天然氣藏產(chǎn)水動態(tài)識別與生產(chǎn)特征研究

天然氣藏產(chǎn)水動態(tài)識別與生產(chǎn)特征研究

0氣藏氣藏開發(fā)的重要前提氣藏在開發(fā)過程中隨著氣層壓力的降低，導(dǎo)致邊下水流入氣層內(nèi)，以及氣層內(nèi)的內(nèi)部空間水的擴張。在裂縫反應(yīng)的作用下，地面水流入井底，嚴(yán)重影響了氣井的生產(chǎn)效果，降低了氣井的采收率，對生產(chǎn)危害較大。由于氣藏類型、驅(qū)動方式和儲層物性等方面的差異性,產(chǎn)出水的來源及機理是千差萬別的,而搞清產(chǎn)水來源及機理是優(yōu)化氣藏開發(fā)方式、提高開發(fā)效果的重要基礎(chǔ)之一。但是目前人們普遍對產(chǎn)水來源認識不夠、預(yù)測不準(zhǔn),缺乏產(chǎn)水來源的有效判別技術(shù)方法,對生產(chǎn)指導(dǎo)不足。本文針對這一問題,在前人研究成果的基礎(chǔ)上,結(jié)合不同類型的氣井產(chǎn)水動態(tài)和規(guī)律,形成了一套氣藏產(chǎn)水來源判別方法,并應(yīng)用實例證明了該方法的有效性。1產(chǎn)出水的來源根據(jù)氣藏產(chǎn)出水的成因、位置以及工程施工,將氣藏產(chǎn)出水的來源總體劃分為3個部分:氣層內(nèi)部水(包括氣層內(nèi)部凝析水和氣層內(nèi)部封存水)、氣層外部水(包括邊水、底水和上、下層水)以及工業(yè)用水。1.1內(nèi)部空氣水1.1.1凝析水凝析水地層水存在于天然氣中的部分,在地層條件下呈氣相,隨天然氣流入井筒,由于熱損失,溫度沿井筒下降,變成液相,稱為凝析水。凝析水最大特點是日產(chǎn)水量小,礦化度低,產(chǎn)水穩(wěn)定,產(chǎn)水受生產(chǎn)制度的影響非常弱。1.1.2束縛水對儲層物性的影響在地層巖石毛細孔隙及孔隙末端等處常存有可動水和不可動水(束縛水),該處的水稱為封存水?？蓜铀侵冈谝欢▔翰钕碌貙涌紫吨锌梢粤鲃拥牡貙铀?。在一定壓差下地層孔隙中不能流動的地層水叫不可動水,也叫束縛水。束縛水主要由毛細管滯水和薄膜滯水2個部分組成。毛細管滯水是氣藏形成過程中,驅(qū)動壓力無法克服毛細管力而滯留于微小毛細管喉道和顆粒接觸處的殘余水。因為這部分孔隙如此之小,孔壁表面分子作用力達到或幾乎達到孔隙的中心線,以致保留在其中的水不能流動。薄膜滯水則是由于表面分子力的作用而滯留在親水巖石孔壁上的薄膜殘留水。因此束縛水的含量與地層的孔隙結(jié)構(gòu)有十分密切的關(guān)系。通常儲層物性越差,束縛水飽和度越高。氣藏開發(fā)過程中在巖石變形、水的膨脹以及壓差的綜合作用下,束縛水轉(zhuǎn)化為可動水進入流動通道并隨氣體產(chǎn)出。束縛水對中高滲氣藏和低滲氣藏的影響不同。水驅(qū)氣藏的物質(zhì)平衡方程式為:由式(1)可以看出,對于中高滲透氣藏由于束縛水飽和度很小,上式分母的第二項和第一項相比由于數(shù)值非常小可以忽略不計,而低滲透氣藏的束縛水飽和度較大,該項的影響不可忽略。說明對于中高滲透氣藏來說由于束縛水飽和度較小,產(chǎn)出束縛水量很少,對生產(chǎn)影響很小,可以忽略。但是對于低滲透氣藏,由于其原始束縛水飽和度較高,隨著地層壓力的降低產(chǎn)出束縛水含量較大,需要引起足夠的關(guān)注。1.2氣層外水1.2.1水侵現(xiàn)象中,總內(nèi)部分原因當(dāng)生產(chǎn)層段靠近邊底水時,氣井生產(chǎn)一段時間后產(chǎn)出水量增大,伴隨著日產(chǎn)氣量、井口壓力水平的明顯下降,這就是通常說的水侵現(xiàn)象。與束縛水膨脹產(chǎn)出相比,邊底水的侵入更為容易。這是因為,儲層巖石具有親水性,當(dāng)儲層主要滲流通道的壓力下降后,與之連通的邊底水會迅速進入儲層滲流通道,通道內(nèi)壓力升高,降低了束縛水進入流動通道的可能性。