川西北部双鱼石区块栖霞组气藏水侵特征及开发技术对策

2023-01-09冉丽君李旭成万亭宇高雅洁

天然气勘探与开发 2022年4期

冉丽君罗静李旭成袁港万亭宇朱亮高雅洁吴丽

中国石油西南油气田公司川西北气矿

0 引言

目前国内外已投产的碳酸盐岩气藏，其开发效果普遍受水侵影响较大[1-3]，水侵导致气井产能下降甚至水淹停产，气藏采收率因而降低。双鱼石区块栖霞组气藏于2019年投入试采，为四川盆地首个二叠系栖霞组规模开发的气藏，气藏每年的年产气量约占整个川西北部年产气量的70%，产量贡献大。双鱼石区块栖霞组气藏为典型的稀井高产的高效开发模式，资源潜力大、试采效果好，然而生产过程中已陆续出现气井产水现象，对气井及气藏的稳产造成威胁。为此，有必要充分利用测试、动态监测、试采等资料，分析生产井的产水类型、水侵来源及水体大小，提出开发技术对策，保持气藏高效开发，也为同类型气藏的开发评价奠定基础。

1 气藏及生产特征

1.1 构造特征

双鱼石区块位于川西北龙门山断褶带与川北古中拗陷低缓带的过渡区，受龙门山推覆构造挤压作用，发育多条北东—南西向展布、近平行的褶皱断高构造群，具有“成排成带”特征（图1）[4-8]。根据断层和正向构造展布特征，可划分6个构造高带（条带），各高带（条带）共发育24个圈闭，这些构造圈闭均为近北东向构造展布，单个圈闭面积介于0.9～46.7 km2之间，累计面积为243.31 km2，整体表现为构造圈闭多、单个圈闭面积不大、构造较复杂。

图1 双鱼石地区栖霞组顶界构造图

双鱼石区块褶皱强度中等，断裂发育，以逆断层为主，断层走向与构造走向大体平行，呈北东东向展布。地震解释断层84条，断层延伸长度为1～40 km，其中长度大于10 km的断层有16条；断层落差大，落差在70～900 m之间。断层特征是气藏内部连通性及流体分布的重要影响因素。

1.2 生产特征

双鱼石区块主要生产层位为下二叠系栖霞组，气藏目前有生产井8口，平面上主要位于③号条带北部。2021年8月，气藏平均日产气353.84×104m3、日产水214.83 m3。截至2021年8月，气藏累计产气 21.92×108m3，累计产水 10.28×104m3。气藏整体生产较平稳，单井日产气介于4.5×104～80×104m3之间，平均单井日产气为32.54×104m3。

气藏的气水分布受构造影响，无统一气水界面。完井测试时仅1口井为气水同产，即位于②号条带北部的双探X井，测试产气量3.25×104m3/d、产水量150 m3/d。邻近的双探Y井测试产纯气，该井测井解释纯气层底界海拔（-6 865 m）较双探X井水层顶界海拔（-6 823 m）低约40 m。构造低部位的产纯气，构造高部位的却气水同产，造成这种现象的原因，分析认为双探X井测试所产水为局部封存水，气藏无统一气水界面。再结合投产气井的静态、动态特征，双探E井比双鱼G井构造位置高（图1），两井从投产到见水（即产出地层水）的时间，双探E井却比双鱼G井短，表明气藏的气水关系复杂、水侵预测难度大[9-12]。

2 产水类型及气藏水侵特征

2.1 产水类型判别

2.1.1 判别方法

2.1.1.1 离子分析法

根据水分析资料，开展气藏的水化学特征研究。通过对比工作液、混合液（凝析水+工作液）、凝析水、地层水的各项水化学指标，发现差别较大的参数主要为矿化度、钾钠离子、氯根及微量元素（Sr2+、Ba+、Br-），利用其差异性建立双鱼石区块栖霞组气藏的产水类型分类标准。根据水性分类标准对比（图2），目前8口生产井中，双鱼A、双鱼C、双鱼B这3口井产凝析水，双探E、双鱼G、双探F这3口井产地层水，双探H、双鱼D这2口井产混合液。

