深水水驅氣藏高效開發技術研究

殷修杏，，李華，周小涪，陳建華，郭冰柔，高子康

（1.中海石油（中國）有限公司海南分公司，海南海口 570300；2.中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057）

深水A氣田共7個井區，氣田物性好，屬于高孔–特高孔、高滲–特高滲氣藏，且均為“一砂一井”，井控程度低，近80%為邊底水驅氣藏（60%底水、20%邊水）。由于不同砂體的儲層物性、驅動類型及水體能量存在較大差異，且受隔夾層影響產水規律更加復雜。深水氣田后期治水難度大，及早深入開展出水規律研究并制定合理的防控策略，遠好于后期被動治水。

深水A氣田水深超1 000米，國內外相關開發技術及經驗較缺乏，調研表明國外無同類型氣田，國內唯一的深水氣田荔灣3–1氣田在地質油藏特征、開發模式等方面與深水氣田群相比差異較大，可借鑒資料少。鑒于此，開展了水侵機理與流動特征實驗，結合物模實驗及數值模擬研究，對影響高滲–特高滲水驅氣藏開發效果的參數進行研究，在此基礎上綜合深水氣藏地質特征及開發模式，對氣藏進行聚類差異分析，提出了對應的開發策略形成了深水水驅氣藏高效開發技術。為后續深水氣田開發提供了有效的技術支持。

1 氣田概況

深水A氣田所處海域海況受臺風和季風影響，最大潮差2.24 m，水深為1 252.2～1 530.5 m。砂體沿峽谷呈條帶狀展布，均為巖性氣藏，主要發育厚層限制性低–中彎度濁積水道復合體，儲層物性好，表現為高孔–特高孔、高滲–特高滲[1]。該氣田屬正常的溫度壓力系統，天然氣組分以甲烷為主，整體氣柱高度不大，在9.8～85.6 m之間。氣藏驅動類型為邊、底水驅動和彈性驅動，以水驅氣藏為主，水體倍數3～20倍。氣井產能高，各井無阻流量均大于1 000萬方/天。

2 室內驅替實驗研究及分析

2.1 核磁共振測試水驅氣實驗

考慮不同滲透率和驅替速度，采用核磁共振在線測試水驅氣飽和度變化，評價深水A氣田巖心水驅氣驅替效率，如圖1～3所示。PV代表孔隙體積，曲線特征表明部分較大孔隙中流體基本被驅替出來，稱之為可動孔隙，而其他較小孔隙中的流體大部分未被驅替出來，稱之為不可動峰；兩峰之間存在一個可動流體T2截止值大于截止值的峰稱為可動峰，小于截止值的峰稱為不可動峰；可動峰隨氣驅至束縛水狀態后下降很多，120 mD巖樣截止值為5 ms，409 mD巖樣截止值9.7 ms，572 mD巖樣截止值為10 ms。

圖1 巖心滲透率120 mD時不同驅替速度下T2譜曲線

圖2 巖心滲透率409 mD時不同驅替速度下T2譜曲線

實驗結果表明注水超過0.8 PV后，驅替效率基本不變，驅替后基本上處于殘余氣狀態。將T2譜曲線轉化為驅替速度與驅替效率關系曲線，如圖4所示，驅替效率隨驅替速度先增后減，高滲透巖心存在“臨界速度”。驅替速度小于此速度時均勻推進驅替效率增加；驅替速度大于此速度時會產生超前推進，發生竄流，從而導致驅替效率下降。

圖4 不同驅替速度下的驅替效率

2.2 三維平板物理模擬實驗

為了分析開發主控因素對氣井見水規律的影響，采用可視化三維平板模型[2-3]，模型尺寸32 cm×30 cm×7.5 cm，研究不同滲透率（200、300、500 mD）、井型（直井、水平井）、采氣速度（3%、6%、10%）、水體能量大小（5、20、50倍水體）、夾層發育情況等因素對氣井見水規律的影響，采用飽和度探針實現水驅氣過程可視化。圖5、6表明低速開采過程中氣體流速較慢，水體能量較小，難以形成水錐。地層水穩定抬升，尚未至模擬井底，天然氣便已消散殆盡。當水體能量充足時在井底附近出現水錐，如圖7所示，在采氣速度10%條件下，高滲水驅氣藏地層水抬升較快，尤其在水體能量較大時，井底極易發生錐進，導致氣井過早見水[4]。

圖5 水平井采氣速度3%條件下不同水體倍數含水飽和度

圖6 水平井采氣速度6%條件下不同水體倍數含水飽和度

圖7 水平井采氣速度10%條件下不同水體倍數含水飽和度

實驗結果表明：水體能量較弱時，氣水界面穩定抬升，難以形成水錐，如圖5～7所示；夾層的存在和水平井開發能有效抑制水錐高度，形成較平緩的水侵前緣，如圖8、9所示。

圖8 采用不同井型開發條件下平板模型含水飽和度

圖9 有無隔夾層條件下平板模型含水飽和度

因此建議深水A氣田高滲透氣藏在水體能量較弱井區適當提高采氣速度，并合理采用水平井、隔夾層抑制水錐，延緩見水時間[5-6]。

3 不同地質條件及開發模式對開發效果影響分析

為了明確不同地質和開發參數對開發效果的影響，基于氣藏精細描述結果，建立了精細地質模型，開展數值模擬研究[7]。

3.1 不同水體倍數對開發效果影響

氣藏開發實踐表明，水體規模的大小直接影響到氣藏水侵的活躍程度[8]。深水A氣田有水氣藏的水體倍數介于3～20之間，為了研究水體大小對氣藏開發效果的影響，分別設計水體倍數為3、4、10、20、50五種數模模型開展水侵影響研究。不同模型下采氣速度統一設定為4.5%，預測生產時間30年。不同水體倍數對開發效果影響程度如表1所示。

