孔滩气田茅口组气藏孔6裂缝系统水侵探讨

任世林，孙天礼 （中石化西南油气分公司川东北采气厂，四川 阆中637400）

张翠兰 （重庆市能源投资集团科技有限责任公司瓦斯研究院，重庆400060）

冯国庆 （油气藏地质及开发工程国家重点实验室 （西南石油大学），四川 成都610500）

王炜 （上海洗霸科技股份有限公司，上海200437）

张爱华 （中国石油西南油气田公司蜀南气矿，四川 泸州646001）

我国大多数气藏均属不同程度的有水气藏，其中边底水活跃的气藏约占40%～50%。四川盆地作为我国天然气生产主要气区之一，有水气藏的储量占总储量的70%以上，川西南、川中、川南等气矿80%的天然气产自有水气藏。有水气藏开发的难点就是水侵问题，对于有水气藏来说，水侵是不可避免的。边、底地层水侵入气藏会形成水封气，气藏开发效果变差甚至水淹，导致采收率下降。因此，有水气藏见水甚至水淹之后的水侵分析和水侵治理成为有水气藏开发的重大课题。而对于有水气藏制定行之有效的治理方案，首先需要对气藏的水侵情况进行分析，为水侵治理提供理论依据[1]。为了探讨有水气藏水侵分析方法和理论，以蜀南地区孔滩气田茅口组孔6裂缝系统有水气藏为例，对有水气藏水侵量、水体能量、水侵强度、水侵动态与途径等进行深入研究，为气藏下一步的合理开发提供方法途径，并为排水方案的设计提供参数依据。

1 孔滩气田地质开发概况

孔滩气田是一个受北东－南西向背斜控制的圈闭，长轴为8.5km，短轴为2.4km，闭合面积7.2km2，闭合度50m。孔滩气田下二叠统茅口组气藏储层属海相碳酸盐岩储层，岩性为基质致密的厚层块状云、灰岩，厚度200～500m。该区有孔23号、孔24号两条主断层切割，气藏储层断层、裂缝发育，属低孔低渗的 “裂缝－溶洞型”、“裂缝－洞隙型”储层。茅口组储层主要发育于上部茅三段、茅四段地层中。溶孔、溶洞是气藏的主要储集空间，裂缝是气藏的有效渗滤通道。

孔滩气田茅口组气藏共有10口气井先后投入生产。经试采资料和生产动态资料证明，构造东高点范围为孔6裂缝系统 （包括孔6井、孔10井、孔21井），西高点范围为孔9裂缝系统 （包括孔9井、孔11井、孔12井、孔13井），孔南鼻突上的孔27井和孔24井为单井裂缝系统，共4个裂缝系统，见图1。

图1 孔滩气田茅顶构造图

孔6裂缝系统2009年复核地质储量15.06×108m3。孔6井自1976年12月8日投产以来，先后有孔10井、孔21井 （孔10井的开发补充井）相继投产，气藏产能高达43×104m3/d；1980年10月～1986年11月期间气井出水量迅速增大并居高不下，产能大幅度下降；至2001年11月以后，孔6裂缝系统已全面水淹停产。

截至2009年底，孔6裂缝系统累计采气量8.76×108m3，累计产水量62.70×104m3，采出程度58.17%，剩余地质储量6.30×108m3。因此，需要研究地层水侵入水侵动态与途径，从而采取相应的治水措施挖掘剩余储量。

2 水侵量计算与分析

2.1 水侵量计算方法

对有水气藏进行动态分析或预测，一个关键的任务就是计算气藏的水侵量，它对有水气藏下一步合理开发有重要意义。

计算气藏天然水侵量的方法很多，其中传统的稳态流法和非稳态流法是主要方法之一。稳态流法水侵量计算建立在达西稳定渗流的基础上，适用于具有水体很大、储层高渗、采气速度不高的气藏。对于气区和水区的渗透率都不大或者水区的渗透率不大，具有较大水域的气藏，在压力降传递到水区的外边界之前的阶段，或者气藏具有封闭的水区，水区中的水以不稳定流动状态向气藏侵入，此时就不能用稳态流法计算水侵量，而需要使用不稳态流法来计算气藏的水侵量。

