李 奇 高树生 刘华勋 叶礼友 安为国 刘广昊

1.中国科学院大学 2. 中国科学院渗流流体力学研究所3. 中国石油勘探开发研究院渗流所 4. 中国石油华北油田公司第一采油厂

关键字：鄂尔多斯盆地；苏里格；致密砂岩气藏；气、水层合采；渗流规律；层间越流；气水交互

0 引言

苏里格致密砂岩气田是保证长庆气区天然气产量实现油气当量 5 000×104t稳产、6 000×104t增储上产的重要致密砂岩气田[1-2]。其有效砂体规模小、储层非均质性强、物性差，储集层多以气水混存型分布模式存在，直井开发钻遇气、水层垂向接触模式多样。当前尚未深入明确气水层间两相渗流规律，就大规模常规开发，导致相邻气井产水、产气特征差异大，且部分气井投产就产水[3-4]，是影响致密砂岩气藏有效开发的关键问题[5-6]。由此可见，正确认识苏里格致密砂岩气藏不同气水层分布模式下，多层合采气水交互渗流的生产动态特征及渗流规律，可以为气田精准、高效开发提出指导性建议。

目前关于苏里格气田气、水层合采开发的物理模拟方法和种类较少。调研发现[7-11]，胡勇[12-14]等先后依据储层地质特征，建立双层气藏、层间无越流的物模实验，探究衰竭开发过程中单井生产动态特征以及储层向气井的供气动态特征。游利军[15-19]等开展多层气、水层合采供气能力的实验研究，初步揭示气井出水机理及不同因素对气井供气能力的影响。虽针对气藏多层合采的物模实验已有一些研究成果，但由于实验条件及设备的不完善，以上所述实验及成果均存在不同的局限性：①忽略气藏储层分布模式及开发方式的多样化；②迫于研究条件的局限，无法考虑层间越流，认为层间“交流”只发生在井筒；③以上实验采用多入口、出口相连的方式，未能揭示叠置储层在实际生产时“气水交互，层间干扰”的渗流规律。综合目前研究现状及存在的开发问题，需采用有效实验研究手段，探究苏里格致密砂岩气藏气、水层合采越流的生产动态特征及渗流规律。

本文统计苏里格气田大部分气井气水层分布特征，归纳并选取3种典型气水层分布模式，探究实际气藏开发生产时气、水层间渗流规律。选取4组合适长度岩心作为研究对象，利用复杂气藏开发多点测压模拟实验系统，设计复杂气藏双层流动多点测压衰竭开发实验流程，突破常规多层合采实验方法，建立不同开发方式下气、水层间可交互越流的双层开发动态物模实验。对比分析不同影响因素下每组实验的压降曲线、产水动态、采收率等变化，从而揭示苏里格气田不同气水层分布模式下开发动态特征及层间渗流规律。

1 多层合采气水交互越流实验设计

针对苏里格气田2个典型区块的气井，应用可动水饱和度测井解释新方法进行气水层的解释与识别，并归纳所有井的气水层分布关系类型[20-21]，共划分为4种基本气水层分布模式（图1）：M1纯气层分布，M2气、水层远距离间隔分布，M3气水层紧邻分布，M4气水薄层交替分布。统计2个区块四种分布模式的数量可知，第一个典型区块中气水分布模式M1、M2、M3、M4分别占比6%、12%、25%和57%；第二个典型区块中气水分布模式M1、M2、M3、M4分别占比18%、23%、48%和11%。总体M3、M4模式占比最多，且两种模式本质均为气层、含水层紧邻叠置分布，所以设计气、水层紧邻分布的双层合采物模实验。考虑到实验室模拟条件以及直井压裂时裂缝的不规则性，实验使用3条长10 cm、内径为0.17 cm的耐高压管线均匀分置并连通两层，以便于充分模拟真实流体在层间裂缝的渗流流动。通过对实际气田直井的压裂及生产状况调研，同时计算该实验模拟人造裂缝的相似比例[22]，基本实现了流体在层间裂缝越流条件的模拟效果，保证了双层合采层间流体的“沟通”与 “交流”。同时设定M1纯气层分布模式作对比模式，使整个实验模型设计具有完整性、对比性。

