元坝气田超深层生物礁气藏产水类型识别与开发对策

任世林 徐守成 杨 杰 张小青

中国石化西南油气分公司勘探开发研究院

0 引言

元坝气田位于四川省阆中市、广元市境内,构造整体表现为向NE倾斜的单斜构造，其西北部高，为九龙山构造向西倾伏端；中部为向斜轴部；南部为向斜翼部，为向南平缓抬升的斜坡。发育礁滩相沉积，纵向上“早期成滩、晚期成礁”、平面上“北礁南滩、礁体呈孤立状分布”，总体呈条带状叠置发育，礁后局部发育礁后滩。储层埋深约7 000 m，岩石类型以白云岩、生物礁灰岩为主。产层孔隙度均值4.8%，渗透率小于1 mD，储集空间类型主要包括溶蚀次生孔和原生孔，微裂缝发育。气藏气水关系复杂，不同礁滩体具有独立的气水系统，水体主要分布在东区。元坝气田高含硫化氢超深层碳酸盐岩气藏规模建产以来,少数气井逐渐出水，因而制定出适用于元坝气田产水井出水类型判别的方法。对于不同类型产水区合理高效治水措施的制定具有现实意义。在借鉴国内学者研究成果的基础上[1-9]，在选取采出程度与日水气比、出水天数与日水气比图版划分气井产水类型的基础上，结合成像测井、岩样、流体性质等综合确定气井出水类型。

1 气田出水简况

元坝气田产出水水型为氯化钙、矿化度介于20～55 g/L、阳离子以钾钠离子为主（图1）；在纵向上，地层水矿化度随埋深的增加呈增加趋势（图2）；采用水化学特征法、生产动态法，凝析水含量法，建立气田出水综合判别指标表（表1，图3）。

2 产水类型探索

产水量、水气比是气井出水的重要反映指标，在借鉴相关学者研究方法的基础上[1-5]，对8口典型产水气井（D2～D8井），采用复合诊断曲线（采出程度和水气比双对数曲线、出水累计天数和水气比变化曲线）进行产水井的类型划分。根据气井水侵类型诊断曲线上翘段直线的斜率值（图4-a）、水气比与出水累计天数变化情况（图4-b）可以划分出4种产水类型，据此将产水气井划分为“1型、2型、3型、4型”4种，且由图4-a和图4-b划分的结果是一致的。

2.1 动态特征

图1 元坝气田地层水主要阳离子含量图

图2 元坝气田产出液矿化度（TDS）和产层埋深关系图

表1 元坝气田出水情况综合判别指标表

图3 元坝气田典型气井累产气和累产水关系曲线图

图4 元坝气田产水类型辨识图

碳酸盐岩礁滩相底水气藏储集空间主要有孔隙、溶孔、裂缝及网状缝带，由于非均质性强，因此，气藏开发过程中，势必形成流体流动的优势通道，而流动阻力较小的孔隙、裂缝、溶孔、网状裂缝带是构成水侵通道的主要流动空间。优势通道之外的储集空间，地层压力波的波及程度低，水侵过程总体表现为沿优势通道的窜进特征。

结合上述分析及气井动静态资料，典型产水井的水侵动态特征为：“1型”表示中产水快速增长型，产水机理为“溶孔+裂缝型”，地层水主要沿溶孔和裂缝窜进、裂缝伴生溶蚀孔；“2型”表示中产水稳定增长型（礁滩复合），产水机理为“裂缝+孔隙（溶孔）型”，地层水主要沿裂缝和溶孔窜进；“3型”表示高产水稳定增长型，产水机理为“裂缝+溶孔型”，地层水主要沿大倾角裂缝窜进，其本质属于一种水窜；“4型”表示高产水急剧增长型，产水机理为“裂缝型”，地层水主要沿网状裂缝带突进（图4、表 2）。

2.2 静态特征

裂缝作用对海相碳酸盐岩储存性质影响很重要，根据元坝气田成像测井解释结果可见1型产水气井的天然裂缝发育密度最高，裂缝密度接近1.6条/m；1型、2型产水气井的天然裂缝发育密度较接近，3型产水井储层天然裂缝发育密度相对较低（表 3、图 5）[10-11]。

将100余组岩心的恒速压汞实验数据进行归类分析，发现元坝气田长兴组气藏以上4种不同类型产水气井的压汞曲线具有明显不同的形态特征（图6），参考相关学者的研究成果[12]认为：不同类型产水井的储集层具有不同的孔渗特征，这是产水气井生产动态特征表现出差异的根本原因。

