王曄, 馮炎松, 常鵬旭, 王一妃, 田冷, 王澤川

(1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院, 西安 710000; 2.中國(guó)石油股份有限公司長(zhǎng)慶油田分公司第六采氣廠, 西安 710000; 3.中國(guó)石油大學(xué)(北京)石油工程學(xué)院, 北京 102249; 4.中國(guó)石油大學(xué)(北京)氣體能源開(kāi)發(fā)與利用教育部工程研究中心, 北京 102249)

鄂爾多斯盆地是中國(guó)致密氣重要的生產(chǎn)基地,近年來(lái)已發(fā)現(xiàn)多個(gè)大型的致密氣田,是中國(guó)天然氣能源的重要保障[1]。致密砂巖氣藏滲透率低,孔喉小,流動(dòng)阻力大,自然的生產(chǎn)能力低,且受毛管力的作用,在生產(chǎn)過(guò)程中,滯留在地層的液體難以流動(dòng),儲(chǔ)層含水使氣相滲透率大大降低,這種現(xiàn)象稱為水鎖。

Holditch[2]最早提出了水鎖的概念。通過(guò)分析現(xiàn)有的大量資料,建立模型研究發(fā)現(xiàn),水鎖傷害的重要因素是毛管力大小和儲(chǔ)層滲透率的大小,當(dāng)生產(chǎn)壓差小于毛細(xì)管力時(shí),儲(chǔ)層的流體流動(dòng)性很弱,水鎖傷害會(huì)很嚴(yán)重,天然氣的產(chǎn)量會(huì)受到嚴(yán)重影響。Bennion等[3]研究發(fā)現(xiàn),滲透率非常低的氣藏,存在欠飽和水狀態(tài)。初始含水飽和度越小,與束縛水飽和度的差值越大,水鎖傷害就越嚴(yán)重,越難以解除。水鎖傷害有多種影響因素,其中最重要的是液相滯留效應(yīng),Mahadevan等[4]研究發(fā)現(xiàn),水鎖傷害與滲透率和生產(chǎn)壓差有關(guān),滲透率越高,水鎖解除得越快,生產(chǎn)壓差越大,水鎖解除得越快。

賀成祖等[5]研究認(rèn)為,水鎖的根本原因是毛管力,表面張力、接觸角和毛管半徑是毛管力的重要影響因素,當(dāng)孔喉半徑大的時(shí)候,毛管力小,地層水能夠及時(shí)返排,水鎖傷害是臨時(shí)的,但是小孔喉的地層,地層壓力下不能克服毛管力返排,從而給儲(chǔ)層造成了嚴(yán)重的水鎖傷害。張琰等[6]對(duì)水鎖機(jī)理進(jìn)行了探究,認(rèn)為液體滯留效應(yīng)是水鎖傷害最主要的因素。在油氣田的勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中,外來(lái)流體被捕獲,由于毛管力的作用,無(wú)法返排,最后一直滯留在儲(chǔ)層中,滲透率越低的油氣藏,孔隙越小,液體滯留效應(yīng)越大,水鎖現(xiàn)象也就越明顯,越難以解除水鎖。周小平等[7]用泊肅葉定律推導(dǎo)了水相侵入深度的公式,根據(jù)公式,小孔喉的油氣藏,液體的侵入深度更大,油氣水鎖傷害更嚴(yán)重。呂金龍等[8]應(yīng)用微流控芯片,進(jìn)行氣驅(qū)水及水驅(qū)氣下的微觀可視化實(shí)驗(yàn),對(duì)水鎖的機(jī)理有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。

