致密氣藏產(chǎn)水氣井相滲曲線及生產(chǎn)特征研究

竇祥驥　廖新維　郭新慧

(中國(guó)石油大學(xué)(北京)石油工程教育部國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 102249)

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致密氣藏產(chǎn)水氣井相滲曲線及生產(chǎn)特征研究

竇祥驥廖新維郭新慧

(中國(guó)石油大學(xué)(北京)石油工程教育部國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 102249)

摘要：針對(duì)致密氣藏開(kāi)發(fā)中的氣井產(chǎn)水問(wèn)題進(jìn)行相滲曲線及生產(chǎn)特征研究?；谔K里格氣田實(shí)驗(yàn)及生產(chǎn)數(shù)據(jù)，結(jié)合氣井測(cè)試及數(shù)值模擬技術(shù)，分析致密氣藏相滲曲線特征，反演儲(chǔ)層相關(guān)參數(shù)，觀察產(chǎn)水氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征及各因素的影響。研究表明，致密儲(chǔ)層的氣-水相滲曲線形態(tài)與覆壓滲透率具有較好的相關(guān)性，而產(chǎn)水氣井的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征則受到相滲曲線、含水飽和度、儲(chǔ)層滲透率等多因素的綜合影響。

關(guān)鍵詞：致密氣藏； 產(chǎn)水氣井； 相滲曲線； 生產(chǎn)特征； 影響因素

隨著天然氣需求的不斷增加及非常規(guī)儲(chǔ)層開(kāi)發(fā)技術(shù)的發(fā)展，致密氣藏已經(jīng)成為我國(guó)天然氣供給體系中的重要一環(huán)[1]。然而，部分致密氣藏儲(chǔ)層中可能存在一定的孔隙水，當(dāng)含水飽和度高于束縛水飽和度時(shí)，儲(chǔ)層中便可能會(huì)出現(xiàn)氣-水兩相流，從而對(duì)氣井的生產(chǎn)造成一定的影響[2]。目前對(duì)常規(guī)氣藏氣-水相滲曲線的認(rèn)識(shí)已較為完善[3]，但仍然缺乏對(duì)于致密氣藏相滲曲線及其主控因素的研究，同時(shí)對(duì)于致密氣藏氣井產(chǎn)水后的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征的認(rèn)識(shí)也不夠深入。因此，本次研究以蘇里格氣田為例，從相滲曲線特征分析入手，運(yùn)用回歸法得到相滲曲線與主控因素的關(guān)系，進(jìn)而獲得不同滲透率范圍內(nèi)的平均相滲曲線，最后分析致密氣藏產(chǎn)水氣井的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征及影響因素。

1致密氣藏相滲曲線特征分析

1.1相滲曲線特征與絕對(duì)滲透率的相關(guān)性

致密氣藏相滲曲線的影響因素較為復(fù)雜，其中孔隙結(jié)構(gòu)是影響其特征的主要因素之一[4]。另一方面，儲(chǔ)層的絕對(duì)滲透率也受到巖石孔隙結(jié)構(gòu)的重要影響。本次研究通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法確定了蘇里格氣田46組巖心的相滲曲線，并得到了相滲曲線特征點(diǎn)與絕對(duì)滲透率(覆壓條件下)的關(guān)系，結(jié)果如圖1所示。

隨著滲透率的增加，束縛水飽和度不斷減小，束縛水飽和度對(duì)應(yīng)的氣相相對(duì)滲透率、殘余氣飽和度對(duì)應(yīng)的水相相對(duì)滲透率不斷增加，兩相滲流區(qū)飽和度范圍也隨之?dāng)U大。可見(jiàn)，相滲曲線特征點(diǎn)與覆壓滲透率的相關(guān)程度較高，可利用儲(chǔ)層滲透率初步估算儲(chǔ)層的相滲曲線。

1.2不同滲透率范圍平均相滲曲線的確定

對(duì)于致密氣藏來(lái)說(shuō)，由于孔隙結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，滲透率通常是影響氣井產(chǎn)能的重要因素[5]。因此，基于實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的滲透率值，將儲(chǔ)層按照滲透率范圍分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類，對(duì)應(yīng)的滲透率范圍分別為K<0.1×10-3μm2、0.1×10-31×10-3μm2。在該分類標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合相滲曲線測(cè)試結(jié)果，得到了不同滲透率范圍對(duì)應(yīng)的平均相滲曲線，如圖2所示。

從Ⅰ類到Ⅳ類，儲(chǔ)層平均束縛水飽和度不斷增加，氣水相對(duì)滲透率端點(diǎn)值則不斷降低。確定不同儲(chǔ)層類型平均相滲曲線可以為后期的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)分析奠定基礎(chǔ)。

2致密儲(chǔ)層相關(guān)參數(shù)的確定

相關(guān)研究表明，蘇里格氣田儲(chǔ)層中不存在大型的邊底水，氣井產(chǎn)水現(xiàn)象主要是由于孔隙水的存在而造成[6-8]的。在此主要通過(guò)建立含孔隙水的數(shù)值模型，確定相關(guān)的模型參數(shù)。

