹陷水體能量大小不一,水體選擇了20 倍及100 倍,本次衰竭實驗選用了兩種不同衰竭速度（每15 min 出口降低1 MPa 及每60 min出口降低1 MPa）。

表2 水侵衰竭實驗參數

2 實驗結果與討論

通過物理模擬低滲砂巖氣藏底水侵入對生產過程的影響,在巖心出口端計量出水量和出氣量,利用X 射線掃描不同衰竭壓力下的含氣飽和度分布,分析不同水體量大小、不同儲層滲透率以及不同采氣速度下水侵對氣藏開發(fā)效果的影響,為后續(xù)低滲底水氣藏的有效開發(fā)提供指導。

2.1 氣水滲流規(guī)律

使用非穩(wěn)態(tài)法開展了4 塊樣品的氣水互驅,得到氣水/水氣相對滲透率曲線（見圖2）。從圖2 可以看出在氣驅水過程中,4 塊低滲/特低滲巖心樣品的束縛水飽和度普遍較高,基本都在60%以上,說明氣相基本上只存在于大的孔隙通道,而在水驅氣過程中,4 塊樣品的等滲點飽和度遠大于50%,說明該低滲層為親水儲層且具備較強的親水性,由此判斷儲層中較高的束縛水飽和度在一定程度上降低了氣相滲流能力,且強親水性又導致水相滲流能力減弱,總體來說該低滲儲層的氣水兩相滲流能力都比較差。

圖2 氣水相對滲透率曲線

圖3 是2 號和3 號兩塊樣品在驅至不同含水飽和度下的核磁共振T2譜圖,從譜圖分布特征來看,2號和3 號樣品都是典型的雙峰型結構,2 號樣品滲透率稍高,主峰分布在10～100 ms；3 號樣品滲透率較低,主峰分布在0.1～10 ms。通過對比不同含水飽和度下的離心后T2 譜圖可以看出,在氣驅水過程中,雙峰中的右峰不斷降低,說明孔隙中占據大孔道的可動流體率先被采出,到了驅替后期,左峰也出現下降趨勢,說明此時部分小孔道中的束縛流體被動用。

圖3 兩塊樣品不同含水飽和度下核磁共振T2譜圖

2.2 不同水體能量

考慮到東海凹陷同時發(fā)育有強邊/底水氣藏和弱水驅氣藏,為了研究水體能量大小對底水氣藏的水侵影響,本次實驗選擇了20 倍和100 倍水體,以2號樣品實驗結果為例,衰竭過程中出口壓降速度均保持在每15 min 降低1 MPa。利用X 射線裝置實時監(jiān)測不同壓力下的巖心驅替沿程含氣飽和度分布,同時根據出口計量的氣水量計算兩種水體下的采出程度,實驗結果如圖4、圖5所示。

首先從圖4（a）和（b）中的40 MPa束縛水狀態(tài)下的巖心含氣飽和度分布來看,東海低滲儲層的巖心非均質性較強,束縛水并未均勻分布在巖心中。就單塊巖心來說,20 倍水體下巖心束縛水飽和度分布在21.9%～32.2%（平均28.2%）,100 倍水體下巖心束縛水飽和度分布在15.8%～32.1%（平均26.0%）。當壓力從40 MPa 開始降低時,水體開始侵入巖心前端,使前端含氣飽和度快速下降,隨著衰竭開采的不斷進行,水體開始逐漸侵入巖心內部,通過X 射線掃描可以明顯發(fā)現水驅前緣到達的位置,巖心的含氣飽和度均有明顯降低,此時巖心出口處采集的氣主要為巖心前端所提供,后端的含氣飽和度基本未發(fā)生改變。當巖心孔隙壓力降至25.07 MPa（20倍水體下、100 倍水體下見水壓力為31.1 MPa）時,水驅前緣達到出口處,實驗時在出口處可見少許液滴,隨著衰竭壓力繼續(xù)降低,此時巖心出口處采集到的氣大部分是靠近巖心后端的氣,后端含氣飽和度快速下降,而前端含氣飽和度變化幅度不大。通過對比兩種不同水體下巖心含氣飽和度變化以及見水壓力（見圖5）可知,強底水氣藏由于水體能量較大,衰竭開采過程中容易沿著優(yōu)勢滲流通道快速躍進,導致氣藏過早見水。

