川东北地区石炭系气藏水体分布及活动规律研究

时间：2024-07-28

任洪明任洪伟林建伟黄雪松胡晓东邓力菁

(1.中国石油西南油气田公司川东北气矿 2.中国石油西南油气田公司重庆气矿)

1 气藏构造、储层及圈闭特征

川东北地区石炭系气藏构造主体位于扬子地块的北缘，以线状背斜和狭长背斜为主(长轴与短轴之比>5)，短轴背斜和穹窿构造相对较少(图1)。主要有背斜型圈闭、断层-背斜型圈闭、断垒型圈闭以及地层(岩性)-构造复合圈闭。

图1 川东北地区二叠系下统地震反射连片构造图

石炭系总体上是在局限泻湖-正常海湾环境下沉积，川东北石炭系分为上石炭统和下石炭统，上石炭统可细分为3段。其中：C2hl2段是石炭系主要储层，C2hl3段是石炭系的次要储层。

黄龙组为储集层，储渗类型属裂缝-孔隙型。储层非均质性较强，有效平均孔隙度3.81%～7.99%，渗透率大多小于10-5μm2。石炭系厚度30～60m，有效储层厚度转化率在30%～70%之间(图2)。

气藏驱动类型为弹性气驱或以气驱为主水驱为辅，多数为常压气藏，多数气藏闭合度在300m左右。

图2 川东北地区石炭系厚度分布

2 气藏出水概况

川东北地区石炭系已开发的10个主力气藏中(表1)，除芭蕉场、温泉井、铁山北外其余区块的石炭系气藏均已出水，产水气藏地质储量占石炭系气藏总地质储量的54.36%。近年统计资料表明，随着石炭系气藏的全面、快速开发，石炭系气藏水侵现象逐渐加剧，水产量呈逐年增长态势。

2011年川东北石炭系气藏产气5.26×108m3，产水22.05×104m3，历年累产气量59.41×108m3、历年累产水量112.93×104m3。

3 气藏水侵机理

3.1 宏观机理

川东北石炭系气藏储层类型属于典型的裂缝-孔隙型，储层裂缝发育，因此石炭系气藏的气井出水机理从宏观上来看，均属于裂缝水窜，只是由于裂缝的大小、发育程度以及发育的方位不同，造成裂缝的水窜强度有较大的差别，可分为以下两种类型：

表1川东北地区石炭系主力气藏生产现状统计表
(截止2011年底)

气藏名投产时间(年-月-日)出水时间(年-月-日)累计采气(108m3)累计产水(104m3)五灵山1995-05-121998-09-178.0876.45雷音铺1983-08-232002-01-184.240.85茶园寺2002-11-192007-02-244.6022.49亭子铺1986-03-251998-06-144.250.27蒲西1996-06-212002-11-3010.598.76铁山南1991-03-192003-01-267.392.96铁山北2011-06-170.060.01温泉井2003-03-3118.640.56芭蕉场2005-03-110.590.03龙会场2005-04-082011-03-080.970.55合计59.41112.93

(1)裂缝直接连通型水窜

这种类型的水窜气井(图3)，储层发育大型裂缝，由于裂缝的渗透率远高于孔隙基质的渗透率，因此气井投产后，裂缝中的天然气率先被采出，从而使裂缝中的地层压力迅速下降，在裂缝中形成一个低能带，如果气井离水区较近且裂缝与水体连通较好的话，则可能造成地层水沿裂缝快速形成水窜，造成气井快速出水的局面。有些气井在高角度大裂缝附近或者与大裂缝直接连通，边水沿大裂缝上窜，直接进入气井，甚至在短期内使气井“水淹致死”。例如：茶园寺含气构造石炭系气藏雷15井就是典型的沿裂缝快速水窜[1，2](图4)。

图3 裂缝直接水窜连通型

(2)微细裂缝均匀推进型

这种类型的水窜气井(图5)，井底储层不发育大裂缝，但微细裂缝发育，随着气藏开采，气区压力下降，边水由于压差作用沿着有较高渗透性的微细裂缝向井底推进，最终导致气井产出地层水，但这种水侵表现为见水时间较晚，水量不大且变化不大。如果孔隙渗透性相对较高、孔缝搭配较好，储层表现出似均质特征时地层边水沿网状微细缝呈“舌形”推进的一种水侵方式，蒲西气田石炭系气藏蒲西1井就是典型的舌进型水侵[1，2](图6、图7)。

图4 雷15井水侵特征图

图5 微细裂缝均匀推进型

图6 蒲西1井采气曲线图

图7 蒲西1井水侵特征图

3.2 微观机理

前人研究认为，对于裂缝-孔隙模型有水气藏，在水侵初期，由于岩石的亲水性，水沿裂缝壁流动，水可以将裂缝中的大量气体驱出，同时在裂缝曲折和缩颈部分发生卡断现象，将部分气体滞留下来。当水窜突破模型出口时，在裂缝中水能占据全部渗流通道，气体无法经过大裂缝流动；因此，水侵后形成大量封闭气，从而导致气藏的动态储量减少和供气范围减小，影响气井的产能和气藏的最终采收率。

4 气藏边水特点和水侵活动性影响因素

从不同活跃性水侵气藏的生产动态特征分析，石炭系气藏水侵活跃性主要受到以下几种因素的影响：

(1)构造特征的影响

高陡构造的气藏，水侵活跃性一般较高，例如：五灵山区块、茶园寺含气构造，均为高陡构造。高陡构造在形成时受到的应力作用强，改造了储层的渗透率分布规律，发育高陡裂缝，气藏与边水形成高渗通道，水体较活跃。而低缓构造的气藏，如雷音铺气田石炭系气藏，水体主要受微裂缝发育的影响，水侵速度慢，水侵不活跃。