3 开发对策

非均质底水气藏的水侵前缘主要位于储层的网状缝带上，水体在网状缝带上舌进侵入，相对渗透性越好、水侵速度越快。结合元坝气田的实际情况，采取了下述5条开发对策。

3.1 低位排水、高位控制

“低位排水”是指使地层水通过在气藏构造低部位的产水井产出，即低位排水控制水侵；“高位控制”是指控制在气藏构造高部位气井的生产压差和压降速率，使气藏整体压降均衡，有效防止底水气藏滩相水体突进入侵[13]。

元坝气田构造相对位置初步划分成4个区，气水分布概况见图7[14]， D5井和D9井处于相对构造低部位网状缝水侵带，保持产水气井稳定生产、积极实施带水采气，减小水体能量，延长高部位气井的无水采气期，依据“低位排水、高位控制”的开发对策，整个礁带3口产水井日累产量保持在30h104m3/d左右，低位排水取得较好效果；D3井属于构造相对高部位气井，该井严控生产压差在1 MPa左右、实现了稳定带水采气生产（图8）。

3.2 分类控水

气藏开发初期，在气水关系不清，对水体能量认识不足的情况下，影响最终采收率的主控因素是采气速度。对1型、2型气井尽量控压差、合理配产、控水采气，提高采收率；对3型、4型井应分段采取措施： ①采出程度在50%以前，优选“三稳定(井口油压、气水产量、水气比稳定)”工作制度，加强管理，坚持带水采气，“三稳定”工作制度本质是优选气井适合的开度，用合理的产气量将地层流入井筒的水全部带出到地面，采取“就地分离、气水分输、固定制度、避免关井、勤加分析、井类各异、区别对待”的管理措施；②采出程度大于50%后，选用工业措施排水采气，如泡沫助排[15]。

表2 元坝气田出水类型辨识表

表3 元坝气田产水气井成像测井解释情况表

图5 元坝气田产水气井裂缝发育展示图

3.3 低排低采、低排高采

气藏控水即不让地层水窜流进入气藏，在气水界面的低点将地层水采出地面。对于生产井段在气水界面的气水同产，即“低排低采” ；针对除了有“低排低采” 井生产，气水界面之上还有气井的生产，就需要高部位气井的井底流压高于“低排低采” 气井的井底流压、防止水侵入高部位气井，即“低排高采”[3]。

图6 不同类型产水气井恒速压汞曲线图

图7 元坝气田气水关系分布概况图

3.4 封堵水层、排水采气

水侵会严重影响气井产能的释放，产水层在低部位的直井，可以封堵水层[14]、保持上部产层打开继续生产。目前，相关研究机构已成功研制出“耐高温、抗高盐度、pH值适用范围大”的高效泡排剂，开展高含硫气田超深水平井、大斜度井的泡沫排水采气工艺已日趋成熟。

图8 采气曲线对比图

3.5 水资源回用

地层水先经过“汽提+混凝+沉降+过滤”密闭式集中处理达标后，再通过“预蒸发系统+三级低温多效蒸馏+芬顿反应+无机碳微滤膜+反渗透膜系统”深度处理后作为循环冷却水使用。目前，针对高含硫地层水处理的低温多效蒸馏技术已在元坝气田水处理资源化回用中取得了成效，处理后水质达到《炼化企业节水减排考核指标与回用水质控制指标》(Q/SH 0104-2007)的循环冷却水标准、成品盐达到工业盐标准，实现资源化回用。

4 结论

1）通过采出程度和水气比的双对数曲线法将产水气井的类型划分为1型、2型、3型、4型共4种。

2）不同类型气井的水侵特征表明：1型水侵类型为“溶孔+裂缝型” ,水侵特征为无水采气期可持续至采出程度13%左右，平均水气比较小；2型为“裂缝+孔隙（溶孔）”， 无水采气期可持续至采出程度9%左右，产水量相对较小，平均水气比较小；3型为“裂缝+溶孔”型，无水采气期较短、平均水气比较大；4型为网状裂缝型，基本没有无水采气期，产水量急剧增大、平均水气比大。

3）针对元坝气田4种类型的产水井，提出5项开发对策：①“低位排水、高位控制” ；②分类控水；③“低排低采、低排高采” ；④“封堵水层、排水采气” ；⑤水资源回用。