郭敏靈 崔書姮 董 釗 孟文波 陳 誠(chéng) 張海翔

(1. 中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)湛江分公司， 廣東 湛江 524057；2. 中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司， 廣東 湛江 524057；3. 東北石油大學(xué)， 黑龍江 大慶 163000)

南海深水油氣資源量占南海油氣資源總量的70%，深水及超深水海域面積達(dá)153 km2，因此深水油氣區(qū)是未來海洋油氣資源勘探開發(fā)的重要方向[1-3]。南海深水氣田L(fēng)氣田屬于邊底水驅(qū)動(dòng)型氣藏，開發(fā)中面臨中后期生產(chǎn)見水的風(fēng)險(xiǎn)?，F(xiàn)有較為成熟的控水工藝，如可膨脹封隔工具[4]、堵水凝膠[5]、吸水膨脹型高分子化合物(WSP)[6-8]、流入控制裝置(ICD)[9-10]等，在海上油田也有應(yīng)用[11-12]，但都僅適用于油井開發(fā)。對(duì)于氣井開發(fā)，目前尚無較好的控水方法。同時(shí)，海上深水氣井作業(yè)成本極其高昂，無法在后期生產(chǎn)期間通過修井實(shí)施控堵水干預(yù)作業(yè)。

間歇采氣技術(shù)，通常是基于水錐推進(jìn)模擬結(jié)果來及時(shí)調(diào)整氣井生產(chǎn)制度，從而實(shí)現(xiàn)控水。從經(jīng)濟(jì)性和可控性的角度出發(fā)，可采用間歇采氣技術(shù)進(jìn)行海上深水氣井開發(fā)。間歇采氣過程中有關(guān)井、開井2個(gè)重要環(huán)節(jié)。在關(guān)井環(huán)節(jié)，儲(chǔ)層壓力恢復(fù)，原有的底水脊進(jìn)流場(chǎng)會(huì)因壓力擾動(dòng)而重新分布，進(jìn)而使氣水界面發(fā)生變化。合理的間歇采氣方式能夠延緩底水脊進(jìn)程度，均衡氣水界面、增大底水波及體積、提高氣藏最終采收率?，F(xiàn)有研究大多側(cè)重于間歇采氣制度的優(yōu)化，而對(duì)其作用機(jī)理、關(guān)井時(shí)機(jī)缺少深入探討。本次研究中，將通過海上深水氣井間歇采氣實(shí)驗(yàn)對(duì)間歇采氣的作用機(jī)理、關(guān)井時(shí)機(jī)及關(guān)井時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行深入分析和優(yōu)化。

1 間歇采氣作用機(jī)理實(shí)驗(yàn)研究

生產(chǎn)制度不科學(xué)往往會(huì)影響氣藏開發(fā)底水脊進(jìn)程度的強(qiáng)弱。隨著生產(chǎn)壓差不斷增大，儲(chǔ)層的流體滲透性增幅也在變大。在頂部氣層，由于氣相流動(dòng)性強(qiáng)而導(dǎo)致的能量損失速度大于底部水相能量供給速度，底水脊進(jìn)壓差增大進(jìn)而使底水脊進(jìn)加劇。為了驗(yàn)證該推論，我們通過以下實(shí)驗(yàn)分析間歇采氣底水控脊的作用機(jī)理。

1.1 大型三維填砂物理模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

在本次大型三維填砂物理模擬實(shí)驗(yàn)中，設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)裝置(3D釜)和模擬系統(tǒng)，其中模擬系統(tǒng)由回壓控制系統(tǒng)、注入系統(tǒng)、計(jì)量采集系統(tǒng)、氣液分立系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)等部分組成，其運(yùn)行流程如圖1所示。以3D釜及其內(nèi)部監(jiān)測(cè)的數(shù)控系統(tǒng)為核心，數(shù)控系統(tǒng)主要由壓力場(chǎng)采集探頭、含水飽和度場(chǎng)電阻率測(cè)試探頭和采集卡等設(shè)備組成。實(shí)驗(yàn)設(shè)備的基本參數(shù)有：有效空間，500 mm × 500 mm × 500 mm；最高工作溫度，150 ℃；最大工作壓力，50 MPa；總重，約3.0 t。

在大型填砂模型中，充填低滲透率儲(chǔ)層時(shí)需對(duì)釜體進(jìn)行特殊處理，否則砂體難以具備低滲透儲(chǔ)層特征。因此，在釜體內(nèi)壁上設(shè)計(jì)了卡槽，在卡槽上插入帶滲透孔的薄鋼隔板將原釜體內(nèi)部大空間分隔成若干小空間，從而在小空間內(nèi)充填出具備低滲透儲(chǔ)層特征的砂體。