圖1　相滲曲線與覆壓滲透率的關(guān)系

圖2　不同滲透率范圍的平均相滲曲線

確定致密氣藏產(chǎn)水氣井儲(chǔ)層參數(shù)的一大難題是缺乏長(zhǎng)時(shí)間的產(chǎn)水計(jì)量數(shù)據(jù)。以蘇里格氣田為例，僅有部分氣井完成了不超過(guò)1月的短時(shí)間計(jì)量工作，儲(chǔ)層參數(shù)的準(zhǔn)確性難以保證。而目前常見(jiàn)的基于產(chǎn)氣量的劈分方法通常會(huì)造成較大誤差，這是因?yàn)橥患瘹庹镜母鳉饩畠?chǔ)層條件、初始含水飽和度及工作制度不同，生產(chǎn)時(shí)的水氣比存在較大差異。因此，亟待設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單快速的產(chǎn)水量確定方法，以確定儲(chǔ)層相關(guān)參數(shù)。

針對(duì)此問(wèn)題，提出一整套模型相關(guān)參數(shù)的確定方法，具體流程如下：

(1)整理相關(guān)產(chǎn)氣、壓力數(shù)據(jù)，進(jìn)行壓力折算等前期準(zhǔn)備工作；

(2)基于測(cè)井解釋，得到孔隙度、氣層厚度等參數(shù)，作為分析的基礎(chǔ)資料；

(3)利用考慮了產(chǎn)水的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)及試井分析結(jié)果(若有試井測(cè)試)，得到相關(guān)參數(shù)，以控制歷史擬合的多解性；

(4)定產(chǎn)氣量，對(duì)流壓進(jìn)行擬合，對(duì)照生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)及試井分析結(jié)果，不斷調(diào)整輸入?yún)?shù)，直至達(dá)到較好的擬合效果；

(5)通過(guò)擬合，得到滲透率、含水飽和度及地層系數(shù)，以不同滲透率對(duì)應(yīng)的平均相滲曲線為基準(zhǔn)線，調(diào)整相滲曲線，并結(jié)合水量單次計(jì)量結(jié)果，估算較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)的產(chǎn)水動(dòng)態(tài)。

基于蘇里格氣田某集氣站前期生產(chǎn)數(shù)據(jù)，對(duì)該方法的適用性進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明，該方法得到的產(chǎn)水量準(zhǔn)確度在90%以上，可用于致密氣藏產(chǎn)水氣井儲(chǔ)層相關(guān)參數(shù)的確定及產(chǎn)水量的估算。

運(yùn)用該方法對(duì)63口典型產(chǎn)水井進(jìn)行分析，算出其平均滲透率為0.762×10-3μm2，平均初始含水飽和度為56%，平均可動(dòng)水飽和度為12.9%。根據(jù)儲(chǔ)層分類方法，進(jìn)一步計(jì)算出表1所示各儲(chǔ)層類型對(duì)應(yīng)的平均模型參數(shù)。

表1　各儲(chǔ)層類型對(duì)應(yīng)的平均模型參數(shù)

3生產(chǎn)特征影響因素分析

致密氣藏產(chǎn)水氣井生產(chǎn)過(guò)程中受到多項(xiàng)因素的影響，其中相滲曲線、含水飽和度和儲(chǔ)層類型的影響最為顯著。在此根據(jù)表1中的模型平均參數(shù)，建立基準(zhǔn)模型，其參數(shù)見(jiàn)表2。

表2　基準(zhǔn)模型參數(shù)表

3.1相滲曲線

相滲曲線表征了氣-水兩相在儲(chǔ)層中的滲流能力及二者的相互關(guān)系，是影響產(chǎn)水氣井產(chǎn)能的重要因素。選取氣-水相滲曲線中的4個(gè)特征點(diǎn)進(jìn)行單因素分析：(1)束縛水飽和度；(2)殘余氣飽和度；(3)束縛水飽和度對(duì)應(yīng)的氣相相對(duì)滲透率；(4)殘余氣飽和度對(duì)應(yīng)的水相相對(duì)滲透率。其他因素不變，以此量化相滲曲線形態(tài)對(duì)致密氣藏產(chǎn)水氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的影響。圖3所示為相滲曲線特征點(diǎn)對(duì)氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的影響。

產(chǎn)水氣井生產(chǎn)過(guò)程中的平均水氣比與相滲曲線特征點(diǎn)的關(guān)系表現(xiàn)為：平均水氣比與殘余氣飽和度及其對(duì)應(yīng)的水相滲透率正相關(guān)，隨著二者的增加，平均水氣比上升；平均水氣比與束縛水飽和度及其對(duì)應(yīng)的氣相滲透率負(fù)相關(guān)，隨著二者的增加，平均水氣比降低。因此，可通過(guò)觀察相滲曲線特征點(diǎn)的相互關(guān)系，初步預(yù)測(cè)氣井生產(chǎn)周期內(nèi)的平均水氣比。模擬周期(20 a)末的井底流壓與相滲曲線特征點(diǎn)的關(guān)系則與此相反，這進(jìn)一步證明了產(chǎn)水現(xiàn)象會(huì)對(duì)氣井的生產(chǎn)能力造成一定的負(fù)面影響。

