裂缝型气藏水侵动态模拟研究

周旻昊， 乐 平， 郭春秋， 陈鹏宇

（1.西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，成都610500；2.中国石油勘探开发研究院，北京100083）

0 引 言

碳酸盐岩储层主要包括缝洞型、裂缝型和孔隙型3种基本孔隙结构类型［1］，其中裂缝在储层中扮演着重要的角色，一方面，裂缝的存在改善了储层的渗流条件；另一方面，边、底水沿裂缝水窜，会造成生产井过早水淹，影响气藏的采收率［2-4］。而阿姆河右岸气藏断层及裂缝发育，储层类型以裂缝型为主，气田整体发育底水，局部地区水体能量活跃，部分气井在投产初期就出现了不同程度的出水问题，严重制约了气田的高效开发。因此有必要针对裂缝发育的阿姆河右岸气藏进行水侵规律的研究。

目前对于裂缝气藏的水侵机理研究较少，大多通过数值模拟进行研究［5-9］。物理实验研究主要运用玻璃模型或铸体薄片进行微观水驱实验，研究微观渗流机理［10-15］；而宏观水侵规律以及开发效果的研究主要通过长岩心物理实验进行［16-20］。沈伟军等［16］通过全裂缝岩心实验，研究了不同裂缝宽度下的水侵机理，未考虑裂缝在不同贯穿程度下的情况；何佳林［17］考虑了裂缝的贯穿程度，但实验所需岩心较多。而目标气藏井深近6 km，取心成本高，且不易取得完整的碳酸盐岩长岩心。为此设计了新的实验方法，在有限的岩心条件下，通过实验顺序的优化和岩心切割、造缝后的组合，结合正交试验的方法，在较少岩心数量下，进行高效、可靠的实验，完成对裂缝渗透率、裂缝贯穿程度、水体倍数的分析和敏感性研究。

1 装置与实验方法

本实验基于储层岩心的气、水两相流动，结合实际气藏特征，采用实际储层岩心人工造缝来模拟裂缝型储层，研究碳酸盐岩气藏储层在不同裂缝参数、水体大小情况下气井产水机理及对产水动态规律的影响。

实验采用正交试验的原理，通过抽提气藏水侵的主要影响因素，根据气井实际情况设置因素的参数水平值，开展相应的物理模拟实验。

具体的正交实验参数见表1，正交实验方案设计见表2。

表1 正交参数表

表2 正交实验方案表

1.1 实验原理及流程

采用实际储层全直径岩心，筛选出符合要求的碳酸盐岩岩心进行人工制取裂缝，模拟带裂缝的底水碳酸盐岩气藏开发过程，不同裂缝参数的岩样垂直放置于岩心夹持器，在岩心夹持器底部连接装有不同大小地层水（5、10、30 倍水体）的中间容器模拟底水。

测定时，模拟实际地层条件（温度为116 ℃、原始地层压力为58 MPa），围压与内压压差为2 MPa，以2 MPa间隔为一个测试点，每个压力点测定产气量、产水量，测定到设计的最低内压点为4 MPa（废弃压力），研究在不同裂缝渗透率、裂缝贯穿程度、水体倍数大小下的采出程度以及产水变化规律，借以评价裂缝型气藏水侵机理。

实验装置采用全直径岩心驱替装置，实验装置如图1 所示。

图1 水侵机理实验装置

此套装置主要由注入泵系统、岩心夹持器、回压调节器、压差表、控温系统组成。其中岩心夹持器是岩心驱替装置中的关键部分，主要由岩心外筒、胶皮筒和轴向连接器组成。岩心夹持器垂直放置并在底部连接装有地层水的中间容器模拟底水，内压由回压控制器控制。

1.2 实验条件

（1）实验温度、压力。温度：模拟气藏温度116℃；压力：内压模拟地层压力58 ～4 MPa（废弃压力），内压点选择变化至2 MPa的一点。

（2）实验流体。实验流体选用天然气和配制地层水，天然气采用现场配制样品，实验所用地层水根据现场水样分析报告在实验室自行配制，流体和地层水水样配置参考现场提供的相关测试资料。

