有水气藏气水分布及水区能量

时间：2024-07-28

何晓东孔玲安菲菲

(中国石油西南油气田公司勘探开发研究院)

1 气水分布模式

无论从地质区域上还是从局部构造上认识有水气藏气水分布模式，其分布形式都是多样的。

地质区域上，同一水动力系统内可能存在多个含气圈闭，不同的含气圈闭，通过水体连通，由于含气圈闭高度的差异，导致不同气藏压力不同。一个水动力系统只有一个含气构造高点，是一个特例，也是我们通常认识的有水气藏。

通过展示川东北石炭系茶园寺高点与黄牛坪高点的横向关系(图1)，表明两个气藏分别圈闭于茶园寺高点和黄牛坪高点，其间通过水体相连，属于同一水动力系统。前者气水界面海拔高于后者气水界面海拔。

图1 同一水动力系统两个含气圈闭实例图

就局部构造而言，我们仅研究一个含气构造高点，即认为所研究的气藏是一个独立的水动力系统。图1中，仅研究茶园寺构造，可以将茶园寺高点看作一个独立的边水气藏，常规的气藏工程方法和技巧均能应用于该气藏的研究工作。然而，当使用常规的分析方法和技巧不能解释气藏动态特征时，我们就应该考虑该气藏与同一水动力系统中其它气藏之间的联系，这些联系主要表现为驱动能量的传递和消耗。

同一水动力系统内可能存在多个含气圈闭的现象，在裂缝-孔洞(穴)型气藏中更容易出现。川南阳新统气藏的一些水动力系统，生产初期水气比逐渐增高，通过强排水，水气比降低，随着持续开采，水气比再度进入增加、降低的变化周期，这是同一水动力系统存在多个气(水)储集体的典型案例。裂缝-孔洞(穴)型系统中，作为一个单一储集体，可能是具有底水气藏特征的局部圈闭，不同储集体之间，通过裂缝沟通而彼此相连，形成一套多节点网络的水动力系统。

水中溶解气的存在是气水分布的另一种模式(图2)。在气水分异不彻底的过渡带气藏，水区中较高含量的溶解气膨胀也将起着驱动地层水侵入气区的作用。

2 水区能量模式

有水气藏不同的气水分布模式，决定了水区不同的驱动能量。仅有一个含气圈闭的水动力系统与具有多个含气圈闭的水动力系统比较，水区表现出的驱动能量是有差异的。

图2天然气在水中的存在形式示意图

(1)仅有一个含气圈闭的水动力系统，流体封闭于有限的空间内，水区表现出的驱动能量仅是水体自身的膨胀能量，其驱动效果并非想象的那样大[1]。如果水区充分大，地层水对气藏的影响效果将表现为恒压供给的效果，但这类气藏非常少见。

(2) 具有多个含气圈闭的水动力系统，分析其中一个含气圈闭，除了与其连通的水区外，在水区外还相连另一个含气圈闭，该含气圈闭内天然气膨胀能量将作用于水体，增大水区的驱动能量。因此，对于具有多个含气圈闭的水动力系统中的某一个有水气藏(圈闭)，其水区表现出的驱动能量远远大于水体自身膨胀所能释放出的驱动能量。

(3) 即使是一个含气圈闭的水动力系统，水中溶解气膨胀能量也将是驱动地层水流动的重要动力。水中溶解气越多，水体表现出的活动性越强，反之亦然。

综上所述，有水气藏中，水区能量实际上是由气、水膨胀能量叠加组合构成，水体活动性是组合能量的综合体现。

3 有水气藏压降关系曲线特征

针对具有多个含气圈闭的水动力系统，分析其中某一个含气圈闭，与该圈闭连通的局部范围，除了存在一定水区，在水区外还连通另一个含气区或含气圈闭，该含气区或含气圈闭的天然气膨胀能量将作用于水区，综合表现为水区的驱动能量，其能量远大于地层水自身膨胀所能释放出的驱动能量。为了直观定量表现这种能量，借用数值模拟方法予以研究。首先建立边水和底水气藏模型，从代表性考虑，建立了3种储层类型，分别为孔隙型、裂缝-孔隙型和孔隙-裂缝型。在所建立的模型下，按以下步骤依次计算分析：① 将水体大小作为定量，气藏的采速作为变量，计算对比不同采速下的水体膨胀及侵入的情况以及气井见水后水量变化的趋势；② 将气藏的采速设置为较高值且作为定量，变化水体的大小，对比不同大小的水体情况，计算对比水体侵入程度及气井见水后水量变化的差别；③ 在已建立模型之外再建立一个气区模型，与前面建立的气藏模型通过水区连通，构成一个具有2个含气圈闭的水动力系统，再重复前面2个步骤的计算；④ 综合对比上述计算结果。

