何晓东

(中国石油西南油气田公司勘探开发研究院)

有水气藏特性及开采对策浅议

何晓东

(中国石油西南油气田公司勘探开发研究院)

有水气藏动态特征具有特殊性，其气水分布模式多样，同一水动力系统可能存在多个含气圈闭，正确认识气藏地质背景和水体驱动能量非常重要。气藏出水井可能出现在气藏任何位置，对于裂缝发育、构造平缓和高含水等气藏，更是如此。不同类型有水气藏，出水特征不同。产水气井动态特征可归纳为孔隙水产出、异层水产出和边水产出特征。地层水一旦获得必需的驱动力，比天然气更容易通过多孔介质，根本原因是水分子和天然气分子的物理特性不同，在一定驱动力下，水比烃类流体更具“通过性”。有水气藏在开采过程中发生水侵危害是必然的，合理布井、合理工作制度有利于延长气藏无水采气期和自喷生产时间。排水采气应该是降低地层水危害，提高开采效果的首选措施。有水气藏开采对策直接影响开采效果，开采对策应兼顾近期生产目标和远期开采效果，以提高气藏采收率为终极目标。图5表1参5

有水气藏 水侵机理 排水采气 开采对策

1 有水气藏气水分布模式

有水气藏气水分布模式是多样的，可以分别从地质区域上和局部构造上予以认识。

地质区域上，同一水动力系统内可能存在多个含气圈闭，不同的含气圈闭，通过水体连通，由于含气圈闭高度的差异，导致不同气藏压力不同。一个水动力系统只有一个含气构造高点，是一个特例，也是我们通常认识的有水气藏。

图1展示了川东北茶园寺石炭系气藏与黄牛坪石炭系气藏横向关系。两个气藏分别圈闭于茶园寺高点和黄牛坪高点，其间通过水体相连，属于同一水动力系统。前者气水界面海拔高于后者气水界面海拔。

就局部构造而言，我们仅研究一个含气构造高点，即认为所研究的气藏是一个独立的水动力系统。譬如图1中，仅研究茶园寺构造，可以将茶园寺气藏看作一个独立的边水气藏，常规的气藏工程方法和技巧均能应用于该气藏的研究工作。然而，当使用常规的分析方法和技巧不能解释气藏动态特征时，就应该考虑该气藏与同一水动力系统中其它气藏之间的联系，这些联系主要表现为驱动能量的传递和消耗。

图1 同一水动力系统两个含气圈闭实例图

2 有水气藏驱动能量

对所研究的有水气藏气水分布模式认识不同，将影响对该气藏驱动能量的认识，尤其会影响对该气藏水体驱动能量的认识。

仅有一个含气圈闭的水动力系统与具有多个含气圈闭的水动力系统比较，水体表现出的驱动能量差异大，可以理解为:

(1)仅有一个含气圈闭的水动力系统，流体封闭于有限的空间内，水体表现出的驱动能量仅是水体自身的膨胀能量。

在具体地层环境中，就水体本身而言，其弹性能量不是想象的那样大。为了理解地层水弹性对驱动作用有多大的贡献，不妨做一项简单的计算:假设100×108m3、体积系数为0.0025m3/Sm3的天然气的地下容积用地层水替换，当地层压力从60MPa减小至5MPa时，该容积内的地层水自身膨胀能够增加多大体积?计算表明，该容积内的地层水体积为2500×104m3，根据油层物理学知识知道，地层水压缩系数大致在 3.8 ×10－4MPa－1～5.1 ×10－4MPa－1之间，自身膨胀能够增加体积在52×104m3～70×104m3之间，体积增加率最大为2.8%，最大能够驱气2.8×108m3。如果该水体同100×108m3以上气藏相通，由于水体膨胀(活塞)驱气而增加的天然气采收率不大于2.8%。当然，如果一个气藏仅仅是一大片水域中的小气顶，地层水对气藏的影响效果就完全不同了。从此意义上说，正确认识气藏的地质背景是非常重要的。

(2)具有多个含气圈闭的水动力系统，分析其中一个含气圈闭，除了与其连通的水体外，在水体外还存在另一个含气圈闭，该圈闭的天然气膨胀能量将作用于水体，表现为水体的驱动能量。因此，对于具有多个含气圈闭的水动力系统中的某一个含气圈闭，其外围水体表现出的驱动能量远远大于水体自身膨胀所能释放出的驱动能量。

3 地层水存在模式及动态特征

3.1 地层水存在模式

气藏出水井可能出现在气藏的任何位置，尤其对于裂缝发育、构造平缓、含水饱和度高的气藏，更是如此。不同气水关系、不同位置、不同时期，地层水存在模式不同，导致出水动态特征不同。

