凝析气藏气井产水规律研究

姜昊罡 （中石化西北油田分公司塔河采油一厂，新疆 轮台841600）

梁利侠，张 浩 （中石化西北油田分公司勘探开发研究院，新疆 乌鲁木齐830000）

对一般较纯的干气气藏来讲，其最终采收率一般都可以达到85%～90%以上；但对于有水凝析气藏而言，由于边底水的入侵，其采收率仅仅为30%～50%，尤其是气田水淹将导致开采效益异常低［1］。笔者所述的雅克拉－大涝坝气田中2气藏均为中孔高渗、高含凝析油的边水凝析气藏。气藏开发至今，因地层压力下降、开发过程中的不均衡性、地质条件的非均质性等因素导致了气藏边水不均匀推进，并造成了气藏边部井含水上升过快甚至水淹；目前气藏稳产形势严峻，因此，为了有效的提出气藏控水治水技术对策，确保气藏的高效开发，对气藏出水规律的总结、边底水能量合理利用方案的确定则成了该气藏开发中的关键。

1 气水渗流微观机理

气藏中的水体在气藏开发中一般作为水驱气的天然能量，同时由于地层表面性质的亲水性，气水驱替过程中岩石的毛管压力也表现为驱替动力，因而该类水驱气藏的采收率应高于纯干气气藏，然而开发实践表明水驱气藏的采收率远低于纯干气气藏［2］。针对这一反常现象的复杂机理，国内外目前所开展研究工作较少，还没有明确的认识和结论。下面笔者通过试验模拟分析对气水渗流的微观机理进行探索。

通过实际岩心进行气水驱替试验，并将驱替岩心切割模制成微观薄片进行观察并对微观驱替特征进行了分析。对研究区的孔隙和裂缝－孔隙储层中微观驱替特征研究认为，在驱替过程中水侵造成的绕流指进、卡断现象、盲端、贾敏效应、不连通孔隙和“H”型孔道等现象将导致封闭气的形成；尤其是对于裂缝－孔隙模型中水侵和水进入裂缝后产生的水窜将进一步加剧封闭气的形成。上述特征中绕流指进、卡断现象是最为主要的2种驱替中的现象，其中绕流指进过程中，水进入不同大小孔道后，在毛管力作用下以较快速度进入较小孔道，并在出口处很快突破，而将大孔道中的气体封闭，并形成封闭气；而卡断现象是在气水两相流经狭窄喉道时，由于贾敏效应影响，气体经过喉道处流体的“形变－收缩－再膨胀”过程，使得连续流动的气流在喉道出口处发生卡断而形成封闭气，卡断形成的封闭气以珠状或者泡状形式分布在孔道中央。

依据上述微观机理，在开发过程中井筒积液或频繁开关井同样会形成封闭气［3］。在对水封气形成的微观现象和机理认识基础上，进一步研究了水封气对水驱气藏采收率的影响，大量的驱替试验统计结果表明，在不同的驱替条件下水封气可占地下储量的40%～60%，因此认为水驱气的驱替效率不超过55%，封闭气是造成水驱气藏采收率较低的主要原因。这一认识在前人关于四川盆地有水气藏出水规律研究中也得到了支持，他们认为对于孔隙与孔隙－裂缝型气藏在关井复压过程中均会形成封闭气，关井后水快速有选择性的沿着大裂缝和大孔道退回地层，将小孔道中气体封闭起来形成封闭气；关井后再开井，主要渗流通道上退回的气水都可能采出，但那些连通状态较差的孔隙中所形成的封闭气很难进一步采出。因此，开发中一旦气藏发生水窜造成井底见水时，要维持气井的产量、提高气藏采收率都变得困难［3］。

针对上述因绕流、卡断形成的封闭气的微观特征，通过进一步试验模拟，认为通过提高驱替压差或降低出口压力的方式可有效的将部分封闭气采出；提高驱替压力也可打破孔道2边的压力平衡而将封闭气采出；而降低模型出口端压力，孔隙盲端和死孔隙中的部分气体会发生膨胀而重新进入流动通道，在水动力作用下采出这部分气体。

2 生产井产水类型的判断

气井见水存在2个来源，一是由于井筒热损失导致天然气凝析而形成的凝析水体，二是地层中原始水体。以往开发过程中对低压油藏凝析水的影响重视不够，随着开发的不断深入，凝析水量往往随储层静压的递减而呈指数增加。凝析水在井底积聚同样容易影响气井的正常生产。因此，对凝析气井产水规律的认识，对水体产生的类型认识是基础［4］。

