周小涪，魯瑞彬，林怡菲，董文生，聶瀾曦

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057）

底水錐進是影響氣藏開發(fā)效果的關(guān)鍵問題之一[1-2]，特別是對于強底水氣藏，一旦形成水錐將會導(dǎo)致氣井水氣比快速上升甚至有暴性水淹的風(fēng)險，嚴重降低氣藏的采收率[3]。目前計算水錐臨界產(chǎn)量的方法較多，最早的臨界產(chǎn)量計算模型是Dupuit 公式，但是考慮儲層為均質(zhì)Kv=Kh，后來Schols 考慮Kv≠Kh提出了相應(yīng)計算模型，李傳亮等[4]考慮隔夾層影響提出帶隔板的臨界產(chǎn)量計算模型，宋兆杰等[5]針對高產(chǎn)氣井考慮非達西流動影響的臨界產(chǎn)量計算模型，后來李傳亮[6]考慮儲層傷害，對Dupuit 公式進一步做了改進，更能反映真實的地層情況。而上述計算模型都存在一個共性問題：隨著氣藏的開發(fā)，地層壓力的下降，壓力相關(guān)計算參數(shù)也在發(fā)生變化，包括氣相相滲、體積系數(shù)、氣體黏度、偏差因子等參數(shù)[7]，因此，以上模型計算結(jié)果都是開發(fā)初期水錐臨界產(chǎn)量，而最容易形成水錐的反而是開發(fā)中后期，如何在整個生產(chǎn)階段指導(dǎo)一口井合理開發(fā)，就需要對動態(tài)水錐臨界產(chǎn)量進行研究。

1 動態(tài)水錐臨界產(chǎn)量

動態(tài)水錐臨界產(chǎn)量是反映底水氣藏開發(fā)地層條件下水侵動態(tài)的關(guān)鍵參數(shù)，解析公式難以全面準(zhǔn)確描述，而且與開發(fā)生產(chǎn)過程中的地層壓力、水體能量、剩余儲量采氣速度等參數(shù)關(guān)系密切。本文從數(shù)值模擬角度進行研究并理論分析了動態(tài)水錐臨界產(chǎn)量與氣藏采氣速度的關(guān)系。

1.1 動態(tài)水錐臨界產(chǎn)量等效數(shù)值法

考慮到解析公式存在的缺陷，如公式整合信息較少，反映產(chǎn)能變化的參數(shù)單一，不能體現(xiàn)隨壓力變化的特征，而且這些問題比較難以進行優(yōu)化；同時目前有較多的成熟商業(yè)數(shù)值模擬軟件，集成了幾乎所有的地球物理、測井信息以及地質(zhì)油藏認識建立靜態(tài)模型，并結(jié)合水體能量、儲層非均質(zhì)性、隨壓力變化的流體性質(zhì)進行動態(tài)計算，因此，其結(jié)果相對于簡單的解析公式具有更大的參考價值。

采用等效數(shù)值法計算動態(tài)水錐臨界產(chǎn)量，首先要確定發(fā)生臨界水錐的判斷條件。通過大量實際在生產(chǎn)氣田水氣比上升規(guī)律發(fā)現(xiàn)，對于底水氣藏氣井水氣比一旦開始上升則會發(fā)生快速上漲，此時說明已經(jīng)發(fā)生了水錐，因此，可以將水氣比為1 m3/104m3作為臨界條件進行判斷是否發(fā)生水錐，其次需要控制氣井產(chǎn)量，防止水氣比快速上漲，此時的產(chǎn)量定義為動態(tài)水錐臨界產(chǎn)量。

當(dāng)水氣比大于1 m3/104m3后，降低氣井產(chǎn)量進行生產(chǎn)，防止水氣比快速上漲，即下一時間步產(chǎn)量Qgn為當(dāng)前時間步產(chǎn)量Qgn-1的a 倍，a 為產(chǎn)量調(diào)整系數(shù)。在數(shù)值模擬軟件中采用兩個關(guān)鍵字ACTIONW 和WTMULT進行循環(huán)條件判斷控制氣井產(chǎn)量，該方法可在單個時間步內(nèi)多次進行判斷水氣比是否超過1 m3/104m3，并調(diào)整氣井產(chǎn)量直到水氣比不再快速上漲，整個控制過程如下，其中產(chǎn)量調(diào)整系數(shù)a 需要進行敏感性分析確定。