(2)断层分布的影响

若气井附近存在不封闭的断层，则断层距离越近，水侵活跃性越高。如铁山气田南区块石炭系气藏整体水侵不活跃，但铁山12井附近有小断层，存在高渗流通道通往水体，因此铁山12井受局部活跃水体影响，水侵活跃程度较高。

(3)气水界面的影响

气井产层中部距离气水界面越近，表现为水侵活跃性越高。蒲西气田石炭系气藏，蒲西1井远离气水边界，表现为水侵不活跃，蒲西3井处于气水界面，表现为水侵局部活跃[3]。

5 不同水侵气藏生产动态特征

5.1 活跃水侵气藏开发特征

活跃水侵气藏水侵方式以边水沿裂缝水窜为主，一般处于高陡构造区域，井区附近存在断层，储层裂缝很发育。活跃水侵气藏分布在五灵山气田、茶园寺含气构造。主要生产特征如下：

(1)初期产量大、生产压差小、无水采气期较短。

五灵山石炭系气藏七里25井投产初期1995年～1997年配产完成较好，日产气量35.0×104m3左右，日产水量0.3～0.4m3；生产压差较小，最高0.199MPa；1998年9月17日产出地层水，无水采气期仅3年零4个月，无水采气期内气藏累计采气仅4.0×108m3。

(2)水体能量充足、水产量上升快、气产量递减迅速、产水难控制。

茶园寺构造石炭系气藏雷15井，2008年1月3日产地层水，日产水从1.5m3左右快速上升至77.6m3，2008年5月被迫关井。关井后几次复产未成功。2009年5月25日复产成功后，日产水量达130m3，并持续增加，最高达343m3，随后日产水量稳定在200m3左右。

(3)水侵严重影响气井生产、关井后自喷复产难、气藏开发规模随水侵增加不断下降。

七里25井1998年9月出水前日产气量35.0×104m3，出水后产量持续递减，2000年7月日产气量减至15.0×104m3关井。2002年4月复产，初期日产气量15×104m3，随后水产量递增、气产量递减，2008年12月后气水产量相对稳定，日产气量5.0×104m3左右，日产水量300m3左右(图8)。

图8 七里25井采气曲线图

5.2 局部活跃水侵气藏开发特征

局部活跃水侵气藏水侵方式是在气藏局部地方离边水较近，并且裂缝较发育，水体沿裂缝侵入，气井产水量一般超过10m3，产水量到一定时间能够保持相对稳定生产，对气藏水侵影响较大的地方仅限于气藏的局部，局部活跃气藏有铁山气田南区块、蒲西气田。该类气藏有以下生产特征：

(1)初期产量相对较高，有一定生产压差，存在明显的产水过渡期，水量渐进增加。气井在生产过程中，产地层水之前一般均有一个出水显示期，其产出水矿化度、微量元素含量，水气比均有一个逐步增加的过程。

铁山气田南区块铁山12井于2003年1月26日开始产地层水，但从2002年的生产动态资料已经反映出气井即将产地层水的征兆，在日产气量保持不变的情况下，平均日产水量在一年的时间内由0.154m3上升到0.515m3，水气比由0.0254m3/104m3上升到0.0849m3/104m3，与此同时，气井产出水矿化度明显增加(图9)。

图9 铁山12井采气曲线图

(2)气藏出水后，产水量有一个逐步上升的过程，在排水采气生产一定时间后，产水量或水气比上升速度减缓或基本保持稳定。

蒲西气田蒲西3井从2002年11月30日投产即产地层水，气井从2008年5月修井作业后(重新射开了一段产层)，气井局部得到了有效的排水，产气量、产水量均有所上升，后又呈下降趋势，总的来讲气井生产水气比保持了相对稳定(表2)。

5.3 不活跃水侵气藏开发特征

不活跃水侵气藏水侵方式以沿微裂缝舌进水侵为主，气藏一般处于较为平缓的构造区域，储层为裂缝-孔隙型，裂缝不发育，井区附近无断层，或断层距离气井较远。不活跃水侵气藏有雷音铺气田、亭子铺气田、龙会场含气构造。该类气藏有以下生产特征：

表2 蒲西3井生产情况表

(1)气藏气井无水采气期一般较长，气井出水初期产水量不大，产水情况可控性较好。

雷音铺气田石炭系气藏雷12井从1990年投产，到2002年1月产地层水，无水采气期12年，无水采气期产气25207.3×104m3，气井出水后，产气量、产水量仍能保持相对稳定生产，2002年、2003年生产水气比稳定在0.16m3/104m3左右。

(2)气井出水对气井危害较小，对产气量影响不大，水性变化缓慢，较长时期后才能稳定。气井出水对气藏开发规模影响较小，关井对气井生产影响很小。

亭子铺气田石炭系气藏亭1井于1998年6月14日产地层水，由于该井产水量小，到2011年底生产时日产水量仅为1m3左右，因此所产的气田水中地层水和凝析水的比例变化较大，因此水性变化缓慢，气井产水后气藏的生产规模影响较小，亭1井1996年～1999年的年产气量在1500×104m3～2000×104m3，变化较小[3，4]。