(1)孔隙水

孔隙中含水饱和度大于束缚水饱和度的可动水，称之为孔隙水。开采过程中，由于驱动力作用，这部分可动水在一定的驱动力作用下会流动。

(2)异层水存在模式

异层水，顾名思义，水层、气层不同层，根据气层和水层的相互接触关系(图2)，可分为三种存在模式:夹层水，气水互层，气水独立成层。

存在于气层之间较薄的高含水层称之为夹层水。井点处压力降低时，夹水层在井点处压力也会降低，压力差导致夹层水产出。夹层水通常以两种形式存在。①是相对高含水层，水体连通范围不大，局部封存;②是具有较大连通范围的含水层，形成原因可能是“先天”的，也可能是开采期间地层水运动所致。

图2 异层水模式示意图

对于气水分离不彻底的气水过渡带气藏，如果储层纵向非均质性强，导致纵向上储层含水饱和度高低交互叠置，可简化为气水互层模式。这种模式更多地出现在砂岩地层中。

气层和水层在纵向上独立分布，彼此被非储层分隔，形成气、水独立成层的模式。这种模式在碳酸盐岩和砂岩地层中均有出现。

(3)气藏边水及产出机理

气藏含气区外赋存的与气藏连通的地层水，称之为气藏边水。

随着气藏开采在气藏内形成大的压降漏斗，气藏边水在驱动力作用下沿着渗流通道侵入到井底从气井产出。一定开采阶段，为什么气藏边水比天然气更容易流动而从气井中产出呢?可以从几个角度予以分析、理解:

①从分子物理学的角度分析，水分子直径(0.4nm)小于烃类流体分子直径(甲烷分子直径为0.414nm)，在一定的驱动压差下，地层水比烃类流体更具“通过性”;② 从油层物理学的角度分析，储层孔隙介质具有“先天”的亲水性，孔喉内壁对地层水更具“吸引”性，对烃类流体更具“排斥”性;③ 从分子力学的角度分析，水分子具有很强的极性力，将它们牢牢地粘在一起。可以设想，在微细孔喉中，当一个水分子获得“通行权”，其它水分子将在极性力牵引下，接踵而至，形成源源不断的水侵通道;④ 相比而言，甲、乙烷分子间不具有水分子间一样的极性力，在气水共存流动环境里，在水分子流的冲击下，甲烷、乙烷分子间很容易失去“联系”，分散滞留在孔喉或孔隙中，表现出被“卡断”或被“水锁”的现象;⑤从相渗透率的角度分析，由于水分子比烃类流体分子更具“通行”优势，因此无论是裂缝中还是孔隙中，含水饱和度会随着地层水的侵入和渗吸作用而增高，进而表现为烃类流体相对渗透率降低，地层水相对渗透率增加;⑥有水气藏，气区和水区不会截然分开，气水过渡带气藏更是如此，存在着气水共存区，其范围由储层特性确定。由于毛管力作用，孔喉细小的储层，共存区会宽泛一些，反之，共存区会狭窄一些。由于储层的非均质性，气水共存区前沿也不是一条整齐的几何线;⑦由于气、水粘度差，水流动必须获得大于气流动所需的驱动力。地层水一旦获得了必需的驱动力，将向气区挺进，由此扩展了气水共存区范围。由于储层非均质性，不同部位，地层水挺进速度不同，对于似均匀介质区域、或网状小裂缝区域，挺进速度差异较小，表现出“舌进型”水侵特征，对于非均质强的介质区域或大裂缝发育区域，地层水挺进速度差异大，表现出“窜入型”水侵特征［1］;

图3 水分子结构示意图

图4 甲烷分子结构示意图

图5 乙烷分子结构示意图

3.2 地层水产出动态特征

对应于三类地层水存在模式，地层水产出表现出三类动态特征，有相似之处，也有不同之处(表1)，掌握其异同，是正确辨识地层水入侵方式之关键［2］。

表1 孔隙水、异层水及边水产出动态特征异同对比表

3.3 底水气藏产水动态特征

底水气藏出水，其特征与底水进入位置有关。如果底水进入位置在井底或近井区，将更大程度地表现出异层水产出特征;如果底水在远井区通过裂缝窜入气层，窜入气层的水会继续横向运动进入气井，表现出边水侵入动态特征。

4 有水气藏开采对策

有水气藏的开采对策应兼顾近期目标和远期效果两方面。近期目标指产量规模、稳产年限，远期效果指气藏采收率。

有水气藏近期目标将直接影响其远期效果。合理的近期目标，将取得良好的远期效果，反之，远期效果会差一些，会降低气藏采收率，最终导致较差的远期效果。

正确认识有水气藏气水分布，是制定合理近期目标、兼顾远期效果的基础。

然而许多情况下，正确认识有水气藏气水分布，不可能一撮而就，需要一个认识过程。

要在气藏开采前认识清楚该气藏的气水分布，需要钻一定数量的控制井，根据这些控制井试气结果，判断气藏气水边界。但实际工作中，为了尽早认识清楚气藏的气水分布而钻一定数量的控制井，并不是最经济的。因此，通过已有井试采，通过气藏生产动态特征和水侵动态特征分析，逐步认识气藏气水分布，更为实际。

清楚气藏气水分布后，如何延长气藏无水采气期?如何延长已出水气井带水采气时间?是应该先期思索的问题。核心问题归结为:如何减小水侵危害，达到最好的开采效果?

