孔灘氣田茅口組氣藏孔6裂縫系統(tǒng)水侵探討

任世林，孫天禮 （中石化西南油氣分公司川東北采氣廠，四川 閬中637400）

張翠蘭 （重慶市能源投資集團(tuán)科技有限責(zé)任公司瓦斯研究院，重慶400060）

馮國(guó)慶 （油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （西南石油大學(xué)），四川 成都610500）

王煒 （上海洗霸科技股份有限公司，上海200437）

張愛華 （中國(guó)石油西南油氣田公司蜀南氣礦，四川 瀘州646001）

我國(guó)大多數(shù)氣藏均屬不同程度的有水氣藏，其中邊底水活躍的氣藏約占40%～50%。四川盆地作為我國(guó)天然氣生產(chǎn)主要?dú)鈪^(qū)之一，有水氣藏的儲(chǔ)量占總儲(chǔ)量的70%以上，川西南、川中、川南等氣礦80%的天然氣產(chǎn)自有水氣藏。有水氣藏開發(fā)的難點(diǎn)就是水侵問題，對(duì)于有水氣藏來說，水侵是不可避免的。邊、底地層水侵入氣藏會(huì)形成水封氣，氣藏開發(fā)效果變差甚至水淹，導(dǎo)致采收率下降。因此，有水氣藏見水甚至水淹之后的水侵分析和水侵治理成為有水氣藏開發(fā)的重大課題。而對(duì)于有水氣藏制定行之有效的治理方案，首先需要對(duì)氣藏的水侵情況進(jìn)行分析，為水侵治理提供理論依據(jù)[1]。為了探討有水氣藏水侵分析方法和理論，以蜀南地區(qū)孔灘氣田茅口組孔6裂縫系統(tǒng)有水氣藏為例，對(duì)有水氣藏水侵量、水體能量、水侵強(qiáng)度、水侵動(dòng)態(tài)與途徑等進(jìn)行深入研究，為氣藏下一步的合理開發(fā)提供方法途徑，并為排水方案的設(shè)計(jì)提供參數(shù)依據(jù)。

1 孔灘氣田地質(zhì)開發(fā)概況

孔灘氣田是一個(gè)受北東－南西向背斜控制的圈閉，長(zhǎng)軸為8.5km，短軸為2.4km，閉合面積7.2km2，閉合度50m?？诪馓锵露B統(tǒng)茅口組氣藏儲(chǔ)層屬海相碳酸鹽巖儲(chǔ)層，巖性為基質(zhì)致密的厚層塊狀云、灰?guī)r，厚度200～500m。該區(qū)有孔23號(hào)、孔24號(hào)兩條主斷層切割，氣藏儲(chǔ)層斷層、裂縫發(fā)育，屬低孔低滲的 “裂縫－溶洞型”、“裂縫－洞隙型”儲(chǔ)層。茅口組儲(chǔ)層主要發(fā)育于上部茅三段、茅四段地層中。溶孔、溶洞是氣藏的主要儲(chǔ)集空間，裂縫是氣藏的有效滲濾通道。

孔灘氣田茅口組氣藏共有10口氣井先后投入生產(chǎn)。經(jīng)試采資料和生產(chǎn)動(dòng)態(tài)資料證明，構(gòu)造東高點(diǎn)范圍為孔6裂縫系統(tǒng) （包括孔6井、孔10井、孔21井），西高點(diǎn)范圍為孔9裂縫系統(tǒng) （包括孔9井、孔11井、孔12井、孔13井），孔南鼻突上的孔27井和孔24井為單井裂縫系統(tǒng)，共4個(gè)裂縫系統(tǒng)，見圖1。

圖1 孔灘氣田茅頂構(gòu)造圖

孔6裂縫系統(tǒng)2009年復(fù)核地質(zhì)儲(chǔ)量15.06×108m3?？?井自1976年12月8日投產(chǎn)以來，先后有孔10井、孔21井 （孔10井的開發(fā)補(bǔ)充井）相繼投產(chǎn)，氣藏產(chǎn)能高達(dá)43×104m3/d；1980年10月～1986年11月期間氣井出水量迅速增大并居高不下，產(chǎn)能大幅度下降；至2001年11月以后，孔6裂縫系統(tǒng)已全面水淹停產(chǎn)。

截至2009年底，孔6裂縫系統(tǒng)累計(jì)采氣量8.76×108m3，累計(jì)產(chǎn)水量62.70×104m3，采出程度58.17%，剩余地質(zhì)儲(chǔ)量6.30×108m3。因此，需要研究地層水侵入水侵動(dòng)態(tài)與途徑，從而采取相應(yīng)的治水措施挖掘剩余儲(chǔ)量。