图1 4种基本气水层分布模式

选取研究区储集层8块渗透率介于0.05～3.5 mD之间的长岩样。定义参数σ为含水层与气层初始渗透率的比值，用以描述紧邻气、水层间渗透率差异，按照不同数量级的σ将岩样分为4组不同物性的气水层组合模式：σ=95.02的储层组合模式A，σ=1.183的储层组合模式B，σ=23.37的储层组合模式C，σ=0.039的储层组合模式D。依次针对模式A、B、C、D开展在不同含水阶段的双层合采气水交互渗流对比实验研究。模型设计中所选岩样的尺寸、物性参数以及岩样上各测点距离如表1所示。

表1 实验岩样常规物性参数表

2 实验方案与过程

2.1 实验原理及装置

实验岩心系统由两个规格相同的长岩心夹持器组成，每个夹持器的测压点内均为可嵌入式空心探针，以确保合采时层间流体交互越流。实验前，根据多点测压岩心夹持器使用说明与规范，按照多点夹持器的测点位置，相对应地在长岩心上打孔，孔深保持4 mm。实验采用高纯氮气模拟储集层中的天然气，配置矿化度为60 000 mg/L的氯化钾溶液。参考实际研究区储层温度、上覆压力、孔隙压力条件，设定所有实验初始温度为70 ℃，围压为40 MPa，流压为30 MPa，并以500 mL/min的瞬时流速定容衰竭开发，直至储层出口压力降到废弃压力3 MPa（废弃条件：出口端压力约为初始流压的10%[23-24]）。

鉴于研究区气藏储层分布模式及开发方式的多样性，本实验设计并搭建相应实验装置流程（图2）。该实验装置系统由多点测压模拟岩心系统、双流体注入系统和综合数据采集系统组成。多点测压模拟岩心系统是气层和（含）水层合采物模实验的主要部分，通过控制测点间阀门5、6、7实现两层流体间的交互流动。双流体注入系统向岩心系统提供高压气体，也负责建立不同含水饱和度的含水层。综合数据采集系统记录实验全过程的时间、各测点压力、瞬时流量及累计产量等实验数据。该实验装置具有耐高压、密封性强、实验效率高等特点，完全能够满足物理模拟实验的基本要求。与常规多层并联合采实验不同，本次双层合采越流实验，重点在于层间流体的有效连通，以初步探究实际气藏多储层合采时层内渗流及层间越流规律。

图2 复杂气藏双层流动多点测压开发模拟装置流程图

2.2 实验方案与过程

依次建立4种气、水层组合模式A、B、C、D中含水层的不同含水饱和度，通过气井多层连通合采的两种开发方式，设计4种模式下的两种合采开发方案和纯气层单层开采对比方案（图3），即方案一：纯气层开采，模拟气藏中纯气层独立分布且只开采此层。方案二：气水双层同时射孔开采，模拟气水组合模式A、B、C、D中含水层在不同含水饱和度下，与气层并联连通且同时射孔开采。方案三：仅射孔开采气层，模拟气水组合模式A、B、C、D中含水层在不同含水饱和度下，与气层并联连通但只对气层进行射孔开采。方案二、三中每组实验含水层的含水饱和度分别建立为100%、80%、70%、60%、50%。

图3 气、水层分布模式下的两种开发方式图

以上3种方案的物理模拟实验详细步骤如下：

2.2.1 方案一：纯气层开采

1）模式A中作为气层的岩心烘干后放入夹持器，对准岩心打孔与夹持器测点位置，关闭所有阀门，确保实验设备密封并调好实验数据采集系统，检查测点数据记录是否正常。

2）保持气层阀2关闭并打开阀1，增加气层岩心的围压和内部孔压，使二者保持5～8 MPa压差同时上涨，直到围压达到40 MPa，气层岩心的入口1与出口1流压示数均稳定在30 MPa后关阀1。

3）待各测点压力示数平衡时，开始实验。打开阀2，并时刻调控回压阀10，保持流量计的瞬时流量500 mL/min进行衰竭开采，控制系统每隔5 s记录一组（5个）压力数据，直至出口压力降至3 MPa废弃压力时，实验结束，关闭所有阀门。

