裂縫型氣藏水侵動(dòng)態(tài)模擬研究

周旻昊， 樂(lè) 平， 郭春秋， 陳鵬宇

（1.西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都610500；2.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院，北京100083）

0 引 言

碳酸鹽巖儲(chǔ)層主要包括縫洞型、裂縫型和孔隙型3種基本孔隙結(jié)構(gòu)類型［1］，其中裂縫在儲(chǔ)層中扮演著重要的角色，一方面，裂縫的存在改善了儲(chǔ)層的滲流條件；另一方面，邊、底水沿裂縫水竄，會(huì)造成生產(chǎn)井過(guò)早水淹，影響氣藏的采收率［2-4］。而阿姆河右岸氣藏?cái)鄬蛹傲芽p發(fā)育，儲(chǔ)層類型以裂縫型為主，氣田整體發(fā)育底水，局部地區(qū)水體能量活躍，部分氣井在投產(chǎn)初期就出現(xiàn)了不同程度的出水問(wèn)題，嚴(yán)重制約了氣田的高效開發(fā)。因此有必要針對(duì)裂縫發(fā)育的阿姆河右岸氣藏進(jìn)行水侵規(guī)律的研究。

目前對(duì)于裂縫氣藏的水侵機(jī)理研究較少，大多通過(guò)數(shù)值模擬進(jìn)行研究［5-9］。物理實(shí)驗(yàn)研究主要運(yùn)用玻璃模型或鑄體薄片進(jìn)行微觀水驅(qū)實(shí)驗(yàn)，研究微觀滲流機(jī)理［10-15］；而宏觀水侵規(guī)律以及開發(fā)效果的研究主要通過(guò)長(zhǎng)巖心物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行［16-20］。沈偉軍等［16］通過(guò)全裂縫巖心實(shí)驗(yàn)，研究了不同裂縫寬度下的水侵機(jī)理，未考慮裂縫在不同貫穿程度下的情況；何佳林［17］考慮了裂縫的貫穿程度，但實(shí)驗(yàn)所需巖心較多。而目標(biāo)氣藏井深近6 km，取心成本高，且不易取得完整的碳酸鹽巖長(zhǎng)巖心。為此設(shè)計(jì)了新的實(shí)驗(yàn)方法，在有限的巖心條件下，通過(guò)實(shí)驗(yàn)順序的優(yōu)化和巖心切割、造縫后的組合，結(jié)合正交試驗(yàn)的方法，在較少巖心數(shù)量下，進(jìn)行高效、可靠的實(shí)驗(yàn)，完成對(duì)裂縫滲透率、裂縫貫穿程度、水體倍數(shù)的分析和敏感性研究。

1 裝置與實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)基于儲(chǔ)層巖心的氣、水兩相流動(dòng)，結(jié)合實(shí)際氣藏特征，采用實(shí)際儲(chǔ)層巖心人工造縫來(lái)模擬裂縫型儲(chǔ)層，研究碳酸鹽巖氣藏儲(chǔ)層在不同裂縫參數(shù)、水體大小情況下氣井產(chǎn)水機(jī)理及對(duì)產(chǎn)水動(dòng)態(tài)規(guī)律的影響。

實(shí)驗(yàn)采用正交試驗(yàn)的原理，通過(guò)抽提氣藏水侵的主要影響因素，根據(jù)氣井實(shí)際情況設(shè)置因素的參數(shù)水平值，開展相應(yīng)的物理模擬實(shí)驗(yàn)。

具體的正交實(shí)驗(yàn)參數(shù)見表1，正交實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)見表2。

表1 正交參數(shù)表

表2 正交實(shí)驗(yàn)方案表

1.1 實(shí)驗(yàn)原理及流程

采用實(shí)際儲(chǔ)層全直徑巖心，篩選出符合要求的碳酸鹽巖巖心進(jìn)行人工制取裂縫，模擬帶裂縫的底水碳酸鹽巖氣藏開發(fā)過(guò)程，不同裂縫參數(shù)的巖樣垂直放置于巖心夾持器，在巖心夾持器底部連接裝有不同大小地層水（5、10、30 倍水體）的中間容器模擬底水。