圖1 大型三維邊底水氣藏物理模擬實(shí)驗(yàn)運(yùn)行流程

對(duì)于含水飽和度測(cè)試，根據(jù)鹽水與氣/水的電阻差異來設(shè)計(jì)。與鹽水相比，天然氣的電阻率幾乎為無窮大，因此，可采用電學(xué)性能反映底水脊進(jìn)情況。通過矩形波低頻交流電(供給電流I)輪巡測(cè)得A、B兩電極間的電位差ΔU(A，B)，根據(jù)表征電阻求得實(shí)測(cè)電阻率，再由I求得含水飽和度。

(1)

(2)

式中：R—— 表征電阻，Ω；

I—— 電流，A；

Kd—— 電極系數(shù)；

Rt—— 實(shí)測(cè)電阻率，Ω；

Ro—— 儲(chǔ)層完全含水電阻率，Ω；

Sw—— 含水飽和度，%；

δ—— 與巖性有關(guān)的常數(shù)；

α—— 飽和度指數(shù)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

目標(biāo)區(qū)南海L-1氣田位于南海QDN盆地凹陷中央峽谷內(nèi)，主要目的層埋深約3 400 m，水深約1 500 m。儲(chǔ)層物性較好，屬于高 — 特高孔、高 — 特高滲儲(chǔ)層，地層水型為NaHCO3。目標(biāo)區(qū)塊邊底水驅(qū)動(dòng)控制的地質(zhì)儲(chǔ)量占總儲(chǔ)量80%以上，邊底水的水侵風(fēng)險(xiǎn)高。L-1氣田共有14口開發(fā)井，9口中高水淹風(fēng)險(xiǎn)井，見水風(fēng)險(xiǎn)高。取L-1-4H井的參數(shù)搭建模型，方法如下：

(1) 布常規(guī)水平井(直徑9 mm)，布井后以石英砂充填主釜體，其滲透率為500×10-3μm2；然后，安裝底水層隔斷，建立厚度約10 cm的底水層。

(2) 飽和水，同時(shí)測(cè)定氣藏模型的孔隙體積34.2L。首先，打開底部注水泵和注水閥，飽和水。其次，飽和氣，通過2個(gè)注氣閥注入空氣，再?gòu)?個(gè)出氣閥排出。注氣速度區(qū)間為7～30 mL/min，直到束縛水飽和度為0.23 。接著，通過注水閥注入水，至注入量接近25 L時(shí)頻繁打開放氣閥觀察是否見水，若見水說明底水層已充滿。然后，關(guān)閉所有閥門，通過注氣閥再次飽和氣，直到釜體中的壓力達(dá)到30 MPa。同時(shí)，釜體外接一個(gè)儲(chǔ)氣罐作為供給氣源。儲(chǔ)氣量計(jì)算需遵循相似準(zhǔn)則。如L-1-4H井控區(qū)橫縱比為77，折算后的外接30 MPa儲(chǔ)氣罐體積為0.457 m3。

(3) 向底水層供給恒定壓力30 MPa，以生產(chǎn)壓差0.4 MPa進(jìn)行恒壓底水驅(qū)采氣實(shí)驗(yàn)。生產(chǎn)9 d后關(guān)井停產(chǎn)，進(jìn)行關(guān)井增能測(cè)試。

(4) 觀察采集系統(tǒng)氣藏底水前緣界面推進(jìn)情況，直至采出端含水率達(dá)到98%時(shí)結(jié)束實(shí)驗(yàn)。

間歇采氣機(jī)理研究實(shí)驗(yàn)方案是：井筒長(zhǎng)度，30 cm；井筒打開程度，平均密度0.3；關(guān)井時(shí)機(jī)，生產(chǎn)9 d后；關(guān)井時(shí)長(zhǎng)，1.0、1.5、2.0 h；關(guān)井周期，1個(gè)周期；生產(chǎn)壓差，0.4 MPa。

1.3 實(shí)驗(yàn)相似性設(shè)計(jì)

在三維底水脊進(jìn)實(shí)驗(yàn)中，必須考慮相似性問題。在此根據(jù)以下數(shù)學(xué)模型和動(dòng)力相似原則來加以闡述[13-15]。

氣相方程：

(3)

式中：ρg—— 氣相密度，kg/m3；

μg—— 氣相黏度，Pa·s；

qg—— 氣相流量，m3/d；

φ—— 孔隙度，%；

Sg—— 為含氣飽和度，%。

水相方程：

(4)