图2 双鱼石区块栖霞组气藏各井水性判断散点图

2.1.1.2Gp—Wp关系曲线法

分析工区生产井的Gp—Wp特征曲线（Gp为累产气量，104m3；Wp为累产气量，m3），主要有3种：近直线型、两段变缓型、多段变陡型。其对应的产水类型，分别为凝析水、混合液、地层水。①生产过程中，水气比保持稳定，Gp—Wp特征曲线为近直线型，气井以产凝析水为主；②生产过程中，产水量不断降低，Gp—Wp特征曲线为两段变缓型，气井初期产出液体为工作液且产液量较大，随着工作液逐渐排尽之后，气井以产凝析水为主，那么总体上气井产混合液；③生产过程中，产水量和水气比不断升高，Gp—Wp特征曲线为两段或三段变陡型，气井以产地层水为主。

气藏各井Gp—Wp特征曲线如图3所示，分析结果为：①双鱼A、双鱼C、双鱼B、双鱼D这4口井曲线呈近直线型，属于特征曲线中的第1种，气井产凝析水；②双探H井曲线变缓，属于特征曲线中的第2种，气井产混合液；③双探E井曲线变陡，双鱼G井曲线突然变陡，属于特征曲线中的第3种，气井产地层水，再结合水性对比分析，判断这2口井所产地层水正是栖霞组地层水；④综合分析认为，双探F井的曲线特征不能作为判断产水类型的依据，该井所产水为观雾山组地层水沿井筒窜入所致。

图3 双鱼石区块栖霞组气藏各井Gp—Wp关系曲线图

2.1.1.3 Stiff 图版法

Stiff图版法主要分析气井在不同时间下产出液体中 K++Na+，Ca2+，Mg2+，Cl-，SO42-，HCO3-等的变化，若Na++K+与Cl-呈分离状且开口逐渐增大，说明产出地层水，此时Stiff图会从之前的柱状或刀把状逐渐张开变成伞状。根据气藏各井Stiff图版（图4），可以看出：①双鱼A、双鱼C、双鱼B、双鱼D井在图上呈刀把状，表明未产出地层水；②双探F、双探E、双鱼G井在图上呈现伞状，表明产出地层水，伞状为地层水使氯离子含量增加所致；③双探H井的Stiff图版尽管呈伞状，但结合水气比变化，综合判断该井产出水为混合液。

图4 双鱼石区块栖霞组气藏各井Stiff图版

需要注意的是，用Stiff图版法识别产出水是否为地层水，需要地层水流入井筒才能进行识别，因此存在一定的滞后性。

2.1.2 判别结果

气藏现有生产井8口，均存在不同程度的产水，通过上述离子分析法、Gp—Wp关系曲线法、Stiff图版法及生产动态分析，形成气藏早期产水类型综合判别图版（表1）。图版中将气井产水类型归为3种：类型1、类型2、类型3，分别对应的产水性质为地层水、凝析水、混合液（凝析水+工作液）。气藏各井判别结果为：①双探F、双探E、双鱼G共3口井属于类型1，产地层水，其中2口井（双探E、双鱼G）产出栖霞组地层水；②双鱼A、双鱼C、双鱼B这3口井属于类型2，产凝析水；③双鱼D井为投产新井，产液性质为工作液，并将过渡为凝析水，该井产水类型属于类型3，产混合液；④双探H井早期矿化度较高，目前逐渐下降，分析为受工作液影响，该井属于类型3，产混合液。

表1 双鱼石区块栖霞组气藏产水类型综合判别图版

对于气藏未来的投产井，可将各项分析指标结果在表1中相应位置打勾，与图版中3种类型的判别特征进行对比，判别为其中一种，明确产水性质。使用图版是一种相对简单易行的判别方法，但图版不是绝对的，遇上某些特征不明显的气井，尤其需要结合生产动态资料进行综合分析判断。

2.2 气藏水侵特征

2.2.1 产水井生产特征

根据上述产水类型判别方法，气藏产地层水的井目前共有3口，分别是双探E、双鱼G、双探F井。其中双探F井所产地层水不是栖霞组地层水，此处不作深入讨论。

产出栖霞组地层水的2口井：双探E、双鱼G井，其产水情况分析如下。双探E井于2019年11月投产，无水产气3个月后产地层水，初期产水量6 m3/d，后逐渐增至37 m3/d，目前水气比上升至4.1 m3/104m3，所产水的矿化度、特征离子含量呈缓慢上升趋势，Stiff图版呈伞状（图4g），Gp—Wp曲线持续上翘（图3g），为两段变陡型。双鱼G井于2020年1月投产，2020年9月产出地层水，水样的溴离子含量明显增加，矿化度、特征离子含量上升，Stiff图版呈伞状（图4h），Gp—Wp曲线为两段变陡型（图3h），这些变化特征均显示气井产出地层水；并且气井见水后，产水量迅速上升。通过对比发现，双鱼G井的无水采气期比双探E井要长一些，但见水后的水气比上升速度明显高于双探E井。结合水侵判别图版（图5）分析，认为双探E、双鱼G井早期产水动态特征反映出不同的水侵方式，双探E井表现为水体侵入气区速度相对较慢，属于强舌进水侵；而双鱼G井见水后产水量迅速上升，属于地层水沿高导裂缝窜入。