水鎖傷害廣泛分布在中國(guó)的致密砂巖氣藏中,導(dǎo)致氣藏的產(chǎn)量降低,影響了致密砂巖氣藏的有效開(kāi)發(fā),需要對(duì)儲(chǔ)層中的水鎖現(xiàn)象有一個(gè)系統(tǒng)性的評(píng)價(jià)方法?，F(xiàn)有的水鎖評(píng)價(jià)方法各有優(yōu)缺點(diǎn),但大都聚焦于對(duì)水鎖機(jī)理的研究及認(rèn)識(shí)[9-10],在實(shí)際區(qū)塊的應(yīng)用評(píng)價(jià)方面也主要集中在近井地帶的水鎖傷害機(jī)理及解水鎖研究[11-12]。在致密含水氣藏的實(shí)際開(kāi)發(fā)中,水鎖現(xiàn)象不僅存在于近井地帶,在整個(gè)儲(chǔ)層均廣泛分布,且隨著生產(chǎn)的進(jìn)行,地層壓力、生產(chǎn)壓差的改變,水鎖的程度也會(huì)發(fā)生變化,因此針對(duì)水鎖效應(yīng)在氣藏動(dòng)態(tài)生產(chǎn)中的評(píng)價(jià)應(yīng)用方面仍有很多值得完善之處,在傳統(tǒng)的滲流認(rèn)知中,一般將氣水相滲曲線作為評(píng)判氣相與水相流動(dòng)性的重要依據(jù),然而,結(jié)合核磁共振譜圖、驅(qū)替實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn),在致密砂巖氣藏中,巖石一般表現(xiàn)為水濕特征,受毛細(xì)管力自吸作用和液相滯留效應(yīng)影響,當(dāng)儲(chǔ)層中的受細(xì)小喉道控制的滲流通道被水相堵塞后,其孔隙中的天然氣因水相卡斷作用難以被直接動(dòng)用和采出,從而使氣體的宏觀流動(dòng)能力大大降低[13],僅利用相滲曲線難以準(zhǔn)確表征儲(chǔ)層中的水鎖作用。

研究表明,在致密砂巖含水氣藏的開(kāi)發(fā)中,儲(chǔ)層物性、孔喉結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)壓差等對(duì)水鎖程度有著非常大的影響,而現(xiàn)有針對(duì)致密砂巖氣藏水鎖損害的評(píng)價(jià)方法大都采用巖心分析的方法[13-14],存在研究尺度較小,且對(duì)氣藏尺度的儲(chǔ)層非均質(zhì)性考慮不足的情況。針對(duì)儲(chǔ)層水鎖的判識(shí)也大都建立在對(duì)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)及影響因素的定性分析上[15-17],對(duì)水鎖程度的定量認(rèn)識(shí)不足。因此,基于致密氣藏開(kāi)發(fā)中水鎖評(píng)價(jià)的實(shí)際需求,有必要建立一種系統(tǒng)化的數(shù)學(xué)表征方法,對(duì)氣藏尺度的水鎖效應(yīng)進(jìn)行定量化的評(píng)價(jià)。

鑒于此,基于已有的滲流理論,考慮氣相在儲(chǔ)層中的不同流動(dòng)狀態(tài),分別建立水鎖評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)模型,進(jìn)而通過(guò)毛管壓力曲線分析研究區(qū)儲(chǔ)層的孔喉特征。從微觀孔喉結(jié)構(gòu)出發(fā),明確生產(chǎn)壓力梯度和孔隙度對(duì)水鎖程度的影響,并利用數(shù)學(xué)方法建立定量關(guān)系;進(jìn)而針對(duì)研究區(qū)典型井組,將該方法在油藏尺度上進(jìn)行推廣和應(yīng)用,建立致密砂巖氣藏動(dòng)態(tài)水鎖程度的定量評(píng)價(jià)體系,為增產(chǎn)措施的制定提供理論支持。

1 水鎖評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型建立

水鎖效應(yīng)會(huì)對(duì)氣相的宏觀滲透率帶來(lái)顯著影響[9],根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)研究表明,水相存在對(duì)氣相滲透率的損害率普遍在85%以上,成為儲(chǔ)層中制約氣相流動(dòng)的主要原因。針對(duì)致密砂巖氣藏中的孔喉結(jié)構(gòu)特征及氣水兩相的賦存狀態(tài),前人通過(guò)核磁共振譜圖分析、可視化實(shí)驗(yàn)等方法已有較多研究[18-19],研究表明,在砂巖孔隙介質(zhì)內(nèi),水作為潤(rùn)濕相,一般優(yōu)先占據(jù)細(xì)小喉道和孔隙壁面,而氣相則占據(jù)大孔隙的中央。受毛細(xì)管力影響,儲(chǔ)層具有明顯的自吸效應(yīng),且喉道越小,毛管力越強(qiáng)。水相一般以水膜的形式附著在喉道壁上,緊貼壁面流動(dòng)。根據(jù)可視化研究[8],受毛細(xì)管力影響,大量的天然氣會(huì)被水卡斷在細(xì)小喉道中無(wú)法采出。因此,若要使儲(chǔ)層中受細(xì)小喉道控制的天然氣被有效開(kāi)發(fā),就必須考慮利用生產(chǎn)壓差使天然氣突破水相封鎖而被順利采出。