式中：ρw—— 水相密度，kg/m3；

μw—— 水相黏度，Pa·s；

qw—— 水相流量，m3/d；

Sw—— 含水飽和度，%。

運(yùn)動(dòng)方程：

(5)

(6)

式中：ug—— 氣相速度，m/s;

K—— 滲透率，μm2；

Krg—— 殘余氣滲透率，μm2；

pg—— 氣相壓力，MPa；

uw—— 水相速度，m/s;

K—— 滲透率，μm2；

Krw—— 殘余水滲透率，μm2；

pw—— 水相壓力，MPa。

飽和度方程：

Sg+Sw=1

(7)

定解條件：

pg(x，y，z，t)|t=0=pgi(x，y，z)

(8)

主要相似準(zhǔn)數(shù)如下：

式中：Lm—— 井控區(qū)長(zhǎng)度，m；

Hm—— 水平井避水高度，m；

LL—— 實(shí)驗(yàn)室井控區(qū)長(zhǎng)度，m；

HL—— 實(shí)驗(yàn)室水平井避水高度，m；

pg0—— 氣藏初始?jí)毫ο碌臍庀鄩毫Γ琈Pa；

pw0—— 氣藏初始?jí)毫ο碌乃鄩毫?，MPa；

ρw0—— 氣藏初始?jí)毫ο碌乃嗝芏?，kg/m3；

ρg0—— 氣藏初始?jí)毫ο碌臍庀嗝芏?，kg/m3；

σ—— 氣水界面張力，mN/m；

θ—— 潤(rùn)濕接觸角，(°)；

Krgw—— 殘余氣條件下的水相滲透率；

Kcwg—— 束縛水條件下的氣相滲透率；

xR、yR、zR—— 氣藏x、y、z方向的特征尺寸；

Π1—— 幾何相似度；

Π2、Π3—— 氣、水相在原始地層壓力下與采氣量為Q時(shí)的驅(qū)動(dòng)壓差之比；

Π4、Π5—— 氣、水相的黏滯力與驅(qū)動(dòng)力之比；

Π6、Π7—— 氣、水相的重力與驅(qū)動(dòng)力之比；

Π8—— 采氣量為Q時(shí)的毛管力與驅(qū)動(dòng)壓差之比；

Π9—— 水平井的生產(chǎn)壓差與趾跟壓降之比。

產(chǎn)能方程：

(9)

擬壓力函數(shù)方程：

(10)

(11)

式中：H—— 避水高度，m；

x—— 氣水前緣高度，m；

Q—— 產(chǎn)能，m3/d；

α—— 產(chǎn)能修正系數(shù)；

Kg—— 氣測(cè)滲透率，μm2；

Tsc—— 標(biāo)況下溫度，℃；

T——溫度，℃；

p—— 驅(qū)替壓力，MPa；

psc—— 標(biāo)況下壓力，MPa；

Z—— 氣體偏差因子；

μg—— 氣相黏度，Pa·s；

A—— 橫截面積，m2。

水平井井筒壓降公式：

Δpi=Δpmix+Δpwall+pacc

(12)

式中：Δpmix—— 混合壓降，MPa；

Δpwall—— 摩擦壓降，MPa；

Δpacc—— 徑向流入加速度壓降，MPa。

相似設(shè)計(jì)方法如下：

(1) 根據(jù)氣藏原型參數(shù)，選擇合適的幾何尺寸相似比例系數(shù)，并根據(jù)Π1確定模型的尺寸參數(shù)。

(2) 根據(jù)氣井試產(chǎn)產(chǎn)量，結(jié)合底水氣藏水平井產(chǎn)能公式和井筒摩擦壓降公式，分別計(jì)算水平井的生產(chǎn)壓差Δpp-M和流量均衡分布時(shí)的趾跟端壓降Δpf-M，以及二者的比值。

(3) 根據(jù)物理相似準(zhǔn)則換算實(shí)驗(yàn)用生產(chǎn)壓差Δpp-L，并根據(jù)Π8計(jì)算跟趾端壓降Δpf-L。

(4) 給定模型中的井筒初值，計(jì)算Δpp-L與Δpf-L，并迭代計(jì)算跟趾端壓降。此時(shí)求得的井筒半徑即實(shí)驗(yàn)用井筒半徑，產(chǎn)量即與原模型對(duì)應(yīng)的模型產(chǎn)量。