1.2 動態(tài)水錐臨界產(chǎn)量與采氣速度關(guān)系

動態(tài)水錐臨界產(chǎn)量從本質(zhì)上其實是氣體能量與水體能量在地層條件下相互作用的一個結(jié)果。隨著氣體采出，兩者呈現(xiàn)出此消彼長的態(tài)勢，勢必在某個時間點水體開始侵入氣層。因此，在一定地層條件下，氣體能量可反映在氣藏剩余儲量上，而水體能量則由水體倍數(shù)來體現(xiàn)，更進一步可利用開發(fā)參數(shù)剩余儲量采氣速度反映氣體能量，而用臨界水錐反映水體能量，則兩者之間關(guān)系也就是氣體與水體相互作用的關(guān)系。

在底水氣藏開發(fā)過程中采氣速度的確定尤為重要，速度過低氣田開發(fā)經(jīng)濟性差，效益回報周期長；速度過高，容易產(chǎn)生水錐造成氣井水淹停噴，嚴重影響氣藏采收率[8-11]。底水氣藏全生命周期開發(fā)過程中合理產(chǎn)量控制方法應(yīng)為：初期采用合理采氣速度+中后期動態(tài)水錐臨界產(chǎn)量控制。后續(xù)在機理分析中用實例進一步闡述合理采氣速度的確定過程。

2 機理分析及實例應(yīng)用

動態(tài)水錐臨界產(chǎn)量計算方法相比解析公式計算的水錐產(chǎn)量有更廣泛的適用性，但需要對關(guān)鍵參數(shù)進行選取和分析，通過對在生產(chǎn)兩個典型底水氣藏進行應(yīng)用，證實了與生產(chǎn)實際較為符合，可以用于指導(dǎo)開發(fā)生產(chǎn)。

2.1 關(guān)鍵參數(shù)選取與適用性分析

采用數(shù)值模擬方法分析氣水產(chǎn)出規(guī)律已成為常用的一種方法，建立底水氣藏單井機理模型進行研究，分析動態(tài)水錐臨界產(chǎn)量等效數(shù)值法的實用性并進行實例驗證[12-15]。機理模型的儲量、物性、水體大小參考實際在生產(chǎn)強底水氣藏，水體倍數(shù)為150 倍，滲透率240 mD，有效厚度40 m，氣藏初始壓力為27 MPa，地質(zhì)儲量10×108m3，氣井初始產(chǎn)量20×104m3/d，模型網(wǎng)格劃分見表1。采用動態(tài)水錐臨界產(chǎn)量控制生產(chǎn)與自然遞減，從結(jié)果對比圖（圖1）可以發(fā)現(xiàn)控制水錐生產(chǎn)日產(chǎn)量下降更平緩，保證了氣井平穩(wěn)生產(chǎn)，防止過快水淹停產(chǎn)，提高了氣井開發(fā)效果。

表1 模擬區(qū)域網(wǎng)格劃分表

2.1.1 產(chǎn)量調(diào)整系數(shù)確定 當(dāng)氣井達到臨界水錐時對氣井產(chǎn)量進行控制，這個比例系數(shù)a 定義為產(chǎn)量調(diào)整系數(shù)。首先根據(jù)產(chǎn)量調(diào)整系數(shù)與水氣比關(guān)系，確定可以滿足調(diào)整效果的系數(shù)，也就是控制水氣比上升，另外也不能過多進行產(chǎn)量干預(yù)，如a=0.85 時，會頻繁調(diào)整氣井產(chǎn)量，從而限制了氣井產(chǎn)能，達不到最佳開發(fā)效果，本次機理模型初步計算產(chǎn)量調(diào)整系數(shù)為0.95。在此基礎(chǔ)上，進一步細化產(chǎn)量調(diào)整系數(shù)分析，從0.94 到0.97，分析產(chǎn)量調(diào)整系數(shù)對累產(chǎn)氣的影響（圖2），優(yōu)選得到最優(yōu)采出程度下的產(chǎn)量調(diào)整系數(shù)為0.95。對于生產(chǎn)管理上，可根據(jù)曲線形態(tài)確定氣井合理配產(chǎn)，如a=0.95調(diào)整3 次后水氣比開始降低，因此，該產(chǎn)量為動態(tài)水錐臨界產(chǎn)量，即20×0.95×0.95×0.95=17×104m3/d。

圖2 產(chǎn)量調(diào)整系數(shù)敏感性分析對比圖

2.1.2 水體大小 水體能量越強，采用控制水錐進行生產(chǎn)的效果越好（圖3）。因此，對于強底水氣藏有必要在生產(chǎn)中后期采用動態(tài)水錐臨界產(chǎn)量進行控制生產(chǎn)，可以發(fā)現(xiàn)控制產(chǎn)水量生產(chǎn)，累產(chǎn)氣增加較多，且產(chǎn)水量也會相應(yīng)降低，對于水處理能力有限的海上平臺是較為有效的生產(chǎn)方式。