图5 双探E和双鱼G井水侵类型判别图版

2.2.2 水侵通道

根据双探Y井测井解释纯气层底界海拔-6 865 m，将气藏目前气水界面位置确定为-6 865 m。两口产水井（双探E、双鱼G井）位于③号条带（图1），该条带南北均存在构造低洼处（海拔-7 250 m），远低于纯气层底界位置-6 865 m，因此③号条带南北两侧均存在水体。

将唯一一口测试气水同产井（双探X井）在测试时所产栖霞组地层水的水性指标作为基准，对比3口生产见水井（双探F、双探E、双鱼G井）水样中的特征离子含量，双探E、双鱼G井与双探X井溴离子含量相当，均在300 mg/L左右，而双探F井溴离子含量较高，约600 mg/L，明显高于双探X井。再从Stiff图版（图6）看到，双探E、双鱼G井在图上呈现出的各项离子特征均与双探X井非常接近，而双探F井的形态所反映出的离子特征与双探X井有一定差异。因此认为双探E、双鱼G井的水源具有一致性，与双探X井同属栖霞组地层水体，而双探F井水源不同。

图6 产水井Stiff图版对比图

双探E井构造位置（-6 621 m）高于双鱼G井（-6 693 m），却先产地层水，表明水体并非沿着构造均匀侵入，而是与两口井所在位置的断层及裂缝发育特征密切相关。双探E井距离南边③、④号条带间的水体更近，约800 m，如果双探E井所产地层水来源于此，这个推测与该井在投产3个月后产出地层水的时间相符。且该井南面发育一条逆断层，向北东方向断距逐渐减小，断层未起到封隔作用，因此认为双探E井产水为③、④号条带间构造低洼处的水体沿着储层顺层侵入，这也与该井产水特征为舌进水侵相吻合。

双鱼G井距离北部②、③号条带间构造低洼处仅350 m，若是这部分水体发生水侵，从产水时间看，与该井无水采气期为9个月不符。且该井北部发育两条断层，2020年9月压力恢复试井成果显示，在距井150 m左右出现断层响应，根据平面位置分析为气井北部的一条断层响应，表明断层具有封隔作用，能有效阻挡北面低部位水体侵入，那么该井所产地层水并非来自构造北部。转而分析南部水体，南部③、④号条带间的水体与双鱼G井之间没有大断层封隔，储层连通性较好（图7），水体与该井距离约1.6 km，推算水侵时间与气井见水时间相符。因此认为南部③、④号条带间的水体是双鱼G井产水来源，且水侵路径发育小断层，与生产动态反映出的裂缝水侵特征吻合[13-14]。

图7 过双鱼G井南北向气藏剖面图

综上所述，双探E、双鱼G井的产水来源为同一水体，均来自于③、④号条带间构造低洼处（图1）。产水动态特征有所差异是由于两口井所在位置的断层及裂缝发育特征有所不同。结合试井解释成果来看，2020年8月，双鱼G井试井解释渗透率10.2 mD，双探E井试井解释渗透率0.39 mD，双鱼G井的渗透率远大于双探E井，与水侵判别图版所反映的产水动态特征一致，双鱼G井表现出地层水沿高导裂缝水窜的特征，双探E井则为地层水沿储层均匀推进。

2.2.3 水侵量计算

根据物质平衡法[15-17]和2口见水井的生产数据，计算气藏水侵量及相关参数（表2）。双探E井水驱指数0.68，水侵替换系数0.57，井区水侵量为26.04×104m3；双鱼G井水驱指数0.54，水侵替换系数0.56，井区水侵量为30.50×104m3。综合分析认为目前栖霞组地层水的水体能量为中等偏弱。双鱼G、双探E井自2020年开始产水，至今已带水生产2年，目前气水同产，产水情况基本稳定，暂时达到了开采与水侵之间的平衡，水侵前缘暂未向北东方向继续推进，这也证实了目前水体能量较弱，通过合理的技术对策可以进一步减轻水侵危害。