4）分别更换模式B、C、D中作为气层的岩心，均按照模式A进行步骤（1）～（3），分别开展其余模式的纯气层开采实验。

2.2.2 方案二：双层同时射孔开采

1）烘干模式A的两块长岩心，含水层岩心抽真空饱和地层水，建立100%的初始含水饱和度。两块岩心各自放入夹持器，打孔与测点位置对准，关闭并控制回压阀10保持500 mL/min瞬时流量双层衰竭合采。实验过程中，系统软件每隔5 s记录两储层的压力，直至气层出口1压力降至3 MPa废弃时结束实验。

4）关闭所有阀门，称量并记录实验产出到中间容器的产出水，以及越流到气层岩心的越流水。

5）取出岩心烘干，再分别建立该模式A中含水层其余含水饱和度80%、70%、60%、50%，依次按照步骤（1）～（4）进行含水层不同饱和度的对比实验。最后更换模式B、C、D，进行对比实验。

2.2.3 方案三：仅射孔开采气层

方案三与上述实验方案二的步骤（3）存在区别，方案三步骤（3）：只打开气层的阀2，关闭含水层阀4，即不对含水层射孔开采，只对气层进行衰竭开发，其余步骤则相同。重复以上实验步骤，分别开展模式A、B、C、D中不同含水饱和度下仅射孔开采气层的双层合采气水交互物理模拟实验。

以上实验通过观测流量计示数大小，随时手动调控出口阀门以保持500 mL/min流量，虽瞬时流量存在差量变化，但偏差量微小，误差均在4%以内。另外，每组实验完成后，使恒压3 MPa气体驱出流入气层的越流水，出口接入气液分离干燥管，保持温度恒定气驱8 h，每隔一段时间换新干燥管，最后计量总重量差即实验越流水重量。

3 实验结果与分析

所有阀门，确保实验设备密封并调好实验数据采集系统，检查测点数据记录是否正常。

2）保持阀2、4关闭，打开阀1、3，使用双流体注入系统增加两块岩心的围压和内部孔压，保持每层岩心的有效压差5～8 MPa同时上涨。当建立100%含水饱和度时，利用注入系统的地层水压使含水层达到30 MPa（含水层则先使用“气驱水”实验方法建立相应的含水饱和度，再依照实验步骤注入高压气体至30 MPa）。当两块岩心的围压、孔压均稳定在 40 MPa、30 MPa 时，关闭阀 1、3。

3）待各测点压力示数平衡时，开始实验。打开阀1、3使岩心两端入口连通，打开连通阀5、6、7使两层岩心连通，打开阀2、4使岩心两端出口连通，

综合处理实验获取的瞬时产量、累计产量、压力、时间等参数，研究气、水层合采时气藏及气层压力特征、产水特征的变化，合采方案与纯气层单层开采方案对比的优劣差异，以及依靠裂缝实现的层间渗流对气藏产量和采收率的影响等，分析并总结气、水层合采时层间交互流动的开发动态特征及渗流规律，从而有利于指导苏里格致密砂岩有水气田的高效开发。

3.1 气、水层合采压力变化分析

3.1.1 压力剖面结果与分析

根据致密砂岩气藏物质平衡法[25-26]可知，带有偏差系数的地层压力即视压力p/Z，在气藏工程中通常替代压力值（p）进行相关动态计算。按照岩心上各测点距离出口端长度值由小到大，依次设定横坐标点，选取每组实验衰竭至结束时，各测点及出入口的视压力值作为纵坐标点。以此类推，做出模式A、B、C、D分别以实验方案一、二、三开发时，不同含水饱和度条件下气层各测点的压力剖面图，这里选择最接近苏里格气田储层物性的模式B为例说明。