圖3　相滲曲線特征點(diǎn)對(duì)氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的影響

3.2含水飽和度

含水飽和度是影響致密氣藏產(chǎn)水氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的重要因素，決定了儲(chǔ)層中水的含量。在束縛水飽和度不變的情況下，含水飽和度也間接反映了自由水的比例。在此以定產(chǎn)氣量為工作制度，模擬得到不同含水飽和度條件下的氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征。圖4所示為含水飽和度對(duì)產(chǎn)水氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的影響。

隨著含水飽和度的增加，模擬周期末的井底流壓下降，而產(chǎn)水量與水氣比增加，產(chǎn)氣量及水氣比與飽和度滿足冪指數(shù)關(guān)系。這說(shuō)明對(duì)于特定儲(chǔ)層，含水飽和度決定了可動(dòng)水飽和度的大小，從而影響了氣井的產(chǎn)水特征。

圖4　含水飽和度對(duì)產(chǎn)水氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的影響

3.3儲(chǔ)層類型

基于表2中的儲(chǔ)層平均參數(shù)，建立了各類儲(chǔ)層平均數(shù)值模擬模型，以相同產(chǎn)氣量水平模擬10 a期的變化，進(jìn)而分析各類型儲(chǔ)層的產(chǎn)水特征。圖5所示為不同儲(chǔ)層條件下的氣井產(chǎn)水特征。

圖5　不同儲(chǔ)層條件下的氣井產(chǎn)水特征

Ⅰ類儲(chǔ)層模擬周期內(nèi)平均水氣比最高，Ⅲ類儲(chǔ)層最低。這是由于Ⅰ類儲(chǔ)層的滲透率及可動(dòng)水飽和度均較高，而Ⅲ類儲(chǔ)層的可動(dòng)水飽和度較低。此外，Ⅲ類及Ⅳ類儲(chǔ)層水氣比隨時(shí)間增加的速度較快,Ⅰ類儲(chǔ)層增加較慢。隨著生產(chǎn)的持續(xù)進(jìn)行，低滲透率儲(chǔ)層產(chǎn)水問(wèn)題的嚴(yán)重性會(huì)愈發(fā)突出，必須采取相應(yīng)措施以控制產(chǎn)水對(duì)氣井生產(chǎn)的不良影響。

4結(jié)語(yǔ)

相滲曲線形態(tài)與覆壓滲透率具有較好的相關(guān)性：隨著滲透率的增加，束縛水飽和度不斷減小，束縛水飽和度對(duì)應(yīng)的氣相相對(duì)滲透率、殘余氣飽和度對(duì)應(yīng)的水相相對(duì)滲透率不斷增加，兩相區(qū)飽和度范圍也不斷增加。

結(jié)合測(cè)井、試井、生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析方法，以歷史擬合為主要手段，以單次產(chǎn)水測(cè)試數(shù)據(jù)為約束條件，得到氣井的長(zhǎng)期產(chǎn)水量，為致密氣藏產(chǎn)水氣井儲(chǔ)層相關(guān)參數(shù)的確定提供數(shù)據(jù)參考。

氣井的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)受到相滲曲線、含水飽和度、儲(chǔ)層類型等多項(xiàng)因素的綜合影響。

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Relative Permeability Curve and Production Characteristics for Water Producing Gas Well in Tight Gas Reservoir

DOUXiangjiLIAOXinweiGUOXinhui

(MOE Key Laboratory of Petroleum Engineering, China University of Petroleum, Beijing 102249, China)

Abstract:In order to solve the problem of gas well water production in tight gas reservoir development, this paper studied the phase permeability curve and its production characteristics. Therefore, based on the experiment and production data of Sulige tight gas field, combining test analysis and numerical simulation method, this paper aims to analyze the relative permeability curve and production characteristics. Through inversion of reservoir parameters, it also checked the dynamic characteristics and the influence of various factors on the production of water gas well. It is revealed that good relationship could be found between relative permeability curve and absolute permeability, and the production characteristics are comprehensively influenced by many factors, such as relative permeability curve, water saturation and reservoir permeability and so on.

Key words:tight gas reservoir; water producing gas well; phase permeability curve; production characteristics; affecting factor

收稿日期：2015-11-27

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“超低滲透油藏注氣提高采收率理論與技術(shù)研究”(U1262101);國(guó)家科技重大專項(xiàng)“復(fù)雜油氣田地質(zhì)及提高采收率技術(shù)”(2011ZX05009)

作者簡(jiǎn)介：竇祥驥(1990 — )，男，安徽滁州人，中國(guó)石油大學(xué)(北京)油氣田開(kāi)發(fā)工程專業(yè)2013級(jí)在讀博士研究生，研究方向?yàn)橛蜌鉂B流理論及應(yīng)用。

中圖分類號(hào)：P618

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-1980(2016)02-0027-04