測(cè)定時(shí)，模擬實(shí)際地層條件（溫度為116 ℃、原始地層壓力為58 MPa），圍壓與內(nèi)壓壓差為2 MPa，以2 MPa間隔為一個(gè)測(cè)試點(diǎn)，每個(gè)壓力點(diǎn)測(cè)定產(chǎn)氣量、產(chǎn)水量，測(cè)定到設(shè)計(jì)的最低內(nèi)壓點(diǎn)為4 MPa（廢棄壓力），研究在不同裂縫滲透率、裂縫貫穿程度、水體倍數(shù)大小下的采出程度以及產(chǎn)水變化規(guī)律，借以評(píng)價(jià)裂縫型氣藏水侵機(jī)理。

實(shí)驗(yàn)裝置采用全直徑巖心驅(qū)替裝置，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1 所示。

圖1 水侵機(jī)理實(shí)驗(yàn)裝置

此套裝置主要由注入泵系統(tǒng)、巖心夾持器、回壓調(diào)節(jié)器、壓差表、控溫系統(tǒng)組成。其中巖心夾持器是巖心驅(qū)替裝置中的關(guān)鍵部分，主要由巖心外筒、膠皮筒和軸向連接器組成。巖心夾持器垂直放置并在底部連接裝有地層水的中間容器模擬底水，內(nèi)壓由回壓控制器控制。

1.2 實(shí)驗(yàn)條件

（1）實(shí)驗(yàn)溫度、壓力。溫度：模擬氣藏溫度116℃；壓力：內(nèi)壓模擬地層壓力58 ～4 MPa（廢棄壓力），內(nèi)壓點(diǎn)選擇變化至2 MPa的一點(diǎn)。

（2）實(shí)驗(yàn)流體。實(shí)驗(yàn)流體選用天然氣和配制地層水，天然氣采用現(xiàn)場(chǎng)配制樣品，實(shí)驗(yàn)所用地層水根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)水樣分析報(bào)告在實(shí)驗(yàn)室自行配制，流體和地層水水樣配置參考現(xiàn)場(chǎng)提供的相關(guān)測(cè)試資料。

（3）實(shí)驗(yàn)巖心。為制備裂縫型儲(chǔ)層巖心，取得代表性全直徑樣品，要求有一定的基質(zhì)滲透率、非均質(zhì)性不能太強(qiáng)。由于裂縫型儲(chǔ)層研究的重點(diǎn)是裂縫，對(duì)基質(zhì)要求較低，選擇具有代表性且符合要求的實(shí)際儲(chǔ)層碳酸鹽巖巖心經(jīng)過(guò)人工造縫的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。

50例ASO患者實(shí)驗(yàn)觀察指標(biāo)以SPSS19.0計(jì)算。護(hù)理工作滿意度以%形式展開，采用χ2檢驗(yàn)；飲食知識(shí)掌握以及護(hù)理知識(shí)掌握評(píng)分以（±s）形式展開，進(jìn)行t檢驗(yàn)。P＜0.05證明差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 裂縫型氣藏水侵理論分析

2.1 儲(chǔ)層介質(zhì)與出水類型分析

李川東［18］根據(jù)儲(chǔ)層介質(zhì)特點(diǎn)，將有水氣藏主要分為：裂縫-孔隙型、裂縫-孔洞型、縫洞發(fā)育型有水氣藏3種主要類型。

為判斷阿姆河氣井出水模式，結(jié)合成友友等［19］對(duì)阿姆河氣田出水進(jìn)行的劃分，對(duì)采出程度和水氣比分別取對(duì)數(shù)作巖心出水診斷曲線（見圖2）。圖2 中見水后的上翹段能直觀反映水侵規(guī)律，將α定義為上翹段直線的斜率，用來(lái)表征水氣比隨采出程度的上升速度。當(dāng)1≤α ＜2 時(shí)，則對(duì)應(yīng)為沒(méi)有裂縫的水侵動(dòng)態(tài)，多表現(xiàn)為無(wú)裂縫儲(chǔ)層，為正常的水脊水錐動(dòng)態(tài)特征。當(dāng)2≤α ＜3 時(shí)，則對(duì)應(yīng)為發(fā)育有半貫穿或者低角度的、裂縫未與井筒或底水直接溝通的裂縫，即裂縫性碳酸鹽巖儲(chǔ)層。當(dāng)α ＞3 時(shí)，則對(duì)應(yīng)儲(chǔ)層中有全貫穿的大裂縫、大溶洞、或貫穿性的裂縫網(wǎng)絡(luò)，底水通過(guò)縫洞與生產(chǎn)井直接溝通，開發(fā)過(guò)程中快速水侵水竄。由于方案都存在裂縫，所以斜率值相對(duì)偏大。其中，選取對(duì)方案1、2、8 作為對(duì)比分析。

