摘　要：高含硫氣藏產(chǎn)地層水嚴重影響生產(chǎn)，其安全清潔開發(fā)要求準確掌握水侵規(guī)律。儲層非均質性強的邊水氣藏通常在某些方向水侵強度更大，表現(xiàn)出局部活躍水侵特征。經(jīng)典水驅物質平衡分析方法基于全氣藏平均地層壓力進行計算分析，對局部水侵動態(tài)敏感性弱，早期研判和預測這類水侵影響較困難。為此，以水侵通道上水區(qū)觀察井壓力變化分析為重點，研究形成了診斷水侵特征、估算氣藏開發(fā)全過程潛在水侵量大小的方法。與過去利用靠近水侵前緣的生產(chǎn)氣井壓力恢復數(shù)據(jù)分析局部水侵特征方法比較，圍繞觀察井錄取動態(tài)資料作分析對氣藏生產(chǎn)影響小且測壓數(shù)據(jù)幾乎不受生產(chǎn)制度變化的干擾。結論認為，多種方法配合能深入認識水侵規(guī)律，增強氣藏開發(fā)治水提高采收率的針對性。

關鍵詞：氣藏  非均質  邊水  局部水侵  觀察井  壓力變化  水侵量  預測

Identification of the water invasion law in high-sulfur and edge-water gas reservoirs based on the characteristics of pressure variation in the water zone

Abstract：Formation water invasion will inevitably influence the production of high sulfur gas reservoirs，so it is quite essential for us to know well the regularity of this nuisance，thus to ensure the development of such reservoirs in a safe，clcan and highly efficient way.Rather more serious the water invasion occurs in some directions of the edge-water gas reservoirs with great heLerogeneity which show the characteristic of partial active water invasion．It is rather difficult to judge and predict the said type of water invasion especially at the early stage although by use of the classic water-drive material balance analysis method based on the average strata pressure of the whole reservoir which has less sensitivity to dynamic occurrence of partial water invasion．In view of this，focusing on the analysis of the pressure variation of the observation well on the water zone in the water invasion channel，a method is ttlus developed tor dlagnosing the symptom of water invasion and estimating the potential water invasion quantity in the whole process of production of a gas reservoir. Compared with the previous analysis method of partial water invasion by use of the pressure data recovery in a gas production well in the advancing front of water invasion，this newly developed analysis method by use of the dynamic data from the observation well has little impact on the actual production and the tested pressure data will hardly be interfcred by any change in the production scheduling and control．In combination with multiple methods，the regularity of water invasion will be better known；thereby water invasion will be accordingly controlled to enhance the recovery of gas reservoirs．

Key words：gas reservotr,  heterogeneity，edge water，partial water invasion，observation well，pressure variation，water invasion volume，prediction

天然水侵氣藏提高采收率的關鍵之一是有效治水，這需要以準確認識水侵規(guī)律為前提。就高含硫氣藏開發(fā)而言，產(chǎn)水對生產(chǎn)危害大，治水成本高，研究水侵規(guī)律更為重要。儲層非均質性強、氣水關系復雜的邊水氣藏，往往表現(xiàn)出局部水侵活躍特征，為了盡早認識水侵規(guī)律，針對水侵井區(qū)強化監(jiān)測分析非常必要。近10年來，利用靠近水侵前緣的氣井動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)研究局部水侵規(guī)律的方法逐漸成熟^[1-2]，取得了較好的應用效果。對于水區(qū)有觀察井或氣藏水淹區(qū)原生產(chǎn)井轉為觀察井的情況，根據(jù)其靜壓變化監(jiān)測資料，能從另一方面深化對水侵規(guī)律的認識，由此提出了細化相關分析方法的需求。

1　與氣藏連通水區(qū)的物質平衡分析

考慮水區(qū)能流動的水體彈性膨脹量、侵入氣藏水量、某些情況下為保護鄰近生產(chǎn)井而在水區(qū)排水泄壓的累積產(chǎn)水量、宏觀均勻分布的小孔隙中束縛水膨脹占據(jù)的原可動水體空間，以及地層壓力下降后水層空隙的壓縮效應，有以下關系：

