深水水驅(qū)氣藏高效開(kāi)發(fā)技術(shù)研究

殷修杏，，李華，周小涪，陳建華，郭冰柔，高子康

（1.中海石油（中國(guó)）有限公司海南分公司，海南海口 570300；2.中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057）

深水A氣田共7個(gè)井區(qū)，氣田物性好，屬于高孔–特高孔、高滲–特高滲氣藏，且均為“一砂一井”，井控程度低，近80%為邊底水驅(qū)氣藏（60%底水、20%邊水）。由于不同砂體的儲(chǔ)層物性、驅(qū)動(dòng)類型及水體能量存在較大差異，且受隔夾層影響產(chǎn)水規(guī)律更加復(fù)雜。深水氣田后期治水難度大，及早深入開(kāi)展出水規(guī)律研究并制定合理的防控策略，遠(yuǎn)好于后期被動(dòng)治水。

深水A氣田水深超1 000米，國(guó)內(nèi)外相關(guān)開(kāi)發(fā)技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)較缺乏，調(diào)研表明國(guó)外無(wú)同類型氣田，國(guó)內(nèi)唯一的深水氣田荔灣3–1氣田在地質(zhì)油藏特征、開(kāi)發(fā)模式等方面與深水氣田群相比差異較大，可借鑒資料少。鑒于此，開(kāi)展了水侵機(jī)理與流動(dòng)特征實(shí)驗(yàn)，結(jié)合物模實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬研究，對(duì)影響高滲–特高滲水驅(qū)氣藏開(kāi)發(fā)效果的參數(shù)進(jìn)行研究，在此基礎(chǔ)上綜合深水氣藏地質(zhì)特征及開(kāi)發(fā)模式，對(duì)氣藏進(jìn)行聚類差異分析，提出了對(duì)應(yīng)的開(kāi)發(fā)策略形成了深水水驅(qū)氣藏高效開(kāi)發(fā)技術(shù)。為后續(xù)深水氣田開(kāi)發(fā)提供了有效的技術(shù)支持。

1 氣田概況

深水A氣田所處海域海況受臺(tái)風(fēng)和季風(fēng)影響，最大潮差2.24 m，水深為1 252.2～1 530.5 m。砂體沿峽谷呈條帶狀展布，均為巖性氣藏，主要發(fā)育厚層限制性低–中彎度濁積水道復(fù)合體，儲(chǔ)層物性好，表現(xiàn)為高孔–特高孔、高滲–特高滲[1]。該氣田屬正常的溫度壓力系統(tǒng)，天然氣組分以甲烷為主，整體氣柱高度不大，在9.8～85.6 m之間。氣藏驅(qū)動(dòng)類型為邊、底水驅(qū)動(dòng)和彈性驅(qū)動(dòng)，以水驅(qū)氣藏為主，水體倍數(shù)3～20倍。氣井產(chǎn)能高，各井無(wú)阻流量均大于1 000萬(wàn)方/天。

2 室內(nèi)驅(qū)替實(shí)驗(yàn)研究及分析

2.1 核磁共振測(cè)試水驅(qū)氣實(shí)驗(yàn)

考慮不同滲透率和驅(qū)替速度，采用核磁共振在線測(cè)試水驅(qū)氣飽和度變化，評(píng)價(jià)深水A氣田巖心水驅(qū)氣驅(qū)替效率，如圖1～3所示。PV代表孔隙體積，曲線特征表明部分較大孔隙中流體基本被驅(qū)替出來(lái)，稱之為可動(dòng)孔隙，而其他較小孔隙中的流體大部分未被驅(qū)替出來(lái)，稱之為不可動(dòng)峰；兩峰之間存在一個(gè)可動(dòng)流體T2截止值大于截止值的峰稱為可動(dòng)峰，小于截止值的峰稱為不可動(dòng)峰；可動(dòng)峰隨氣驅(qū)至束縛水狀態(tài)后下降很多，120 mD巖樣截止值為5 ms，409 mD巖樣截止值9.7 ms，572 mD巖樣截止值為10 ms。

圖1 巖心滲透率120 mD時(shí)不同驅(qū)替速度下T2譜曲線

圖2 巖心滲透率409 mD時(shí)不同驅(qū)替速度下T2譜曲線

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明注水超過(guò)0.8 PV后，驅(qū)替效率基本不變，驅(qū)替后基本上處于殘余氣狀態(tài)。將T2譜曲線轉(zhuǎn)化為驅(qū)替速度與驅(qū)替效率關(guān)系曲線，如圖4所示，驅(qū)替效率隨驅(qū)替速度先增后減，高滲透巖心存在“臨界速度”。驅(qū)替速度小于此速度時(shí)均勻推進(jìn)驅(qū)替效率增加；驅(qū)替速度大于此速度時(shí)會(huì)產(chǎn)生超前推進(jìn)，發(fā)生竄流，從而導(dǎo)致驅(qū)替效率下降。

圖4 不同驅(qū)替速度下的驅(qū)替效率

2.2 三維平板物理模擬實(shí)驗(yàn)

