底水凝析氣藏水平井出水機(jī)理研究

韓曉紅，劉德華 （長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 武漢430100）

輪臺(tái)凝析氣田S3－1區(qū)塊位于新疆維吾爾自治區(qū)輪臺(tái)縣境內(nèi)，構(gòu)造位置主要屬沙雅隆起雅克拉斷凸的東段，屬于不帶油環(huán)的凝析氣藏，區(qū)塊統(tǒng)一氣、水界面在海拔－4107m，含氣面積為4.32km2，天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量為22.08×108m3，孔隙度平均值為14.3%，頻率分布呈正態(tài)分布，滲透率平均值為115mD，頻率分布呈正態(tài)分布，儲(chǔ)層整體屬中－低孔、中滲儲(chǔ)層。儲(chǔ)層內(nèi)部滲透率縱向差異比較明顯，變異系數(shù)平均為0.90，屬于非均質(zhì)性嚴(yán)重。

根據(jù)已鉆井所取的氣樣分析：C1、C2和C3的 平均含量分別為80.34%、12.7%和3.64%，C1／（C2＋C3）為4.92，天然氣平均相對(duì)密度0.685。地層水型為CaCl2型，總礦化度為12.25×104mg／L；pH＝6，呈弱酸性，屬封閉環(huán)境下高礦化度地層水。該區(qū)塊原始地層壓力取值為56.1MPa，原始地層溫度為143℃（5050m），原始地層壓力系數(shù)1.11，溫度梯度為1.65℃／100m。屬正常壓力系統(tǒng)，正常地溫場；驅(qū)動(dòng)類型以彈性驅(qū)和水驅(qū)為主。

截止2012年6月，S3－1區(qū)塊綜合含水達(dá)到44.67%，含水高。含水上升率為9.57%，含水上升率快，天然氣的采氣速度2.75%，凝析油采速3.2%，采速較慢。該區(qū)塊從2007年1月投產(chǎn)生產(chǎn)5.5年的時(shí)間，天然氣采出程度為20.99%，偏低。

1 S3－1區(qū)塊開發(fā)面臨問題

1.1 整個(gè)區(qū)塊儲(chǔ)量動(dòng)用程度偏低

輪臺(tái)凝析氣田S3－1區(qū)塊由于儲(chǔ)層縱向發(fā)育大量低滲層，非均質(zhì)性強(qiáng)，對(duì)油氣滲流影響較大，特別是大大降低了油氣水流體縱向上的運(yùn)移能力。而區(qū)塊部署井型主要以水平井為主，且水平段均位于儲(chǔ)層上部，低滲透隔板影響造成水平段泄油面積小，單井控制儲(chǔ)量小。因此整個(gè)區(qū)塊儲(chǔ)量動(dòng)用程度較低。

1.2 底水突進(jìn)，氣井水淹

輪臺(tái)凝析氣藏S3－1區(qū)塊底水能量弱，且儲(chǔ)層低滲隔板阻擋底水，底水主要沿高滲帶突進(jìn)，形成暴性水淹。輪臺(tái)S3－1區(qū)塊部分氣井見水后產(chǎn)能遞減快。自2009年1月氣井見水后，輪臺(tái)S3－1區(qū)塊日產(chǎn)能力快速下降近50t，產(chǎn)能下降幅度達(dá)35.71%，由于水體小，且氣井見水后及時(shí)進(jìn)行縮嘴控水，水體未對(duì)地層能量起到補(bǔ)充作用。

2 出水機(jī)理研究

由于輪臺(tái)凝析氣藏S3－1區(qū)塊存在嚴(yán)重非均質(zhì)性，尤其對(duì)于該區(qū)塊的部分水平井，沿水平段滲透率變化較大?，F(xiàn)以該區(qū)塊儲(chǔ)層各參數(shù)為基礎(chǔ)，建立凝析氣藏?cái)?shù)值模擬機(jī)理模型［1］，模擬高滲透帶分別位于水平氣井的水平段中部、趾部、根部和夾層時(shí)以不同模式分布在氣層中的水侵過程，并歸納不同情況下的水平氣井出水機(jī)理。