圖4 2號樣品不同水體下含氣飽和度分布

圖5 2號樣品不同水體下采出程度隨壓力的變化

2.3 不同儲層滲透性

由于東海西湖凹陷低滲氣藏占比多、儲量大等特點,本次對比了2 號樣品和3 號樣品在20 倍水體和衰竭速度為每15 min降低1 MPa下的含氣飽和度分布規(guī)律,實驗結果如圖6、圖7所示。

圖6 不同滲透率樣品含氣飽和度分布

圖7 不同滲透率樣品采出程度隨壓力變化

從40 MPa 束縛水狀態(tài)下的巖心含氣飽和度分布來看,滲透率越差,樣品的非均質性越強,巖心束縛水飽和度越高,3 號樣品的平均束縛水飽和度為33.5%,略高于滲透率稍好的2 號樣品（28.2%）。對于儲層滲透性更差的3 號巖心樣品來說,水體的侵入影響更大,衰竭開采的過程中,底水會直接沿優(yōu)勢滲流通道突進,使氣藏迅速見水（見水壓力為31.9 MPa）,該類型氣藏無水采氣期較短,采出程度較低。無水期采出程度為25.1%,見水后采出程度增加了22.3%,此時采出程度增加主要是因為見水之后井底壓力降低,近井地帶壓力梯度增大,部分小喉道中的氣體被驅替出來,同時由于壓力的降低,部分封閉的氣體發(fā)生膨脹,依靠自身的膨脹被采出。隨著水侵加劇,氣相滲流通道減少,氣體滲流阻力大幅增加,封閉的氣體難以突破水體的封鎖被采出,因此采出程度（47.5%）遠低于滲透率高的2號樣品（71.2%）。

2.4 不同采氣速度

除了研究水體能量大小和儲層滲透性等影響水侵的靜態(tài)地質因素外,同時也考慮了動態(tài)地質因素——采氣速度。本次實驗選取了兩種衰竭速度,分別為1 MPa/15 min 和1 MPa/60 min,水體倍數均為20倍,實驗結果如圖8、圖9所示。

圖8 2號樣品不同采出速度下含氣飽和度分布

圖9 不同采出速度下樣品采出程度隨壓力的變化

通過分析可以看出樣品的非均質性問題依舊存在,40MPa 下2 號樣品的束縛水飽和度分別為28.2%和24.0%,當衰竭速度為1 MPa/15 min 時,巖心在25.07 MPa 下于出口處見水；當衰竭速度為1 MPa/60 min 時,巖心見水壓力為19.89 MPa,說明采氣速度控制越慢,見水時間越晚,無水采氣期越長；同時通過采出程度對比可發(fā)現采出程度也越高,后期若想實現氣藏的長期平穩(wěn)高效開采,合理控制采氣速度是關鍵。采出速度低一定程度上延緩了水體的快速突進,使水體波及到了氣藏的大部分區(qū)域,因此最終采出程度較高（93.4%）。

3 結論

（1）從氣水滲流特征來看,低滲氣藏束縛水飽和度較高,以及儲層的強親水性導致氣水兩相滲流能力較差。

（2）基于X 射線掃描的實時含氣飽和度監(jiān)測克服了傳統(tǒng)氣藏水侵規(guī)律衰竭實驗研究的弊端,做到了水侵過程巖心沿程含氣飽和度分布的“可視化”。

（3）本次研究具有一定的局限性,在水體能量、儲層滲透性等諸多地質開發(fā)因素中,篩選出影響低滲水驅氣藏見水規(guī)律的關鍵因素——采氣速度,后期可針對不同采氣速度對氣藏水侵及采出程度的影響進一步開展研究,為寧波19-6低滲氣田后續(xù)的高效開發(fā)提供參考。