為了分析開(kāi)發(fā)主控因素對(duì)氣井見(jiàn)水規(guī)律的影響，采用可視化三維平板模型[2-3]，模型尺寸32 cm×30 cm×7.5 cm，研究不同滲透率（200、300、500 mD）、井型（直井、水平井）、采氣速度（3%、6%、10%）、水體能量大小（5、20、50倍水體）、夾層發(fā)育情況等因素對(duì)氣井見(jiàn)水規(guī)律的影響，采用飽和度探針實(shí)現(xiàn)水驅(qū)氣過(guò)程可視化。圖5、6表明低速開(kāi)采過(guò)程中氣體流速較慢，水體能量較小，難以形成水錐。地層水穩(wěn)定抬升，尚未至模擬井底，天然氣便已消散殆盡。當(dāng)水體能量充足時(shí)在井底附近出現(xiàn)水錐，如圖7所示，在采氣速度10%條件下，高滲水驅(qū)氣藏地層水抬升較快，尤其在水體能量較大時(shí)，井底極易發(fā)生錐進(jìn)，導(dǎo)致氣井過(guò)早見(jiàn)水[4]。

圖5 水平井采氣速度3%條件下不同水體倍數(shù)含水飽和度

圖6 水平井采氣速度6%條件下不同水體倍數(shù)含水飽和度

圖7 水平井采氣速度10%條件下不同水體倍數(shù)含水飽和度

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：水體能量較弱時(shí)，氣水界面穩(wěn)定抬升，難以形成水錐，如圖5～7所示；夾層的存在和水平井開(kāi)發(fā)能有效抑制水錐高度，形成較平緩的水侵前緣，如圖8、9所示。

圖8 采用不同井型開(kāi)發(fā)條件下平板模型含水飽和度

圖9 有無(wú)隔夾層條件下平板模型含水飽和度

因此建議深水A氣田高滲透氣藏在水體能量較弱井區(qū)適當(dāng)提高采氣速度，并合理采用水平井、隔夾層抑制水錐，延緩見(jiàn)水時(shí)間[5-6]。

3 不同地質(zhì)條件及開(kāi)發(fā)模式對(duì)開(kāi)發(fā)效果影響分析

為了明確不同地質(zhì)和開(kāi)發(fā)參數(shù)對(duì)開(kāi)發(fā)效果的影響，基于氣藏精細(xì)描述結(jié)果，建立了精細(xì)地質(zhì)模型，開(kāi)展數(shù)值模擬研究[7]。

3.1 不同水體倍數(shù)對(duì)開(kāi)發(fā)效果影響

氣藏開(kāi)發(fā)實(shí)踐表明，水體規(guī)模的大小直接影響到氣藏水侵的活躍程度[8]。深水A氣田有水氣藏的水體倍數(shù)介于3～20之間，為了研究水體大小對(duì)氣藏開(kāi)發(fā)效果的影響，分別設(shè)計(jì)水體倍數(shù)為3、4、10、20、50五種數(shù)模模型開(kāi)展水侵影響研究。不同模型下采氣速度統(tǒng)一設(shè)定為4.5%，預(yù)測(cè)生產(chǎn)時(shí)間30年。不同水體倍數(shù)對(duì)開(kāi)發(fā)效果影響程度如表1所示。

表1 不同水體倍數(shù)對(duì)開(kāi)發(fā)效果影響程度

模擬結(jié)果表明，在采氣速度不變的條件下，水體倍數(shù)越大，氣藏見(jiàn)水時(shí)間越早，累產(chǎn)氣逐漸降低，開(kāi)發(fā)效果變差，如圖10所示。

圖10 不同水體倍數(shù)對(duì)開(kāi)發(fā)效果影響程度模擬

3.2 射開(kāi)程度對(duì)開(kāi)發(fā)效果影響

氣藏開(kāi)發(fā)實(shí)踐表明，充分利用隔夾層的擋水作用，開(kāi)發(fā)井適當(dāng)降低射開(kāi)程度，有助于延緩氣井見(jiàn)水時(shí)間[9]。為了研究射開(kāi)程度對(duì)氣藏采收率的影響，分別設(shè)計(jì)射開(kāi)程度為氣藏厚度的10%、20%、30%、50%、67%、100%共六種數(shù)模模型開(kāi)展定向井段射開(kāi)程度影響研究。不同模型下水體倍數(shù)為4，采氣速度統(tǒng)一設(shè)定為4.5%，預(yù)測(cè)生產(chǎn)時(shí)間30年。射開(kāi)程度對(duì)開(kāi)發(fā)效果影響程度如表2所示。

表2 射開(kāi)程度對(duì)開(kāi)發(fā)效果影響程度

模擬結(jié)果表明，在水體能量和采氣速度不變的條件下，隨著定向井段射開(kāi)程度增加，穩(wěn)產(chǎn)期延長(zhǎng)，見(jiàn)水時(shí)間逐漸提前，累產(chǎn)氣先增加后減少。綜合考慮，推薦定向井段射開(kāi)氣層有效厚度的1/3，延緩氣井見(jiàn)水，保障深水氣井開(kāi)發(fā)效果，如圖11所示。

