澀北氣田開發(fā)中存在的技術(shù)難題及其解決途徑

摘 要

摘要：柴達(dá)木盆地澀北多層疏松砂巖氣田具有氣水關(guān)系復(fù)雜、易出砂、易出水、儲量動(dòng)用程度不均衡等開發(fā)技術(shù)難題，國內(nèi)外可供借鑒的經(jīng)驗(yàn)較少。從澀北氣田的儲層地質(zhì)特征入手，結(jié)合產(chǎn)
摘要：柴達(dá)木盆地澀北多層疏松砂巖氣田具有氣水關(guān)系復(fù)雜、易出砂、易出水、儲量動(dòng)用程度不均衡等開發(fā)技術(shù)難題，國內(nèi)外可供借鑒的經(jīng)驗(yàn)較少。從澀北氣田的儲層地質(zhì)特征入手，結(jié)合產(chǎn)量、出水與出砂動(dòng)態(tài)規(guī)律，深入分析了澀北氣田所面臨的各項(xiàng)開發(fā)技術(shù)難題，以控水穩(wěn)氣、提高天然氣采收率為目的，從氣藏精細(xì)描述、開發(fā)機(jī)理、氣藏工程等角度，提出了下一步解決這些難題的思路：①對于出水問題，需要重點(diǎn)研究氣水層的識別技術(shù)、出水機(jī)理與水源的綜合評價(jià)、出水氣井的產(chǎn)能評價(jià)、邊水水體能量評價(jià)、防水治水措施以及儲層內(nèi)氣水運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)；②對于出砂問題，攻關(guān)方向是防砂工藝與產(chǎn)能的協(xié)調(diào)、主動(dòng)防砂的生產(chǎn)壓差控制；③對于提高儲量動(dòng)用程度，需要進(jìn)一步完善、設(shè)計(jì)新資料的獲取方案、提高三類儲層的解釋精度；④對于澀北氣田水平井技術(shù)運(yùn)用，需要優(yōu)化設(shè)計(jì)、精心施工和綜合評價(jià)。
關(guān)鍵詞：澀北氣田；開發(fā)；疏松砂巖；出水；出砂；儲量動(dòng)用
1 儲層地質(zhì)特征
    柴達(dá)木盆地澀北氣田屬于典型的第四系多層疏松砂巖生物成因氣田，氣田構(gòu)造平緩，構(gòu)造幅度低；氣砂體橫向上分布穩(wěn)定，以薄層粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖和泥巖頻繁間互為主；氣藏含氣飽和度低；氣井含氣井段長，氣層薄、層數(shù)多。儲層巖石中的黏土含量高，儲層巖性疏松，具有較強(qiáng)的壓力敏感性和水敏特性，同時(shí)氣井出砂臨界流速低，出水加劇氣層出砂。澀北氣田的氣水界面傾斜，氣水分布主要受構(gòu)造、巖性和水動(dòng)力控制，造成含氣邊界不規(guī)則；氣藏縱向上跨度大，存在多個(gè)氣水系統(tǒng)，各小層含氣面積差異較大，地層水的存在形態(tài)多樣[1～2]。
2 技術(shù)難題之一：出水
2.1 氣水層的識別
    澀北氣田砂泥巖薄互層，目前技術(shù)水平下，氣層、含水氣層、水層等在測井曲線上很難準(zhǔn)確識別，低阻氣層和高阻水層的錯(cuò)誤識別往往導(dǎo)致選擇錯(cuò)誤的射孔層位，造成氣井早見水。
   低阻氣層盡管其物性較差，產(chǎn)能小，但分布范圍較廣，是澀北氣田產(chǎn)能的重要組成部分。由于低阻氣層無明顯的三孔隙度異常，自然電位與自然伽馬一致性差，加上層薄，導(dǎo)致測井資料受圍巖影響明顯，儲層參數(shù)的計(jì)算精度低[3]。
    解決這一技術(shù)難題的思路是綜合各方面數(shù)據(jù)資料信息，運(yùn)用產(chǎn)出剖面和生產(chǎn)動(dòng)態(tài)資料對測井解釋結(jié)果進(jìn)行復(fù)核，加強(qiáng)澀北氣田疏松砂巖多層氣藏的流體識別方法、儲層參數(shù)及儲層解釋模型研究，提高氣層的發(fā)現(xiàn)率和解釋符合率。