（3）实验岩心。为制备裂缝型储层岩心，取得代表性全直径样品，要求有一定的基质渗透率、非均质性不能太强。由于裂缝型储层研究的重点是裂缝，对基质要求较低，选择具有代表性且符合要求的实际储层碳酸盐岩岩心经过人工造缝的方式进行实验研究。

50例ASO患者实验观察指标以SPSS19.0计算。护理工作满意度以%形式展开，采用χ2检验；饮食知识掌握以及护理知识掌握评分以（±s）形式展开，进行t检验。P＜0.05证明差异有统计学意义。

2 裂缝型气藏水侵理论分析

2.1 储层介质与出水类型分析

李川东［18］根据储层介质特点，将有水气藏主要分为：裂缝-孔隙型、裂缝-孔洞型、缝洞发育型有水气藏3种主要类型。

为判断阿姆河气井出水模式，结合成友友等［19］对阿姆河气田出水进行的划分，对采出程度和水气比分别取对数作岩心出水诊断曲线（见图2）。图2 中见水后的上翘段能直观反映水侵规律，将α定义为上翘段直线的斜率，用来表征水气比随采出程度的上升速度。当1≤α ＜2 时，则对应为没有裂缝的水侵动态，多表现为无裂缝储层，为正常的水脊水锥动态特征。当2≤α ＜3 时，则对应为发育有半贯穿或者低角度的、裂缝未与井筒或底水直接沟通的裂缝，即裂缝性碳酸盐岩储层。当α ＞3 时，则对应储层中有全贯穿的大裂缝、大溶洞、或贯穿性的裂缝网络，底水通过缝洞与生产井直接沟通，开发过程中快速水侵水窜。由于方案都存在裂缝，所以斜率值相对偏大。其中，选取对方案1、2、8 作为对比分析。

图2 岩心出水诊断曲线

2.2 低水侵风险

图2 表明岩心尺度的水气比对数与采出程度的对数图版呈现较好的线性关系。方案2 与方案1 相比，虽然采用的水体倍数为10，大于方案1 的5 倍，但裂缝贯穿程度为75%，小于方案1 中裂缝全贯穿的情况。方案2 的斜率值2.5 反而小于方案1 的3.4，属于裂缝-孔隙性见水。分析原因，由于未贯穿区域的渗流影响，其水窜强度低于全贯穿的方案1，且最终采出程度也高于方案1，说明水体的大小对水侵的影响要大于裂缝的贯穿程度的影响。

2.3 高水侵风险

方案8 由于裂缝渗透率最大，贯穿程度为100%，水体倍数最大，所以诊断曲线的斜率也为所有方案中最大，为5.9，远高于低水窜风险方案的2.5，且最终采出程度最低。

其余组的实验结果也表明，裂缝贯穿程度越高、裂缝渗透率越大、水体倍数越高，对应水侵诊断曲线中的斜率值越大，采出程度越低。说明裂缝贯穿程度、裂缝渗透率、水体倍数越大，水侵、水窜越严重。

需要说明的是：上述由矿场实际生产统计数据绘制的图2，不同的气藏会表现出不同的α 值界限。此外，图2 为单井生产尺度的实际生产数据统计规律，图3 为岩心尺度的模拟实验结果，二者具有较好的趋势对比性（水气比对数与采出程度的双对数图版均呈现较好的线性关系）。但由于岩心尺度与矿场单井尺度的不同，也可能导致二者α 值的界限不同，因此需结合具体实际情况决定是否修正α值。

3 正交试验结果分析

9 组方案的采出程度-水气比对数图版，只能一定程度上分析水侵规律，最终目的还是通过正交试验方法完成裂缝渗透率、裂缝贯穿程度、水体大小对出水机理和见水动态的敏感性模拟。模拟结果考虑了采出程度、平均水气比、见水时压力、平均产气量、平均产水量5 个指标。