圖2 巖心出水診斷曲線

2.2 低水侵風(fēng)險(xiǎn)

圖2 表明巖心尺度的水氣比對(duì)數(shù)與采出程度的對(duì)數(shù)圖版呈現(xiàn)較好的線性關(guān)系。方案2 與方案1 相比，雖然采用的水體倍數(shù)為10，大于方案1 的5 倍，但裂縫貫穿程度為75%，小于方案1 中裂縫全貫穿的情況。方案2 的斜率值2.5 反而小于方案1 的3.4，屬于裂縫-孔隙性見水。分析原因，由于未貫穿區(qū)域的滲流影響，其水竄強(qiáng)度低于全貫穿的方案1，且最終采出程度也高于方案1，說(shuō)明水體的大小對(duì)水侵的影響要大于裂縫的貫穿程度的影響。

2.3 高水侵風(fēng)險(xiǎn)

方案8 由于裂縫滲透率最大，貫穿程度為100%，水體倍數(shù)最大，所以診斷曲線的斜率也為所有方案中最大，為5.9，遠(yuǎn)高于低水竄風(fēng)險(xiǎn)方案的2.5，且最終采出程度最低。

其余組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明，裂縫貫穿程度越高、裂縫滲透率越大、水體倍數(shù)越高，對(duì)應(yīng)水侵診斷曲線中的斜率值越大，采出程度越低。說(shuō)明裂縫貫穿程度、裂縫滲透率、水體倍數(shù)越大，水侵、水竄越嚴(yán)重。

需要說(shuō)明的是：上述由礦場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)繪制的圖2，不同的氣藏會(huì)表現(xiàn)出不同的α 值界限。此外，圖2 為單井生產(chǎn)尺度的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，圖3 為巖心尺度的模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果，二者具有較好的趨勢(shì)對(duì)比性（水氣比對(duì)數(shù)與采出程度的雙對(duì)數(shù)圖版均呈現(xiàn)較好的線性關(guān)系）。但由于巖心尺度與礦場(chǎng)單井尺度的不同，也可能導(dǎo)致二者α 值的界限不同，因此需結(jié)合具體實(shí)際情況決定是否修正α值。

3 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

9 組方案的采出程度-水氣比對(duì)數(shù)圖版，只能一定程度上分析水侵規(guī)律，最終目的還是通過(guò)正交試驗(yàn)方法完成裂縫滲透率、裂縫貫穿程度、水體大小對(duì)出水機(jī)理和見水動(dòng)態(tài)的敏感性模擬。模擬結(jié)果考慮了采出程度、平均水氣比、見水時(shí)壓力、平均產(chǎn)氣量、平均產(chǎn)水量5 個(gè)指標(biāo)。

對(duì)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析，評(píng)價(jià)各因素對(duì)指標(biāo)的影響程度，根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)原理，極差值越大，因素影響程度越大。匯總結(jié)果見表3。

通過(guò)正交模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)采出程度、平均水氣比、突破壓力、平均產(chǎn)氣量、平均產(chǎn)水量5 個(gè)指標(biāo)，取均值作出影響因素變化趨勢(shì)圖，分析裂縫滲透率、裂縫貫穿程度、水體倍數(shù)這3 個(gè)因素的水平值對(duì)水侵動(dòng)態(tài)的影響，并根據(jù)表中極差值的大小判斷各因素對(duì)指標(biāo)影響程度的排序。

3.1 采出程度評(píng)價(jià)

因素水平值對(duì)采出程度的影響程度如下圖3 所示。由圖3 可見：在裂縫性見水影響下，裂縫滲透率100mD，貫穿程度50%，水體倍數(shù)中等10 倍時(shí)，采出程度相對(duì)較高。裂縫滲透率過(guò)低，影響氣體流動(dòng)，裂縫貫穿程度和水體倍數(shù)過(guò)大，均不利于采收率的提高。通過(guò)極差值大小判斷，對(duì)于采出程度來(lái)說(shuō)，影響程度排序?yàn)椋核w倍數(shù)＞裂縫貫穿程度＞裂縫滲透率，但影響程度相差不大。