氣藏中的水鎖機(jī)理受毛細(xì)管附加阻力、液相滯留效應(yīng)等影響,而不同含水飽和度及不同大小的喉道中引發(fā)水鎖的主控因素也各有差異。

1.1 非連續(xù)相氣體的毛管阻力

在高含水飽和度的背景下,水相占據(jù)了大部分的孔喉體積,氣相很難作為連續(xù)相流動(dòng),其流動(dòng)主要受毛管力影響,基于對(duì)毛管阻力的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)論[20-21],建立數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)模型如下。

對(duì)氣泡而言,進(jìn)入半徑為r的喉道并具備流動(dòng)條件需要克服以下阻力。

(1)進(jìn)入小孔道窄口時(shí)的賈敏效應(yīng)形成的阻力可表示為

(1)

式(1)中:pIII為賈敏效應(yīng)中單個(gè)氣泡通過(guò)孔道窄口形成的阻力,Pa;σ為氣水之間的界面張力,mN/m;r為喉道半徑,m

在致密砂巖氣藏中,因儲(chǔ)層的喉道大小不一,且孔隙和喉道之間復(fù)雜的交錯(cuò)連通的關(guān)系,在氣水兩相流動(dòng)中會(huì)使多個(gè)氣泡產(chǎn)生的賈敏效應(yīng)疊加,從而產(chǎn)生巨大的宏觀滲流阻力。

(2)由氣泡表面彎曲變形所產(chǎn)生的第二種附加阻力可表示為

(2)

式(2)中:θ″為前進(jìn)角;θ′為后退角,

(3)氣泡沿巖石壁面移動(dòng)時(shí)的摩擦阻力可表示為

(3)

式(3)中:μ為氣泡和壁面間的黏滯系數(shù),Pa·s;θ為毛細(xì)管壁潤(rùn)濕角,rad。

因此,對(duì)于半徑為r的喉道,氣體流動(dòng)的整體毛管力阻力梯度可寫為

(4)

式(4)中:L為喉道的長(zhǎng)度,m;Pc為氣體流動(dòng)所受到的毛管阻力;n為表征考慮空間迂曲度下因賈敏效應(yīng)產(chǎn)生的阻力系數(shù)[22],主要與儲(chǔ)層的巖石特征有關(guān),巖石顆粒越大,分選性越好,則該參數(shù)越低,該數(shù)據(jù)可根據(jù)儲(chǔ)層特征研究以及壓汞數(shù)據(jù)綜合進(jìn)行估算。

巖石顆粒越小,分選性越差,則在氣水滲流中,表現(xiàn)為賈敏效應(yīng)增強(qiáng),即由賈敏效應(yīng)帶來(lái)的阻力系數(shù)變大。

1.2 連續(xù)相氣體的驅(qū)替阻力

在中低含水飽和度的背景下,針對(duì)親水巖石,水相主要存在于細(xì)小喉道及孔隙中,氣體能夠在大的喉道中及孔隙中以連續(xù)相存在,主要滲流阻力來(lái)自于排出毛管中滯留水相的驅(qū)替阻力,根據(jù)Poiseuille定律,對(duì)單根半徑為r的喉道,毛管中流量[11]可表示為

(5)

式(5)中:p為喉道兩端的壓差,Pa。

因此,為排出喉道中的水相,考慮空間迂曲度,氣驅(qū)水所受到的阻力梯度可表示為

(6)

式(6)中:vr為臨界流速,表征該喉道中的流體流速需要達(dá)到一個(gè)能夠被有效開(kāi)發(fā)的臨界值,m/s;P為氣體驅(qū)動(dòng)水流動(dòng)時(shí)所受到的阻力;δ為表征喉道的空間迂曲度。