有水气藏受圈闭外含气区影响的压降关系(图3)展示了经过上述步骤计算、分析、归纳出的气藏采出程度。图中横坐标为圈闭内天然气采出程度，纵坐标为地层无因次压力(当前拟压力与原始拟压力之比)。

图中，斜率为45°直线是假设圈闭为无水气藏条件下的累产气(采出程度)无因此拟压力关系线，即常规封闭气藏压降线。45°斜线右上方第一条曲线是假设圈闭内地下水体体积与地下天然气体积之比为10的压降曲线，即封闭圈闭内有水气藏的压降曲线。在封闭圈闭内有水气藏的压降曲线的基础上，叠加圈闭外相连的含气区气体膨胀效应，依次右上，圈闭外天然气地下体积与圈闭内天然气地下体积之比依次为0.2、0.4、0.6、0.8和1.0，得到同一水动力系统包含2个含气圈闭的压降曲线，其形态随着圈闭外、内天然气地下体积之比不同而表现出明显差异。

图中曲线特征提示，封闭环境下，如果水体量不是足够大，其膨胀量不能使压降关系线较大地偏离无水气藏压降线；而圈闭外即使连通较小的含气区，其膨胀量能够使压降曲线明显偏离无水气藏压降线。该特征能够帮助我们正确理解和判断边水或底水对气藏开发的影响[2，3-5]。

图3 有水气藏受圈闭外含气区影响的压降关系曲线图版

实际有水气藏中，在地下条件下水体体积是天然气体的两倍以上是少见的，大于10倍以上更是难见。因此，在一般有水气藏开发过程中，特别是在高陡构造的有水气藏开发过程中，几乎见不到压降储量线明显偏离无水气藏压降储量线(直线)的现象。

水中溶解气膨胀是增加水体驱动能量的重要因素。图3中各曲线特征所表达的动态信息，表明了在气水分异不彻底的过渡带气藏，溶解气膨胀驱动地层水侵入气区的作用。构造越平缓的气藏，气水分异越不彻底，溶解气膨胀驱动地层水的作用越强，气井生产越容易出水。

4 实例分析

蜀南庙高寺茅口组寺47井生产过程中累计产气量无因此拟压力降落曲线图4。表明了该井压降曲线的两段斜率线，第一段斜率线外推储集体天然气储量约1.5×108m3，对应生产期间，气井产水量由大减小，随后无水产出，对应生产期间地层压力上升，第二段斜率线外推储集体天然气储量约3.3×108m3，对应生产期间，气井产水量由小增大，直至水淹，最终靠气举排液维持生产。

图4 寺47井压降储量曲线图

蜀南庙高寺茅口组寺47井产气系统为缝洞型储集体，根据其生产过程中压力和产出水的变化特点，可以推测，该井所在水动力系统为彼此连通的储集孔洞或洞穴构成，这些储集空间具有各自的气水分布关系，裂缝是这些储集空间的连接通道。

四川开采效果较好的有水气藏为中坝须二气藏(图5)。该气藏所在构造北面平缓，东翼和南面相对较陡，气藏边水分布在北面、东翼和南面。气藏开采动态特征显示，北面水体活跃，南边和东面水体相对不活跃。

根据传统思路认为，导致南边和东面水体不活跃的主要原因是其渗透率差，抑制了水体流动。如果清楚了水中溶解气有利于增强水体活跃性，就容易理解，导致北面和东南两面水体活跃性差异的主要原因是气水分异有差异，从而导致不同方位边水中天然气溶解气含量差异大，最终表现为边水活跃性差异大。

图5 中坝须二气藏构造及气水分布示意图