水侵識(shí)別技術(shù)在水驅(qū)氣田的應(yīng)用

宋剛祥

(中海石油(中國(guó))有限公司上海分公司，上海 200335)

0 引 言

隨著東海水驅(qū)氣藏開發(fā)的深入，部分氣井出水嚴(yán)重影響氣井產(chǎn)能[1-3]。為了提高氣藏開發(fā)效果，需要開展產(chǎn)水規(guī)律研究，進(jìn)行水侵動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)[4-6]，尋找有效的治水控水措施。為了正確認(rèn)識(shí)水驅(qū)氣藏水侵規(guī)律，學(xué)者對(duì)出水氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)及其產(chǎn)層的物性參數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)對(duì)比，研究了不同氣井動(dòng)、靜態(tài)特征的共性和差異，對(duì)氣井出水變化規(guī)律進(jìn)行了描述。中國(guó)學(xué)者根據(jù)四川須家河組水驅(qū)氣藏開發(fā)特征建立了裂縫性水驅(qū)砂巖氣藏的水侵特征圖版，但目前針對(duì)擬均質(zhì)砂巖氣藏的水侵特征圖版尚未建立[7-9]。目前，確定產(chǎn)水類型及出水層位的傳統(tǒng)方法有水氣比法、水性分析法、油藏?cái)?shù)值模擬技術(shù)等方法[10-12]，這些方法都有其局限性。水性分析法不直觀，且難以形成規(guī)律性認(rèn)識(shí)；數(shù)模法建模復(fù)雜，尚不能判斷出水類型。針對(duì)目前水侵識(shí)別及預(yù)測(cè)的技術(shù)難點(diǎn)，利用氣藏不同開發(fā)階段的生產(chǎn)數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)資料及水分析化驗(yàn)數(shù)據(jù)，形成了一套從氣藏水侵早期識(shí)別到開發(fā)中后期進(jìn)行氣藏類型劃分、水侵識(shí)別及預(yù)測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)。其中，對(duì)于具有豐富壓力測(cè)試資料的油氣田，可利用不穩(wěn)定試井法進(jìn)行水侵早期識(shí)別，判斷水侵的強(qiáng)弱和快慢。利用詳細(xì)可靠的水分析化驗(yàn)數(shù)據(jù)建立的BF圖版快速識(shí)別合采井出水層位及類型，建立的擬均質(zhì)砂巖氣藏的水侵特征圖版可判斷合采井的驅(qū)動(dòng)類型，預(yù)測(cè)氣井停噴時(shí)間。

1 不穩(wěn)定試井進(jìn)行水侵早期識(shí)別技術(shù)

利用不穩(wěn)定試井法可以對(duì)水驅(qū)氣藏進(jìn)行水侵早期識(shí)別。根據(jù)試井理論，靜態(tài)因素引起的試井曲線邊界特征，在一口井的多次試井中不會(huì)變化，即試井分析得出的邊界距離不會(huì)隨時(shí)間而改變。而水驅(qū)氣藏中，如果水侵較活躍，開發(fā)過(guò)程中水侵邊界反映出的移動(dòng)特性，將反映在靠近水侵邊界氣井的不同時(shí)期的試井曲線中，據(jù)此可以判斷水驅(qū)氣藏的水侵動(dòng)態(tài)趨勢(shì)。

對(duì)于徑向復(fù)合油藏，隨著水侵推進(jìn)，氣區(qū)的徑向流動(dòng)的時(shí)間變短，邊水向氣區(qū)推進(jìn)時(shí)間出現(xiàn)更早，即其壓力導(dǎo)數(shù)曲線上翹的時(shí)間提前，由此可以早期識(shí)別氣藏的水驅(qū)特征?？偟膩?lái)說(shuō)，邊水向氣藏推進(jìn)的過(guò)程在徑向復(fù)合水驅(qū)氣藏試井分析曲線上的動(dòng)態(tài)反映特征是壓力導(dǎo)數(shù)曲線后期上翹，邊水離氣井距離越近，壓力導(dǎo)數(shù)上翹時(shí)間越早。由此，通過(guò)分析不同時(shí)期的試井分析曲線，比較壓力導(dǎo)數(shù)曲線出現(xiàn)上翹的時(shí)間，便可計(jì)算不同時(shí)期邊水推進(jìn)的距離，從而識(shí)別氣藏水侵情況。