式中We為侵人氣藏的水量，l0⁴m³；Wp為水區(qū)累積排水量，l0⁴m³；W為可動水體儲量，l0⁴m³；Bwi為原始地層壓力條件下地層水體積系數(shù)；Bw為研究所關注時刻對應地層壓力條件下水的體積系數(shù)；Cw為從原始狀態(tài)到關注時刻地層壓力下降區(qū)間內(nèi)水的平均壓縮系數(shù)，Mpa^-1；Cf為儲層巖石有效壓縮系數(shù)，Mpa^-1；Swc為束縛水飽和度，無因次；Dp為地層壓力變化，MPa。

式(1)可變?yōu)椋?span lang="EN-US">

儲層物性較好時，忽略束縛水，式(2)簡化為：

根據(jù)水區(qū)觀測井監(jiān)測的地層壓力下降數(shù)據(jù)，采用式(2)或式(3)能計算侵人氣藏水量與水區(qū)累積排水量之和在可動水體儲量中所占的比例；根據(jù)原始地層壓力與預計廢棄地層壓力之間的差值，可估算極限水侵量所占比例。由極限水侵量比例與目前水侵量比例的差值，結合氣藏產(chǎn)水狀況，能大致預判后續(xù)水侵影響程度。上述分析結果能為確定優(yōu)化治水對策、提高治水的針對性和氣藏開發(fā)效益提供技術參考。

2　預判極限水侵量問題

水侵能量來源于壓力下降后可動水的彈性膨脹、束縛水膨脹擠壓可動水空間和儲層空隙的壓縮效應這3個方面。若簡化處理只考慮第1個因素，則預測的極限水侵量明顯偏低。計算分析表明，即使地層壓力下降幅度達60 MPa，上述簡化方法推算的極限水侵量在水體儲量中所占比例也不超過l.5％，這難于解釋諸多氣藏開發(fā)在沒有寬廣水域的地質背景下表現(xiàn)出的強水侵現(xiàn)象。為此，產(chǎn)生了水區(qū)溶解氣引起強水侵的猜測。通過實驗分析含氣條件下地層水體積系數(shù)變化關系，再結合水區(qū)有觀察井時開展排水動態(tài)監(jiān)測，容易驗證實際氣藏是否屬于這種情況。從國內(nèi)大、中型整裝氣藏開發(fā)治水實踐看，水區(qū)長期排水未見預期氣量產(chǎn)出的情況較為常見，兇此，水溶氣并非是引起強水侵的唯一可能原因。事實上，在大多數(shù)情況下，水層窄隙壓縮效應對水侵能量的影響顯著，束縛水膨脹影響也不應忽視。

為了定量認識前述3種岡素對水侵能量的影響程度，參照開展過相關研究的實際氣藏情況，計算預測不同束縛水飽和度條件下地層壓力從原始狀態(tài)的60MPa降到l0MPa后可動水彈性膨脹、束縛水膨脹及儲層孔隙壓縮引起的體積變化在水區(qū)總體積變化巾所占比例(圖1)。結果顯示，地層壓力降低后儲層孔隙壓縮效應對水侵能量的貢獻比例最高，因此依據(jù)式(3)可得到估算極限水侵量在可動水體儲量中所占比例的近似公式。

圖1的分析是按孔隙型儲層計算巖石有效壓縮系數(shù)得到的。裂縫系統(tǒng)的壓縮系數(shù)遠高于孔隙系統(tǒng)，根據(jù)式(4)可知其極限水侵量占可動水體儲量的比例會更大。另一方面，目前流行的巖石有效壓縮系數(shù)計算方法未充分考慮壓力降低后巖石空隙巾高壓流體支撐作用減退的影響。有研究表明，充填不同流體的多孔巖石彈性模量不同，在相同有效應力作用下，充填水的空隙在流體壓力釋放后變形強于氣層^[3]。綜合以上分析可知，儲層裂縫發(fā)育的水區(qū)極限水侵量很可能比針對孑L隙型儲層的預測值成倍增大，這是一些與小水體接觸的氣藏開發(fā)過程巾呈現(xiàn)強水侵的原因。

