磨溪气田气水同采井水气比变化特征及机理

陈万钢，吕新东，衡 勇 ，陈 林，3，冯文光

（1.成都理工大学能源学院，四川 成都 610059；2.中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东 湛江 524057；3.中国石油西南分公司川中矿区，四川 遂宁 629000）

底水气藏通常采用避射水层和控制合理产量的生产方式，在不同生产压差下，储层内气、水两相会发生不同的渗流情况。许多学者对其进行了相关研究，分析了不同储层特征所产生的影响，在底水气藏水侵分析中取得了较好效果[1-13]。目前，四川气田部分底水气藏采用射开气、水层且气水同采的生产方式，其生产曲线和相应的储层特征都发生了较大变化[14-16]，笔者通过射孔模式对比，总结磨溪气田的生产动态特征，分析了生产动态所对应的储层特征与前人研究[3]的异同，在实际应用中取得了较好效果。

1 避射水层与气水同采对比

1.1 射孔模式对比

对于底水气藏，采用避射水层的生产方式（图1a），气层形成压力亏空后底水会向上锥进，见水时间关系式[17]为

式中：tbt为底水气藏见水时间，d；Mgw为气水两相流度比（简称气水比）；Kh为平面渗透率，μm2；Kv为垂向渗透率，μm2；ϕ为储层孔隙度，%；Swi为原生水饱和度，%；Sgr为残余气饱和度，%；h为气藏厚度，m；qg为产气量，m3/d；Bg为气体体积系数。

图1 避射水层与气水同采对比

从式（1）可知，避射水层的生产方式需要底水锥进至井底才见水，存在见水时间，并且垂向渗透率越大，见水时间越短。

底水气藏采用射开气、水层且气水同采的生产方式（图1b），地层水直接进入井筒，基本没有无水采气期，当气体能量不足以克制水体能量时，水体产出，有较短的无水采气期[18]。气藏见水更多反映的是水体和气体能量的关系，而不是式（1）中反映的见水时间与垂向渗透率的关系。磨溪气田采用该生产方式生产时，水气比出现了平稳、缓慢上升以及先平稳、后急剧增加等现象。

何晓东等针对底水气藏的避射水层生产方式，总结出描述底水入侵的一次方型、二次方型和三次方型3个公式[3]。笔者将气水同采井的水气比曲线与何晓东图版进行对比（图2），二者存在差异，结果显示，何晓东图版并不完全适用于气水同采井。

图2 水气比曲线图版

1.2 特征对比

磨X6井属于水气比缓慢上升、总体偏低型；磨X2井属于低水气比平稳型；磨X6井和磨X2井的水气比类型与何晓东提出的一次方型相同。

磨X7井生产初期水气比接近0，第360 d突然升高，随后稳定；磨X9井生产初期水气比稳定，后期急剧增加；磨X1井生产初期水气比高，生产840 d后逐渐下降，随后稳定。何晓东的二次方型和三次方型都不能准确地描述以上3种情况，但通过分段函数，即多段一次方型，即可准确地描述（图2）。从图2中即可看出，各直线段斜率直接反映了水气比变化特征，对矿场实际具有指导意义。

将上述井水气比变化特征，即图2中线段类型归纳为水气比与生产时间的一次方型（即线性关系），生产过程中，不同特征的储层有相应的线性关系，其表达式为

式中：v为水气比，10-4m3/m3；k为直线段斜率；t为生产时间，d；b为直线段截距，生产初期其为初始水气比，生产过程中其为阶段水气比，10-4m3/m3。

生产过程中压力波及不同特征的储层时，k值和b值将发生相应的变化。生产初期，b值反映井筒连通的水体体积大小，与连通水体能量成正比。

根据何晓东一次方型公式[3]，结合实际生产曲线，生产过程中水气比曲线可以归纳为5种类型段：①平稳段；②缓慢上升段；③快速上升段；④下降段，k值小于0；⑤跳跃段，b值发生突变。

水气比曲线都可以由这5种类型段组成，k值和b值根据生产动态确定。该方法操作简单，因2点即可确定一条直线，因此能在短时间内准确判断生产变化情况。

2 不同水气比曲线类型段的特征及机理

气水同采井生产时射开水层，气体和水体径向流入井筒，有效避免了气藏水侵。产水不能反映垂向渗透率，这与何晓东图版有区别。

不同水气比曲线类型段反映了与之相应的生产时间内压力波及区域内的特征，主要表现为：①平稳段。储层均质性较强，裂缝不发育，或发育微细网状缝，气和水能量基本相同。储层物性较好时，b值较大，即产水量较大；储层物性较差时，b值较小，即产水量较小，这与文献[3]的一次方型一致。②缓慢上升段。储层均质性较强，物性较好，裂缝不发育，或发育微细网状缝，地层水水体较大；该类型段与文献[3]的一次方型一致。③快速上升段。储层裂缝发育，连通性好，水体能量大；与文献[3]中的二次方型和三次方型相对应，但不能反映垂向渗透率与横向渗透率之间的关系。④下降段。k值小于0，表明水体能量减弱。生产初期出现下降段，表明近井地带连通性好，但不能反映裂缝特征，水体能量有限。随着生产进行，地层水产出，水气比下降；该类型段在文献[3]中未出现。分析认为，采用避射水层生产方式需要有相当能量的地层水才能获得突破，产水后如果不采取调整措施，水量很难下降，使得水气比曲线不能下降。⑤跳跃段。生产过程中，当b值出现跳跃，表明压力波及裂缝发育区，连通了新的水体，且水体能量大；该类型段在文献[3]中也未出现。

生产井射开气、水层进行气水同采，增加了井筒携液负担，当井筒出现积液甚至水淹时，不能像避射水层那样通过调整生产措施来进行治水。因此，开发生产初期充分认识储层和流体性质，分析井筒携液能力或者排水采气工艺效果非常重要。

3 实际应用

根据磨溪气田的生产数据确定了气水比曲线不同类型段k值和b值的取值范围：①平稳段，k值为0～0.2，b值小于3.6；②缓慢上升段，k值为0.2～0.45，b值小于3.6；③快速上升段，k值大于等于0.45，b值小于3.6；④下降段，k值小于0，b值小于3.6；⑤跳跃段，b值大于3.6。

根据每种类型段k取值范围可以判断产水变化特征。如磨X03井，产气量为2.3×104m3/d（图3），临界携液流量大于1.8×104m3/d。该井投产初期，k值约为0，水气比约为1.1×10-4m3/m3，属于平稳段；第13 d，k值为2.85，水气比为18.2×10-4m3/m3，属于跳跃段；第18 d，k值为-0.6，水气比为14.6×10-4m3/m3，属于下降段；生产20 d后，水气比为平稳段，反映出储层均质性较强，裂缝不发育，与静态地质认识一致。投产至今产水量均在井筒携液能力范围内，排除了井底积液的可能。

图3 磨X03井生产曲线

4 结束语

生产井射开气、水层且气水同采的水气比与避射水层生产井的水气比差别较大，其水气比曲线主要分为平稳段、缓慢上升段、快速上升段、下降段和跳跃段5种类型。笔者绘制的水气比曲线图版简单易操作，确定气藏的k和b值后，即可判断生产曲线的变化，现场应用情况较好。该图版应用时要求井筒具有足够的携液能力，使其不发生井底积液。但对于生产井射开气、水层且气水同采的储层内部压力变化所导致的渗流变化，需要进一步加强研究。

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