水驱气田开发

水驱气藏开发1.水驱气藏类型和开采特征2.水驱气藏水侵特征3.应用矿场资料分析气藏水侵强度4.水驱气藏气井合理产量5.水驱气藏采收率的影响机理6.提高水驱气藏采收率的途径●水驱气藏：在一个统一水动力系统的储渗体中，存在着天然气和水两种流体，在天然气开采中，由于水的侵入使天然气储集空间变小，并补充了天然气的驱动能量，这种气藏称水驱气藏。●特点：在开发过程中，地层水侵入气藏，有时突破井底，使气井产水，气水两相流动增加了渗流阻力，使气井产量急剧下降，甚至水淹，明显地降低了气藏采收率。1水驱气藏类型和开采特征1.1水驱气藏分类水驱气藏物质平衡方程定义：气驱指数)()(pwegiggpWBWBBGBG1/)(/)(gppwegpgigBGWBWBGBBGgpgiggBGBBGI/)(水驱指数1、根据水驱指数：分为两类，即弹性水驱气藏和刚性水驱气藏。gppwewBGWBWI/)(1wgII●弹性水驱气藏：水驱指数Iw＜0.5，驱动特征仍以气驱为主。水体具封闭性，为有限水体，与圈闭以外的地层水没有联系。●刚性水驱气藏：水驱指数Iw＞0.5，驱动特征以水压驱动为主，为无限水体、气藏边、底水与圈闭以外地层水或与地面露头天然水域有联系。2、根据气藏中气、水分布关系：分为三大类，即边水气藏、底水气藏、多裂缝系统水驱气藏。1）边水气藏●水体分布于气藏气水界面外围，一般气藏储层厚度较薄，圈闭内天然气充满度较高，气藏呈层状。2）底水气藏●水体主要分布于气藏气水界面之下。一般气藏储层厚度较大，或圈闭内天然气充满度较小，气藏呈不等厚的块状。3）多裂缝系统水驱气藏●在一个气藏中，有多个互不连通的各自独立气水界面海拔的储渗体，多见于砂岩透镜状储层和碳酸盐岩裂缝性储层中。●多裂缝系统气藏的成因-致密基岩封隔在低孔低渗的致密储层中，由于局部受构造、断层、古岩溶等因素的控制，裂缝、溶孔、洞穴异常发育，且被致密基质岩石所包围，形成封隔，使储存在这些局部孔、洞、缝发育区块之间的流体互不连通，各自成为独立的水动力系统。-断层封隔断层将气藏切割成众多的断块，并使断块间储层互不连通。-古地形封隔古潜山或储层被古沟槽切割成孤岛式的区块，被后期沉积的泥质岩类封隔，可能形成多个互不连通的区块。-岩性封隔泥质岩或致密砂岩中的透镜状高孔高渗砂体，可能形成被岩性封隔的多个水动力系统。1.2水驱气藏开发的特点1、技术和管理要求高，工作强度大2、采气速度低为了控制水驱气藏特别是非均质水驱气藏的选择性水侵或边底水的突进，水驱气藏开发中采气速度低于气驱气藏。3、产能递减快边底水侵入气井的主要产气层段，使气相渗透率降低，且气井出水后，井筒内流体密度加大，增加井底回压使气井产量大幅度递减，甚至水淹。4、采收率低在非均质水驱气藏中，水窜形成多种方式的水封气，同时气井的水淹也使气藏废弃压力高于气驱气藏，因而降低了水驱气藏的采收率。气藏非均质性越强，水侵强度越大，气藏一次采收率越低。5、建设投资大，采气成本高水驱气藏建设中，增加了卤水转输、处理、泵站、管网、回注井等配套建设和二次采气中排水采气井下工艺，地面配套设备以及补充开发井增多，因而投入资金多，操作费用高。使水驱气藏的采气成本大大高于气驱气藏。1.3水驱气藏开采阶段的划分和特征●水驱气藏开采阶段可划分为：无水采气阶段、气水同产阶段及二次采气人工助排阶段。1、无水采气阶段●水驱气藏开采初期，生产气井尚未出地层水的开采阶段，气井所产的水全部是凝析水。●无水采气阶段有时包括气藏的试采期、产能建设期甚至部分稳产期。●气藏的动态特征：气井产气量稳定、自然递减率小、地层压力、井口压力下降缓慢与累积采气量相适应，气藏单位压降采气量基本是一常数。●通过试井、生产测井、生产井动态资料的录取，油、气、水分析，开发试验区及水井、观察井等气藏监测系统资料的录取，对气藏地质和动态特征深化认识的阶段。●无水采气期越长，气藏稳产期也越长，稳产期末采出程度也越高。尽量延长气藏、气井的无水采气期，是水驱气藏减少水封气的形成、提高采收率的重要措施。