東海S氣田為發(fā)育邊底水的水驅(qū)氣藏，主力井S1井位于構(gòu)造西北邊，距氣水邊界約為600 m，縱向上氣層射開程度為40%，該井與邊水之間沒有其他生產(chǎn)井。為有效監(jiān)測(cè)水侵動(dòng)態(tài)，該井于2015年6月、2017年6月進(jìn)行了壓力測(cè)試，并采用徑向復(fù)合模型對(duì)2次壓力監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行試井解釋，解釋對(duì)比曲線如圖1所示。根據(jù)解釋結(jié)果，2015年測(cè)試解釋邊界距離為95 m，邊界傳播時(shí)間為1.8 h，2017年測(cè)試解釋邊界距離變小為75 m，反映邊界傳播距離逐漸靠近生產(chǎn)井，邊界傳播時(shí)間提前為1.4 h，單位壓降水侵量為69×104m3/MPa。氣區(qū)徑向段持續(xù)時(shí)間變短，壓力導(dǎo)數(shù)曲線上翹時(shí)間提前，初步判斷隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，氣井發(fā)生水侵現(xiàn)象，水驅(qū)前緣持續(xù)推向井底附近，該井2017年8月產(chǎn)水突然上升證實(shí)了這一結(jié)論，最高日產(chǎn)水量上升至45 m3/d，說(shuō)明通過(guò)不同時(shí)期試井追蹤對(duì)比分析可以判斷氣藏水侵的強(qiáng)弱和速度。

圖1S1井試井解釋對(duì)比曲線

2 BF圖版標(biāo)定產(chǎn)水層位

2.1 BF圖版技術(shù)思路及圖版建立方法

準(zhǔn)確判斷氣井出水層位是開展治水措施的重要基礎(chǔ)。比較準(zhǔn)確可靠的方法是利用生產(chǎn)測(cè)井判斷出水層位。受限于各種因素制約，在部分多層合采氣井未取得生產(chǎn)測(cè)井測(cè)試資料的情況下，文中利用水分析數(shù)據(jù)，采用BF技術(shù)識(shí)別水侵。1935年提出的BF理論主要用于資本主義證券市場(chǎng)，文中首次將這一理論應(yīng)用于海上油氣田，發(fā)揮形態(tài)特征技術(shù)分析優(yōu)勢(shì)，確定出水層位及產(chǎn)水類型?；谶@一理論，首先大量統(tǒng)計(jì)分析東海產(chǎn)水氣井的水化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)資料，對(duì)不同氣田產(chǎn)水離子當(dāng)量比值數(shù)據(jù)進(jìn)行判別分析，作出已知出水類型及層位的BF標(biāo)準(zhǔn)圖版，形成東海出水類型及出水層位的指紋庫(kù)，再判斷出水層位和類型。如圖2、3所示，圖版右邊和左邊分別是陰、陽(yáng)離子含量，左邊第1個(gè)點(diǎn)是Na++K+含量，右邊第1個(gè)點(diǎn)是Cl-含量，其面積表示礦化度的大小。由圖版可知，不同層位的產(chǎn)水圖版各自代表相應(yīng)層位的出水特征，凝析水圖版相比地層水圖版面積、離子含量更小(圖2、3)。

圖2 地層水BF圖版

圖3 凝析水BF圖版

2.2 BF技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

M氣田為東海主力水驅(qū)氣藏，2014年投產(chǎn)，氣藏縱向上層系多，生產(chǎn)井均采用多層合采的模式開發(fā)。隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，氣井出水加劇，產(chǎn)氣量快速下降，層間矛盾突出。合采氣井如M3井開采H2b、H3b、H4、H8等多個(gè)層位，均為水驅(qū)氣藏。該井于2016年3月產(chǎn)水量快速上升，逐漸升高至30 m3/d，水氣比達(dá)6×10-4m3/m3，日產(chǎn)氣量由10.0×104m3/d降至2.0×104m3/d以下。準(zhǔn)確判斷出水層位，是進(jìn)行合理治水的重要基礎(chǔ)。由于該井合采多個(gè)邊底水氣藏，且沒有生產(chǎn)測(cè)試資料，出水層位尚不明確，常規(guī)方法難以確定出水層位。因此，改變傳統(tǒng)思路，梳理該井的水分析化驗(yàn)資料，建立M3井的BF圖版(圖4)，根據(jù)該氣田已落實(shí)出水類型及層位的探井的水分析化驗(yàn)資料建立了M氣田不同層位的BF圖版(圖5)。由圖4、5可知，M3井的

圖4 M3井產(chǎn)水BF圖版

圖5M氣田不同層位地層水BF圖版

圖版呈現(xiàn)地層水圖版的梯形特征，且與H2b層圖版最相似，判斷其產(chǎn)水為H2b層的地層水，據(jù)此關(guān)閉上層系H2b氣層。該井于2017年3月關(guān)閉H2b氣層后不產(chǎn)水，證實(shí)H2b氣層為出水層，可見該方法能準(zhǔn)確地判斷出水類型和層位。措施后日增產(chǎn)氣為5.1×104m3/d，效果顯著。該方法已推廣應(yīng)用到其他水驅(qū)氣藏，快速判斷出水類型及層位，節(jié)約了生產(chǎn)測(cè)試費(fèi)用。