但是，上述方法也存在一些缺陷：在计算水侵量时，首先要对水体形态和大小进行一定的估算，然后才能进行试算，计算过程烦琐[2]。而物质平衡法仅需要气藏的生产动态数据，就可计算水侵量，不需要估计水体的形态和大小[3]。在物质平衡理论的基础上发展而来的水侵量计算方法主要有非线性物质平衡法、压降曲线法、图解计算法等。

2.2 孔6裂缝系统水侵量计算

为了使水侵量计算结果更为可靠，分别应用稳态流法、非稳态流法以及物质平衡法中的非线性物质平衡法来计算孔6裂缝系统的水侵量。

2.2.1 多元回归法计算地层水储量

为了估算裂缝系统水体参数，需要计算地层水储量。多元回归法综合拟和了气藏的岩性、流体物性以及气藏温度、压力等气藏物性，因此计算得到的动态储量和地层水储量与实际比较相符。采用多元回归法计算地层水储量为5350×104m3。

2.2.2 水侵量计算分析

根据气藏地质构造和地层水储量，对裂缝系统的气藏水体参数进行了估计。由气藏的生产历史数据，应用稳态流法、非稳态流法累计水侵量公式计算了孔6裂缝系统径向系统、半球形系统和线性系统3种天然水域外边界条件下不同时期的累计水侵量，计算结果见表1。

表1 孔6裂缝系统累计水侵量计算结果

由稳态流法和非稳态流法累计水侵量计算结果可以看出，稳态流法计算的水侵量远大于非稳态流法计算的水侵量。而孔6裂缝系统动态储量为15.06×108m3，根据原始条件下的体积因数计算原始条件下的天然气体积为653.37×104m3，孔6裂缝系统不适合用稳态流法计算。非稳态流法的径向流模型和直线流模型计算的累计水侵量小于累计产水量，与气藏的水侵实际不相符合。

非线性物质平衡法与半球形流模型计算所得到的水侵量相接近，说明气藏外部水体为底水，并且为有限封闭水域。从产能分析上看，孔6井、孔10井投产前测试产气量较大且不产水，投产后产能较大并均经过2a左右的无水采气期 （表2），出水后产能下降迅速、产水量很大且稳定；从出水时间上分析，位于构造低部位的孔6井产水后，位于构造高部位的孔10井和同井场的孔21井投产后均有2a左右的无水期。假如地层水以边水形式推进到孔10井，孔21井不可能有2a左右的无水期。分析认为，孔21井的无水采气期，除了该井只打开了茅口组顶部外，还受到孔6井不断开采的影响。

综上所述，孔6裂缝系统的水是以底水的形式推进的。从气井生产动态上分析，孔21井在前面孔6井、孔10井累计产水55.49×104m3以后，产水量明显小了很多，也说明孔6裂缝系统的水体能量有限。这与非稳态渗流模型计算水侵量所得结论相符。

表2 孔滩气田孔6裂缝系统出水情况统计表

3 水侵动态分析

由于水侵对气藏开发影响很大，在研究有水气藏开发时，必须重视研究水侵动态及其途径，以对气藏水侵进行抑止和治理，提高气藏采收率。

3.1 水体能量分析

地层水体的最大能量可以采用如下公式计算：Wei＝CePaq，iVi。式中：Ce为含水层的综合压缩系数，MPa－1；Vi为含水层中初始水体积，m3；Paq，i为初始状态下地层水体压力，MPa；Wei为含水层水体最大膨胀量，m3。因为初始状态下地层水体压力无法进行测试，该次计算中采用气藏的原始地层压力进行估算。孔6裂缝系统多元回归法计算的地层水储量为5350×104m3，裂缝系统原始地层压力为27.804MPa，应用上式计算地层水体最大膨胀量为240.87×104m3，目前孔6裂缝系统累计产水62.70×104m3，也说明孔6裂缝系统地层水体能量有限。

3.2 水侵强度分析

水侵强度是指气藏水侵的强弱程度。气藏水侵的强弱主要取决于全天然水域的大小、几何形状、地层岩石物性和流体物性的好坏以及气水间的压差、水源补给状况等因素。一般水域范围越大，渗透性越好，水黏度越小，压缩性越大，水侵强度越大。而水侵强度与水侵指数B密切相关，可以定性地分析气藏水驱的强弱程度。水侵越强，B值就越小；反之就越大。当B＝1时，说明水驱为刚性，即从地层中采出多少气，就侵入多少水，从而保持压力不变；当B→∞时，这时气藏未发生水侵，为纯弹性气驱气藏；当1＜B＜∞时，气藏为一般性水驱气藏；当B≥4.0时，水侵强度就变得很弱，可以不考虑水侵对气藏开采的影响。