延长气藏或气井无水采气期，延长已经出水的气井带水采气期，通过合理布井和合理工作制度，在一定程度上是可以做到的。

对于已经水淹的区域，是否能够减小水侵危害，直接影响到最终的开采效果。如果地层水均匀扫过气区，不会影响气藏开采效果，也不存在如何减小水侵危害的问题。但是，实际储层具有非均质性，地层水不可能均匀扫过气区，进而表现出地层水非均匀侵入，形成“卡断”或“水锁”的“死气区”。如果不能采出“死气区”的天然气，必将影响气藏开采效果。

前苏联奥伦堡气田碳酸盐岩试验表明［3］，当气体发生膨胀，占据50%以上的孔隙空间时，被封闭的气将会流动。由此得出重要结论:气藏部分气井水淹后，继续降压开采，使被水封闭的天然气不断膨胀，冲破水封，进入生产井底。该气田实验表明，提高有水气藏采收率的方法是从水淹井中强化排水采气，地层能量逐渐消耗后，借助压力差和水在基质孔隙的渗吸驱气作用，使“死气区”的天然气逐渐“复活”释放，能够提高采收率10% ～20%。

综上所述，有水气藏开采对策应该把握5点:

(1)利用气、水粘度差异，抑制地层水“通过性”优势，延缓形成地层水流动必需的驱动力，采气速度不宜高，对于非均质性强的储层，采气速度更不宜高。在气藏总体采速的控制下，根据不同区带的地质情况，各区带采气速度可以不同，通过适当布井与合理配产，以达到某个区块或气藏均衡压降，力争气水界面均匀推进，尽力避免水窜而形成“死气区”。

(2)对于高渗透区(气藏)，宜采用高渗区中部或高点布井方式，有利于延长顶部气井的无水采气时间。

(3)对于低渗透区(气藏)，宜采用均匀布井方式，有利于平衡井区压降漏斗，避免形成“死气区”。

(4)气藏出水后，排水采气应该是降低地层水危害，提高开采效果的首选措施。通过排水采气，降低地层能量，使“死气区”的天然气膨胀能量得以表现，在推动地层水向井底流动同时，自身突破水封而复活。

(5)高渗透区(气藏)生产规模作为近期生产目标的基础，低渗透区(气藏)产能作为远期开采效果的保障。话句话说，作为近期生产规划，以高渗透区(气藏)能够形成的合理产量为主，低渗透区(气藏)产量为补充，最终达到良好的整体开采效果。

1 何晓东.边水气藏水侵特征识别及机理初探［J］.天然气工业，2006，26(3).

2 何晓东.气藏孔隙水、夹层水及边水产出特征［J］.天然气工业，2008，28(增刊 A).

3 冈秦麟.国外六类气藏开发模式及工艺技术［M］，石油出版社，1995，12.

4 何晓东.应用数值模拟技术认识气藏地质特征［J］.天然气工业，2002，22(增刊).

5 何晓东.利用试井资料综合分析气藏产层特征［J］.古潜山，1995，(1).

CHARACTERISTICS AND PRODUCTION POLICY OF GAS RESERVOIRS WITH WATER

HE Xiaodong(Research Institute of Exploration and Development，PetroChina Southwest Oil and Gasfield Company)

For gas reservoirs with water，not only the dynamic characteristics are very special，but also the gas－water distribution pattern is various．In the same hydrodynamic system，there may be several gas－bearing traps．Therefore，it's very important to understand correctly both geologic setting and waterbody drive energy．Water－producing wells may appear anywhere in the reservoir，especially for ones featured by developed fracture，gently structure and high water－cut．Different gas reservoirs with water have different water－producing characteristics．The dynamic characteristics can be concluded as pore water producing，producing water of other layers and edge water producing．Formation water can pass through porous media more easily than gas just because of the difference in physical properties of water and gas molecules．Under a certain driving pressure differential，the"pass ability"of water is better than that of hydrocarbon．Water invasion occurring during production of gas reservoirs with water is inevitable．So suitable well pattern and working system are beneficial to increasing water－free gas production and extending flowing production period．Production policy has a direct effect on production and must give consideration to both short－term goal and long－term effect in order to enhance a final recovery．

gas reservoirs with water，water－ invasion mechanism，drainage gas recovery，production policy

何晓东，男，1956年出生，高级工程师;1982年毕业于西南石油学院采油工程专业。获国家、中国科学院、四川省多项科技进步奖。现从事油气田开发综合研究工作。地址:(610051)四川省成都市府青路一段一号中国石油西南油气田公司勘探开发研究院。电话:(028)86015549;13981840247。E－mail:hexiaodong@petrochina.com.cn

．NAT-URALGAS EXPLORATION＆DEVELOPMENT．v．34，no．3 ，pp．27 －30，7/25/2011

(修改回稿日期 2011－02－23 编辑 文 敏)