2、气水同产阶段●当气藏第一口气井或主产气井出地层水，气藏便进入气水同产阶段，标志着气藏水侵已经在气井生产中直接表露出来。●气水同产阶段可能跨越产量上升期、稳产期及递减期，也可能只包括稳产期及递减期。●动态特征：产能递减增快，产水量明显增加，水气比上升，井口流动压力下降，套油压差增大，甚至水淹停产。气藏的稳产主要靠增加开发补充井及接替井来弥补产量递减，当补充井的接替产能不足以弥补气藏产能的递减时，气藏进入递减期。●气水同产阶段也是气藏选择性水侵形成水封气的主要阶段。-整装气藏要合理配产，出水气井要控制合理产量（压差）来控制选择性水侵的波及范围、减缓气井的递减及水封气的形成。-多裂缝系统气藏不能控水采气，要优化气井的水气比，实施早期排水，来减轻后期排水采气的难度，并达到提高采收率的目的。3、二次采气人工助排阶段●气井的自然能量已不足以克服井筒内流体的回压，需要用物理和机械的外力来降低井筒内回压使气井恢复生产。●动态特征：气藏产水量明显增加，气藏气产量递减减缓，也可能出现一段时期的上升和稳产，初期产水量增加幅度大于产气量的增加幅度，故水气比明显上升。●气藏或气井排水采气效果的好坏，决定于“排侵比”，即单位时间排水量与水侵量之比，当排侵比＞1时即为“强排水”，气井才能恢复生产，气藏净水侵量下降，水封气才能解封而逐渐产出，相对稳产条件得到改善。●水活跃的气藏人工助排阶段还可以分为两个阶段，即气井排水采气阶段和气藏排水采气阶段。-气井排水采气阶段：气藏仅部分气井出水或水淹，以提高气井产量和复活水淹井为目的阶段，对气藏整体来说，排侵比仍小于1。气藏可能出现短期的产量回升，但仍属递减期。-气藏排水采气阶段：气藏已全面水侵，根据气藏排水采气方案，以提高气藏采收率为主要目标，实施气藏整体有计划超水侵量的排水，使净水侵量逐渐减小，从根本上改善气藏内的气水关系，以提高气藏开发后期的采气速度，并保持较长时期稳产或减缓产量的递减幅度。2水驱气藏水侵特征●影响水侵特征的主要因素：-水体能量大小，包括水体中的溶解气和残余气的能量。-储层渗透率的分布。水侵主要沿高渗层段推进，在裂缝性气藏中裂缝是水侵的主要通道。-气藏压力分布。压降大的部位是水侵活跃的地区。2.1底水气藏水侵特征1、均质底水气藏水侵特征●在气藏相对均衡开采的前题下气水界面边界压力下降均匀，由于储层性质各向同性，从整体上说，水侵呈垂直活塞式推进，气水界面前缘呈连续面向上驱动、水驱效率高且补充了气藏能量，对气藏开发有利。●在生产过程中，气井井底流动压力必然低于气藏地层压力，在气井井底下面的底水必然会形成水锥，当水锥高度大于气井井底距气水界面高度时，气井便出地层水。当气藏非均衡开采、采用局部强化采气的方式，如图中2、3号井区，两口井压降漏斗相交，在气藏内形成局部低压区，两口井的水锥体相交，形成气水界面局部凸起。2、非均质底水气藏水侵特征●基本特征：非连续面沿裂缝纵横侵复合模式，不存在气水界面纵横向整体推进。1）含气面积基本不变，轴部气井最早出水●储层为低孔低渗型，气藏边部裂缝极不发育。1970年底气井开始出水，先出水的井都位于裂缝发育的构造主产区。同时裂缝发育区净水侵也最大，说明水不是从气水边界以外来的，而是底水上窜。2）裂缝是水侵的主要通道（1）裂缝发育的高产气井出水后也是大产水井，说明气水产自同缝。（2）原始气水界面以下裂缝不发育，基质孔隙中水渗流能力很差。（3）纵向上水侵不均一，具选择性。（4）气井主产裂缝层段出水后，下面仍有含气层段未被水侵，说明水沿大裂缝窜至井筒。3）气井水侵的三种类型●大缝型、小缝型及横向型●判断气井水侵的类型-原始绝对无阻流量（qAOFi）：表示各气井原始状态下裂缝的发育程度。-单位生产压差底水上窜高度（h/△p）：代表垂直裂缝的发育程度，h为原始气水界面至井底的高度（m）。△p为出水时的生产压差（pk—pwf）。