由非线性物质平衡法的计算得出孔6裂缝系统水侵指数B＝3.5677，结合孔6裂缝系统产水状况，可判断孔6裂缝系统地层水属次活跃水体。

3.3 产水特征分析

根据各口井产水特征的分析、产层中部海拔高度以及在构造图中的位置，可对孔6裂缝系统的水侵特征分析如下：

1）远离断层气井无水采气期较长，出水后来势较慢。这类井离断层较远，地层水主要是沿裂缝横向侵入。其产水特征表现为：无水采气期较长，出水后，来势较缓慢，最高产水量不超过100m3/d，关井后水基本能退回地层。这种产水特征的出水井是孔6井、孔21井。

2）位于断层附近的气井无水采气期较短，出水突然且来势凶猛。这类气井位于断层附近，地层水主要是沿断层－裂缝水窜侵入，其产水特征表现为：无水采气期较短，出水前无预兆，出水来势凶猛，产水量较大。出水后气井产气量快速下降，甚至过早水淹。这种类型的出水井是孔10井。

3.4 水侵动态与途径

根据生产动态资料和水侵能量的论证，对气藏的水侵动态进行分析，并结合气藏的地质情况分析水侵的方式和途径。

图2 孔6裂缝系统水侵动态随时间变化图

从孔6裂缝系统的气藏水侵动态图 （图2）可以看出，在1987年8月27日之后，阶段水侵速度呈逐渐下降趋势。从孔6裂缝系统的采气曲线 （图略）可以看出，裂缝系统初期产气量过大，导致无水采气期缩短，气 井提前 见水[4，5]。气井见水后产气量快速下降，产水量快速上升，导致水侵速度较高。在1987年7月孔10井套破封井、1987年4月～1988年5月孔6井关井一段时间之后，裂缝系统内的底水退回地层，产水量降低，水侵速度也下降。由于地层水体能量有限，因裂缝系统水体能量有限，在裂缝系统累计产水55.53×104m3的基础上，孔21井1990年5月9日开始产地层水，但产水量明显小了很多，裂缝系统的水侵速度也有所下降。

在明确了气藏水体分布、能量大小及水侵强度的条件下，水侵方式及途径主要是由地质情况决定。地质研究成果表明，研究区域内下二叠统茅口组茅三段～茅四段溶洞较为发育；茅口组古岩溶发育带岩性脆弱，喜山期构造运动使其更易形成裂缝和断裂，使得连通条件较差或不连通的溶洞系统沟通形成更大规模的缝洞系统，使得茅三段～茅四段的储层物性较好，具备底水锥进的地质条件。同时，从气井的测试及生产情况来看 （上表2），这几口井产能非常大，且见水后产水量大，说明产层的物性条件较好。因此，孔6裂缝系统的水是以底水锥进的方式向上侵入产层的。

4 结论与建议

4.1 结论

1）对于有水气藏的水侵治理，首先对气藏的水侵量进行计算核实，为气藏水侵动态分析和整体排水提供依据；对气藏气水关系、水体的大小、水体能量和水侵强度进行分析论证，进而对气藏的水侵动态以及水侵方式、途径进行分析，为下一步治水提供参考依据。

2）利用多元回归法计算地层水储量，估算气藏水体参数。根据稳态法、非稳态法、非线性物质平衡法水侵量计算结果，结合产能、出水时间等生产动态特征，论证出了气藏外部水体为底水，并且为有限封闭水域。

3）通过分析研究孔6裂缝系统水侵动态，地层中裂缝、断层、高渗透带发育情况，得出系统水侵为底水锥进方式。

4.2 建议

从孔6裂缝系统水侵分析中得知，气藏自由水体主要集中在孔6裂缝系统底部和孔23号、孔24号断层北部，通过断层－裂缝侵入生产井中，且水体能量有限。为有效控制地层水不往气藏里窜流，使地层水在气水界面的低排点排出地面，不堵塞高采井的产气裂缝通道，提高气藏的采收率，建议在孔6裂缝系统气水界面位置部署低排井排水，孔6井和孔21井两井作为高采井采气，形成低排高采的采排系统，缓解孔6裂缝系统的水侵现状。后期再结合实际情况，如果低排井见气，可以转为低排低采井[6～8]。

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