方案二中气层不同位置的压力变化实验结果（图4-a）表明，含水饱和度（Sw）在60%～100%的致密高含水层与气层合采时，与纯气层单层开采的压力剖面相比，气层压力剖面变化较大。距离出口端较近区域的气层各位置间压差较大，压降漏斗陡峭度明显；距出口较远区域的压降较小且压降速度变缓，说明高含水致密储层与气层合采时，致使气层的泄流半径变小，井控范围变得有限，气层动用范围明显缩小，距离泄流面越远，气藏的采出程度越低。致密含水层含水饱和度（Sw）在50%～60%时，气层泄流半径及井控范围均变大，与纯气层单层开采压力剖面相比，气层压力剖面变化甚小，两组曲线趋势形态较为一致，此条件下合采致密的中低含水层不会抑制气层的生产。100%纯水层与气层合采时，相邻位置处视压力差小、压降缓慢，气层动用范围大于含水60%组而稍小于含水50%组。这是由于100%纯水致密储层无气体存在，纯地层水体的膨胀能量小，产生层间干扰变弱，对气层生产的抑制作用变弱，气层则呈现出较大的泄流半径与动用范围。因此从整体上看，在低渗透致密气藏中含水层与气层合采时，随含水层含水饱和度与能量的增加，对气层渗流能力的抑制作用越来越强，导致气层的泄流半径、动用范围均明显减小。

图4 模式B生产至废弃时气层压力剖面变化曲线

方案三合采压力变化曲线 （图4-b）与相同条件方案二相比，气层的压降漏斗更加陡峭，各测点位置间的压差更大，泄流面积变得更小，动用范围更加有限。其余实验结果得到的渗流规律及产生层间干扰机理相似，不再重述。

3.1.2 层间沟通的压力变化分析

通过分析两储层3对连通点平均压力的变化，也可反映层间流体的流动规律。计算不同时刻下气、水层同层3个连通点的压力平均值，以及水层与气层的平均压差变化曲线。

模式B两组实验进行说明：方案二100%纯水层、79.4%含水层分别与气层合采定容衰竭开发。由图5-a可知，100%组实验过程中，气、水两层连通点的平均压力下降趋势一致且压差值较小，但压差值发生正、负交替波动变化且位于合理的压差变化范围。开采前期0～330 s，水层与气层连通点平均压差存在负值，水层平均压力小于气层，促使气层中气体向水层流动；开采330 s至结束，水层与气层压差值大部分为正，水层平均压力大于气层，促使水层中流体向气层越流。

为明确同一时刻不同连通位置的层间流体流动状态，选取100 s时刻气、水层分别在位置1、2、3压力（图5-b）。对比可知，100 s时刻位置3处水层压力大于气层压力，两层在位置1、2的压力值相当，说明实验进行100 s时，位置3处水层流体向气层流动，剩余位置压力值则反映两层暂处于动态平衡状态。两层连通点平均压差正负交替变化，同位置处压力值上下小范围波动，均证明致密气、水层同时射孔合采，层间流体发生交互越流。

图5 模式B下Sw=100%组双层同时射孔开采的连通点压力变化图

另一组模式B中79.4%水层与气层双层射孔合采（图6-a），两层的平均压力差值出现正、负波动变化，且压差正负波动范围较大。开采310 s时刻（图6-b），位置1、2处气层压力大于含水层压力，促使气层中气体向水层流动；位置3处气层压力小于含水层压力，则含水层流体向气层流动。压力的瞬时值变化说明310 s时刻气层中气体通过位置1、2向含水层流动，含水层中流体通过位置3向气层流动。图6与图5相比，连通点平均压差上下波动的幅度较大，同时刻连通位置处两层压差较大，可知79.4%组相比100%组发生更剧烈的气水交互越流，层间越流现象更明显。同理，其余所有实验组均存在层间交互越流，不再具体赘述。通过以上两组典型实验以及未展示其余组实验均证实，实验模拟条件下，气、水层合采层间都存在气水交互越流、相互干扰的流动现象。

图6 模式B下Sw=79.4%组双层同时射孔开采的连通点压力变化图

3.2 合采层间气水交互渗流特征分析

3.2.1 四种模式下的产水特征分析

多层合采实验的产出水与越流水可以反映层间流动情况，图7为4种模式在两种方案下不同含水阶段的产水量统计图。方案二的实验组均存在越流水和产出水。方案三的实验组仅存在越流水但无产出水。

