超深层多断裂碳酸盐岩气藏水侵模式及治水对策.pdf
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1、天 然 气 勘 探 与 开 发 NATURAL GAS EXPLORATION AND DEVELOPMENT 49 2023 年 9 月 第 46 卷 第 3 期超深层多断裂碳酸盐岩气藏水侵模式及治水对策吴婷婷1朱 华1李隆新1李 滔1甘笑非2胡 碟21.中国石油西南油气田公司勘探开发研究院 2.中国石油西南油气田公司摘要超深层天然气勘探开发潜力巨大,已经成为全球勘探开发的热点。近年川西北地区发现双鱼石构造中二叠统栖霞组气藏,成为四川盆地目前最具潜力的超深层勘探开发领域之一。该气藏高温、高压且多断裂,埋藏深度超过 7 000 m,开发投资成本高。2020 年气藏整体投产以来,5 口气井陆续产
2、出地层水,产水井比例超过 40%,效益开发面临挑战。为此,基于气藏生产动态特征,采用气藏工程方法对水体活跃性进行评价,提出气藏典型水侵模式,形成气藏差异化治水对策。研究结果表明:气藏不同区域水体活跃性存在差异,表现出整体水体不大但局部水体活跃的特征。气井水侵特征包括指数产水型、线性产水型及指数+线性产水型等 3 类,并以指数产水型为主。结合气藏地质特征,将气井水侵模式划分为构造端部沿层推进型、单翼边水沿裂缝推进型及双翼边水沿裂缝窜进型这 3 种类型,并确定气藏 3 口产水风险井。提出气藏治水对策:号条带控水为主,号条带中部各优选排水井 1 口,气藏合理排水规模 250 m3/d。研究结果可保障
3、气藏的长期稳产与科学开发,同时对同类型气藏的开发具有指导意义。关键词超深多断裂双鱼石气藏水体活跃性水侵特征水侵模式治水对策DOI:10.12055/gaskk.issn.1673-3177.2023.03.006Water-invasion patterns and ways to deal with water in ultra-deep carbonate gas reservoirs with multiple fractures WU Tingting1,ZHU Hua1,LI Longxin1,LI Tao1,GAN Xiaofei2,and HU Die2(1.Exploratio
4、n and Development Research Institute,PetroChina Southwest Oil&Gasfield Company,Chengdu,Si-chuan 610041,China;2.PetroChina Southwest Oil&Gasfield Company,Chengdu,Sichuan 610051,China)Abstract:Ultra-deep gas becomes a hotspot in global exploration and development for its tremendous resource potential.
5、In recent years,gas reservoirs of the Middle Permian Qixia Formation,Shuangyushi structure,northwestern Sichuan Basin,have turned into one of the most promising domains for ultra-deep exploration and development in the basin.Accompanying with multiple fractures,the reservoirs are characterized by hi
6、gh temperature and pressure as well as the burial depth exceeding 7,000 m,creating high costs in their development.Since they were put into production in 2020,formation water was produced from five wells which accounted for more than 40%of the sum,leading to great challenges on reservoirs beneficial