确定天然气中的含水量 （凝析水含量）有下列经验公式：

式中，W 为凝析水含量；T为绝对温度；P为绝对大气压；Py为在T、P条件时水蒸气的压力；Z为压缩因子。

从应用过程中来看，上述公式均将天然气考虑为甲烷来处理，未考虑天然气的组成。笔者将天然气看成干气和水蒸气的混合物，利用道尔顿定律对于气体混合物中含水量的计算按照下式确定：

式中，ρg为干气密度；Py为给定条件下的水蒸气压力；Rg、Ry分别为干气和水蒸气的气体常数；Zg、Zy分别为干气和水蒸气的压缩系数。

根据式 （1）对雅克拉气田和大涝坝气田部分井天然气凝析水量进行了计算，结果见表1、表2所示。

表1 雅克拉各井天然气饱和凝析水量

表2 大涝坝各井天然气饱和凝析水量

雅克拉区块凝析气井产水量低，而且很稳定，从结果可以看出，雅克拉各井天然气凝析饱和水量均大于实际产水量，据此可以判断产水类型为凝析水 （见表1）。通过实际产水曲线和水气比关系可以表现为各井产水量及水气比均很稳定，这也从动态验证了产水类型为凝析水。

根据大涝坝气田各井天然气含水的计算，并对比实际产水情况来进行分析和对比。大涝坝气田凝析气井产水波动较大，不是很稳定，产水类型的判断相对比较复杂。其中DLK1X井、DLK2井、DLK3井、DLK4井等实际产水量介于上述计算天然气凝析饱和水量之间，其产水比较稳定，产水类型判断为凝析水；DLK6由于工艺等问题导致在生产中一段时间产水上升比较快，但通过修井后其产水量迅速降低，水气比稳定在0.2左右，对比实际产水与计算所得天然气凝析饱和水量，两者之间相差不大，判定其产水类型为凝析水；DLK5井、DLK7井、S45井计算出的天然气饱和凝析水量均远远小于实际产水量，而且在生产过程中后期产水增加迅速，产水类型判断为地层水。

3 边水侵入所致气井产水规律分析

3.1 边水气藏水侵机理

根据前文对气水渗流微观机理的研究及产水类型的划分情况，并结合研究区地质条件和生产动态特征，认为研究区的气井产水主要分为凝析水体和地层水2种类型，其中地层水又主要表现为夹层水和边底水2种类型。边水水侵过程的规律性与储层渗流介质展布特征密切相关，具体体现为气井出水特征同井区储层相对高渗透带的展布有关［5］，尤其是对于裂缝发育、构造平缓、高含水饱和度气藏更是如此；在不同气藏、不同位置、不同时期，出水井的产水动态规律均不同。

根据实验室模拟结果和现场生产井生产动态特征综合分析研究，对于夹层水的产出特征主要表现为：①没有无水采气期；②生产总水气比高于凝析水水气比；③在一段时期内，水气比相对稳定，增长不明显；④生产水气比一般较小，但对于延展较远的夹层水，因其水体较多，水气比值相对增加；⑤夹层水产出，明显地伴有气大水大，气小水小的特点。其产出机理主要是由于夹层水存在于气层之间较薄的高含水层，一般出现在砂岩地层中；当气层井点处压力降低时，水层在井点处压力也会降低，形成压差导致夹层水产出；夹层水通常以2种形式存在，一种是高渗或较高渗高含水层，该层含水饱和度高，但水体连通范围不大，渗透性较好，当存在较小驱动动压差时，该层水体就可以被激活流动；另一种是低渗高含水层，这种夹层水体含水饱和度高且与封闭水体连通，渗透性低，必须在较大的驱动压差下水体才能被激活流动；夹层水的形成往往在气水分离不彻底、气水互层的气水过渡带中容易形成。

对于边底水的产出特征主要表现为：①有无水采气期；②生产水气比高于凝析水水气比；③在一段时期内，水气比相对稳定，没有大的增长；④边底水侵入后含水上升迅速。其产出机理主要为在含水饱和度大于临界水饱和度的孔隙中存在可动水，开采过程中，由于压差诱导，这部分可动水在一定的压差下依照试验获得相渗规律产出。

