東海低滲儲層氣井產水來源綜合判別方法

田 彬，盛志超，劉夢穎，王健偉，李久娣，盛 蔚

(1.中國石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司勘探開發研究院，上海 200120；2. 中國石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司油田開發管理部，上海 200120)

對于常規的中高滲氣藏，氣井在投產初期往往會經歷一個無水采氣期，而位于東海西湖凹陷低滲氣田的氣井在投產初期即出現不同程度的產水，對其水源類型及時、準確的判斷對后續開發技術政策的調整以及同類氣田的高效開發具有重要的指導意義。目前常用的氣井水源判別方法多是以生產測井解釋結果為主要依據，輔以產水動態變化特征來對產水類型進行判斷[1-4]。但對于低滲儲層，采用測井資料識別氣水層間的界限本身就比較模糊，難以界定，因此常常導致氣井水源類型判斷不準確，治水缺乏針對性。為此，通過采用礦化度判別法、水氣比分析法、不穩定試井分析法和毛細管壓力法，建立了一套適用于低滲儲層的氣井水源類型判別方法，可顯著提高判別效率以及判別結果的準確性。

1 氣田概況

西湖凹陷位于下揚子地區東部陸架盆地的東北部，在3 000～4 000 m發育部分低滲儲層，為三角洲沉積體系，儲層主要為淺灰色細砂巖、中砂巖。S氣田為東海西湖凹陷一低滲氣田，孔隙度3.0%～19.8%，平均10.9%；滲透率(0.046～34)×10-3μm2，平均5×10-3μm2[5]。孔隙類型主要以次生溶蝕孔隙和原生粒間孔為主。根據氣田壓汞資料顯示，儲層大孔喉不發育，小于0.1 μm的喉道控制孔隙比例超過50%，平均孔喉半徑約0.23～0.42 μm；毛細管壓力較高，排驅壓力1～2 MPa，在50%的潤濕相飽和度下，毛細管壓力達到4.8 MPa。

該氣田4口氣井自投產初期便出現了不同程度的產水現象，產水量介于0.5～20 m3/d之間，且長期保持相對穩定的狀態，相應的水氣比變化范圍介于0.1～1.3 m3/104m3之間。另一方面，與常規中高滲儲層邊底水侵入井底的現象有所不同，S氣田部分氣井在投產后，雖然迅速見水，但地層壓力衰竭明顯，且氣井產出水礦化度較低，僅1 000 mg/L左右，與周邊氣田礦化度水平相差較大。

2 氣井水源類型判別流程的建立

根據對國內外當前已開發氣田的研究分析，氣井產水來源類型多樣，結合東海西湖凹陷地質特征，總結較為常見的水源類型主要包括凝析水、工作返排液、邊底水及層內可動水[6-7]。通過綜合礦化度判別法、水氣比分析法、不穩定試井分析法以及毛細管壓力法，建立圖1所示的判別流程，可有效對上述幾種水源類型進行判別。

2.1 礦化度判別法

地層水中礦物鹽的濃度常用礦化度來表示[8]，由于氯離子在地層水中占據主導地位，因此在實際生產中常根據氯根含量來標定水樣礦化度的高低，通過測量氣井產出水的氯根濃度可以大致判斷氣井的產水類型：凝析水的氯根濃度往往較低，而工作返排液的氯根濃度則往往較高。此外，隨著工作返排液不斷排出井筒，滯留在地下的返排液逐漸減少，隨著工作液返排量的下降，產出水氯根濃度往往會隨之快速下降，而其他水源類型的氯根濃度則相對穩定。

2.2 水氣比分析法

在地層或者井底溫度壓力條件下，氣體中含有部分氣態的地層水，隨著氣體同時被采出到地面，這部分出水稱為凝析水。天然氣中凝析水的含量主要取決于氣體所處的溫壓條件及其成分組成，目前常用Mcketta-Wehe算圖來計算凝析水的含量[9-11](見圖2)。

圖1 低滲儲層氣井產水類型判別流程

2.3 不穩定試井法

不穩定試井作為認識油氣藏的重要手段，通過對不穩定試井資料的解釋可以有效識別油氣藏的邊界類型：對于封閉邊界地層，在壓降曲線中，曲線末端表現為“上翹”特征，而在壓恢曲線中，曲線末端則表現為“下掉”特征；對于定壓邊界地層，無論是在壓降曲線還是在壓恢曲線中，曲線末端均表現為“下掉”特征[12]。通過將實測的不穩定試井曲線與理論特征曲線對比，結合地層展布，可以有效判斷氣藏的能量供給狀況，進而判斷氣藏是否存在邊底水能量的補充。

2.4 毛細管壓力法

對于物性較差的低滲儲層，天然氣在運移成藏的過程中，由于喉道較小，氣驅水難以進行，殘存在河道砂體中的水很難被天然氣完全置換出來，故容易形成分布范圍較廣的氣水過渡帶，受氣水過渡帶內可動水的影響，開發該類儲層的氣井在投產后往往會有一定量的地層水產出，而氣水過渡帶高度可以通過對壓汞資料的分析來確定[13]：

