边底水凝析气藏气井出水来源综合识别方法

高大鹏，李莹莹，高玉莹

(1.北京大学，北京 100871;2.中油勘探开发研究院，北京 100083;3.中国石油大学，北京 102249;4.曲阜师范大学，山东 曲阜 276826)

引 言

边底水凝析气藏在中国新、蜀、湘、鄂地区分布较广，这类气藏由于高产凝析油而具有特殊的经济价值，其合理、高效的开发也越来越受到重视［1－3］。延长无水采气时间，见水后合理控水以及带水采气均需对气井出水来源有及时准确的判断。目前国内外学者对于常规气藏的出水来源判断已做了很多研究［4－8］，但这些研究成果对于地层内易出现油、气、水三相流动的凝析气藏而言适用性不强，并且没有对不同阶段的出水来源进行系统地跟踪判断。考虑到边底水凝析气藏气井出水来源的多样性和特殊性，结合常见的凝析水、层间水窜、夹层水和边底水4类主要出水来源，提出了一套系统的综合识别方法。

1 识别方法技术思路

1.1 凝析水分析

凝析水是在地层条件下呈气态的部分地层水，随气体采出到地面后，由于压力、温度的降低而析出，从而致使气井产水，主要通过定性和定量2种方法对凝析水含量进行分析。

(1)定性分析。凝析水的矿化度通常小于1×104mg/L，而地层水的矿化度则相对较高，通常大于8×104mg/L。据此可根据不同生产阶段测得的单井产出水矿化度初步判断是否为凝析水。

(2)定量计算。①利用Mcketta－Wehe图版计算标准状况下单位体积气体在地面和地层条件下的水蒸气含量，通过二者的差值得到采出单位体积气体时伴随采出的凝析水量;②凝析水含量是气藏温度、压力和矿化度的函数，可用经验公式计算。将以上2种方法的计算结果与单井实际采出每立方米气的含水量进行比较，可以进一步确定产出水是否仅为凝析水。

1.2 单井生产动态分析

凝析气井的生产动态分析是判断单井出水来源的重点，凝析气藏本身在一定温度、压力范围内存在反凝析和逆蒸发现象。如果凝析气藏带有能量较强的天然水体，通常在采用衰竭方式进行开采时，随着地层压力的下降，会出现明显的底水锥进现象，并伴有凝析油在近井地带附近析出，形成凝析液高饱和度区，气相相对渗透率降低，凝析气井的产能也大幅度降低。在此过程中，由于气藏构造物性、气井位置、采气速度等的不同，凝析气井会表现出不同的生产动态，但同时又遵循一定的规律。通过对塔河、柯克亚、牙哈等凝析气藏35口出水气井的生产动态数据进行分类统计，归纳了不同出水来源的单井动态变化特征，如表1所示。

表1 不同出水来源的单井动态指标变化特征统计

绘制单井生产动态曲线，分析出水来源评价指标(水气比、含水率、油气比)随时间的变化规律，与总结的不同出水来源的单井动态指标变化特征进行对比，初步判断气井出水来源。其中水气比在常规气藏的单井出水来源识别中应用较多，含水率和油气比则是针对凝析气藏的反凝析特性和井底附近的油、气、水三相流动提出的评价指标［9－10］。

1.3 单井测井解释分析

通过凝析气藏测井解释可以综合判断油(油环)、气、水层，一般采用比较分析的方法，即在一个地层水电阻率基本相同的井段内，对岩性相同的地层进行储油物性(孔隙度和渗透率)，含油气性(录井显示、定量计算和直观显示的含油气饱和度)和电性测井曲线的形态特征，可动油气和可动水显示，识别油、气、水层的图形显示的比较［11］，凝析气田油、气、水、干层的判别标准如表2所示。

表2 凝析气藏油、气、水、干层判别标准

根据测井解释结果具体判断凝析气井出水来源的步骤如下。

(1)分析气井投产前地层中原始静态气水分布特征，估算各采气井的避水高度。

(2)分析不同钻遇层段的孔隙度、渗透率以及含水饱和度等地层属性参数，对于水平井而言，尤其要分析水平段轨迹与渗透率之间的对应关系，在横向和纵向上分析是否存在高渗带。

(3)分析夹层的分布位置及厚度，绘制整个区块的测井解释联井剖面图，便于了解夹层的展布特征。

(4)利用测井曲线估算泥质含量，通过分析泥质含量与排驱压力之间的关系，计算出夹层水的临界流动压差，判断是否存在夹层水。

1.4 井间优势渗流通道识别

存在较大能量水体的凝析气藏在选用天然能量开采时，边底水将作为一种重要的驱动能量［12］。当气井水淹后由于地层水的冲刷剥蚀作用有可能形成大孔道，或者两井之间存在微裂缝等高渗带，都将造成正常生产的气井由于层间水窜而见水。

优势渗流通道识别是一个完整的系统过程，可从油藏地质和开发两方面入手对优势渗流通道是否存在和发展程度进行定性判别。首先筛选影响和标志优势渗流通道形成的主要因素和指标，并分析它们之间的相关性;然后研究确定各因素的变化范围，归一化评判指标和权重值;最后利用模糊理论方法综合处理各种静、动态因素指标，建立优势渗流通道定量识别模型进行综合判断。

1.5 出水层位判断

绘制单井生产测试剖面，初步确定出水层位。对于凝析水和夹层水，产水量与产气量同步变化，主力产气层与主力出水层相同。对于层间水窜，不同生产阶段测试的主力出水层位可能发生迁移。对于边底水，不同生产阶段出水层位不变，低部位层组的出水量较大。