1.2.2分水體與氣層分離上、下層水是指氣層上、下部存在的水體,該部分水體與氣層互不連通,一般由穩(wěn)定的隔層隔開,在氣層進行壓裂施工后,人工裂縫可能壓開隔層,導(dǎo)致上、下層水進入生產(chǎn)層而導(dǎo)致氣井產(chǎn)水。1.2.3業(yè)用水特征及其產(chǎn)液量特點氣藏鉆井、完井及壓裂等增產(chǎn)措施過程中滲入地層的大量工業(yè)用水,其特征是:一般在氣藏生產(chǎn)初期或者增產(chǎn)措施結(jié)束后一段時間被逐漸排出而使氣井產(chǎn)液量較高,持續(xù)時間較短,產(chǎn)液量不斷減少,出水特征與鉆完井及其他措施工作液類似。2氣井水源綜合評價方法2.1有邊底水、壓裂井、凝析水開始產(chǎn)出水生產(chǎn)水氣比是指氣井產(chǎn)水量與產(chǎn)氣量體積的比值,單位為m3/104m3。對于一般的氣藏在生產(chǎn)初期產(chǎn)水量小而且穩(wěn)定,生產(chǎn)水氣比小且低于一個上限值,通常這個階段的產(chǎn)出水為地層內(nèi)部的凝析水;氣井生產(chǎn)一段時間以后,產(chǎn)水量以及水氣比均具有上升趨勢,表明隨著地層壓力的降低,巖石和束縛水的綜合膨脹作用導(dǎo)致地層中的束縛水開始產(chǎn)出。對于無邊底水氣藏,如果此時產(chǎn)氣量穩(wěn)定但是產(chǎn)水量上升,表明有地層內(nèi)部束縛水產(chǎn)出,此時氣井產(chǎn)出水為凝析水和束縛水2個部分。對于有邊底水的氣藏,如果伴隨著生產(chǎn)水氣比、產(chǎn)水量上升,產(chǎn)氣量、油壓明顯下降,說明此時邊底水可能已經(jīng)侵入氣藏,具體情況還要結(jié)合其他判別方法綜合分析。對于壓裂井或者采取其他增產(chǎn)措施的井,氣井投產(chǎn)后的產(chǎn)水情況與以上情況不同,如圖1和圖2所示。圖1和圖2所示是某邊底水氣藏中一口生產(chǎn)井A井,壓裂投產(chǎn)后初期排液量較高,在排液過程中,排出液量及水氣比均處于下降過程,此時氣井的產(chǎn)出水為壓裂過程中的液體以及地層內(nèi)部凝析水2個部分。隨著生產(chǎn)的進行,壓裂液逐漸被排出,產(chǎn)出水量不斷減少,生產(chǎn)一段時間后,水氣比、產(chǎn)氣量與產(chǎn)水量都趨于穩(wěn)定,表明此時壓裂液已完全排出,氣井產(chǎn)出水為地層內(nèi)部凝析水。到了后期生產(chǎn)水氣比急劇上升,產(chǎn)氣量下降,產(chǎn)水量大幅增加,說明此時邊底水可能侵入了氣井。2.2地層水和凝析水的礦化度及水地層水由于長期與巖石和地層的油氣接觸,含有多種無機鹽,而地層水中含無機鹽量的多少則用礦化度表示,單位一般為mg/L。在實際油田生產(chǎn)中,通常以氯離子的含量來區(qū)分和標(biāo)定產(chǎn)出水礦化度的高低。地層水和凝析水的礦化度等物性不同,一般地層束縛水以及邊底水的氯離子含量要遠遠大于凝析水。因此可以根據(jù)產(chǎn)出水樣的測定,判斷產(chǎn)出水的類型和來源,進而盡早識別水侵的發(fā)生。在油田的實際生產(chǎn)中,現(xiàn)場實際氣藏的地質(zhì)和生產(chǎn)情況十分復(fù)雜。例如,由于氣藏非均質(zhì)性較強,水體連通性差可能導(dǎo)致水性的變化非常大,氣井壓裂后產(chǎn)出水的水性和壓裂液很接近,僅靠水性識別產(chǎn)水的來源比較困難。因此該方法通常要結(jié)合其他方法以及工作液的返排率綜合判別水的來源。2.3氣井生產(chǎn)過程中(1)氣藏沒有無水采氣期或者無水采氣期很短。氣藏如果一投產(chǎn)即出水且產(chǎn)水量、水氣比穩(wěn)定,說明此時產(chǎn)出水既非邊水,也非底水,而是地層中的凝析水。(2)氣井生產(chǎn)一段時間內(nèi)產(chǎn)水量較小,產(chǎn)氣量穩(wěn)定,產(chǎn)水量小幅度上升。