-h/△p=0.56LogqAOF以上的气井具有明显的大缝型出水气井特征；-h/△p=0.56LogqAOF线与h/△p=0.15LogqAOF之间的气井具小缝型出水气井特征；-h/△p=0.15LogqAOF线以下的气井则为横向型出水气井特征，这些井处于层间缝发育的五井区及翼部，垂向渗透性较差，因而h/△p值均偏小。2.2边水气藏水侵特征1、均质边水气藏水侵特征●在气藏相对均衡开采的前题下，气藏各部位压力均匀下降，边界压力基本相等，整体上水侵呈环状横向推进，气水界面前缘呈连续面向气藏高部位驱动。同样水驱效率高，且补充了气藏能量，可延长气井稳产期，气藏采收率较高。●当均质边水气藏不均衡开采，局部井距过密或邻近气水界面的井采气强度过大时，边水也会出现不规则的舌进，使边部气井过早水淹，影响气藏的稳产。2、非均质边水气藏水侵特征●基本特征：局部性非连续面河道状的“横侵纵窜”复合式的模式。-一种是沿构造裂缝发育带或砂岩高渗带选择性水侵；-一种是沿断层裂缝带平行断层走向水窜，而断层裂缝不发育的翼、端部的水体在开发过程中，基本不动。●四川中坝气田须二气藏是边水沿裂缝带横侵纵窜水侵的典型-气藏是一个背斜控制的裂缝—孔隙型砂岩边水气藏。储层物性差，为低孔低渗的致密砂岩储层。裂缝发育不均一，裂缝发育带主要分布在东南翼的中19—37—31—34井区及鞍部中3—4井区，是气藏的高产区。（1）边水的横侵-1978年4月~1988年10月，先后有9口井出水，这些出水气井大部在上述裂缝发育带内，说明边水横向水侵主要沿裂缝发育带由北向南侵入。最早出水气井并不是靠近气水界面的井，而是鞍部最早投产的中4井，证明在裂缝发育带内边水也不是均匀推进的，而是首先沿大裂缝向最早的压降中心窜入。（2）1989～1993年对中4、中36及中37井进行生产测井，三口出水气井的共同特点：-一是产水层段仅占裸眼层段的13—21.6%，须二其余层段不产水；-二是产水层段均为钻井中有强烈井喷、井漏显示的裂缝发育段，说明边水沿裂缝发育带横侵中，也沿大裂缝纵向水窜。●张家场气田是边水沿断层裂缝发育带水侵的实例张家场石炭系气藏是一个碳酸盐岩裂缝—孔隙型边水气藏。构造翼端部裂缝不发育，水体能量小，属于水次活跃气藏。1981年3月投入试采，到1992年开始气井出水，到1996年出水气井增加到10口，水侵速度极慢，水产量及水侵量都不大。-水侵特征：主要是边水沿两端裂缝较发育断层带侵入，特别是以南端沿纵断层向北侵入为主，两翼局部水的舌进也与断层有关。2.3多裂缝系统气藏水侵特征●裂缝系统原始气水关系：两种类型，即底水型和边水型●水侵为三种气水动态形式水窜式、分道式、倒窜式1、水窜式气井钻至气水界面以上的含气层段完钻，投产时只产纯气不产水，随着气层压力的下降，水沿裂缝窜至气井而出水甚至水淹。2、分道式气井钻至气水界面以下完钻。如果含气和含水层段裂缝都较发育，投产后气水同产，“气走气路，水走水道”，采气中水侵量与产气量基本相适应，含气层与水体压力同步下降，水体基本不向含气层侵入，气水产量同步下降。如果含气层较含水层裂缝发育，采气强度过大，或采取“控水采气”，气层压力消耗大于水体压力的压降，也会出现选择性水侵。3、倒窜式（气窜式）当井钻至裂缝系统气水界面以外的水体部位，开井只产水不产气，通过排水使气水界面下降，或由于井底流动低于气层压力，天然气沿裂缝下窜至产水层段而气水同产，甚至产气量逐渐增大。这就是所谓的“排水找气”。如产气速度过大，气层压力消耗大于水体的压降，仍然会出现气水动态的逆转，水侵仍会发生。3.1压降动态法1、水驱气藏的物质平衡方程●基本假设1、Vp=const，T=const；2、在任意时间，整个气藏内的压力处于平衡状态；3、气藏储层物性是均一的，各向同性的,而且天然气性质是均一的；4、不考虑气藏的毛管力和重力的影响；5、忽略储层岩石骨架、束缚水等弹性膨胀。3应用矿场资料分析气藏水侵强度●物质平衡关系水侵所占据的气藏孔隙体积量加上剩余天然气所占有的气藏的孔隙体积量等于气藏的原始含气的孔隙体积量)