由式(4)和式(6)可知,兩種阻力梯度均受喉道半徑的控制,喉道越小,滲流阻力越大,相對(duì)而言,驅(qū)替阻力對(duì)喉道半徑的大小更敏感。聯(lián)立式(4)、式(6),同時(shí)考慮實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中生產(chǎn)壓力的動(dòng)態(tài)變化以及儲(chǔ)層的非均質(zhì)性,即可建立儲(chǔ)層中阻力梯度與喉道半徑r之間的關(guān)系?？蓜?dòng)用的最小喉道半徑r可表示為

(7)

式(7)中:gt(x)為在t時(shí)刻地層中x位置處的生產(chǎn)壓力梯度,MPa/m;r[gt(x)]為在地層中的x位置處,壓力梯度為gt(x)時(shí)可動(dòng)用的最小喉道半徑,m。

從式(7)可以看出,在氣藏開(kāi)發(fā)中,若流向生產(chǎn)井的壓力梯度無(wú)法達(dá)到驅(qū)替阻力梯度,那么就無(wú)法動(dòng)用該喉道控制下的天然氣儲(chǔ)量,因此儲(chǔ)層中的孔吼結(jié)構(gòu)特征對(duì)水鎖程度有著顯著的影響。

動(dòng)態(tài)水鎖指數(shù)Lw的定義為:在當(dāng)前地層壓力梯度下不可動(dòng)用喉道所對(duì)應(yīng)的累計(jì)孔隙分布頻率,即

Lw=fΦ{r[gt(x)]}

(8)

式(8)中:fΦ(·)為喉道半徑為r時(shí)的孔隙累計(jì)分布頻率,%。

根據(jù)水鎖指數(shù)的定義,在實(shí)際氣藏的開(kāi)發(fā)中,某處的水鎖程度由地質(zhì)條件和生產(chǎn)狀況共同控制,由壓汞數(shù)據(jù)可得喉道的分布頻率,而由毛管阻力及驅(qū)替阻力公式可得不同壓力梯度下可流動(dòng)的喉道半徑下限,由此可得不同孔隙度、不同生產(chǎn)壓力梯度下能夠動(dòng)用的孔隙累計(jì)頻率,進(jìn)而得到相應(yīng)的水鎖指數(shù)。

2 研究區(qū)實(shí)例分析

A區(qū)塊位于鄂爾多斯盆地東部,伊陜斜坡西傾單斜東段,開(kāi)采主力層位為盒8段,屬于典型的致密砂巖氣藏。

2.1 孔吼結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)研究區(qū)的儲(chǔ)層特征研究顯示,儲(chǔ)層中巖石以粗粒砂巖和中粒砂巖為主,且研究區(qū)中碎屑顆粒的分選程度受沉積環(huán)境的水動(dòng)力條件和自然地理?xiàng)l件控制,分選性以中等為主,分選好、好-中等也占有較高比例,分選差、中-差的占比低。對(duì)區(qū)塊的壓汞數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,可得到不同巖心中喉道半徑及對(duì)應(yīng)的孔隙度累計(jì)分布頻率如圖1所示。

圖1 不同喉道下的孔隙累計(jì)頻率Fig.1 The cumulative frequency of pores under different roars

從圖1所示的喉道半徑及對(duì)孔隙度的貢獻(xiàn)度可以看出,在研究區(qū)儲(chǔ)層中,控制流體流動(dòng)的喉道半徑普遍在1.5 μm以下,富集在孔隙中的流體流動(dòng)主要受0.5 μm以下的喉道控制,且孔隙度越小,儲(chǔ)層中的死孔隙越多,細(xì)小喉道控制的孔隙比率越大,可動(dòng)用的孔隙越少,加之巖石的親水性,水會(huì)富集在小喉道中,對(duì)天然氣的流動(dòng)形成阻塞效果,這為氣藏中的氣相流動(dòng)帶來(lái)了很大的困難,制約了氣藏的有效開(kāi)發(fā)。

如圖2所示,對(duì)研究區(qū)的壓汞數(shù)據(jù)進(jìn)行整體分析可知,研究區(qū)的孔隙度和喉道有著良好的相關(guān)性,孔隙度越小,則喉道的中值半徑越小,且研究區(qū)中值半徑普遍在0.1 μm以下,大量孔隙中的流體受細(xì)小喉道的控制。