2.2 出水機(jī)理與水源綜合評價(jià)
    澀北氣田氣井出水機(jī)理與構(gòu)造部位、儲層物性、水體大小、氣層連通性及驅(qū)動(dòng)能量等多種因素有關(guān)，不同的開采階段，出水機(jī)理也各不相同。目前主要根據(jù)產(chǎn)層段所在位置、產(chǎn)出剖面、水樣分析、生產(chǎn)及出水動(dòng)態(tài)等間接推測出水水源。為了達(dá)到控水穩(wěn)氣的目標(biāo)，制訂有效的防水治水策略，必須掌握出水機(jī)理，量化出水量，準(zhǔn)確判斷氣井出水的水源及出水層位[4]。
    目前主要通過對層內(nèi)水和層間水的出水機(jī)理進(jìn)行物理模擬，對出水滲流過程進(jìn)行量化分析，結(jié)合天然氣產(chǎn)量、出水量、水氣比、壓力、累計(jì)產(chǎn)量等生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，建立氣井出水的定量評價(jià)指標(biāo)體系，判斷水源，預(yù)測出水動(dòng)態(tài)，為防水治水提供量化依據(jù)。
2.3 出水氣井產(chǎn)能評價(jià)
    出水增大儲層內(nèi)滲流阻力和井筒壓力損耗，影響氣井的產(chǎn)能(圖1)。在氣井產(chǎn)能評價(jià)時(shí)，必須考慮出水對產(chǎn)能的影響。對一部分井進(jìn)行了不同開采階段的多次系統(tǒng)試井，產(chǎn)能方程研究表明，氣井的無阻流量隨氣井出水量的增加而降低。但同時(shí)由于地層能量下降、氣井出砂等因素也會(huì)降低氣井產(chǎn)能，僅根據(jù)目前系統(tǒng)試井測試數(shù)據(jù)還不能判斷出水對氣井產(chǎn)能的降低幅度。
 

    目前研究進(jìn)展是建立儲層滲流與氣井產(chǎn)能的耦合模型，將各種出水機(jī)理的定量關(guān)系引入地層滲流模型，計(jì)算不同開發(fā)階段地層的出水范圍和出水量；然后利用考慮含水飽和度變化的氣井產(chǎn)能方程，適時(shí)地計(jì)算當(dāng)前飽和度下近井地層氣相滲透率與氣井產(chǎn)能，同時(shí)通過氣水滲流機(jī)理的物理模擬實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證理論模型的計(jì)算結(jié)果。
2.4 邊水能量評價(jià)
    區(qū)域水動(dòng)力學(xué)研究表明，由于澀北氣田處于一個(gè)由南向北的水循環(huán)系統(tǒng)中，氣水界面南高北低，持續(xù)低速供給的水體將造成開采中后期各個(gè)方向不均衡的邊水水侵[5]。
    澀北氣田含氣小層層數(shù)眾多，各小層含氣面積差異較大，氣水邊界不規(guī)則，很難通過構(gòu)造地質(zhì)和成藏地質(zhì)的研究來確定邊水的分布范圍和水體能量，給澀北氣田的防水治水工作帶來較大的難度和風(fēng)險(xiǎn)。
    解決這一技術(shù)難題的思路是對邊水形成機(jī)理、氣藏地質(zhì)條件以及儲層內(nèi)氣水運(yùn)動(dòng)規(guī)律的準(zhǔn)確把握，根據(jù)構(gòu)造邊部和低部位氣井產(chǎn)量與壓力測試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，運(yùn)用氣藏工程方法和氣藏?cái)?shù)值模擬技術(shù)，定量估算各個(gè)方向上邊水水體能量；此外，設(shè)計(jì)針對各個(gè)主力層組邊水推進(jìn)規(guī)律的動(dòng)態(tài)監(jiān)測方案以及發(fā)展各種生產(chǎn)測試技術(shù)和流體分析技術(shù)，適時(shí)、動(dòng)態(tài)地監(jiān)測邊水推進(jìn)，并以此作為抑制邊水產(chǎn)量調(diào)控的依據(jù)。