2 水侵量計(jì)算與分析

2.1 水侵量計(jì)算方法

對(duì)有水氣藏進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析或預(yù)測(cè)，一個(gè)關(guān)鍵的任務(wù)就是計(jì)算氣藏的水侵量，它對(duì)有水氣藏下一步合理開發(fā)有重要意義。

計(jì)算氣藏天然水侵量的方法很多，其中傳統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)流法和非穩(wěn)態(tài)流法是主要方法之一。穩(wěn)態(tài)流法水侵量計(jì)算建立在達(dá)西穩(wěn)定滲流的基礎(chǔ)上，適用于具有水體很大、儲(chǔ)層高滲、采氣速度不高的氣藏。對(duì)于氣區(qū)和水區(qū)的滲透率都不大或者水區(qū)的滲透率不大，具有較大水域的氣藏，在壓力降傳遞到水區(qū)的外邊界之前的階段，或者氣藏具有封閉的水區(qū)，水區(qū)中的水以不穩(wěn)定流動(dòng)狀態(tài)向氣藏侵入，此時(shí)就不能用穩(wěn)態(tài)流法計(jì)算水侵量，而需要使用不穩(wěn)態(tài)流法來計(jì)算氣藏的水侵量。

但是，上述方法也存在一些缺陷：在計(jì)算水侵量時(shí)，首先要對(duì)水體形態(tài)和大小進(jìn)行一定的估算，然后才能進(jìn)行試算，計(jì)算過程煩瑣[2]。而物質(zhì)平衡法僅需要?dú)獠氐纳a(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，就可計(jì)算水侵量，不需要估計(jì)水體的形態(tài)和大小[3]。在物質(zhì)平衡理論的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的水侵量計(jì)算方法主要有非線性物質(zhì)平衡法、壓降曲線法、圖解計(jì)算法等。

2.2 孔6裂縫系統(tǒng)水侵量計(jì)算

為了使水侵量計(jì)算結(jié)果更為可靠，分別應(yīng)用穩(wěn)態(tài)流法、非穩(wěn)態(tài)流法以及物質(zhì)平衡法中的非線性物質(zhì)平衡法來計(jì)算孔6裂縫系統(tǒng)的水侵量。

2.2.1 多元回歸法計(jì)算地層水儲(chǔ)量

為了估算裂縫系統(tǒng)水體參數(shù)，需要計(jì)算地層水儲(chǔ)量。多元回歸法綜合擬和了氣藏的巖性、流體物性以及氣藏溫度、壓力等氣藏物性，因此計(jì)算得到的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量和地層水儲(chǔ)量與實(shí)際比較相符。采用多元回歸法計(jì)算地層水儲(chǔ)量為5350×104m3。

2.2.2 水侵量計(jì)算分析

根據(jù)氣藏地質(zhì)構(gòu)造和地層水儲(chǔ)量，對(duì)裂縫系統(tǒng)的氣藏水體參數(shù)進(jìn)行了估計(jì)。由氣藏的生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)，應(yīng)用穩(wěn)態(tài)流法、非穩(wěn)態(tài)流法累計(jì)水侵量公式計(jì)算了孔6裂縫系統(tǒng)徑向系統(tǒng)、半球形系統(tǒng)和線性系統(tǒng)3種天然水域外邊界條件下不同時(shí)期的累計(jì)水侵量，計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 孔6裂縫系統(tǒng)累計(jì)水侵量計(jì)算結(jié)果

由穩(wěn)態(tài)流法和非穩(wěn)態(tài)流法累計(jì)水侵量計(jì)算結(jié)果可以看出，穩(wěn)態(tài)流法計(jì)算的水侵量遠(yuǎn)大于非穩(wěn)態(tài)流法計(jì)算的水侵量。而孔6裂縫系統(tǒng)動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量為15.06×108m3，根據(jù)原始條件下的體積因數(shù)計(jì)算原始條件下的天然氣體積為653.37×104m3，孔6裂縫系統(tǒng)不適合用穩(wěn)態(tài)流法計(jì)算。非穩(wěn)態(tài)流法的徑向流模型和直線流模型計(jì)算的累計(jì)水侵量小于累計(jì)產(chǎn)水量，與氣藏的水侵實(shí)際不相符合。

非線性物質(zhì)平衡法與半球形流模型計(jì)算所得到的水侵量相接近，說明氣藏外部水體為底水，并且為有限封閉水域。從產(chǎn)能分析上看，孔6井、孔10井投產(chǎn)前測(cè)試產(chǎn)氣量較大且不產(chǎn)水，投產(chǎn)后產(chǎn)能較大并均經(jīng)過2a左右的無水采氣期 （表2），出水后產(chǎn)能下降迅速、產(chǎn)水量很大且穩(wěn)定；從出水時(shí)間上分析，位于構(gòu)造低部位的孔6井產(chǎn)水后，位于構(gòu)造高部位的孔10井和同井場(chǎng)的孔21井投產(chǎn)后均有2a左右的無水期。假如地層水以邊水形式推進(jìn)到孔10井，孔21井不可能有2a左右的無水期。分析認(rèn)為，孔21井的無水采氣期，除了該井只打開了茅口組頂部外，還受到孔6井不斷開采的影響。