氣藏在生產(chǎn)過程中,隨著地層壓力的下降,產(chǎn)水量略微增加但增量十分有限,產(chǎn)氣量比較穩(wěn)定,說明由于地層壓力的降低,形成壓降漏斗,井筒附近區(qū)域的束縛水開始流動,束縛水的排出是從井周向地層遠處不斷擴散的,并流入井底最終從井口產(chǎn)出,此時氣井的產(chǎn)出水為凝析水和束縛水,由于這2個部分水量小,呈霧狀或微小液滴形式分散于氣相中,對氣井生產(chǎn)影響較小。(3)氣井生產(chǎn)過程中產(chǎn)水量急劇增加,產(chǎn)氣量大幅下降,產(chǎn)水量快速升高。氣藏在生產(chǎn)一段時間后,產(chǎn)水量急劇增加,產(chǎn)氣量大幅下降,說明由于氣層壓力的下降,導(dǎo)致邊底水侵入氣藏并突破井底,使氣井產(chǎn)水,降低了氣相的相對滲透率,增加了流動阻力,使氣井的產(chǎn)量急劇下降。此時氣井的產(chǎn)出水主要為邊底水,并有少量的凝析水和束縛水。2.4壓力導(dǎo)數(shù)曲線特征氣井不穩(wěn)定試井在獲取儲層參數(shù)以及氣田開發(fā)動態(tài)分析等方面起到重要作用。在壓力恢復(fù)曲線中,如果在后期,壓力導(dǎo)數(shù)曲線表現(xiàn)為“下掉”的特征,說明在氣井周圍存在邊水或者底水,氣層存在被邊底水侵入的可能。通過曲線的擬合和試井解釋結(jié)果可以大體得到邊底水距離氣井的距離,從而可以提前預(yù)知氣井產(chǎn)水的來源(圖3)。圖3中,該氣井在徑向流段之后壓力導(dǎo)數(shù)曲線呈現(xiàn)明顯“下掉”的特征,表明氣井周圍存在邊底水。根據(jù)該氣井的不穩(wěn)定試井解釋結(jié)果,結(jié)合氣井的生產(chǎn)動態(tài)和地質(zhì)特征以及氣水分布狀況可以綜合判別產(chǎn)出水的來源及特征。2.5單井氣井壓力值下降當(dāng)氣井產(chǎn)出水僅為凝析水和束縛水時,由于凝析水和束縛水的含量很有限,此時氣為連續(xù)相,水為分散相,水以“霧狀”的形式分散在氣體中,并被氣體攜帶至井口產(chǎn)出。但是當(dāng)氣井有邊底水入侵時,由于產(chǎn)水量較大,增加了井筒壓耗,嚴(yán)重時還會形成井底積液,井口壓力明顯下降,從生產(chǎn)動態(tài)來看,就是井口壓力值下降幅度大且速度快,如圖4所示。圖4所示的氣井C在2009年壓裂后生產(chǎn),在壓裂液排出后,氣井產(chǎn)水主要為地層凝析水和束縛水,產(chǎn)水量很小,此時井口油壓下降速度緩慢。自2010年3月1日至5月10日由15.5MPa下降到9.5MPa,平均下降速度為0.08MPa/d。2010年9月9日起,氣井邊底水入侵,井口油壓急劇下降,從2010年7月13日到2010年10月29日,油壓由26.5MPa下降到10MPa,平均下降速度為0.15MPa/d。氣井水侵時井口壓力的下降速度要遠遠大于沒有水侵發(fā)生時的下降速度。2.6地層下體積分數(shù)產(chǎn)出水地層條件下的體積分數(shù)是指產(chǎn)出水在地層條件下所占體積占所有產(chǎn)出流體在地層條件下的體積的百分數(shù),在產(chǎn)出水類型不同時,該值存在明顯不同的大小及范圍。由于從地下到地面的壓力、溫度的改變,在質(zhì)量不變的情況下,氣體在從地下到地面的過程中體積發(fā)生膨脹。將產(chǎn)出流體的體積折算為地層條件下的體積,并計算水占所有流體體積的百分數(shù)可以有效的判別產(chǎn)出水的來源。一般情況下,氣井在只產(chǎn)出凝析水時,產(chǎn)出水在地層下的體積分數(shù)很小,當(dāng)隨著地層壓力的下降,束縛水產(chǎn)出時,產(chǎn)出水在地層條件下的體積分數(shù)有所增加,但是增幅較小,而當(dāng)氣井發(fā)生水侵時,地層條件下的體積分數(shù)增加顯著。表1是某氣田在產(chǎn)出水類型不同時,產(chǎn)出水在地層中所占的體積分數(shù)。