3.2 边水气藏水侵特征

气藏边水侵入是重要的地层水产出类型，如何正确判断边水气藏的水侵特征直接影响治水措施决策和措施效果。长期以来现场工作对有水气藏气井边水侵入方式的判别停留在经验和直觉上，没有形成系统的分析手段和方法。针对边水气藏出水规律进行了数值模拟研究，根据水气比的变化规律提出了边水气藏水侵特征的分类与识别方法，有助于定性认识边水气藏地层水活动规律，为制定相应的治水措施提供了一种有效的分析手段。

边水水侵过程的规律与储层的渗流介质展布特征密切相关，体现为气井出水特征同井区储层高渗带的展布有关。笔者主要借助单井数值模拟方法，研究地层水边水水侵方式及产水规律；模拟中假设井区水侵基本模式为正方形含气区域，一口生产井位于区域内偏向水侵方向一侧，井与水侵边部之间有一高渗带连通，设定5组高渗透率与储层平均渗透率比值，即2∶1、3∶1、5∶1、10∶1、100∶1；水侵强度用气水界面的单位面积水侵强度系数描述，选取了5种水侵强度系数值，即6、10、100、1000、10000m3／（MPa·m2）；通过模拟以出水累积时间为横坐标，生产水气比为纵坐标，模拟获得了气藏水侵特征曲线图版 （见图1）。

通过分析对比了不同水侵强度系数的特征曲线图版，对边水水侵特征可以总结如下：①生产水气比变化特征同相对高渗透带渗透率与储层平均渗透率比值相关，比值越大，气井见水后水气比上升越快，反之水气比上升较缓。②气井见水后，生产水气比变化特征与生产井距气水边界距离无关。③气井出水的时间与产量大小有关，产量大，出水时间早，反之出水时间迟，但生产水气比变化特征与产量大小无关。④水侵强度的大小对水侵特征曲线有影响，但影响不改变特征曲线的基本形态，相对高渗带的渗透率与储层平均渗透率比值越小，这种影响越小。

3.3 边水气藏水侵类型划分

依据上述分析和研究工区气井的水气比曲线类型，可以划分为以下4种类型：①“弱舌进水侵”型，主要表现为生产水气比随时间上升缓慢，符合一次线性关系，其相对高渗透率与储层平均渗透率比值不大于3；该类型典型井位DLK5井 （见图2）。②“强舌进水侵”型，主要表现为生产水气比随时间上升较快，符合二次多项式关系，其相对高渗带渗透率与储层平均渗透率比值介于3～5之间；该类型典型井位DLK7井（见图3）。③“高渗透带水侵”型，主要表现为生产水气比随时间上升迅速，符合三次多项式关系，其相对高渗带渗透率与储层平均渗透率比值介于5～100之间；该类型典型井位DLK8井、DLK9井 （见图4、图5）。④“高导裂缝水侵”型，主要表现为生产水气比随时间上升迅速，符合指数关系，其相对高渗带渗透率与储层平均渗透率比值大于100；该类型在研究工区少见。

图1 气藏水侵特征图版

图2 DLK5井产水图

图3 DLK7井产水图

图4 DLK8井产水图

图5 DLK9井产水图

4 结 论

（1）根据实验模拟水驱驱替过程中的微观特征分析，认为水气藏内封闭气的形成主要为在驱替过程中水侵造成的绕流指进、卡断现象、盲端、贾敏效应、不连通孔隙和“H”型孔道等现象所致，研究区主要存在绕流指进、卡断现象2种类型。

（2）采用气藏天然气中饱和凝析水量计算与生产产水量的对比对气井产水类型进行了判断，雅克拉气藏产水类型主要为凝析水体，而大涝坝气藏存在凝析水体、地层边底水。

（3）依据实验室模拟和现场生产动态分析了夹层水和边底水的产出特征，认为夹层水的产出主要是由于在气层井点处压力降低时，附近夹层水在所在水层压力也会降低，从而形成压差而产出；对于高渗或较高渗夹层水层在存在较小驱动压差下就可被激活流动，而低渗夹层水层必须在较大的驱动压差下才能被激活流动。边底水的产出在一定压差下依照气藏相渗规律产出。

（4）采用单井数值模拟的方法对边水气藏水侵特征进行了总结，并划分了“弱舌进水侵”型、“强舌进水侵”型、“高渗透带水侵”型、“高导裂缝水侵”型4种水侵类型，研究工区内的主要存在前面3种水侵类型，“高导裂缝水侵”型水侵类型少见。

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