綜上所述，孔6裂縫系統(tǒng)的水是以底水的形式推進(jìn)的。從氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)上分析，孔21井在前面孔6井、孔10井累計(jì)產(chǎn)水55.49×104m3以后，產(chǎn)水量明顯小了很多，也說明孔6裂縫系統(tǒng)的水體能量有限。這與非穩(wěn)態(tài)滲流模型計(jì)算水侵量所得結(jié)論相符。

表2 孔灘氣田孔6裂縫系統(tǒng)出水情況統(tǒng)計(jì)表

3 水侵動(dòng)態(tài)分析

由于水侵對(duì)氣藏開發(fā)影響很大，在研究有水氣藏開發(fā)時(shí)，必須重視研究水侵動(dòng)態(tài)及其途徑，以對(duì)氣藏水侵進(jìn)行抑止和治理，提高氣藏采收率。

3.1 水體能量分析

地層水體的最大能量可以采用如下公式計(jì)算：Wei＝CePaq，iVi。式中：Ce為含水層的綜合壓縮系數(shù)，MPa－1；Vi為含水層中初始水體積，m3；Paq，i為初始狀態(tài)下地層水體壓力，MPa；Wei為含水層水體最大膨脹量，m3。因?yàn)槌跏紶顟B(tài)下地層水體壓力無法進(jìn)行測(cè)試，該次計(jì)算中采用氣藏的原始地層壓力進(jìn)行估算?？?裂縫系統(tǒng)多元回歸法計(jì)算的地層水儲(chǔ)量為5350×104m3，裂縫系統(tǒng)原始地層壓力為27.804MPa，應(yīng)用上式計(jì)算地層水體最大膨脹量為240.87×104m3，目前孔6裂縫系統(tǒng)累計(jì)產(chǎn)水62.70×104m3，也說明孔6裂縫系統(tǒng)地層水體能量有限。

3.2 水侵強(qiáng)度分析

水侵強(qiáng)度是指氣藏水侵的強(qiáng)弱程度。氣藏水侵的強(qiáng)弱主要取決于全天然水域的大小、幾何形狀、地層巖石物性和流體物性的好壞以及氣水間的壓差、水源補(bǔ)給狀況等因素。一般水域范圍越大，滲透性越好，水黏度越小，壓縮性越大，水侵強(qiáng)度越大。而水侵強(qiáng)度與水侵指數(shù)B密切相關(guān)，可以定性地分析氣藏水驅(qū)的強(qiáng)弱程度。水侵越強(qiáng)，B值就越?。环粗驮酱?。當(dāng)B＝1時(shí)，說明水驅(qū)為剛性，即從地層中采出多少氣，就侵入多少水，從而保持壓力不變；當(dāng)B→∞時(shí)，這時(shí)氣藏未發(fā)生水侵，為純彈性氣驅(qū)氣藏；當(dāng)1＜B＜∞時(shí)，氣藏為一般性水驅(qū)氣藏；當(dāng)B≥4.0時(shí)，水侵強(qiáng)度就變得很弱，可以不考慮水侵對(duì)氣藏開采的影響。

由非線性物質(zhì)平衡法的計(jì)算得出孔6裂縫系統(tǒng)水侵指數(shù)B＝3.5677，結(jié)合孔6裂縫系統(tǒng)產(chǎn)水狀況，可判斷孔6裂縫系統(tǒng)地層水屬次活躍水體。

3.3 產(chǎn)水特征分析

根據(jù)各口井產(chǎn)水特征的分析、產(chǎn)層中部海拔高度以及在構(gòu)造圖中的位置，可對(duì)孔6裂縫系統(tǒng)的水侵特征分析如下：

1）遠(yuǎn)離斷層氣井無水采氣期較長(zhǎng)，出水后來勢(shì)較慢。這類井離斷層較遠(yuǎn)，地層水主要是沿裂縫橫向侵入。其產(chǎn)水特征表現(xiàn)為：無水采氣期較長(zhǎng)，出水后，來勢(shì)較緩慢，最高產(chǎn)水量不超過100m3/d，關(guān)井后水基本能退回地層。這種產(chǎn)水特征的出水井是孔6井、孔21井。

2）位于斷層附近的氣井無水采氣期較短，出水突然且來勢(shì)兇猛。這類氣井位于斷層附近，地層水主要是沿?cái)鄬樱芽p水竄侵入，其產(chǎn)水特征表現(xiàn)為：無水采氣期較短，出水前無預(yù)兆，出水來勢(shì)兇猛，產(chǎn)水量較大。出水后氣井產(chǎn)氣量快速下降，甚至過早水淹。這種類型的出水井是孔10井。

