水驅(qū)氣藏的水驅(qū)特征曲線與應(yīng)用效果分析

茍 燕 劉華勛 高樹生 胡志明 薛 蕙 周慧智

（1.中國科學(xué)院滲流流體力學(xué)研究所，河北廊坊 065017；2.中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北廊坊 065017；3.中國石油華北油田分公司，河北任丘 062552）

水驅(qū)氣藏的水驅(qū)特征曲線與應(yīng)用效果分析

茍 燕1劉華勛2高樹生2胡志明2薛 蕙2周慧智3

（1.中國科學(xué)院滲流流體力學(xué)研究所，河北廊坊 065017；2.中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北廊坊 065017；3.中國石油華北油田分公司，河北任丘 062552）

水驅(qū)氣藏氣井見水后，產(chǎn)氣產(chǎn)水規(guī)律復(fù)雜，使得水驅(qū)氣藏開發(fā)難度顯著增大。就目前水驅(qū)氣藏而言，缺乏相應(yīng)成熟有效的動(dòng)態(tài)分析方法。從氣、水兩相滲流規(guī)律和物質(zhì)平衡方程出發(fā)，推導(dǎo)出了水驅(qū)氣藏的水驅(qū)特征曲線，即累計(jì)產(chǎn)氣量與氣水比呈對(duì)數(shù)關(guān)系，在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)上呈線性關(guān)系，礦場(chǎng)可以根據(jù)直線的斜率反算見水后氣井的動(dòng)態(tài)控制儲(chǔ)量，通過某氣田氣井開發(fā)動(dòng)態(tài)檢驗(yàn)，該研究成果可以有效預(yù)測(cè)氣井的開發(fā)動(dòng)態(tài)和開發(fā)過程中動(dòng)態(tài)控制儲(chǔ)量的變化，對(duì)于水驅(qū)氣藏開發(fā)具有一定指導(dǎo)意義。

水驅(qū)氣藏；相滲規(guī)律；水驅(qū)特征曲線；氣水比；動(dòng)態(tài)控制儲(chǔ)量

水驅(qū)氣藏在我國天然氣藏中占有重要比例［1］。目前針對(duì)水驅(qū)氣藏的研究多集中于水侵規(guī)律，礦場(chǎng)缺乏針對(duì)性的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)分析方法［2-6］。筆者根據(jù)巖心氣、水相滲資料統(tǒng)計(jì)，結(jié)合物質(zhì)平衡方程推導(dǎo)出水驅(qū)氣藏的水驅(qū)特征曲線，并通過礦場(chǎng)氣井開發(fā)動(dòng)態(tài)檢驗(yàn)，證明該研究成果可用于指導(dǎo)水驅(qū)氣藏，尤其是見水后水驅(qū)氣藏的生產(chǎn)。

1 氣水相滲規(guī)律

根據(jù)59塊水驅(qū)氣藏巖心非穩(wěn)態(tài)氣、水相滲測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果，歸一化得到不同滲透率級(jí)別巖心氣相相對(duì)滲透率與水相相對(duì)滲透率比值krg/krw與含水飽和

度Sw關(guān)系曲線（見圖1）。從圖中可以看出krg/krw與含水飽和度呈指數(shù)關(guān)系，與氣、水相對(duì)滲透率比值和含水飽和度關(guān)系一致［7］。可以發(fā)現(xiàn)，含水飽和度Sw對(duì)氣、水相對(duì)滲透率比值krg/krw影響較大，含水飽和度變化10%，氣、水相對(duì)滲透率比值krg/krw會(huì)發(fā)生50倍的變化。因此，實(shí)際水驅(qū)氣藏開發(fā)過程中，隨著水的侵入，儲(chǔ)層含水飽和度增加，生產(chǎn)氣水比也會(huì)發(fā)生明顯變化。其中，氣、水相對(duì)滲透率比值經(jīng)驗(yàn)公式［6］為

式中，a、b為與儲(chǔ)層和流體物性有關(guān)的常數(shù)。

圖1 不同滲透率級(jí)別巖心krg/krw與Sw關(guān)系曲線

2 水驅(qū)氣藏的水驅(qū)特征曲線研究

根據(jù)氣井直井產(chǎn)能公式，當(dāng)氣藏壓力大于14 MPa時(shí)，氣井產(chǎn)能可近似以壓力形式表示，而且壓力越高，這種產(chǎn)能公式越精確（而實(shí)際氣藏壓力一般都在30 MPa以上）

生產(chǎn)水氣比

將式（1）帶入式（3）得

式中，WGR為水氣比。

根據(jù)物質(zhì)平衡方程，累計(jì)采氣量Gp與含水飽和度Sw之間的關(guān)系式為

式中，右邊第1項(xiàng)相當(dāng)于在維持儲(chǔ)層壓力不變時(shí)，被水置換出來的氣體體積；第2項(xiàng)是由于氣藏壓力下降，氣體膨脹產(chǎn)生的氣體。

式（5）整理得含水飽和度Sw的表達(dá)式

將式（6）帶入式（4）取對(duì)數(shù)得

整理得

其中

式（8）即為根據(jù)氣、水兩相滲流規(guī)律和物質(zhì)平衡方程，推導(dǎo)出的水驅(qū)氣藏的水驅(qū)特征曲線表達(dá)式，從式中可以看出，水氣比WGR與累計(jì)采氣量Gp在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)下滿足線性關(guān)系，與油藏的水驅(qū)曲線特征類似［6］。礦場(chǎng)可以根據(jù)兩者之間的關(guān)系式，預(yù)測(cè)水驅(qū)氣藏見水后的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征。