2.1 模型的建立

1）網(wǎng)格參數(shù)。網(wǎng)格數(shù)為：X×Y×Z＝50×50×25，X、Y方向網(wǎng)格步長20m，Z方向網(wǎng)格步長2m；其中縱向上的1～8層為氣層，9～25層為水層。

2）組分的摩爾組成包括：X1＋摩爾分?jǐn)?shù)78.345，X2＋摩爾分?jǐn)?shù)11.554，C3＋摩爾分?jǐn)?shù)5.043，C5＋摩爾分?jǐn)?shù)0.715，C6＋摩爾分?jǐn)?shù)1.449，C8＋摩爾分?jǐn)?shù)1.932，C10＋摩爾分?jǐn)?shù)0.403，C23＋摩爾分?jǐn)?shù)0.559。

3）PVT試驗(yàn)擬合。在140℃時(shí)對(duì)相對(duì)體積、含液百分?jǐn)?shù)、露點(diǎn)壓力和氣油比進(jìn)行擬合，從擬合結(jié)果可以看出，PVT試驗(yàn)擬合結(jié)果和測試結(jié)果比較吻合，相態(tài)變化特征可以提供給E300組分模型模擬器使用。

4）流體性質(zhì)。地層水密度：1.084g／cm3；地層水黏度：0.5mPa·s；地層水壓縮系數(shù)∶地層水體積系數(shù)：1.001；天然氣相對(duì)密度0.685。

5）定義生產(chǎn)井。氣藏中部的一口水平氣井P1以30×104m3／d的速度進(jìn)行生產(chǎn)，生產(chǎn)時(shí)間為15年。

2.2 模擬有高滲透帶時(shí)的水侵

水平氣井水平段長為500m，將其沿程平分為5段，以便在不同位置設(shè)置高滲透帶，如圖1所示。其中高滲透帶部分的平均滲透率為500mD，高滲透帶分布方案如表1所示，各方案水平氣井生產(chǎn)時(shí)間與含水率關(guān)系曲線如圖2所示。

圖1 水平井分段示意圖

從圖2的含水率變化曲線中可以看出，當(dāng)以定產(chǎn)氣量生產(chǎn)時(shí)，方案1的低含水期最長約為13年，射孔層段見水時(shí)間最晚，含水率變化主要分為2個(gè)階段：第1階段是底水水錐呈線狀錐進(jìn)到射孔層段前，含水率上升速度較為緩慢；第2階段是當(dāng)?shù)姿F進(jìn)到射孔段后，含水率上升速度加快，屬于線狀見水整體水淹模式［2－4］；而方案2的低含水期為11年，水侵過程為底水向上沿著高滲透帶點(diǎn)狀突破后緊接著在該氣層的平面上流動(dòng)再是向上一層點(diǎn)狀突破，如此往復(fù)循環(huán)，直至錐進(jìn)到射孔層段，簡述為：高滲突破，沿層擴(kuò)展，次高突破，全井水淹，屬于多點(diǎn)見水整體水淹；方案3、4、5的低含水期分別為8.5、9、8.8年，含水率變化也分為2個(gè)階段，第1階段是底水尚未錐進(jìn)到水平井射開層段時(shí)沿高滲帶呈點(diǎn)狀水侵，含水上升速度較為緩慢；第2階段是當(dāng)?shù)姿F進(jìn)到射孔層段后形成線狀水侵，含水上升速度明顯加快，屬于單點(diǎn)點(diǎn)狀見水整體水淹模式。

表1 高滲透帶研究方案設(shè)計(jì)

圖2 各方案水平井含水率變化曲線圖

從而可知線狀見水的見水時(shí)間并不一定比點(diǎn)狀見水快一些，跟儲(chǔ)層性質(zhì)有關(guān)；由于方案2水侵過程呈現(xiàn)出多點(diǎn)點(diǎn)狀見水，先在平面上流動(dòng)形成線狀見水再是縱向突破的模式，因此方案2的低含水期要長于方案3、4、5，短于方案1；由于水平井井筒內(nèi)壓降的影響，高滲透帶位于趾部的低含水期最長，而中部的最短。

