东海H气田低渗气藏产水定量评价及产能影响规律_杨志兴.pdf

收稿日期：；修订日期：。作者简介：杨志兴（），男，教授级高级工程师，现从事油气田开发研究工作。：。基金项目：中国海洋石油集团有限责任公司科技项目（）。文章编号：（）东海 气田低渗气藏产水定量评价及产能影响规律杨志兴，张春光，伍锐东，石美雪，闫鑫源（中海石油（中国）有限公司上海分公司，上海）摘要：针对东海低渗气藏可动水饱和度及产水气井的产能影响机制缺乏定量评价方法的问题，基于室内驱替、离心实验及核磁共振实验并进行统计分析，建立东海低渗气藏衰竭开发过程中可动水饱和度定量预测模型；结合气水相渗曲线及渗流理论，实现了可动水饱和度到生产水气比的精细计算；考虑气井产水的影响，修正产能方程，明确水气比对产能的损害机制，并利用产水气井生产动态参数精确计算气相渗透率，建立气水两相流动态产能评价方法。现场应用表明，东海 气田可动水饱和度小于，水气比小于 ，受可动水影响，气井产能下降，气水两相流动态产能评价结果与多时间点的实测产能基本吻合，研究成果在东海低渗气藏取得了较好的应用效果。关键词：低渗气藏；核磁共振；可动水；产能方程；动态产能中图分类号：文献标识码：，（，（），）：，（），：；（）；近年来，随着勘探工作的深入，东海西湖凹陷黄岩区深层发现大量的低渗气藏，分布广泛，已成为东 年 月石 油 地 质 与 工 程 第 卷 第 期海未来产能接替的主力。东海低渗气藏生产过程中，产水现象普遍，部分气井投产即见水，层内存在可动水，导致气相相对渗透率降低，产能大幅下降。低渗气藏含水饱和度的高低及其可动性决定着气藏产能变化和最终开发效果。目前，关于低渗气藏产水的研究大多从机理角度出发，通过岩心驱替实验、微观模型气水渗流机理实验及核磁共振实验与离心实验，研究低渗气藏水的赋存状态、可动条件及渗流机理。在气藏开发过程中，天然气的降压膨胀作用对水相进行挤压产生推动力，当推动力大于毛细管力时，孔隙内易动束缚水就会转化为可动水。此外，开发过程中的压力梯度远大于成藏过程中的压力梯度，驱替压差增大使部分易动束缚水变成可动水，并随气体一起被产出。基于实验建立的可动水饱和度经验图版具有较强的实用性，但东海低渗气藏开发尚未建立衰竭开发过程中可动水饱和度的定量计算图版。低渗含水气藏由于水存在于多孔介质壁面和细小喉道中，导致气相相对渗透率降低，渗流能力下降明显，产能的影响程度及动态变化规律关系着气藏的开发效果。低渗气藏产水气井的产能评价方法主要分为两类：一类是以李晓平等为代表的基于渗流力学基本原理，推导气水两相流二项式产能方程，并分析不同水气比对气井产能的影响；另一类是以吕栋梁等为代表的利用气、水相渗曲线与生产水气比的关系，结合等效表皮系数对不同生产水气比时的拟稳定流动状态产能方程进行修正，但两类方法对可动水导致的产能下降机制与动态变化缺乏系统性认识。为解决东海低渗气藏可动水饱和度及产水气井产能影响机制缺乏定量评价的问题，基于核磁共振实验结果，建立东海西湖凹陷低渗气藏衰竭开发过程中可动水饱和度预测模型及其与水气比的变化关系，提出产能修正方法，并定量评价不同水气比对产能的影响程度；基于动态参数预测，形成气水两相流动态产能评价及预测新方法，为东海低渗含水气藏的产能评价及合理开发提供理论支持。低渗气藏产水定量评价 可动水饱和度定量评价可动水饱和度的评价主要通过核磁共振实验以及气驱水、离心实验完成，通过测试不同驱替压力下岩心含水饱和度的变化，计算得到可动流体饱和度。如图 所示，图中两条谱线分别是岩心饱和水状态和在离心力（）离心后对应的 驰豫时间谱，截止值指在饱和水状态曲线上确定一点，使该点对应的核磁共振累积信号等于束缚水状态核磁共振总信号，该点对应的弛豫时间即为岩心的 截止值。经过离心力 离心后的 谱线与横轴包围的面积代表岩心原始含水饱和度的信息，其中 截止值左侧区域代表束缚水饱和度信息，右侧区域代表可动水饱和度信息，饱和状态 谱线与离心力 离心后的 谱线之间的面积代表原始含气饱和度信息。