另外，根據(jù)水氣比WGR與累計(jì)采氣量Gp在半對(duì)數(shù)曲線上的斜率B，還可以反算水驅(qū)氣藏見水后的動(dòng)態(tài)控制儲(chǔ)量G，實(shí)時(shí)有效預(yù)測(cè)氣藏的開發(fā)動(dòng)態(tài)

3 實(shí)例分析

某水驅(qū)氣藏原始?xì)獠貕毫?4.35 MPa，束縛水飽和度0.29，儲(chǔ)層溫度100 ℃。根據(jù)巖心非穩(wěn)態(tài)氣水相滲實(shí)驗(yàn)分析b=23.43；于2005年9月投產(chǎn)，生產(chǎn)3年后見水，截至2010年6月，地層壓力下降到55.2 MPa，此時(shí)氣體體積系數(shù)0.002 92，生產(chǎn)歷史狀況如圖2所示。

圖2 某氣井氣水生產(chǎn)動(dòng)態(tài)曲線

根據(jù)儲(chǔ)層溫度、壓力判斷出前期產(chǎn)水主要是天然氣中的水蒸氣液化產(chǎn)生的水，生產(chǎn)水氣比只有0.2 m3/104m3；見水后關(guān)井，2010年1月19日開井生產(chǎn)，生產(chǎn)水氣比達(dá)1.5 m3/104m3，截至2010年6月生產(chǎn)水氣比達(dá)7 m3/104m3。根據(jù)式（8）對(duì)氣井見水后開井再生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合（見圖3），其中，見水后累計(jì)產(chǎn)氣量Gp與生產(chǎn)水氣比WGR滿足如下關(guān)系式

圖3 某氣井累計(jì)產(chǎn)氣Gp與水氣比WGR關(guān)系曲線

根據(jù)式（9）反算氣井見水后的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量

對(duì)比見水前計(jì)算的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量32.50×108m3，開始見水時(shí)剩余的控制儲(chǔ)量24.93×108m3，由此可見，氣井見水后，由于水封氣的作用，單井控制的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量明顯減少，水侵對(duì)氣藏開發(fā)影響很大［8］，大大降低了氣藏的最終采收率。因此氣藏開發(fā)過程中避免或降低產(chǎn)水風(fēng)險(xiǎn)是提高最終采收率的關(guān)鍵。

4 結(jié)論

（1）大量巖心氣、水兩相滲流表現(xiàn)出：氣、水相對(duì)滲透率比值看krg/krw與含水飽和度Sw呈指數(shù)關(guān)系，建議加強(qiáng)產(chǎn)生這種現(xiàn)象機(jī)理研究，完善水驅(qū)氣藏水驅(qū)理論基礎(chǔ)。

（2）從理論上推導(dǎo)出水驅(qū)氣藏水驅(qū)特征曲線表達(dá)式，完善了前人對(duì)水驅(qū)氣藏水驅(qū)規(guī)律理論方面的認(rèn)識(shí)。

（3）水驅(qū)氣藏累計(jì)產(chǎn)氣量Gp與水氣比WGR在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)系下呈直線關(guān)系，根據(jù)直線斜率可反算見水后氣井動(dòng)態(tài)控制儲(chǔ)量，而直線斜率和截距受式（1）中常數(shù)a和b的影響，建議加強(qiáng)對(duì)水驅(qū)氣藏氣、水兩相滲流規(guī)律研究，認(rèn)識(shí)水驅(qū)氣藏水驅(qū)特征。

（4）水驅(qū)氣藏見水后氣井動(dòng)態(tài)控制儲(chǔ)量明顯減少，采收率降低。水驅(qū)氣藏開發(fā)過程中避免或降低產(chǎn)水風(fēng)險(xiǎn)是提高最終采收率的關(guān)鍵。

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（修改稿收到日期 2013-04-15）

Research and application effect analysis on water-drive characteristic curve for water-drive gas reservoir

GOU Yan1, LIU Huaxun2, GAO Shusheng2, HU Zhiming2, XUE Hui2, ZHOU Huizhi3

（1. Institution of Porous Flow and Fluid Mechanics,Chinese Academy of Sciences,Langfang065017,China;2. Langfang Branch,Research Institute of Petroleum Exploitation and Development,CNPC,Langfang065017,China;3. PetroChina Huabei Oilf i eld Company,Renqiu062552,China）

Water/gas-yielding rules in the water-drive gas reservoir become complicated after water breakthrough, which results in the increasing diff i culty of the water-drive gas reservoir development. At present, there is no mature and effective dynamic analysis method in developing the water-drive gas reservoir. Based on the gas-water two-phase fl ow law and the material balance equation, the water-drive characteristic curve of water-drive gas reservoir was developed in this paper, in which the cumulative gas production is in logarithmic relation with gas-water ratio, and in linear relation on semi-logarithmic coordinates. And the dynamic control reserve of gas well after water breakthrough can be inversely calculated by the slope of the line. By the application on a certain gas fi eld, the research results were proved to be able to effectively predict the gas wells development performance and the dynamic control reserve variation during development. And it is of great signif i cance to the development of water-drive gas reservoir.

water-drive gas reservoir; phase permeability law; water-drive characteristic curve; gas-water ratio; dynamic control reserve

茍燕，劉華勛，高樹生，等.水驅(qū)氣藏的水驅(qū)特征曲線與應(yīng)用效果分析 ［J］. 石油鉆采工藝，2013，35（3）：63-65.

TE357.6

A

1000 – 7393（ 2013 ） 03 – 0063 – 03

中國石油天然氣股份有限公司“十二五”油氣田開發(fā)科技項(xiàng)目“天然氣開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)研究”（編號(hào)：2011B-1504）資助。

茍燕，1973年生。在讀博士研究生，從事低滲油氣藏滲流理論及工程應(yīng)用研究工作。電話：13932639907。 E-mail：gouyan1973@sohu.com。

〔編輯

付麗霞〕