2.1.3 滲透率+厚度 常規(guī)解析公式計算因缺少反映產(chǎn)能及壓力變化的參數(shù)，對于低滲薄層計算通常會失真，而動態(tài)數(shù)值模擬法適用性更好。如例子所示，采用考慮Kv≠Kh的Schols 公式計算水錐臨界產(chǎn)量為8×104m3/d，而數(shù)值模擬法計算水錐臨界產(chǎn)量初期是大于8×104m3/d，2 年后低于8×104m3/d，因此，水錐臨界產(chǎn)量是動態(tài)變化的且解析公式計算結(jié)果初期偏小，后期偏大，不利于強底水氣藏經(jīng)濟高效開發(fā)（表2、圖4）。

圖4 動態(tài)水錐臨界產(chǎn)量與解析公式計算結(jié)果對比圖

表2 解析公式計算水錐臨界產(chǎn)量表

2.1.4 剩余儲量采氣速度與水氣比關(guān)系 將剩余儲量采氣速度與水氣比繪制在一個圖中（圖5）可以發(fā)現(xiàn)：當(dāng)剩余儲量采氣速度大于10%時，最容易產(chǎn)生水錐，而在動態(tài)水錐臨界產(chǎn)量控制生產(chǎn)后，剩余儲量采氣速度逐漸趨近于5%，隨著生產(chǎn)控制，水氣比也趨近于穩(wěn)定，由此可以得出當(dāng)剩余儲量采氣速度在5%左右時是不會發(fā)生明顯水錐的，因此，底水氣藏初期合理采氣速度應(yīng)低于5%。

圖5 水氣比與剩余儲量采氣速度關(guān)系圖

2.2 實例氣藏應(yīng)用

A 氣田：該氣田為底水氣藏，部署兩口水平井進行開發(fā)。開發(fā)中后期2015-2016 年兩次氣井配產(chǎn)（紅色線）大于動態(tài)水錐臨界產(chǎn)量（黑色線），造成該氣田從2015 年開始水氣比快速上升，最終水淹關(guān)停。該實例很好驗證了動態(tài)水錐臨界產(chǎn)量的實用性，在實際生產(chǎn)中，將氣井產(chǎn)量控制在動態(tài)水錐臨界產(chǎn)量之下，可以防止氣井發(fā)生暴性水淹關(guān)停，有效指導(dǎo)實際氣田進行生產(chǎn)，提高氣田開發(fā)效果（圖6）。

圖6 動態(tài)水錐臨界產(chǎn)量應(yīng)用效果圖

B 氣田群：大部分氣藏為邊底水氣藏，其中底水氣井初期都是按照3%～4%采氣速度進行配產(chǎn)，且穩(wěn)產(chǎn)期內(nèi)剩余儲量采氣速度低于10%，發(fā)生水錐風(fēng)險小。B 氣田群所有7 個井區(qū)中見水風(fēng)險較大是A4H、A5H（氣層厚度薄）、A8（水體大）三口井；這三口井在穩(wěn)產(chǎn)期末產(chǎn)量超過動態(tài)水錐臨界產(chǎn)量，需要緊密關(guān)注實時調(diào)整產(chǎn)量進行生產(chǎn)，避免發(fā)生水錐（圖7）。

圖7 剩余儲量采氣速度與動態(tài)水錐臨界產(chǎn)量實例應(yīng)用圖

3 結(jié)論

（1）首次建立了考慮地質(zhì)油藏特征及產(chǎn)能計算參數(shù)隨時間變化的動態(tài)水錐臨界產(chǎn)量等效數(shù)值法，結(jié)合常規(guī)水錐臨界產(chǎn)量解析公式可以預(yù)測全生命周期合理采氣速度，預(yù)防氣藏暴性水淹，提高氣藏開發(fā)效果。

（2）通過關(guān)鍵參數(shù)選取與適用性分析得出：產(chǎn)量系數(shù)調(diào)整選取以不過多干預(yù)影響氣井產(chǎn)能且保證采收率為原則進行優(yōu)選；水體能量越強，采用控制水錐進行生產(chǎn)的效果越好；對于低滲薄層動態(tài)水錐臨界產(chǎn)量計算，動態(tài)數(shù)值模擬法適用性更好；科學(xué)論證了強底水氣藏初期合理采氣速度應(yīng)低于5%。

（3）通過實例應(yīng)用，驗證了動態(tài)水錐臨界產(chǎn)量計算方法的準(zhǔn)確性，將氣井產(chǎn)量控制在動態(tài)水錐臨界產(chǎn)量之下可以有效提高氣藏開發(fā)效果；另外對于后續(xù)有見水風(fēng)險的井也進行了提示，關(guān)鍵生產(chǎn)年份需要控制產(chǎn)量，避免發(fā)生水錐。