3　水區(qū)地層壓力獲取問題

應用以七分析公式時，需要水區(qū)地層壓力值。由于邊水氣藏不可能在水區(qū)大量布井，至多僅在靠近氣藏邊部的水區(qū)有少量觀察井，而觀察井地層壓力下降速度通常高于整個水區(qū)地層壓力的下降速度，采用觀察井靜壓力計算而得到的結果其偏差情況值得研究。為此，建立裂縫孔隙型儲層地層水沿裂縫發(fā)育帶侵入氣藏的滲流模型^[2，4]，無因次化處理后單向線性滲流模型在拉普拉斯空間中表達式為：

式中z為與滲流數(shù)學模型無因次時間相對應的拉普拉斯空間自變量；`RDF為拉普拉斯空間中儲層裂縫系統(tǒng)無因次壓力；w為裂縫—孔隙雙重介質儲層的儲容比，無因次；l為裂縫—孔隙雙重介質儲層的竄流系數(shù)，無因次；f(z)為綜合描述裂縫系統(tǒng)和孔隙系統(tǒng)儲滲級差關系的函數(shù)值，無因次；xD如為研究單向線性滲流問題的一維坐標系中無因次坐標值，設定氣水區(qū)交界處xD=0，水區(qū)外邊界處xD=l。

通過理論計算能了解水區(qū)不同位置壓力下降幅度的差異。圖2展示的是一個理論計算結果，儲層滲透率為10mD，裂縫發(fā)育帶水侵通道寬度為1000 m，水侵速度為l000m³／a。從圖2可看出，只要觀察井離生產(chǎn)井足夠遠，其井底靜壓力基本能代表水區(qū)平均地層壓力。否則，需要根據(jù)類似于式(5)的計算模型推算離生產(chǎn)井更遠處的靜壓力。由于滲透性較好的氣藏開發(fā)井距通常都大于lkm，圖2顯示在這種條件下壓差與觀測點到生產(chǎn)井的距離大體呈線性關系，近似直線段的斜率與滲透率、水侵速度等相關。根據(jù)這種認識，可基于少量的理論計算得到近似的經(jīng)驗關系式，在觀察井實測靜壓力基礎上作修正，從而獲得更好的代表水區(qū)平均地層壓力的數(shù)據(jù)。

通常情況下，觀察井壓力變化速度緩慢，辨識水侵規(guī)律對測壓精度要求高。高溫條件下電子壓力計的“漂移”效應^[5]會引起對水侵特征的誤判，應優(yōu)選性能滿足要求、可靠性有保障的壓力計作監(jiān)測。

4　應用實例

LG1井區(qū)飛仙關組氣藏為邊水氣藏，西段有底水分布，水侵影響較為顯著。由于該氣藏高含硫，治水成本較高，需要落實重點對象。A井為西南翼水區(qū)觀察井(圖3)，氣藏生產(chǎn)過程中該井壓力明顯下降(表1)，表明水體與氣藏的連通性較好。采用該井的靜壓跟蹤監(jiān)測數(shù)據(jù)，根據(jù)式(2)計算這一方向的水侵量占附近范圍可動水體儲量的比例，并推算極限水侵量所占比例。計算結果顯示，目前水侵量所占比例與極限水侵量比例的差距相對較小，而鄰近的高產(chǎn)氣井未表現(xiàn)出水侵影響，地質分析印證該方向的水體分布范圍不大。結合高含硫氣藏治水效益因素考慮，認為暫不需要在A井主動排水保護氣藏，而將治水關注重點集中于該氣藏西端強水侵通道上的其他井點。

5　結論

在局部水侵方向氣區(qū)和水區(qū)開展動態(tài)監(jiān)測和跟蹤分析，能有效掌握水侵規(guī)律，為治水決策提供可靠技術依據(jù)。依靠針對性分析技術的支撐，弱水侵條件下避免治水措施過度，強水侵狀態(tài)下根據(jù)不同開發(fā)階段水侵特征，有的放矢地防水、控水、主動排水，或提前廢棄水侵井區(qū)，能顯著提高水侵氣藏經(jīng)濟采收率。

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本文作者：馮曦  楊學鋒  鄧惠  陳林  朱占美，

作者單位：中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院

  中國石油西南油氣田公司川中油氣礦