3 水侵類型判別與氣井停噴時(shí)間預(yù)測(cè)技術(shù)

對(duì)于帶水生產(chǎn)的氣藏，準(zhǔn)確識(shí)別地層水活動(dòng)規(guī)律，預(yù)測(cè)氣井帶水生產(chǎn)時(shí)間，開展治水控水研究對(duì)延長(zhǎng)氣井生產(chǎn)壽命非常重要。針對(duì)東海的實(shí)際建立了擬均質(zhì)砂巖氣藏的水侵特征圖版(圖6)。東海水驅(qū)砂巖氣藏遞減階段與出水階段基本重合，由不同類型產(chǎn)水井水氣比與出水累計(jì)時(shí)間統(tǒng)計(jì)可知，與四川裂縫型氣藏出水規(guī)律不同，指數(shù)型曲線通常代表活躍邊水氣藏出水特征，該類井產(chǎn)水上升迅速，近似呈直線上升，氣藏水體能量強(qiáng)；乘冪型曲線通常代表活躍底水驅(qū)氣藏出水特征，該類井產(chǎn)水近似呈凹型上升，氣藏水體能量中等；線型曲線通常代表弱邊水舌進(jìn)型氣藏出水特征，該類井產(chǎn)水上升相對(duì)緩慢，氣藏水體能量弱。3種類型氣藏出水規(guī)律統(tǒng)計(jì)關(guān)系式分別為：

WGR=0.3e0.013t

(1)

WGR=0.25t0.40

(2)

WGR=0.005t+0.0759

(3)

式中：WGR為生產(chǎn)水氣比，10-4m3/m3；t為出水累計(jì)時(shí)間，d。

圖6 擬均質(zhì)砂巖氣藏水侵特征識(shí)別圖版

出水規(guī)律不同對(duì)氣藏產(chǎn)量的影響程度也不同，乘冪型、指數(shù)型、線型對(duì)應(yīng)產(chǎn)氣量年平均遞減率依次為70%、48%和25%。該方法的主要應(yīng)用有：①判斷合采井的驅(qū)動(dòng)類型。若氣井水氣比與出水累計(jì)時(shí)間呈線型，據(jù)此可初步判斷驅(qū)動(dòng)類型為弱邊水驅(qū)，如東海S氣田S2井，該井是南斷背斜北塊的一口氣井，無(wú)水采氣期達(dá)6 a，生產(chǎn)效果較好。其生產(chǎn)水氣比與出水累計(jì)時(shí)間曲線呈線型，水氣比與累計(jì)產(chǎn)氣量曲線呈凹型，初步判斷該區(qū)域?qū)儆谌跛?qū)氣藏。通過(guò)歷次測(cè)壓資料發(fā)現(xiàn)其視壓力與累產(chǎn)氣的驅(qū)動(dòng)類型指示曲線圖存在線性關(guān)系，后期視壓力出現(xiàn)稍微偏離線性段的特征，表明S2井屬于弱水驅(qū)氣藏，與地質(zhì)上刻畫的氣藏類型(水體倍數(shù)為10倍，弱水驅(qū))基本一致。②預(yù)測(cè)氣井停噴時(shí)間。根據(jù)不同類型水驅(qū)氣藏的廢棄水氣比，由圖版公式可計(jì)算出各井帶水生產(chǎn)的年限，直至停噴。根據(jù)東海S水驅(qū)氣藏的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，計(jì)算活躍底水驅(qū)氣藏、活躍邊水氣藏帶水生產(chǎn)時(shí)間依次為1、4 a。可見，對(duì)東海活躍水驅(qū)氣藏，帶水生產(chǎn)時(shí)間一般不超過(guò)4a，應(yīng)積極做好排水采氣措施預(yù)案。

4 結(jié) 論

(1) 通過(guò)不同時(shí)期試井資料對(duì)比分析可以判斷氣藏水侵的強(qiáng)弱和快慢。

(2) 根據(jù)水分析化驗(yàn)資料建立了判斷生產(chǎn)井出水層位及類型的BF指紋庫(kù)，解決了缺少生產(chǎn)測(cè)井資料情況下氣井出水層位判斷難題。

(3) 建立了東海氣藏水侵特征圖版，指數(shù)型曲線通常代表活躍邊水氣藏出水特征，乘冪型曲線通常代表活躍底水驅(qū)氣藏出水特征，線型曲線通常代表弱邊水舌進(jìn)型氣藏出水特征。