7、 development.Thus,water activity was evaluated through reservoir engineering approaches based on production performance.Additionally,typical water-invasion patterns were pro-posed,and some ways to deal with water were formulated.Results show that(i)there exist differences of water activity in variou
8、s areas of Qixia gas reservoirs,suggesting small waterbody globally but active in part;(ii)water-invasion behaviors in gas wells can be classified into three types:exponential water production,linear water production,and exponential+linear water production,with the first one as the soul;(iii)depende
9、nt upon geological characteristics,invasion patterns are divided into three categories:water ad-vancement along strata at structural end,edge-water advancement along fractures at single flank,and edge-water advancement along fractures at double flanks.Also,three risk wells with water are identified;
10、and(iv)the formulated ways to deal with water include con-trolling water primarily in I zone,optimizing one drainage well each in the middle IIIIV zones,and setting the rational drainage rate of 250 m3/d.These findings can not only ensure long-term stable production and scientific reservoir developm
11、ent but provide guidance for the development of similar gas reservoirs.Key words:Ultra deep with multiple fractures;Shuangyushi gas reservoir;Waterbody activity;Water-invasion behavior;Water-inva-sion pattern;Water treatment countermeasure基金项目:国家科技重大专项“四川盆地大型碳酸盐岩气田开发示范工程”(编号:2016ZX05052)、中国石油天然气股份有限
12、公司科学研究与技术开发项目“西南油气田天然气上产 300 亿立方米关键技术研究与应用”(编号:2016E-06)、“四川省软科学研究计划项目资助”(编号:2021JDR0401)。作者简介:吴婷婷,女,1989 年生,工程师,硕士;主要从事气藏动态分析及数值模拟研究工作。地址:(610041)四川省成都市高新区天府大道北段 12 号。E-mail:吴婷婷等:超深层多断裂碳酸盐岩气藏水侵模式及治水对策 50 2023 年 9 月 第 46 卷 第 3 期0引言近年来,四川盆地西北部地区双鱼石构造二叠系栖霞组的油气勘探取得了较大突破,已有勘探成果表明,双鱼石栖霞组气藏是目前最有潜力的超深层勘探开发