2.3 模擬有夾層時(shí)的水侵

依據(jù)該區(qū)塊儲(chǔ)層中低滲層分布情況，將夾層分布為3種模式，如圖3、圖4、圖5所示。均在模型的第2、4、6、8層設(shè)置不同規(guī)模的夾層，其中夾層部分平均滲透率為1mD。

從圖6的含水率變化曲線中可以看出，當(dāng)以定產(chǎn)氣量生產(chǎn)時(shí)，無夾層分布的情況下，開始一段時(shí)間含水率上升速度較為緩慢，這是由于此時(shí)其均質(zhì)性較好，底水均勻的從中間開始向上錐進(jìn)，然后緩慢的向兩邊擴(kuò)散，底水波及體積較大，到2023年左右水平井段全部見水，含水率上升速度加快，呈現(xiàn)出線狀見水整體水淹模式。夾層在垂向上交錯(cuò)分布的3種模式的含水率上升速度受夾層的影響都比較均勻緩慢，均屬于點(diǎn)狀見水局部水淹模式，但是模式②相對(duì)模式①和模式③含水率上升速度更快一些。

圖3 夾層在垂向上交錯(cuò)分布模式①

圖4 夾層在垂向上交錯(cuò)分布模式②

圖5 夾層在垂向上交錯(cuò)分布模式③

以上3種隔夾層分布模式的模擬結(jié)果可以看出，儲(chǔ)層沒有隔夾層分布時(shí)氣井見水時(shí)間最早，當(dāng)隔夾層垂向上交錯(cuò)分布部分重疊，水平井根部和趾部優(yōu)先見水［5－6］，氣井見水后含水率呈直線上升且上升緩慢。2組長短不同的隔夾層在垂向上交錯(cuò)分布且不重疊時(shí)，不重疊部分水平段優(yōu)先見水，氣井見水后含水率呈直線上升且上升緩慢。當(dāng)兩組長短不同的隔夾層，隔夾層在垂向上小部分交錯(cuò)分布時(shí)，水有明顯的繞流現(xiàn)象，主要沿著小部分的交錯(cuò)部位繞流進(jìn)井底，氣井見水后含水率呈直線上升且上升緩慢。3種隔夾層分布模型下氣井含水上升規(guī)律差異不大，但水平井見水段不同，在采取控水措施時(shí)應(yīng)結(jié)合儲(chǔ)層分布模式對(duì)水平井的產(chǎn)水段進(jìn)行封堵［7－8］。

圖6 各夾層分布模式水平井含水率變化曲線圖

3 結(jié)論

1）均質(zhì)儲(chǔ)層的低含水期比氣層中分布有一定規(guī)模的夾層時(shí)要短，比有高滲透帶存在時(shí)要長，所以在進(jìn)行底水凝析氣藏開發(fā)時(shí)在氣水界面之上分布一定規(guī)模的夾層，可抑制含水率的上升，延長低含水期。

2）水平井趾部、根部和中部均存在高滲透帶時(shí)的水侵呈現(xiàn)多點(diǎn)見水、線狀見水不斷循環(huán)的過程，因此在開始的一段時(shí)間內(nèi)含水率上升速度比單點(diǎn)見水緩慢，低含水期也相對(duì)要長，待全井見水后其含水率迅速上升，超過其他方案達(dá)到最高，因此需在水平井見水位置進(jìn)行堵水以延長低含水期。

3）垂向上隔夾層不同的分布模型氣井含水上升規(guī)律差異不大，但水平井見水位置不同，在采取控水措施時(shí)應(yīng)結(jié)合儲(chǔ)層分布模式對(duì)水平井的見水位置進(jìn)行封堵。

4）由于儲(chǔ)層性質(zhì)不同線狀見水的見水時(shí)間并不一定比點(diǎn)狀見水快。

5）對(duì)于不同性質(zhì)的儲(chǔ)層，應(yīng)根據(jù)不同的出水機(jī)理采取相應(yīng)的控水措施。水平井出水機(jī)理的研究對(duì)于水平井控水、堵水技術(shù)的研究，以及提高水平井的開發(fā)效益、制訂準(zhǔn)確的開發(fā)方案至關(guān)重要，應(yīng)加強(qiáng)這方面的工作。

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