对正交实验结果进行极差分析，评价各因素对指标的影响程度，根据正交实验原理，极差值越大，因素影响程度越大。汇总结果见表3。

通过正交模拟实验结果，对采出程度、平均水气比、突破压力、平均产气量、平均产水量5 个指标，取均值作出影响因素变化趋势图，分析裂缝渗透率、裂缝贯穿程度、水体倍数这3 个因素的水平值对水侵动态的影响，并根据表中极差值的大小判断各因素对指标影响程度的排序。

3.1 采出程度评价

因素水平值对采出程度的影响程度如下图3 所示。由图3 可见：在裂缝性见水影响下，裂缝渗透率100mD，贯穿程度50%，水体倍数中等10 倍时，采出程度相对较高。裂缝渗透率过低，影响气体流动，裂缝贯穿程度和水体倍数过大，均不利于采收率的提高。通过极差值大小判断，对于采出程度来说，影响程度排序为：水体倍数＞裂缝贯穿程度＞裂缝渗透率，但影响程度相差不大。

3.2 平均水气比

因素水平值对平均水气比的影响程度如图4所示。

表3 全直径岩心模拟结果评价结果汇总

图3 因素水平值对采出程度（R）的影响程度

图4 因素水平值对平均水气比（WGR）的影响程度

由图4 可见：在选定的水平值范围内，水体倍数与裂缝渗透率对平均水气比影响程度相当；裂缝贯穿程度对平均水气比的影响幅度远高于参数；在裂缝性见水影响下，裂缝贯穿程度越高，渗透率越高，水体倍数越大，平均水气比值越高。通过极差值大小判断，对于平均水气比来说，影响程度排序为：裂缝贯穿程度＞水体倍数＞裂缝渗透率。

3.3 见水时压力

因素水平值对见水时压力的影响程度如图5所示。

图5 因素水平值对见水时压力（p）的影响程度

图5 显示：对于见水时压力比来说，见水时的压力对应着见水时间的早晚，在选定的水平值范围内，裂缝渗透率对平均水气比的影响幅度远高于其他两个参数；在裂缝性见水影响下，渗透率越高，裂缝贯穿程度越高，水体倍数越大，裂缝性见水时压力点越高，见水时间越早。通过极差值大小判断，影响程度排序为：裂缝渗透率＞水体倍数＞裂缝贯穿程度。

3.4 平均产气量

因素水平值对平均阶段产气量影响程度如下图6所示。

图6 因素水平值对平均产气量（Qg）的影响程度

图6 显示：裂缝渗透率对平均产气量影响幅度最大，在裂缝性底水驱动下，初期见水前的阶段产气平均速度与裂缝的渗透率正相关；裂缝贯穿程度越大平均产气越大；水体倍数中等，平均采气速度较高，但影响幅度有限。通过极差值大小判断，对于平均产气量来说，影响程度排序为：裂缝渗透率＞裂缝贯穿程度＞水体倍数。

3.5 平均产水量

因素水平值对平均产水量的影响程度如图7所示。

图7 因素水平值对平均阶段产水量（Qw）的影响程度

图7 显示：水体倍数对平均产水量影响幅度最大。在裂缝性底水驱动下，见水后的产水平均速度与裂缝的渗透率、裂缝贯穿程度、水体倍数成正相关，值越高，平均产水量越大。通过极差值大小判断，对于平均产水量来说，影响程度排序为：水体倍数＞裂缝贯穿程度＞裂缝渗透率。

4 结 语

（1）通过实验顺序的优化和正交试验方法的应用，可以在较少的岩心数量下进行较为有效、全面的实验研究。

（2）虽然岩心尺度与矿场单井尺度存在不同，但二者具有较好的趋势对比性，均满足出水诊断曲线模式。裂缝渗透率、裂缝贯穿程度、水体倍数越大，诊断曲线斜率越大，水侵、水窜越严重。

（3）通过正交试验，可以判断裂缝渗透率、裂缝贯穿程度、水体倍数对指标影响的敏感性。正交实验结果分析表明，对于采出程度和平均产水量这两个指标来说，水体倍数的敏感性稍强，影响程度略大于另外两个因素，但相差幅度不大；对于平均水气比来说，裂缝贯穿程度敏感性更强，影响更大；对于见水时间、平均产气量来说，裂缝渗透率的敏感性更强，影响更大。