圖2 孔隙度-中值半徑交匯圖Fig.2 Porosity-median radius intersection diagram

2.2 水鎖指數(shù)變化趨勢(shì)

研究區(qū)域含水飽和度0.45～0.5,相差不大,氣體能夠以連續(xù)相流動(dòng),分析認(rèn)為氣相流動(dòng)阻力主要來(lái)源于氣相驅(qū)動(dòng)喉道中滯留水相的驅(qū)替阻力,根據(jù)阻力梯度公式,結(jié)合研究區(qū)的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及毛管壓力曲線,從而換算得出不同喉道半徑下的阻力梯度與典型巖心孔隙累計(jì)分布頻率示意圖如圖3所示。

圖3 不同喉道半徑下的阻力梯度與孔隙累計(jì)占比示意圖Fig.3 Diagram of resistance gradient and pore cumulative proportion under different groove radius

從圖3可以看出,對(duì)細(xì)小喉道而言,最小阻力梯度明顯增大,而實(shí)際生產(chǎn)壓力梯度很難達(dá)到,且孔隙中的天然氣主要受細(xì)小喉道控制,大量天然氣被水鎖在細(xì)小喉道中難以動(dòng)用。

根據(jù)已建立的水鎖效應(yīng)評(píng)價(jià)模型,結(jié)合研究區(qū)的孔吼結(jié)構(gòu)分析,綜合得到研究區(qū)受生產(chǎn)壓差梯度、孔隙度影響下的水鎖指數(shù)變化趨勢(shì)圖如4所示。

由水鎖指數(shù)變化趨勢(shì)(圖4)可知,致密氣藏中的水鎖程度受生產(chǎn)壓力梯度及孔隙度共同影響,其中生產(chǎn)壓力梯度是研究區(qū)水鎖程度的主控因素。

圖4 水鎖指數(shù)變化趨勢(shì)圖Fig.4 Water lock index change trend chart

2.3 研究區(qū)典型井組動(dòng)態(tài)水鎖分析

對(duì)研究區(qū)典型井組進(jìn)行分析,該井組共有水平井5口,直井2口,主力開(kāi)采層位均為盒8段,單井產(chǎn)能及動(dòng)儲(chǔ)量情況如表1所示。

表1 研究區(qū)單井產(chǎn)能統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistical table of single well productivity in study area

對(duì)該井組的產(chǎn)能進(jìn)行分析可知,該井組對(duì)同一層位進(jìn)行開(kāi)采,地層厚度差異不大,但不同生產(chǎn)井間的動(dòng)態(tài)產(chǎn)能差距較大,尤其是39、39H1、39H2三口井,其產(chǎn)能遞減速率明顯較快,雖然在生產(chǎn)期間進(jìn)行了增壓開(kāi)采,排水采氣等增產(chǎn)方式,但效果仍不理想。從前期的地質(zhì)論證的動(dòng)儲(chǔ)量來(lái)看,相比于同區(qū)域的其他生產(chǎn)井,該區(qū)域中依然存在大量未被采出的天然氣,采出程度較低,且目前采氣速度難以達(dá)到生產(chǎn)預(yù)期,分析認(rèn)為,該地區(qū)作為典型的含水氣藏,隨著開(kāi)采的進(jìn)行,水相的在儲(chǔ)層中的滯留作用對(duì)動(dòng)態(tài)產(chǎn)能有著非常顯著的影響。

對(duì)研究井組所處開(kāi)發(fā)區(qū)域,其孔隙度分布如圖5所示。

圖5 典型井組孔隙度分布Fig.5 Typical well group porosity distribution

研究區(qū)域中,井37、37H1、井38H1、井38H1與井39、井39H1、井39H2之間存在逆斷層,39井組位于斷層上盤,這也是造成了儲(chǔ)層物性差異的重要原因,由孔隙度分布(圖5)可知,39、39H1、39H2三口井所處位置孔隙度相對(duì)較低,儲(chǔ)層物性較差。