13、领域之一1-5。该气藏具有超深、高温、高压的特征,投资成本高,且气藏位于龙门山山前断裂带,断裂及裂缝发育,气藏水侵风险大。在开发初期认为仅在号条带端部 ST10 井存在局部封存水,气藏整体大面积含气;而 2020 年气藏整体投产以来,已有5 口气井陆续产出地层水,产水井比例超过 40%。投产前测井及测试产纯气的部分井,在后续生产过程中产出地层水,水侵规律极其复杂,水侵模式差异巨大。经调研发现,主要受构造、断层、储层非均质性及水体的影响,国内学者普遍将气井水侵特征分为弱舌进水侵、强舌进水侵、裂缝水侵、高导裂缝水侵等 4 类;气藏水侵模式主要分为水锥型、纵窜型、横侵型及纵窜横侵型等 4 种6-14
14、。而气藏有效治水对策的制订是件十分棘手的事,国内外气藏治水方法包括控水、排水和堵水。四川盆地气藏治水经历了由单井到整体,由控水到被动排水、再到主动治水的历史转变,目前气藏整体治水的理念已经形成。但由于有水气藏的地质特征、动态特征和水体活跃性等各不相同,气藏整体治水技术模式也需要“因井制宜、因类制宜、因时制宜”,总体上可以归纳为“早期防水、中期控水、晚期治水”。即开发早期深化流体分布认识,优化开发技术对策,延长气藏无水采气期;开发中期通过水侵模式确定、水侵动态预报、单井配产优化、井网完善和排水采气工艺优选等,制订气藏整体治水对策,延缓水侵前缘,减小水侵危害;开发后期地层能量不足,需结合精细气藏描
15、述技术,掌握水侵规律,通过治水方案优化、排水工艺优化和井口增压,降低气藏废弃压力,提高气藏采收率15。双鱼石栖霞组气藏刚踏入开发中期阶段,亟须深化对气藏水侵规律的认识,确定气井水侵模式,在此基础上制订气藏差异化治水对策,优化气藏开发,提高气藏采出程度,同时为国内外同类型超深层多断裂有水气藏的有效开发提供借鉴。1基本特征1.1基本地质特征双鱼石栖霞组气藏位于四川盆地北部龙门山断褶带与低缓断褶带的过渡区,西邻龙门山逆掩推覆带,东接川北古中拗陷低缓区,北部为米仓山隆起,南缘山前断褶带,具有如下地质特征:受龙门山推覆构造挤压作用影响,产生一系列呈北东南西向展布的近平行的褶皱断高构造群,由西向东可划分出
16、 6 个条带,开发单元为号条带,构造总体向北东方向逐渐抬升、向南西方向倾没。区内褶皱强度较大,发育 80 余条北东南西向近平行分布的断层,断层长度 2 110 km,气藏中部垂向断距 100 900 m,端部垂向断距 10 70 m。气藏岩心分析结果表明,储层孔隙度 2.00%13.38%,平均为 3.5%,储层渗透率 0.012 53.4 mD,平均为 0.51 mD;试井渗透率 0.2 32 mD;气藏为低孔隙度、低渗透率储层,号条带中部及号条带的储层物性好于号条带,整体渗透率级差大,非均质性强。各井储层分类评价结果表明,双鱼石构造栖霞组台缘滩相储层的纵横向非均质性均较强,各类储层纵横向上
17、交错分布,研究区内单井储层厚度 9.70 38.00 m,平均为 24.37 m。气藏中部埋藏深度 7 100 7 600 m,地层温度 155 左右,地层压力 95.32 96.15 MPa,压力系数 1.29 1.36,为超深层高温高压气藏。1.2气水分布特征及对生产的影响气藏储层纵向上为一套白云岩,条带内分布稳定且连续。受构造和断层共同控制,天然气主要分布在构造高部位,地层水主要分布在构造低部位,纵向上没有统一的气水界面,为局部发育的多个独立水体16-17,如图 1 所示。号条带水体类型为边水,分布在构造端部低部位,气水界面-6 550 m;号条带水体类型为局部封存水,分布在构造端部低部
18、位,气水界面-6 806 m;号条带水体类型为边水,分布在号条带构造低部位,气水界面-6 865 m。双鱼石栖霞组气藏投产两年以来,除号条带 ST10 井封井外,目前在生产过程中产出地层水的 5 口井分布在、号条带。综合分析气藏各井的测井解释成果、完井测试成果、生产动态特征后认为,纯气井分布在构造高部位,气水同产井分布在构造低部位或紧邻构造低部位的断层附近。地层水侵入气藏后,气相渗透率降低,使气井的产量下降;同时,受水封气影响,气井的动态储量减少。这是普遍现象,但不同条带的水体大小及水体活跃性不同,产水对气井生产的影响程度存在差异(图 2)。号条带投产井 1 口(ST12 井),配产30104
19、 m3/d,采气速度 1%,该井生产 21 个月后产吴婷婷等:超深层多断裂碳酸盐岩气藏水侵模式及治水对策 51 2023 年 9 月 第 46 卷 第 3 期出地层水,产水后产量递减率为 12%,单井动态储量减小 15%左右;号条带为主力生产条带,采气速度达 4.2%,同时水侵最为严重,投产井 9 口,其中 3 口井(SY132、SYX133、ST8 井)产出地层水,气井产量递减率 15%38%,条带动态储量减少25%以上;号条带投产井 2 口,采气速度 1.5%,其中 1 口井(ST18 井)投产即产地层水,产量递减率为 27%,单井动态储量减小 22%。2水体活跃性评价2.1气井水侵特征以