(1)

式中：pcR為氣藏條件下氣水系統的毛管力，Pa；ρw、ρg為氣藏條件下水、氣的密度，kg/m3；g為重力加速度，9.8 m/s2；h為氣水過渡帶高度，m。

圖2 天然氣含水量Mcketta-Wehe算圖

3 現場實例分析

3.1 礦化度判別法識別初期工作返排液

首先對S氣田各口氣井產水的礦化度水平及其動態變化進行分析。以S氣田S-3井為例，該井投產初期日產水量及氯根濃度均處于較高水平，分別為45.1 m3/d和9 022 mg/L。在生產制度保持不變的條件下，日產水量和氯根濃度隨生產時間的延長迅速下降并逐漸趨于穩定，穩定后S-1井日產水量和氯根濃度分別為20 m3/d和1 600 mg/L(見圖3)。參考完井作業記錄，分析各井投產初期產水主要為工作返排液，而穩定生產后的產水類型則需要根據其他方法作進一步判斷。

3.2 水氣比分析法識別凝析水

S氣田4口氣井雖均有不同程度的產水，但產水量相差較大，氯根濃度也有所不同：產水量較少的S-1井，氯根濃度不足400 mg/L，而產水量較多的S-3井，氯根濃度則接近2 000 mg/L，利用常規的礦化度判別方法無法定量計算各氣井的產出水組成，而通過水氣比分析法，利用Mcketta-Wehe算圖則可分別讀取各氣井井底及井口的凝析水含量，并最終求得各氣井所產水中地層水的含量(見表1)。

圖3 S-1井日產水量及氯根濃度變化曲線

計算結果顯示，S氣田各氣井產出水中均含有一定量的凝析水和地層水，氯根濃度較低的S-1井產水主要以凝析水為主，而其余3口氣井產水則以地層水為主，但地層水類型多樣，既可能為邊底水也可能為層內可動水。因此，為明確上述3口井的地層水類型,仍需作出進一步判斷。

表1 S氣田各氣井產水組成計算結果

3.3 不穩定試井法識別邊底水

S氣田各氣井大多未鉆遇明顯的氣水界面，氣井產水后氣藏能量迅速衰竭，未有明顯的邊底水能量補充跡象。以S-2井為例，該井為一口多分支水平井，投產后即見水，日產氣量約9×104m3/d，日產水量約4 m3/d，油壓及井底流壓同步下降，壓降速率約7 MPa/a，顯示出類似定容氣藏的生產特征。另一方面，通過對S-2井進行壓力恢復試井，試井解釋結果顯示該井無外界邊底水能量補充，曲線末端具有“上翹”特征(見圖4)。其余各氣井也表現出類似的曲線特征，因此，利用不穩定試井法可以基本排除以上各氣井所產水為邊底水的可能。

圖4 S-2井壓力恢復試井雙對數解釋曲線

3.4 毛細管壓力法識別可動水

S氣田儲層物性較差，為低孔低滲儲層，利用各層取樣點進行巖心壓汞實驗分析，可以獲得各層的毛細管壓力資料。以S-2井所在的L1層為例，通過平均該層的毛細管壓力曲線，可以獲取該層的平均J函數曲線：

J(Swn)=0.001 8Swn-2.598

(2)

結合J函數同毛細管壓力的關系式:

(3)

可進一步推導得到儲層流體等飽和度面高度同儲層物性的關系式：

(4)

將儲層孔隙度、滲透率及束縛水飽和度數據代入上式，可求得該儲層純氣界面高度(見表2)。

表2 純氣界面高度計算

可以看出：L1層大部分為氣水過渡帶區域，僅在上部存在約7 m的純氣頂，而S-2井的水平段位于下部氣水過渡帶范圍內，由此分析認為，該井的產水類型主要為層內可動水。

3.5 判別結果

利用礦化度判別法、水氣比分析法、不穩定試井分析法和毛細管壓力法，對S氣田4口氣井的水源類型進行了判別。判別結果(見表3)顯示：4口氣井投產初期均有一定量的返排液產出；生產穩定后，除S-1井所產水為凝析水外，其余3口氣井所產水均為氣水過渡帶中的層內可動水。

表3 S氣田各氣井水源類型判別結果

4 結論

(1)氣井水源類型多樣，單純一種判別方法很難對氣井的產水類型作出準確識別，利用綜合判別方法可顯著提高判別效率和判別結果的準確性。

(2)利用毛細管壓力資料，對流體空間飽和度場進行刻畫，可以有效識別低滲儲層中可動水的分布狀況，進而指導低滲儲層氣井產水類型的判別。

(3)氣井產水類型不同，后續所采取的措施方向也有所不同。對于產邊底水的氣井，一方面要降低配產，減緩邊底水的進一步推進；另一方面還需要根據產水上升趨勢做好排水采氣工藝措施準備；而對于產可動水的氣井，受水量規模的限制，則應重點防范井筒積液可能對生產造成的影響。通過對S氣田及時調整配產，有效延緩了井筒(特別是水平井筒)的積液，保證了S氣田的平穩生產。