通过测量不同离心力（驱替压力）离心后的岩心 谱线，确定不同渗透率的岩心可动流体 截止值，并计算出实验岩心可动水饱和度。图 低渗岩心（）核磁共振测试结果依据东海西湖凹陷低渗气藏渗透率分布情况，设计 块岩心在不同压差下的驱替实验，根据渗透率可将其分为 组，第 组岩心渗透率小于 ，共 块岩心，平均渗透率 ；第 组岩心渗透率范围 ，共 块岩心，平均渗透率 ；第 组岩心渗透率范围 ，共 块岩心，平均渗透率 ；第 组岩心渗透率范围 ，共 块岩心，平均渗透率 。实验最大驱替压差 ，利用核磁共振实验测试不同驱替压力下岩心的含水饱和度，将 组岩心做平均化处理，并绘制压力梯度与条件束缚水饱和度的关系曲线（图）。研究结果表明，不同渗透率岩心的条件束缚水饱和度与驱替压力梯度呈对数关系：（，（，（，（，|（）杨志兴等 东海 气田低渗气藏产水定量评价及产能影响规律图 岩心核磁共振实验结果式中：为条件束缚水饱和度，；为驱替压力梯度，；为岩心渗透率，。在相同渗透率下，随着驱替压力梯度增大，条件束缚水饱和度逐渐降低；随着岩心渗透率增大，相同驱替压力梯度下的条件束缚水饱和度也逐渐降低。在开发过程中，当某一生产压力梯度下的条件束缚水饱和度小于原始含水饱和度时，两者之差为可动水饱和度，此时，储层部分束缚水转变为可动水，可动水饱和度计算公式为：动储 （储）（储）（）式中：动为可动水饱和度，；储为储层原始含水饱和度，。可动水水气比定量计算井底含水率的定义为井底产出水量与井底流动条件下的总流体产量之比，其表达式为：（）式中：为地层水体积系数，；为气井水气比，；为井底含水率，小数；为气体体积系数 。根据相对渗透率曲线中的相对渗透率与含水率的关系，得到井底含水率的另外一种表达式：（）式中：为水相相对渗透率，小数；为气相相对渗透率，小数；为水相黏度，；为气相黏度，。联立方程（）和（），即可得到可动水水气比计算公式为：（）对靶区目的层归一化后的相渗曲线进行标准化处理，得到任意含水饱和度与相对渗透率（）的对应关系，且根据公式（）可以得到水气比与相对渗透率的关系曲线，从而建立含水饱和度与水气比的对应关系，实现可动水饱和度到水气比的定量计算。气水两相流动态产能评价二项式产能方程是应用最为广泛的一种产能评价方法，重点是通过考虑产水的影响修正二项式产能方程，并利用生产动态参数确定实时的无阻流量。当地层为气水两相流动的稳定状态条件下，以压力平方形式表示气相二项式产能方程：（）其中：|；。式中：为地层压力，；、为气水两相流时气相二项式系数；为日产气量，；为气水两相流时湍流引起的惯性阻力系数；为平均黏度，；为平均偏差因子；为温度，；为供给半径，；为井筒半径，；为天然气的相对密度；为原始表皮系数；为附加表皮系数；为气相渗透率，。建立气水两相流动态产能评价方法需要解决三个关键问题，即动态参数的获取、附加表皮系数的计算及气相渗透率的确定。（）动态参数的获取。求解气井无阻流量时，首先确定气井的动态压力（地层压力、流压）及日产量数据，地层压力一般基于初期不稳定试井资料解释获取，无井底压力计的情况下采用 模型计算气液两相流的井底压力，但计算过程复杂，且只能计算气井某个时间点的产能，体现不出动态产能的变化特征。通过数值模拟方法进行历史拟合及生产动态预测，得到每个时间步的压力和产量数据，但无法预测无阻流量的变化，对气井后续的动态配产缺少指导作用，因此，需要采用油藏工程方法建立产水气井动态产能评价方法，根据产水定量评价模型计算可动水饱和度及精确水气比，从而计算得到附加表皮系数、气相渗透率，结合二项式产能方程得到气井的产能变化及对未来产能的预测。（）附加表皮系数修正。低渗含水气藏可动水的存在，导致气井产能下降，常规气井产能公式未考虑气井产水造成的附加压降，无阻流量的计算精度低，需要进行修正。引入气井产水引起的等效石 油 地 质 与 工 程 年 第 期表皮系数 修正气井产能公式中的原始表皮系数，修正后的表皮系数为：（）生产井附近含水饱和度上升所产生的等效表皮系数可以定量表示为：()（）式中：为气相相对渗透率，小数；为水侵带半径，。