3邊、底水入侵狀況DD氣藏是一個低滲透氣藏,該氣藏的氣井產(chǎn)水類型多而且特征復(fù)雜,其中某些氣井產(chǎn)水量很大,通常認為部分氣井存在邊、底水入侵的狀況。通過以上6種判別方法研究DD氣藏的產(chǎn)水特征,具體判別過程由以下2口井的生產(chǎn)實例給出。3.1第三階段400m5判別方法:生產(chǎn)水氣比、生產(chǎn)動態(tài)、產(chǎn)出水的特征、不穩(wěn)定試井曲線法、地層條件下體積分數(shù)。氣井DD1井于2009年7月5日壓裂后開井投產(chǎn),投產(chǎn)過程中第一階段產(chǎn)水量從0.7m3/d升至8.5m3/d,產(chǎn)氣量有所下降。分析判斷該過程產(chǎn)出液主要為壓裂液(壓裂施工注入井筒總液量為365.6m3,返排液量為60.01m3,返排率為16.4%)。第二階段產(chǎn)水量達12.66m3/d,產(chǎn)氣量達18×104m3/d,水氣比為0.86m3/104m3(圖5,圖6)。此階段產(chǎn)水量、產(chǎn)氣量和水氣比均保持平穩(wěn),水氣比較小,產(chǎn)水對氣井產(chǎn)氣量未形成明顯影響,地層條件下水的體積分數(shù)穩(wěn)定于2.04%。第三階段氣井產(chǎn)水量上升至20.54m3/d,但是產(chǎn)氣量依然穩(wěn)定,水氣比為1.81m3/104m3,地層條件下水的體積分數(shù)穩(wěn)定于4.02%~4.16%,即儲層內(nèi)部含水飽和度仍然較低,無邊底水入侵的特征。此外,根據(jù)該井的不穩(wěn)定試井曲線(圖7,圖8),從2009年和2011年2次壓力恢復(fù)測試的雙對數(shù)曲線中看,壓力導(dǎo)數(shù)曲線的后期均沒有出現(xiàn)“下掉”狀,表明DD1井生產(chǎn)層段周圍不存在定壓邊界,也表明該井的生產(chǎn)層段離邊底水較遠,產(chǎn)出水來自底水可能性很小。氣井的產(chǎn)出水為地層內(nèi)部凝析水和束縛水。3.2調(diào)整后的油氣井作業(yè)速度及不穩(wěn)定試井曲線判別方法:生產(chǎn)水氣比、生產(chǎn)動態(tài)、產(chǎn)出水的特征、不穩(wěn)定試井曲線法、油壓的下降速度、地層條件下體積分數(shù)。DD2井在2009年7月投產(chǎn),初期日產(chǎn)氣量為(7.2~9.1)×104m3/d,產(chǎn)出液主要為壓裂液,之后產(chǎn)水量降至1m3/d,水氣比為0.12m3/104m3,地層條件下的體積系數(shù)為0.71%。從2009年7月27日到2010年4月11日,井口油壓由17MPa降至14.8MPa,井口油壓的下降速度為0.0085MPa/d;此后關(guān)井又重新開井生產(chǎn),產(chǎn)水量突升至8m3/d以上,此階段產(chǎn)氣量呈現(xiàn)連續(xù)下降趨勢,地層條件水的體積系數(shù)升至18.4%,水氣比升至7.9m3/104m3,產(chǎn)氣量降至1.43×104m3/d,油壓由重新開井初期的26.5MPa降至11.05MPa,下降速度為0.15MPa/d,此下降速度遠遠大于投產(chǎn)初期氣井的油壓下降速度(圖9,圖10)。此外,根據(jù)該井的不穩(wěn)定試井曲線(圖11),從壓力恢復(fù)測試的雙對數(shù)曲線中看到,壓力導(dǎo)數(shù)曲線的后期呈現(xiàn)“下掉”狀,表明氣井DD2生產(chǎn)層段周圍存在定壓邊界,有底水上升或者邊水入侵的征兆。結(jié)合氣藏剖面圖(圖12),氣井生產(chǎn)層段離氣水界面相對較近,氣井生產(chǎn)壓差為12~17MPa,在壓裂縫的溝通作用下,促進了底水的上升,氣井生產(chǎn)動態(tài)具有明顯的邊底水水侵及氣水兩相相滲的特征。4氣井產(chǎn)水來源的判別(1)通過綜合研究氣藏產(chǎn)出水的成因、形成機制及開發(fā)動態(tài),將氣井的產(chǎn)出水類