1.6 数值模拟论证

凝析气藏数值模拟技术作为气田开发决策的工具主要用于研究气藏的各种机理、分析影响因素及参数敏感性、模拟生产过程、预测未来开发动态和可行性方案优选，由此可跟据拟合的生产历史过程，表征气井周围含气、水饱和度变化特征以及地层水体的活动过程［13－14］。结合凝析气藏的地质构造特征、测井数据及钻完井资料，建立精细地质模型，尤其需要准确表征夹层;再利用收集的油气样品实验结果，针对凝析气藏反凝析特性开展相态拟合;最后结合单井实际生产动态资料运用组分模型进行历史拟合，并观察各单井的出水来源与之前的判断是否相符。

2 实例分析

以新疆塔里木盆地塔河凝析气藏A区块某2口采气井(1、2井)为例，采用跟踪识别方法分析其不同阶段的出水来源。已知该区块为常温常压中高孔、中高渗砂岩底水凝析气藏，属三角洲前缘亚相沉积，自下而上由多个正韵律沉积旋回组成且非均质性较强。气藏平均地层压力为44.74 MPa，平均地层温度为97.8℃，采出的天然气相对密度为0.668，地层水矿化度为22.1×104mg/L，其中1井为直气井，2井为水平气井。

(1)利用Mcketta－Wehe图版计算采出1 m3天然气可伴随采出凝析水5.5 g。1、2两口井见水时每1 m3天然气含水量计算结果分别为1700 g和331 g，并且产出水样矿化度均远大于8×104mg/L，综合判定2口井刚见水时均已产地层水。

(2)从单井生产动态曲线(图1、2)分析可知:①1井投产初期高含水且含水率稳定，此时油气比和水气比基本保持稳定，进一步判断所产地层水为夹层水;当夹层水量及其供应能量枯竭之后含水率明显下降，水气比也有所下降;继续生产1.5 a左右，含水率急速上升，油气比也与之同步上升，表现出底水锥进的特征;②2井生产过程中含水率和水气比波动性变化，总体呈现上升趋势，且在后期含水率较高时，油气比迅速上升，表现出明显的层间水窜特征，同时邻近的1口射开层位较高的直采气井已经水淹，提供了层间水窜的条件。

图1 1井生产动态曲线

图2 2井生产动态曲线

(3)从2口井的测井解释结果分析可知:①1井避水高度为7 m，射开的产层内有明显的夹层但对底水起不到遮挡作用，渗透率和孔隙度均在区块平均范围内，非均质性较弱，可见同时具备产夹层水和底水的条件;②2井避水高度为7.5 m，水平段内横向非均质性较强，射开产层与水层之间存在厚度大、发育好的夹层，对底水起到明显的遮挡作用，底水短时间内锥进到井底的可能性不大。

(4)1井与周围采气井之间不存在优势渗流通道，2井与邻近的1口水淹井之间存在较为明显的优势渗流通道，由此基本可以确定2井见水是由于邻近井高含水后造成的层间水窜。此外，该区块仅有一个产气层因而未判断出水层位。

(5)采用斯伦贝谢公司的E300组分模型进行数值模拟，油气样品中凝析气组分有14种，组分过多会导致运算时间过长，因此根据物理化学性质相近及适度合并原则对组分进行合并［15－17］，在保证精度的前提下将14种组分组合为8个拟组分，然后对恒质膨胀、等容衰竭、差异分离等PVT实验进行拟合，随后开展生产历史拟合。

图4 2010年5月1井附近地层含气饱和度

1井生产历史数值模拟结果。从1井纵向剖面含气饱和度变化图(图3～5)中可以看到，1井投产后一直到2010年5月底水没有明显锥进，而在井附近地层由于夹层水的存在含水饱和度较高，可见在1井开采初期高含水是由于夹层水的供给;后期1井底部水锥的模拟效果非常明显，2013年7月底水已经锥进到井底，这是后期再次高含水的原因。

图5 2013年7月1井附近地层含气饱和度

2井生产历史数值模拟结果。从2井的纵向含气饱和度剖面图(图6)中可以看到，2010年9月2井底部并未出现底水锥进的现象，可见底部气层内夹层对于底水的遮挡作用非常明显;截至2013年7月，从2井的生产数据上来看已经见水严重，从2井的横向含气饱和度剖面图(图7、8)中可以发现，底水从邻近一口直井方向窜入2井，已知这口直井在2009年10月已经出现水淹，水淹后提升了附近地层的气水界面，造成底水沿井间优势渗流通道窜至2井井底，导致2井高含水生产。

图6 2010年9月A区块含气饱和度纵向剖面

图7 2井附近地层含气饱和度

图8 2013年7月2井附近地层含气饱和度

3 结论

(1)凝析气藏单井出水来源跟踪识别方法主要包括:凝析水分析、单井生产动态分析、单井测井解释分析、井间优势渗流通道分析、出水层位判断以及数值模拟论证6个步骤。考虑边底水凝析气藏的反凝析特性，在判别过程中对油、气、水三相流动加以分析，确保出水来源识别的时效性和准确性。

(2)结合新疆塔里木盆地塔河凝析气藏A区块某2口采气井进行实例分析，其中1井投产初期见夹层水，随后底水锥进到井底造成水淹;2井由于邻近井水淹改变了附近地层的气水分布状态，由井间的优势渗流通道发生层间水窜。

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