在进行产能公式修正时可根据产水气井实际水气比或含水饱和度求得对应的气相相对渗透率，带入公式（）得到产水附加表皮系数，最终计算出产水气井的无阻流量。（）气相渗透率计算。稳定状态条件下，以压力平方形式展开的气相二项式产能方程为：|（）令|，。将其代换后可得：（）由式（）解得气相渗透率的表达式为：（，）（）|（）|（）由式（）可以确定在相应地层压力、井底流压、日产气量、日产水量条件下的气相渗透率，将计算所得的气相渗透率代入二项式产能系数、，从而确定相应地层压力下气水两相流动时气相的二项式产能方程。实例应用东海 气田位于西湖凹陷中央洼陷 反转带西次凹，主力气藏 层为浅水三角洲平原分流河道沉积，储层非均质性较强，地层温度为 ，原始地层压力 ，压力系数 ，渗透率 ，气井投产即见水，表现出典型的低渗含水气藏特征。气田 层可动水饱和度定量计算将该气藏地层条件下的水驱气相渗曲线进行归一化以及标准化处理（图），并基于公式（）建立 层水气比与含水饱和度的关系曲线（图）。水气比上升的拐点为含水饱和度，大于 时，水气比急剧上升，含水饱和度 时，水气比高达 。基于式（）计算得到 气田低渗气藏开发过程中可动水饱和度小于，含水饱和度 ，水气比小于 。以 气田 井的测试数据为基础对计算结果进行验证，井自投产以来水气比范围 ，保持稳定，实际生产水气比与计算值相比，误差仅为，水气比计算结果与生产实践认识较一致。图 气田 层气藏相渗归一化处理图 气田 层含水饱和度与水气比的关系 层产水气井初期产能变化规律通过产能修正方程分析修正后产能与修正前产能的比值，进一步研究不同渗透性储层气井见水后产能随水气比及含水饱和度的变化特征，如图 所示，可以得到以下结论：产水初期气井产能快速下杨志兴等 东海 气田低渗气藏产水定量评价及产能影响规律降，当水气比升高到一定值后，气井产能下降程度有所减缓；产水使气井产能呈曲线下降趋势，水气比与产能比近似于乘幂关系，水气比增大对低渗气井的产能下降程度影响更大；从含水饱和度与产能比的关系来看，相比高渗气井，低渗气井见水后随着含水饱和度增加产能比下降速度更快。气田 层低渗气藏投产即见水，水气比稳定，通过分析产能比与水气比的关系图版可知，层投产初期考虑可动水的因素，产能下降约；考虑产水影响，修正产能方程并计算 井投产初期的产能，结果表明，修正后 井的无阻流量由 降至 （图），接近投产初期实测的无阻流量 ，说明低渗含水气藏必须考虑产水对生产效果的影响。图 水气比、含水饱和度与产能比的关系图 校正前后 井的 曲线对比 层产水气井动态产能评价以 气田 层实际产水气井 井为例，基于生产数据计算动态无阻流量。结果表明，井生产水气比稳定，维持在 ，气相渗透率变化较小，井产能较为稳定，无阻流量由投产初期的 降至现在的 左右（图、图）。井在 年共进行三次产能测试，无阻流量分别为 ，计算得到的无阻流量与实测产能吻合度较高，建立的动态产能评价方法精度高，符合产水气井产能动态变化。图 井动态压力曲线图 井动态产能曲线石 油 地 质 与 工 程 年 第 期 结论（）基于离心实验和核磁共振实验等结果分析，建立衰竭开发过程中可动水饱和度定量计算模型，不同渗透率的岩心条件束缚水饱和度与驱替压力梯度呈对数关系，东海 气田低渗气藏可动水饱和度小于。（）基于相渗实验建立可动水饱和度到水气比的定量计算模型，结合等效表皮系数对不同生产水气比的拟稳态流产能方程进行修正，产能下降幅度与水气比近似乘幂关系，气田低渗气藏可动水水气比小于 ，考虑可动水因素的影响，井产能下降。（）利用生产动态参数建立气水两相流动态产能评价模型，预测产水气井实时产能变化情况，井无阻流量与多个时间点的实测产能基本吻合。（）建立可动水饱和度及水气比的定量计算模型，有助于产水气井产能方程修正及气水两相流动态产能评价模型的建立，可动水及产能评价结果与生产实际相吻合，为低渗含水气藏的有效开发提供技术支持。参考文献 杨国红，李秀清，李明秋，等 可动水对储层应力