图7 4种储层组合模式的产水量变化图

分析方案二产水情况：同一模式下含水层在高含水（60%＜Sw＜100%）阶段，随其含水饱和度增加，层间越流水逐渐增多，其中最大越流水量可大于1.427 g。水体进入气层后气相渗流阻力变大，气、水层间干扰现象越来越明显，严重阻碍气层生产。中低含水（Sw≤60 %）阶段，含水层的含水饱和度减少导致越流水变少，观察此条件下实验组最大的越流水量也只有0.209 g，仅占高含水阶段最大越流水量的1/7。此阶段含水层对气层的干扰抑制作用逐渐变弱且后期转变为促进作用。另外，模式A与模式B的80%组相比，渗透率比值（σ）越大，层间越流水量越多，产出水量越多，反映出含水层对气层甚至气藏生产的抑制作用越强烈，层间干扰现象越明显。其余模式的对比也具有相似规律。

以上实验结果说明：合采过程中，相同含水阶段下层间干扰剧烈程度，受控于含水层与气层的渗透率比值（σ）。同时相同组合模式下，随着含水层含水饱和度的上升，气、水层间交互越流会进一步加剧，层间干扰现象变得更加明显。在高含水期（60%＜Sw＜100%）合采时，渗透率比值（σ）较大的物性组合，尤其含水层渗透率大于气层渗透率，其含水层物性相对较好，水相渗流能力较强，层间干扰对气层产气能力的抑制作用明显增强，使得越流水量大于渗透率比值（σ）较小的组合模式。在中低含水（Sw≤60%）合采阶段，含水饱和度减少，气水层间越流现象不明显，层间干扰对气藏生产的抑制作用相对较弱且变化平缓。

3.2.2 气、水层开发过程中交互渗流现象明显

根据上述产水特征分析可知，多层合采时含水层中地层水会越流到气层，严重阻碍气体的产出。通过特定组实验的产水情况，深入探究层间两相流体的流动规律。以纯水层Sw=100%组在方案二下的开发为例，首先假设气层中无气体进入纯水层，若水层压力下降Δp，储层岩石孔隙体积缩小，地层中弹性能量变大，地层水会发生膨胀。基于假设条件，压力下降 Δp，水层中水的膨胀量为 ΔVw[25,27]。若膨胀水量的数值等于越流水加产出水，则假设条件成立，反证法证明了气层中没有气体进入水层；反之，假设不成立，即气层中气体进入水层。同理，按照相同假设与计算方法，计算实验方案三100%纯水层组的膨胀水，判断膨胀水与实验仅得到的越流水数值（实验方案三无产出水）是否相等，若膨胀水量等于越流水量，则假设成立；反之，假设不成立。膨胀水计算公式如下：

图8-a所示可知，方案二下模式A、C中膨胀水远远小于实验计量的越流水与产出水的和，模式B、D中膨胀水量小于越流水和产出水的和。图8-b所示，方案三下模式A、C中膨胀水小于实验计量的越流水，模式B、D中膨胀水量可约等于越流水。以上100%纯水层组，在4种模式、两种方案下的实验计算结果都与前提假设条件矛盾，否定了假设，即证实在气、水层合采过程中，不仅含水层中水会进入气层，而且气层中的气体也会进入水层。这是因为大部分产出水和越流水是借助气层能量实现流动，靠水体自身有限的膨胀能量很难进行层间越流。气体通过连接两层的裂缝越流到水层，驱替一部分地层水使其沿含水层产出到末端中间容器，同时气体又能促使部分水通过连通位置进入气层，两层、两相依次循环渗流流动直至实验结束，便形成多层合采时的层间气水交互越流现象。另外，模式A、C和模式B、D的气水交互越流规律具有差异性。通过产出水、越流水与计算的膨胀水之间的差值大小可知，不同模式中渗透率比值（σ）越大，其气水交互现象越明显，渗透率级差越小，气水交互现象较弱不明显。