3 技術(shù)難題之二：出砂
生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，澀北氣田的氣井普遍出砂[6～7]，沉砂高度越大的井，對應(yīng)的累計(jì)產(chǎn)氣量越低，累計(jì)出水量也越大，表明出砂影響了氣井的開采效益，出水將加劇出砂(圖2)。
 

3.1 目前的防砂策略
    通常利用工藝措施阻止地層砂進(jìn)入井底，但產(chǎn)出砂會(huì)在防砂管外堆積，形成致密的砂橋，阻塞流通面積，降低氣井的產(chǎn)能。此外，防砂措施也將顯著增加完井成本，防砂一旦失敗，將造成氣井的報(bào)廢。端部脫砂壓裂和高壓一次充填壓裂技術(shù)可以達(dá)到增產(chǎn)防砂的效果，但有效期較短，如果壓竄層或溝通了水層，將進(jìn)一步惡化氣井的開采狀況。
    合理的做法是控制生產(chǎn)壓差，實(shí)施主動(dòng)防砂策略抑制地層出砂。主動(dòng)防砂的技術(shù)難點(diǎn)是準(zhǔn)確計(jì)算出砂臨界壓差，合理選擇生產(chǎn)壓差，小壓差同時(shí)也有利于抑制水竄。
    不管是被動(dòng)防砂還是主動(dòng)防砂，都是以犧牲氣井產(chǎn)能為代價(jià)的。需要在防砂和產(chǎn)能之間找到一個(gè)平衡點(diǎn)，既能有效地防止地層出砂，又能最大限度地發(fā)揮氣井的產(chǎn)能。
3.2 砂橋的形成與破壞
    防砂管外形成砂橋的過程以及砂橋?qū)饬鞯淖璧K能力是與時(shí)間、流速、砂粒組成、流體攜砂能力等因素有關(guān)的，需要利用物理模擬實(shí)驗(yàn)來研究這些參數(shù)間的相互關(guān)系。
    一旦致密砂橋形成，將會(huì)較大程度地降低氣井產(chǎn)能，需要探索一些方法破壞砂橋，比如采用物理方法造成井底壓力的激動(dòng)，或采用化學(xué)方法溶解砂橋，這些策略具體實(shí)施時(shí)還有許多相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)需要深入研究。
3.3 主動(dòng)防砂的壓力控制設(shè)計(jì)
    主動(dòng)防砂根據(jù)巖石強(qiáng)度設(shè)計(jì)合理的生產(chǎn)壓差，是成本最低的防砂策略。澀北氣田儲層巖石的泥質(zhì)含量高，且各產(chǎn)層泥質(zhì)含量的差異較大，并且出水將貫穿氣田開發(fā)的始終，因此必須考慮泥質(zhì)含量差異和出水對強(qiáng)度的影響。
    進(jìn)一步的工作中，基于巖石強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，引入與泥質(zhì)含量和含水飽和度相關(guān)的強(qiáng)度計(jì)算模型，建立澀北氣田不同開采階段的出砂臨界壓差計(jì)算模型，設(shè)計(jì)各階段主動(dòng)防砂壓差。
4 技術(shù)難題之三：儲量動(dòng)用不均衡
    平面及層間的較強(qiáng)非均質(zhì)性、出水水源和出水機(jī)理的復(fù)雜性等，使各個(gè)產(chǎn)層的儲量動(dòng)用程度存在差異。
    以提高單井產(chǎn)量和儲量動(dòng)用程度為目標(biāo)，澀北氣田試驗(yàn)了細(xì)分開發(fā)單元、多層合采、油套分采、水平井、產(chǎn)量調(diào)控均衡采氣等措施，取得了一定的效果。但由于澀北氣田儲層地質(zhì)條件的復(fù)雜性，提高儲量動(dòng)用仍存在較多的技術(shù)難題。