表1 不同水體倍數對開發效果影響程度

模擬結果表明，在采氣速度不變的條件下，水體倍數越大，氣藏見水時間越早，累產氣逐漸降低，開發效果變差，如圖10所示。

圖10 不同水體倍數對開發效果影響程度模擬

3.2 射開程度對開發效果影響

氣藏開發實踐表明，充分利用隔夾層的擋水作用，開發井適當降低射開程度，有助于延緩氣井見水時間[9]。為了研究射開程度對氣藏采收率的影響，分別設計射開程度為氣藏厚度的10%、20%、30%、50%、67%、100%共六種數模模型開展定向井段射開程度影響研究。不同模型下水體倍數為4，采氣速度統一設定為4.5%，預測生產時間30年。射開程度對開發效果影響程度如表2所示。

表2 射開程度對開發效果影響程度

模擬結果表明，在水體能量和采氣速度不變的條件下，隨著定向井段射開程度增加，穩產期延長，見水時間逐漸提前，累產氣先增加后減少。綜合考慮，推薦定向井段射開氣層有效厚度的1/3，延緩氣井見水，保障深水氣井開發效果，如圖11所示。

圖11 射開程度對開發效果影響程度模擬

3.3 采氣速度對開發效果影響

對于有水氣藏，邊底水向氣藏內部的侵入不可避免；但在氣藏開發過程中，采取合理的采氣速度可以控制邊底水向氣藏的侵入，從而延長氣藏的無水采氣期，提高氣藏開發效果[10]。為了研究采氣速度對水驅氣藏開發效果的影響，分別設計3%、4.5%、6%、8%、10%五種采氣速度。不同模型下水體倍數為4倍、定向井段射開氣藏有效厚度的1/3，預測時間為30年。采氣速度對開發效果影響程度如表3所示。

表3 采氣速度對開發效果影響程度

數模模擬結果與物模模擬結果相同，水驅氣藏存在最優采氣速度。隨著采氣速度增加，氣藏見水時間提前，穩產期縮短，采收率先增加后降低，如圖12所示。

圖12 采氣速度對開發效果影響程度模擬

3.4 井型對開發效果影響

三維平板物理模擬實驗表明，在水驅氣藏開發中，與定向井開發效果對比，水平井在延緩氣井見水方面存在一定優勢，數模研究結果同樣證實了該結論。在地質模型、采氣速度、井位相同的條件下，定向井與水平井的穩產時間相差不大，但水平井見水時間晚3年，致使其開發效果優于定向井。井型對開發效果影響程度如表4所示。考慮深水氣田均采用水下井口開發，氣井見水后治理措施難度大、成本高，推薦水驅氣藏采用水平井方式進行開發[11-12]，如圖13所示。

表4 井型對開發效果影響程度

圖13 井型對開發效果影響程度模擬

4 開發實踐

超深水超大型氣田的開發，針對氣藏特征，采用聚類差異分析[13]，按驅動類型不同將氣藏分為三類，彈性氣驅、邊水驅、底水驅，統籌考慮氣田穩產期、各砂體見水風險、采收率等指標，考慮底水氣藏見水風險高，開發難度大，盡量采用水平井開發，且將井位部署在構造高部位，同時降低采氣速度，氣井按3%采氣速度配產，達到延緩氣井見水、提高采收率的效果；邊水氣藏可適當提高采氣速度，推薦氣井按5%采氣速度配產，提高氣田穩產期內采氣能力；彈性氣藏則作為氣田的調峰區塊，保障氣田向下游的供氣穩定。

氣田自投產以來生產穩定，各井壓力下降趨勢一致，井口壓力穩定在32 MPa左右，達到了均衡開采效果，無非均勻水侵特征。深水A氣田的成功開發，打破了國外深水氣田開發技術的壟斷，創造了巨大的經濟效益和社會效益。

5 總結

（1）微觀水驅實驗表明高滲水驅氣藏存在“臨界速度”，驅替速度小于此速度時驅替均勻推進，驅替效率增加；若驅替速度大于此速度會產生超前推進竄流，從而導致驅替效率下降。

（2）開發實踐表明非均勻水侵是影響氣藏開發效果的最主要因素，水侵規律與地質特征和開發參數密切相關。

（3）針對高滲水驅氣藏的不同地質氣藏特征，提出聚類差異分析的布井方式、井采氣速度等一系列開發對策，達到了均衡開采效果，且未表現出不均勻水侵特征。