图8 纯水层与气层合采的3类水数值对比图

3.3 多层合采开发动态规律分析

3.3.1 不同模式下含水饱和度对采收率的影响

图9展示了4种模式不同含水期下气藏最终采收率，由此可知，方案二随每组含水层含水饱和度递增，4种模式气藏采收率均降低，尤其是渗透率比值（σ）大的模式A，气藏采收率降低幅度最明显且采收率最低。而（σ）值小的模式D，不同含水饱和度的采收率差值较小。同理，方案三具有相似规律变化。观察4种模式的100%纯水层与气层合采组，气藏采收率均相对变大，这由于水层致密、无气体存在，纯地层水体的膨胀能量小，与80%含水层相比对气层生产的抑制作用变弱，合采过程中的层间干扰较小，衰竭开发气藏采收率相对80%组变大。以上4种模式以方案二、三方式双层合采可知：含水层Sw＞60%时，气藏整体采收率较低；含水气层Sw＜60%时，气藏整体采收率较高。即初步判断气、水层叠置合采时，含水层Sw=60%是气藏开发效果好坏的临界含水饱和度。含水层的Sw=80%的双层合采，由于20%的非连续流动气体为层间越流提供能量，与100%水层相比更早更快地发生越流，严重抑制气层的开采，所以采收率在Sw=80%处发生趋势转变。可见多层合采含水层的含水饱和度高低和层内水体膨胀能量大小，是影响层间干扰、两相越流剧烈程度的前提条件，同时也是导致气藏采收率变化的根本影响因素。

图9 4种模式在不同含水阶段下气藏采收率大小

3.3.2 不同模式下含水饱和度对压力的影响

每组合实验中，对时间、气层瞬时井底视压力、总产气量与原始地质储量进行同步插值，得到不同各组在方案一、二、三下的气层井底视压力随采收率变化曲线（本文主要展示模式A、B变化曲线图10～11）。分析不同含水阶段的4种模式在方案二、三两种多层合采方式下，井底流压随采出程度变化规律，含水层对气层生产的影响，及整个气藏合采与单采的动态变化差异。

图10 模式A井底视压力下降曲线图

图11 模式B井底视压力下降曲线

模式B（图10-a）说明：方案二合采的前期（ER=0～20%），不同含水组的气层井底压降曲线与纯气层单层开采相比，随采出程度增加，气层压降曲线未出现明显的偏离趋势，此阶段含水层不影响气层的开发。合采中后期（ER=20%～60%），气层压降曲线出现不同程度的增速下降，其中含水80%组的气层压降曲线增速偏离下降较快，纯气层单层开采的压降曲线相比，位于同一采出程度前者井底流压更小，实验结束时其气藏最终采收率最低。100%纯水层与气层合采时，直到采出程度达到60%，相对单层开采压降曲线才出现小幅度向下偏离走势。含水50%组区别于高含水层组，其采出程度在20%～70%气层压降曲线存在高于纯气层开采压降曲线。

气层压降曲线结果分析可知：中后期阶段高含水层严重阻碍气层开采，层间干扰对整个气藏的产气表现为不同程度的抑制作用，含水层含水饱和度增加抑制作用逐渐增强。当增加至100%含水时，水层无气体存在，纯地层水体的膨胀能量小，此时发生层间干扰的条件性变差，故合采生产过程中层间干扰变弱，对气藏产出的抑制作用也减弱。另外，一旦含水层的含水饱和度降低，气、水层合采时可延缓气层流压的下降，最终增加了气藏的采收率，此情况下的层间干扰对气层压降以及气藏产出的作用效果出现反转，主要表现为由抑制产出逐渐转变为促进整体采出。

模式B方案三，合采前期（ER=0～22%）整体表现为气层压降曲线未出现偏离趋势。合采中后期（ER=22%～65%）高含水层严重阻碍气层开采，随含水层含水饱和度增加，层间干扰对生产的抑制作用逐渐增强。与方案二相比，方案三中同一含水饱和度含水层与气层合采时，其压降曲线下降幅度更大，层间干扰影响程度更强，致使气藏最终采收率下降更多。同理，剩余不同储层组合模式、不同含水阶段、不同开发方式的实验具有相似渗流规律，不再详尽描述。

气藏的采收率与平均废弃视压力呈现很好的负相关性[25]。由图12可知，方案二气层平均废弃视压力与含水饱和度相关曲线可知，含水饱和度越高气层平均废弃视压力越大，直至达到100%纯水层，气层废弃视压力稍有所变小。因为合采时含水层向气层越流的较大水量阻碍气层生产，封锁致密气产出，致使达到井底废弃压力时气层的平均压力仍然较高，气藏的最终采收率较低。纯水层合采组，与前文分析的层间干扰作用原理相同，层间越流干扰变弱，含水层对气层生产影响较小，气层的废弃视压力相对变小，气藏最终采收率稍有增加。同时还可看出，相同条件下4种模式中渗透率比值（σ）越大，变化曲线越居于上方，平均视压力越大。