運(yùn)用數(shù)值模擬方法對(duì)歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,并結(jié)合動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)資料,對(duì)研究區(qū)地層壓力的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行分析,得到不同生產(chǎn)時(shí)間下的壓力分布如圖6所示。

圖6 典型井組壓力分布Fig.6 Typical well group pressure distribution

從圖6可以看出,在動(dòng)態(tài)生產(chǎn)過(guò)程中,研究區(qū)的地層壓力不斷下降,且不同區(qū)域的壓力分布也有著很大差異,位于逆斷層下盤的37、37H2、38H1和38H2井所在儲(chǔ)層物性相對(duì)較好,其壓力降的傳播范圍較大,泄流面積較大,而位于逆斷層上盤的39、39H1、39H2井所在儲(chǔ)層物性相對(duì)較差,壓力降傳播范圍明顯較小。為對(duì)不同區(qū)域的生產(chǎn)壓力梯度進(jìn)行定量化的表征,根據(jù)數(shù)學(xué)梯度的定義[式(9)],運(yùn)用有限差分方法將壓力在空間上的分布進(jìn)行差分離散,從而得到研究區(qū)的壓力梯度分布如圖7所示。

圖7 典型井組壓力梯度分布圖Fig.7 Pressure gradient distribution map of typical well group

(9)

由研究區(qū)開(kāi)采過(guò)程中的壓力分布(圖6)及壓力梯度分布(圖7)可以看出,在近井地帶,壓力明顯較低,生產(chǎn)壓力梯度較大,而遠(yuǎn)井地帶地層壓力較高,生產(chǎn)壓力梯度較小。隨著氣藏開(kāi)發(fā)的不斷進(jìn)行,生產(chǎn)壓力梯度也不斷降低。而不同區(qū)域的壓力梯度分布差異較大,在下盤區(qū)域,儲(chǔ)層物性相對(duì)較好,壓力傳播范圍大,能夠在儲(chǔ)層中形成大范圍,多梯度的分布情況,生產(chǎn)狀況明顯更好,而相對(duì)來(lái)說(shuō),39井組位于斷層上盤,儲(chǔ)層物性較差,壓力傳播范圍小,雖然在近井地帶能夠有較高的生產(chǎn)壓力梯度,但在遠(yuǎn)井地帶卻明顯存在壓差不足的情況,生產(chǎn)狀況相對(duì)較差。

總體而言,在致密含水氣藏的開(kāi)發(fā)中,因儲(chǔ)層面積大,地層中的實(shí)際生產(chǎn)壓力梯度相對(duì)較小,遠(yuǎn)達(dá)不到室內(nèi)實(shí)驗(yàn)中針對(duì)巖心驅(qū)替的壓力梯度,且受液相滯留效應(yīng)的影響,儲(chǔ)層中存在大量剩余氣被水鎖在細(xì)小喉道控制的孔隙當(dāng)中難以被直接動(dòng)用和采出,是實(shí)際采出程度難以達(dá)到預(yù)期的重要原因,極大制約了氣藏的采氣速度及采收率。

結(jié)合水鎖評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型對(duì)研究區(qū)的水鎖情況進(jìn)行定量化的分析,根據(jù)研究區(qū)的生產(chǎn)壓力梯度可確定該區(qū)域能動(dòng)用的喉道半徑下限,進(jìn)而由不同孔隙度儲(chǔ)層中喉道對(duì)孔隙度的貢獻(xiàn)頻率確定儲(chǔ)層的水鎖指數(shù),可得到不同生產(chǎn)時(shí)間下的水鎖指數(shù)分布如圖8所示。

運(yùn)用水鎖評(píng)價(jià)模型,能夠?qū)?chǔ)層的動(dòng)態(tài)水鎖狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè),從而對(duì)進(jìn)一步增產(chǎn)措施的制定提供理論基礎(chǔ),綜合研究區(qū)的壓力分布(圖6)、壓力梯度分布(圖7)及水鎖指數(shù)分布(圖8)進(jìn)行分析,可以得到如下結(jié)論。

(1)在近井地帶處,生產(chǎn)壓力梯度較大,其水鎖程度相對(duì)較低,而遠(yuǎn)井地帶的生產(chǎn)壓力梯度較低,水鎖程度較高,受細(xì)小吼道控制的氣相難以被動(dòng)用,形成了大量的剩余氣。而隨著生產(chǎn)的進(jìn)行,地層壓力的不斷下降,水鎖現(xiàn)象也會(huì)愈發(fā)嚴(yán)重。