圖11 射開(kāi)程度對(duì)開(kāi)發(fā)效果影響程度模擬

3.3 采氣速度對(duì)開(kāi)發(fā)效果影響

對(duì)于有水氣藏，邊底水向氣藏內(nèi)部的侵入不可避免；但在氣藏開(kāi)發(fā)過(guò)程中，采取合理的采氣速度可以控制邊底水向氣藏的侵入，從而延長(zhǎng)氣藏的無(wú)水采氣期，提高氣藏開(kāi)發(fā)效果[10]。為了研究采氣速度對(duì)水驅(qū)氣藏開(kāi)發(fā)效果的影響，分別設(shè)計(jì)3%、4.5%、6%、8%、10%五種采氣速度。不同模型下水體倍數(shù)為4倍、定向井段射開(kāi)氣藏有效厚度的1/3，預(yù)測(cè)時(shí)間為30年。采氣速度對(duì)開(kāi)發(fā)效果影響程度如表3所示。

表3 采氣速度對(duì)開(kāi)發(fā)效果影響程度

數(shù)模模擬結(jié)果與物模模擬結(jié)果相同，水驅(qū)氣藏存在最優(yōu)采氣速度。隨著采氣速度增加，氣藏見(jiàn)水時(shí)間提前，穩(wěn)產(chǎn)期縮短，采收率先增加后降低，如圖12所示。

圖12 采氣速度對(duì)開(kāi)發(fā)效果影響程度模擬

3.4 井型對(duì)開(kāi)發(fā)效果影響

三維平板物理模擬實(shí)驗(yàn)表明，在水驅(qū)氣藏開(kāi)發(fā)中，與定向井開(kāi)發(fā)效果對(duì)比，水平井在延緩氣井見(jiàn)水方面存在一定優(yōu)勢(shì)，數(shù)模研究結(jié)果同樣證實(shí)了該結(jié)論。在地質(zhì)模型、采氣速度、井位相同的條件下，定向井與水平井的穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間相差不大，但水平井見(jiàn)水時(shí)間晚3年，致使其開(kāi)發(fā)效果優(yōu)于定向井。井型對(duì)開(kāi)發(fā)效果影響程度如表4所示。考慮深水氣田均采用水下井口開(kāi)發(fā)，氣井見(jiàn)水后治理措施難度大、成本高，推薦水驅(qū)氣藏采用水平井方式進(jìn)行開(kāi)發(fā)[11-12]，如圖13所示。

表4 井型對(duì)開(kāi)發(fā)效果影響程度

圖13 井型對(duì)開(kāi)發(fā)效果影響程度模擬

4 開(kāi)發(fā)實(shí)踐

超深水超大型氣田的開(kāi)發(fā)，針對(duì)氣藏特征，采用聚類差異分析[13]，按驅(qū)動(dòng)類型不同將氣藏分為三類，彈性氣驅(qū)、邊水驅(qū)、底水驅(qū)，統(tǒng)籌考慮氣田穩(wěn)產(chǎn)期、各砂體見(jiàn)水風(fēng)險(xiǎn)、采收率等指標(biāo)，考慮底水氣藏見(jiàn)水風(fēng)險(xiǎn)高，開(kāi)發(fā)難度大，盡量采用水平井開(kāi)發(fā)，且將井位部署在構(gòu)造高部位，同時(shí)降低采氣速度，氣井按3%采氣速度配產(chǎn)，達(dá)到延緩氣井見(jiàn)水、提高采收率的效果；邊水氣藏可適當(dāng)提高采氣速度，推薦氣井按5%采氣速度配產(chǎn)，提高氣田穩(wěn)產(chǎn)期內(nèi)采氣能力；彈性氣藏則作為氣田的調(diào)峰區(qū)塊，保障氣田向下游的供氣穩(wěn)定。

氣田自投產(chǎn)以來(lái)生產(chǎn)穩(wěn)定，各井壓力下降趨勢(shì)一致，井口壓力穩(wěn)定在32 MPa左右，達(dá)到了均衡開(kāi)采效果，無(wú)非均勻水侵特征。深水A氣田的成功開(kāi)發(fā)，打破了國(guó)外深水氣田開(kāi)發(fā)技術(shù)的壟斷，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

5 總結(jié)

（1）微觀水驅(qū)實(shí)驗(yàn)表明高滲水驅(qū)氣藏存在“臨界速度”，驅(qū)替速度小于此速度時(shí)驅(qū)替均勻推進(jìn)，驅(qū)替效率增加；若驅(qū)替速度大于此速度會(huì)產(chǎn)生超前推進(jìn)竄流，從而導(dǎo)致驅(qū)替效率下降。

（2）開(kāi)發(fā)實(shí)踐表明非均勻水侵是影響氣藏開(kāi)發(fā)效果的最主要因素，水侵規(guī)律與地質(zhì)特征和開(kāi)發(fā)參數(shù)密切相關(guān)。

（3）針對(duì)高滲水驅(qū)氣藏的不同地質(zhì)氣藏特征，提出聚類差異分析的布井方式、井采氣速度等一系列開(kāi)發(fā)對(duì)策，達(dá)到了均衡開(kāi)采效果，且未表現(xiàn)出不均勻水侵特征。