表2 物质平衡法计算水侵量结果表

3 开发技术对策

3.1 合理配产

通过产水类型判别，气藏已有3口产水井，均位于③号条带，且目前③号条带的采气速度已达3.6%，而天然气开发管理纲要中规定气水关系复杂气藏的采气速度一般不大于2.5%，对比可知气藏的水侵风险较大。为降低水侵风险，需要优化配产。根据气井生产特征，将气藏目前生产井分为2类：第一类，纯气井5口（双探H、双鱼A、双鱼B、双鱼C、双鱼D井），对纯气井采用经验法、采气曲线法以及节点分析法等多种方法综合分析进行配产[18-19]；第二类，产水井3口（双探F、双探E、双鱼G井），对产水井采用临界携液流量结合生产动态分析法进行配产[20-21]。多种方法分析计算的各井配产结果如表3所示。

表3 双鱼石区块栖霞组气藏各井配产结果表单位：104 m3/d

纯气井中，双鱼A、双鱼B、双探H井的合理配产结果与目前实际产量比较一致，暂不需要调整配产；双鱼C、双鱼D井合理配产结果分别为15×104m3/d、20×104m3/d，而两井目前实际配产21.5×104m3/d、36×104m3/d，均偏高，为降低水侵风险，建议下调配产。

产水井以临界携液流量为基准来考虑合理配产。双探F、双探E、双鱼G井分别计算临界携液流量为3×104m3/d、4×104m3/d、5×104m3/d，目前日产量分别为 4.5×104m3/d、5.5×104m3/d、8×104m3/d，3口井的实际产量均略高于临界携液流量，其理论分析结果、生产实际情况均为正常带液生产。

3.2 完善井网

双鱼石区块栖霞组气藏各条带储量动用不均衡。其中①号条带仅1口投产井（即生产井双探H井），目前动态储量占地质储量的比例为24.27%，该条带还有正钻井1口，预计储量动用程度较低。②号条带有双探J、双探K两口测试获气井（待投产），条带整体储量动用较难。③号条带有9口投产井，其中7口是目前生产井（双鱼A、双鱼B、双鱼C、双鱼D、双探E、双探F、双鱼G井），该条带动态储量占地质储量的比例为55.22%，储量动用程度较好，预计储量可全部动用。④号条带有2口测试获气井（待投产）、1口正钻井，储量动用程度待深化认识。各井在构造上的分布位置，如前述图1所示。

为提高储量动用率，结合各条带的井网、井距，建议在井控不足的构造上部署井位。其中①号条带双探H井以南由于受地震资料品质等影响，导致构造解释难度大、圈闭落实程度低，而双探H井以北区域位于剑阁自然风景区，故这些区域暂时无法部署井位；②号条带井网稀疏、储量暂未动用，建议在双探J与双探K、双探J与双探I井之间各部署一口开发井，提高②号条带储量动用率；③号条带储量动用较好，暂不需要部署新井；④号条带2口测试获气井尚未投产，待投产后、生产特征认识清楚后再论证新井部署为宜。

3.3 动态监测

为了进一步完善气藏水侵特征认识，建议开展针对性较强的动态监测资料录取与分析，为后期排水采气等措施提供依据。

1）针对已产栖霞组地层水的2口井（双探E、双鱼G），建议每季度实测井底流压，跟踪井筒流型、液面变化，每年实测井底静压，跟踪获取动态资料，支撑水体能量的进一步核算。

2）双探E井两次压力恢复试井解释结果发现，储层内区物性较外区下降幅度大，内区渗透率由0.39 mD下降至0.03 mD，外区渗透率由0.10 mD下降至0.06 mD，推测为地层水侵入近井地带所致。双鱼G井仅在见水前开展过一次压力恢复试井，为了解侵入地层水对该井近井地带渗流能力的影响，建议双鱼G井择期开展一次压力恢复试井。

3）建议以双探E井为示踪剂加注井、双鱼G井为监测井，定期监测示踪剂的含量，进一步验证两井所产地层水是否为同一水源。

4）双鱼C、双鱼D井构造位置较低、产水风险较大，目前两井只作过一次压力恢复试井，建议再次开展压力恢复试井，通过试井曲线叠加法进行水侵预警，同时建议两井每月开展水样全分析，跟踪监测所产水的水性特征。