4.1 資料仍相對不足
    測井解釋僅來源于孤立井點(diǎn)的測井剖面，由于澀北氣田含氣面積大，且平面具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性和薄互層性，測井解釋成果推廣到平面上精度較低；合采井的試井解釋和開采動(dòng)態(tài)是多層的綜合反映，缺乏必要的分層測試資料。
4.2 提高三類儲層的解釋精度
    在面積和儲量上，澀北氣田的三類儲層比例都接近一半，是澀北氣田穩(wěn)產(chǎn)的重要挖潛對象。由于其具有低阻特征，目前的測井解釋技術(shù)還難以準(zhǔn)確地將其與水層和泥巖層完全分辨出來。需要發(fā)展測井解釋新技術(shù)，同時(shí)利用已投產(chǎn)氣井的動(dòng)態(tài)生產(chǎn)數(shù)據(jù)對其進(jìn)行復(fù)核，以提高三類層的發(fā)現(xiàn)率和解釋精度。
4.3 水平井技術(shù)
   水平井是提高單儲層儲量動(dòng)用程度和單井產(chǎn)量的最佳技術(shù)手段之一，然而，目前澀北氣田的部分試驗(yàn)水平井具有出水上升快、產(chǎn)量和壓力下降快的特點(diǎn)，水平井現(xiàn)場實(shí)施效果并不理想，原因分析如下：①對于薄層，水平井往往只能打開1、2個(gè)產(chǎn)層，控制的儲量極為有限，過高的配產(chǎn)將出現(xiàn)供給不足、局部壓降過大、層內(nèi)出水加劇的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致氣井產(chǎn)量下降快、壓力下降快；②水平井的生產(chǎn)段長，井筒內(nèi)流動(dòng)阻力極小，任一位置出水就會(huì)全井見水，因此澀北氣田水平井的開采具有見水快的特點(diǎn)；③重力對水平段內(nèi)氣水分流影響不大，出水、出砂往往造成水平段流動(dòng)的堵塞，致使遠(yuǎn)處水平段無法產(chǎn)氣，這也是造成澀北氣田水平井產(chǎn)量下降快的因素之一。
    澀北氣田的儲層物性、氣水分布、邊水能量及其推進(jìn)動(dòng)態(tài)均具有不確定性，加之水平井的成本費(fèi)用高，固井難度大，動(dòng)態(tài)監(jiān)測困難，出水后調(diào)整余地小，這些因素都決定了水平井在澀北氣田的應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)較大。
5 解決途徑
    筆者對出水、出砂和儲量動(dòng)用不均衡等主要技術(shù)難題進(jìn)行了詳細(xì)分析，提出了下一步將要重點(diǎn)攻關(guān)的技術(shù)方向：
    1) 對于出水問題，需要重點(diǎn)研究氣水層的識別技術(shù)、出水機(jī)理與水源的綜合評價(jià)、出水氣井的產(chǎn)能評價(jià)、邊水水體能量評價(jià)、防水治水措施以及儲層內(nèi)氣水運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)。
    2) 對于出砂問題，攻關(guān)方向是防砂工藝與產(chǎn)能的協(xié)調(diào)、主動(dòng)防砂的生產(chǎn)壓差控制。
    3) 對于提高儲量動(dòng)用程度，需要進(jìn)一步完善、設(shè)計(jì)新資料的獲取方案、提高三類儲層的解釋精度。
    4) 對于澀北氣田水平井技術(shù)運(yùn)用，需要優(yōu)化設(shè)計(jì)、精心施工和綜合評價(jià)。
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(本文作者：馬力守 中國石油青海油田公司)