(2)不同區(qū)域的儲(chǔ)層物性差異會(huì)對(duì)水鎖程度帶來(lái)較大的影響,相對(duì)來(lái)說(shuō),在儲(chǔ)層物性較差的區(qū)域,壓力傳播范圍小,遠(yuǎn)井地帶生產(chǎn)壓力梯度小,受液相滯留效應(yīng)影響,更多的氣儲(chǔ)量受細(xì)小喉道控制難以被采出,容易發(fā)生水鎖,導(dǎo)致氣井的產(chǎn)量遞減率提高,穩(wěn)產(chǎn)難度增加,極大制約了氣藏的采收率。

(3)位于逆斷層下盤的37、37H1、38H1、38H2等井所在區(qū)域儲(chǔ)層物性較好,加之投產(chǎn)時(shí)采取了有效的儲(chǔ)層壓裂、酸化等措施,整體滲流情況較好,且在開(kāi)采過(guò)程中采取了排水采氣、改變井底流壓等提采方法,見(jiàn)效明顯,儲(chǔ)層水鎖程度相對(duì)較輕,開(kāi)發(fā)狀況較好。

(4)位于逆斷層上盤的39、39H1、39H2井雖然也采取了改變井底流壓、排水采氣等工藝措施,改善了近井地帶的滲流環(huán)境,但針對(duì)遠(yuǎn)井地帶的儲(chǔ)量動(dòng)用情況依然存在嚴(yán)重不足。因此,在儲(chǔ)層物性較差的區(qū)域,應(yīng)及時(shí)采取壓裂、酸化等儲(chǔ)層改造技術(shù),增大單井的泄流面積和壓力降傳播范圍,并利用化學(xué)藥劑降低氣水之間界面張力,緩解水鎖效應(yīng)的影響,從而挖掘研究區(qū)剩余氣潛力,提高致密砂巖含水氣藏的開(kāi)發(fā)效果。

3 結(jié)論

(1)從微觀孔喉結(jié)構(gòu)出發(fā),建立了從孔隙尺度-氣藏尺度的水鎖程度定量評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)方法,提出了動(dòng)態(tài)水鎖指數(shù)的概念,從而對(duì)水鎖現(xiàn)象進(jìn)行定量化的表征。

(2)通過(guò)比較水鎖指數(shù),定量化研究了受生產(chǎn)壓力梯度及孔隙度影響的水鎖程度趨勢(shì),并繪制了相應(yīng)的圖版,研究表明,氣藏開(kāi)發(fā)中的水鎖程度受生產(chǎn)壓力梯度和孔隙度的共同影響,其中,生產(chǎn)壓力梯度是影響水鎖的主控因素。

(3)在致密砂巖氣藏的開(kāi)發(fā)中,因儲(chǔ)層滲透率低,生產(chǎn)壓力梯度不足,大量的天然氣受水鎖效應(yīng)影響在細(xì)小喉道控制的孔隙當(dāng)中難以采出,儲(chǔ)層物性越差,該現(xiàn)象越明顯;且隨著氣藏開(kāi)發(fā)的進(jìn)行,地層壓力和生產(chǎn)壓力梯度的不斷下降,水鎖現(xiàn)象也會(huì)愈發(fā)嚴(yán)重,這增加了氣井的單井產(chǎn)量遞減率,同時(shí)降低了單井的采收率,制約了氣藏的高效開(kāi)發(fā)。

(4)通過(guò)對(duì)水鎖指數(shù)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)新方法的實(shí)踐應(yīng)用發(fā)現(xiàn),水鎖指數(shù)的定量化表征結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)較為吻合,通過(guò)對(duì)儲(chǔ)層水鎖程度的監(jiān)測(cè)和分析,能夠有效監(jiān)測(cè)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)中水鎖現(xiàn)象,從而為進(jìn)一步實(shí)施酸化或壓裂等儲(chǔ)層改造技術(shù)及改變井底流壓、排水采氣等工藝措施提供理論支持。