3.2 平均水氣比

因素水平值對(duì)平均水氣比的影響程度如圖4所示。

表3 全直徑巖心模擬結(jié)果評(píng)價(jià)結(jié)果匯總

圖3 因素水平值對(duì)采出程度（R）的影響程度

圖4 因素水平值對(duì)平均水氣比（WGR）的影響程度

由圖4 可見：在選定的水平值范圍內(nèi)，水體倍數(shù)與裂縫滲透率對(duì)平均水氣比影響程度相當(dāng)；裂縫貫穿程度對(duì)平均水氣比的影響幅度遠(yuǎn)高于參數(shù)；在裂縫性見水影響下，裂縫貫穿程度越高，滲透率越高，水體倍數(shù)越大，平均水氣比值越高。通過(guò)極差值大小判斷，對(duì)于平均水氣比來(lái)說(shuō)，影響程度排序?yàn)椋毫芽p貫穿程度＞水體倍數(shù)＞裂縫滲透率。

3.3 見水時(shí)壓力

因素水平值對(duì)見水時(shí)壓力的影響程度如圖5所示。

圖5 因素水平值對(duì)見水時(shí)壓力（p）的影響程度

圖5 顯示：對(duì)于見水時(shí)壓力比來(lái)說(shuō)，見水時(shí)的壓力對(duì)應(yīng)著見水時(shí)間的早晚，在選定的水平值范圍內(nèi)，裂縫滲透率對(duì)平均水氣比的影響幅度遠(yuǎn)高于其他兩個(gè)參數(shù)；在裂縫性見水影響下，滲透率越高，裂縫貫穿程度越高，水體倍數(shù)越大，裂縫性見水時(shí)壓力點(diǎn)越高，見水時(shí)間越早。通過(guò)極差值大小判斷，影響程度排序?yàn)椋毫芽p滲透率＞水體倍數(shù)＞裂縫貫穿程度。

3.4 平均產(chǎn)氣量

因素水平值對(duì)平均階段產(chǎn)氣量影響程度如下圖6所示。

圖6 因素水平值對(duì)平均產(chǎn)氣量（Qg）的影響程度

圖6 顯示：裂縫滲透率對(duì)平均產(chǎn)氣量影響幅度最大，在裂縫性底水驅(qū)動(dòng)下，初期見水前的階段產(chǎn)氣平均速度與裂縫的滲透率正相關(guān)；裂縫貫穿程度越大平均產(chǎn)氣越大；水體倍數(shù)中等，平均采氣速度較高，但影響幅度有限。通過(guò)極差值大小判斷，對(duì)于平均產(chǎn)氣量來(lái)說(shuō)，影響程度排序?yàn)椋毫芽p滲透率＞裂縫貫穿程度＞水體倍數(shù)。

3.5 平均產(chǎn)水量

因素水平值對(duì)平均產(chǎn)水量的影響程度如圖7所示。

圖7 因素水平值對(duì)平均階段產(chǎn)水量（Qw）的影響程度

圖7 顯示：水體倍數(shù)對(duì)平均產(chǎn)水量影響幅度最大。在裂縫性底水驅(qū)動(dòng)下，見水后的產(chǎn)水平均速度與裂縫的滲透率、裂縫貫穿程度、水體倍數(shù)成正相關(guān)，值越高，平均產(chǎn)水量越大。通過(guò)極差值大小判斷，對(duì)于平均產(chǎn)水量來(lái)說(shuō)，影響程度排序?yàn)椋核w倍數(shù)＞裂縫貫穿程度＞裂縫滲透率。

4 結(jié) 語(yǔ)

（1）通過(guò)實(shí)驗(yàn)順序的優(yōu)化和正交試驗(yàn)方法的應(yīng)用，可以在較少的巖心數(shù)量下進(jìn)行較為有效、全面的實(shí)驗(yàn)研究。

（2）雖然巖心尺度與礦場(chǎng)單井尺度存在不同，但二者具有較好的趨勢(shì)對(duì)比性，均滿足出水診斷曲線模式。裂縫滲透率、裂縫貫穿程度、水體倍數(shù)越大，診斷曲線斜率越大，水侵、水竄越嚴(yán)重。

（3）通過(guò)正交試驗(yàn)，可以判斷裂縫滲透率、裂縫貫穿程度、水體倍數(shù)對(duì)指標(biāo)影響的敏感性。正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析表明，對(duì)于采出程度和平均產(chǎn)水量這兩個(gè)指標(biāo)來(lái)說(shuō)，水體倍數(shù)的敏感性稍強(qiáng)，影響程度略大于另外兩個(gè)因素，但相差幅度不大；對(duì)于平均水氣比來(lái)說(shuō)，裂縫貫穿程度敏感性更強(qiáng)，影響更大；對(duì)于見水時(shí)間、平均產(chǎn)氣量來(lái)說(shuō)，裂縫滲透率的敏感性更強(qiáng)，影響更大。