图12 方案二气层废弃视压力与含水饱和度关系曲线

3.3.3 气水层组合开发的采收率影响因素分析

通过以上分析并结合气水渗流机理[28-29]，发现气水层组合以不同条件进行合采时，均会影响气藏最终采收率结果的变化。气、水层合采时影响气藏采收率的主要因素：

1）含水层含水饱和度（Sw）。不同物性组合模式的气、水层合采时，压力剖面、压降曲线及产水特征等变化的结果，均说明含水层含水饱和度大小直接影响双层合采的开发效果。含水饱和度越大的高含水层，与气层合采时越流水量越多，层间干扰对气层渗流能力的抑制作用增强，严重阻碍气层开采，使储层的井控动用范围明显缩小，致使气藏的采收率变低。

2）相邻储集层纵向非均质性。相邻气、水层交替分布型致密砂岩气藏，其储集层纵向非均质性主要由含水层与气层渗透率比值（σ）和含水层物性好坏来描述。渗透率比值（σ）大小不同的物性组合模式代表不同致密储层纵向非均质程度，根本上决定了气、水层合采效果的基本上下限。结合实验结果可知，相同合采条件相邻气水层渗透率比值（σ）越大，储集层纵向非均质性越强，层间干扰产生概率越大，干扰现象越严重，对气藏生产抑制作用越强。含水层物性好坏是产生层间干扰阻碍气层生产，从而影响气藏采收率大小的直接因素。相同含水条件及合采方式下，含水层渗透率越大，层内较好物性的储集层为水体膨胀提供更多可能性，促使更多水体参与层间越流，层间气水交互越流越剧烈，最终影响生产并使得气藏采收率变小。

3）开发方式差异。方案二双层同时射孔开采与方案三只射孔开采气层，存在明显生产差异，也是影响气藏采收率变化的是一种因素。控制其余生产条件相同，方案二的合采开发方式优于方案三，层间越流干扰相对较弱，有利于双层合采时气藏采收率的提高。

根据实验结果与上述分析，针对致密砂岩气藏气水层相邻分布的现场合采生产提出建议：①多层合采时高含水层（60%＜Sw＜100%）与气层渗透率比值越大，在生产中后期层间干扰对气藏生产的抑制作用越强，后期合采开发的采收率提高效果相对气层单采没有增加反而降低，因此建议在高含水层与气层渗透率比值极大的多层气藏开发后期应及时调整开发方案，或不使用合采的开发方式进行开发。②当中低含水层（Sw≤60%）与气层合采时，合采的层间干扰对产气的抑制作用相对较弱且变化平缓，同时不因渗透率比值大小而影响气藏生产，建议该阶段采用双层同时射孔合采的开发方式开采。

4 结论

1）通过物理模拟实验发现，致密气、水层交替叠置型气藏的多层合采过程中，普遍存在气、水交互越流现象，致使层间产生干扰，抑制气藏有效开采。

2）储集层纵向非均质性、含水层含水饱和度（Sw）、开发方式差异等影响合采时两相交互越流强烈程度，决定了气藏采收率的最终大小；可见，气、水层合采时两相交互越流是产生层间干扰的主要原因。

3）多层合采时高含水层（60%＜Sw＜100%）与气层渗透率比值越大，在生产中后期层间干扰对气藏生产的抑制作用越强，建议在高含水层与气层渗透率比值极大时，不便使用合采的开发方式进行开发；中低含水层（Sw≤60%）与气层合采时，层间干扰对产气的抑制作用相对较弱且变化平缓，建议该阶段采用双层同时射孔合采的开发方式开采。

4）结合产水、压力、采收率变化等特征初步可知，低渗透气层与致密水层（水层Kw＜0.1 mD）合采时，合采过程中未见严重的水窜越流现象，对气藏整体采收率影响较小。物性较差、渗透率较小的含水层有利于气、水叠置型气藏的多层合采，容易实现高效开发。