20、指数型产水为主根据气井产水动态,气藏目前 5 口见水气井的水侵特征可划分为 3 类,如图 3 所示,分别为指数产水型、线性产水型、线性指数产水型。1)见水气井主要表现为指数产水型特征。指图 1双鱼石栖霞组气藏气水关系分布平面图图 2气井见水后产量递减率、动态储量损失率统计图图 3见水气井水侵特征图版吴婷婷等:超深层多断裂碳酸盐岩气藏水侵模式及治水对策 52 2023 年 9 月 第 46 卷 第 3 期数产水型,即气井的水气比与出水累计时间呈指数上升趋势,气井无水采气期小于 10 个月,水气比大于 10 m3/104 m3且上升速度较快,为裂缝水窜特征。2)线性产水型,即气井的水气比随时间变化
21、呈近似线性关系,气井表现为无水采气期 20 个月以上,水气比小于 2 m3/104 m3且缓慢上升,为弱舌进特征。3)线性指数产水型,即气井的水气比随时间变化表现为两段式特征,无水采气期小于 3 个月;见水初期水气比小于 2 m3/104 m3,为弱水侵特征;随后日产水量快速上升,水气比超过 10 m3/104 m3,由弱水侵逐渐转变为强水侵。水体活跃性主要受裂缝发育程度、裂缝方向、储层品质的综合影响。在号条带中部,储层物性较好及裂缝发育的区域,水侵现象较严重,产水井表现为指数产水型特征,初步认为号条带水体较为活跃;而号条带端部及号条带,储层物性差,断层断距小,水侵影响相对较小,产水井表现为线
22、性产水型特征,认为号条带端部及号条带的水体活跃性较弱。2.2主力生产条带水体活跃采用容积法估算了各条带水体规模,相加得到气藏水体规模为 5 317104 m3,计算气藏地下水体倍比为 0.35,表明气藏水体分布范围有限,水体规模相对较小。采用 Van hurts 经典水驱物质平衡法18定量计算各区域水侵量,进而计算水侵替换系数及水驱指数 式(1)、式(2),计算结果见表 1。号条带水体规模为 3 600104 m3(其中水侵量为202.38104 m3),计算水侵替换系数 0.40,水驱指数 0.34,水体表现为活跃、强水驱特征;、号条带水体各项参数结果明显低于号条带,表现为次活跃、中水驱特征
23、。由于气藏位于龙门山山前断裂带,储层微裂缝发育,因此气藏整体表现出水体规模较小、但局部水体较为活跃的双重特征。水侵替换系数及水驱指数计算公式为19-20:(1)(2)式中 I 为水侵替换系数,无量纲;WEDI为水驱指数,无量纲;We为累积水侵量,104 m3;Wp为累产水量,104 m3;Gp为累产气量,108 m3;Bw为地层水体积系数,无量纲;Bgi为原始天然气体积系数,无量纲;Bg为天然气体积系数,无量纲。表 1双鱼石栖霞组气藏水体相关参数计算结果表条带水体类型水体规模/104 m3水侵替换系数水驱指数水体活跃性 号条带端部边水型7470.260.25次活跃中水驱 号条带端部局部封存水型
24、9700.310.28次活跃中水驱 号条带南北部边水型3 6000.400.34活跃强水驱3气井水侵模式通过地震、测井、试井、生产动态分析等多种技术手段综合研究,将目前气井水侵模式划分为以下 3 种(表 2):单翼边水沿裂缝推进型,产水井位于条带构造低部位,断层发育,边水主要运移通道为断层及附近裂缝破碎带,如 SYX133 井和 ST18井;构造端部沿层推进型,储层物性较差且非均质性较弱,边水主要通过低渗储层均匀侵入,如SY132 井;双翼边水沿裂缝窜进型,产水井位于构造高部位,附近高角度缝发育,两翼边水先后沿高角度缝侵入井底附近,如 ST8 井。各水侵模式典型井情况分述如下。3.1单翼边水沿
25、裂缝推进型SYX133 井位于号条带鞍部,构造位置低,射孔段距离气水界面仅 89 m、距离北边活跃水体约600 m,气水接触面积大,边水侵入具有距离上的优势。该井所在区域地震剖面显示,周围 500 m 范围内发育大量小断层,周边伴生网状裂缝发育带,为北部边水横向侵入的通道,且试井解释结果表明该井储层物性好,水平渗透率为 8 mD,垂向渗透率达 5 mD。从该井水侵特征看,气井初期配产50104 m3/d,投产 9 个月后产出地层水,见水初期的产量递减率达到 38%,动态储量降低 30%,见水后产水量迅速增加,目前产水量为 198 m3/d、产气量仅 6104 m3/d,水侵特征表现为指数产水型
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