3.4 水侵動(dòng)態(tài)與途徑

根據(jù)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)資料和水侵能量的論證，對(duì)氣藏的水侵動(dòng)態(tài)進(jìn)行分析，并結(jié)合氣藏的地質(zhì)情況分析水侵的方式和途徑。

圖2 孔6裂縫系統(tǒng)水侵動(dòng)態(tài)隨時(shí)間變化圖

從孔6裂縫系統(tǒng)的氣藏水侵動(dòng)態(tài)圖 （圖2）可以看出，在1987年8月27日之后，階段水侵速度呈逐漸下降趨勢(shì)。從孔6裂縫系統(tǒng)的采氣曲線 （圖略）可以看出，裂縫系統(tǒng)初期產(chǎn)氣量過大，導(dǎo)致無水采氣期縮短，氣 井提前 見水[4，5]。氣井見水后產(chǎn)氣量快速下降，產(chǎn)水量快速上升，導(dǎo)致水侵速度較高。在1987年7月孔10井套破封井、1987年4月～1988年5月孔6井關(guān)井一段時(shí)間之后，裂縫系統(tǒng)內(nèi)的底水退回地層，產(chǎn)水量降低，水侵速度也下降。由于地層水體能量有限，因裂縫系統(tǒng)水體能量有限，在裂縫系統(tǒng)累計(jì)產(chǎn)水55.53×104m3的基礎(chǔ)上，孔21井1990年5月9日開始產(chǎn)地層水，但產(chǎn)水量明顯小了很多，裂縫系統(tǒng)的水侵速度也有所下降。

在明確了氣藏水體分布、能量大小及水侵強(qiáng)度的條件下，水侵方式及途徑主要是由地質(zhì)情況決定。地質(zhì)研究成果表明，研究區(qū)域內(nèi)下二疊統(tǒng)茅口組茅三段～茅四段溶洞較為發(fā)育；茅口組古巖溶發(fā)育帶巖性脆弱，喜山期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使其更易形成裂縫和斷裂，使得連通條件較差或不連通的溶洞系統(tǒng)溝通形成更大規(guī)模的縫洞系統(tǒng)，使得茅三段～茅四段的儲(chǔ)層物性較好，具備底水錐進(jìn)的地質(zhì)條件。同時(shí)，從氣井的測(cè)試及生產(chǎn)情況來看 （上表2），這幾口井產(chǎn)能非常大，且見水后產(chǎn)水量大，說明產(chǎn)層的物性條件較好。因此，孔6裂縫系統(tǒng)的水是以底水錐進(jìn)的方式向上侵入產(chǎn)層的。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

1）對(duì)于有水氣藏的水侵治理，首先對(duì)氣藏的水侵量進(jìn)行計(jì)算核實(shí)，為氣藏水侵動(dòng)態(tài)分析和整體排水提供依據(jù)；對(duì)氣藏氣水關(guān)系、水體的大小、水體能量和水侵強(qiáng)度進(jìn)行分析論證，進(jìn)而對(duì)氣藏的水侵動(dòng)態(tài)以及水侵方式、途徑進(jìn)行分析，為下一步治水提供參考依據(jù)。

2）利用多元回歸法計(jì)算地層水儲(chǔ)量，估算氣藏水體參數(shù)。根據(jù)穩(wěn)態(tài)法、非穩(wěn)態(tài)法、非線性物質(zhì)平衡法水侵量計(jì)算結(jié)果，結(jié)合產(chǎn)能、出水時(shí)間等生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征，論證出了氣藏外部水體為底水，并且為有限封閉水域。

3）通過分析研究孔6裂縫系統(tǒng)水侵動(dòng)態(tài)，地層中裂縫、斷層、高滲透帶發(fā)育情況，得出系統(tǒng)水侵為底水錐進(jìn)方式。

4.2 建議

從孔6裂縫系統(tǒng)水侵分析中得知，氣藏自由水體主要集中在孔6裂縫系統(tǒng)底部和孔23號(hào)、孔24號(hào)斷層北部，通過斷層－裂縫侵入生產(chǎn)井中，且水體能量有限。為有效控制地層水不往氣藏里竄流，使地層水在氣水界面的低排點(diǎn)排出地面，不堵塞高采井的產(chǎn)氣裂縫通道，提高氣藏的采收率，建議在孔6裂縫系統(tǒng)氣水界面位置部署低排井排水，孔6井和孔21井兩井作為高采井采氣，形成低排高采的采排系統(tǒng)，緩解孔6裂縫系統(tǒng)的水侵現(xiàn)狀。后期再結(jié)合實(shí)際情況，如果低排井見氣，可以轉(zhuǎn)為低排低采井[6～8]。

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