于是得到以下結(jié)果：水平井相似長(zhǎng)度為30 cm；生產(chǎn)時(shí)間等效為時(shí)間比尺，為長(zhǎng)度比尺的立方除以采氣速度比尺；單井配產(chǎn)滿足Π2-Π7相似準(zhǔn)則，速度比尺通常為長(zhǎng)度比尺的平方；氣藏模擬壓力為30 MPa，以保證實(shí)驗(yàn)的絕對(duì)安全；孔滲型，與礦場(chǎng)相同；井區(qū)橫縱比，為測(cè)試所得變量；采氣速度2%～4%對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)壓差為0.2～0.6 MPa。

1.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

1.4.1 關(guān)井期間的壓力動(dòng)態(tài)分析

底水氣藏初始?jí)毫?0 MPa，布井開發(fā)后氣藏內(nèi)壓力發(fā)生了變化。關(guān)井前儲(chǔ)層壓力場(chǎng)變化如圖2所示。若用p0、p1、p2分別代表底水層、底水脊進(jìn)區(qū)、氣藏區(qū)的平均壓力，則有p0>p1>p2，且隨著生產(chǎn)過程的推進(jìn)p0與p2差值越來越大。在持續(xù)生產(chǎn)中，若頂部氣層不及時(shí)補(bǔ)增能量，則底水脊進(jìn)的前緣形態(tài)將隨壓差增大而變得陡峭，脊進(jìn)程度逐漸加劇。

圖2 關(guān)井前儲(chǔ)層壓力場(chǎng)變化

關(guān)井期間壓力場(chǎng)的動(dòng)態(tài)變化如圖3所示?？梢钥闯?，關(guān)井措施起到了氣層補(bǔ)充能量的效果，從而使底水層與頂部氣層的真實(shí)壓差值(p0-p2)變小，即底水脊進(jìn)壓差變小，脊進(jìn)趨勢(shì)減弱。

圖3 底水氣藏開發(fā)壓力場(chǎng)動(dòng)態(tài)

1.4.2 關(guān)井期間的流場(chǎng)動(dòng)態(tài)分析

底水氣藏開發(fā)中，關(guān)井1個(gè)周期的流場(chǎng)動(dòng)態(tài)變化過程如圖4所示。由于氣相的流動(dòng)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于水相，因經(jīng)儲(chǔ)層頂部氣相區(qū)能量損失的速度大于底水脊進(jìn)區(qū)能量補(bǔ)充的速度，且此現(xiàn)象越來越明顯。當(dāng)生產(chǎn)9 d時(shí)，脊進(jìn)前緣形態(tài)“凸出”。此后進(jìn)行關(guān)井處理：關(guān)井1 h，底水脊進(jìn)的凸出部位界面先發(fā)生回落，凸字兩肩向上推進(jìn)；關(guān)井1.5 h，底水前緣界面開始整體向上推進(jìn)；關(guān)井2 h，氣水界面回到關(guān)井時(shí)刻，凸出前緣水位線。

圖4 底水氣藏關(guān)井一個(gè)周期的流場(chǎng)變化

圖5所示關(guān)井期間的壓力分析過程。在底水氣藏未投產(chǎn)時(shí)，其儲(chǔ)層內(nèi)壓力恒定為p0，布井開發(fā)后氣藏內(nèi)壓力發(fā)生變化。根據(jù)流體永遠(yuǎn)從高壓端指向低壓端流動(dòng)的原則原則，生產(chǎn)過程中的底水氣藏內(nèi)壓力關(guān)系為：p0>p1>p2>p3，p4>p1，p4>p5。即儲(chǔ)層內(nèi)呈現(xiàn)出的流動(dòng)態(tài)勢(shì)為，p0指向p1、p2、p3及井底；p4指向p5，p4指向p1；p5指向p2、p6。采用間歇采氣關(guān)井措施后，流場(chǎng)發(fā)生以下變化：氣相由p6與p6′指向p3流動(dòng)，并迅速平衡整個(gè)氣藏區(qū)壓力。用p7表示平衡后的壓力，由于氣體的流動(dòng)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于水相，則p2與p7的關(guān)系可能有兩種情況：

圖5 壓力分析示意圖

(1)p7>p2。根據(jù)流體流動(dòng)方向原理，水脊前緣水頭界面將被壓低，有利于控水開發(fā)。這正是實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象。

(2)p7≤p2。說明底水前緣與底水供給層無限接近，氣水界面前緣還未形成明顯的底水水脊態(tài)勢(shì)，屬于無效關(guān)井。

無效關(guān)井將會(huì)降低采氣效率，故選擇正確的關(guān)井時(shí)機(jī)十分重要。與此同時(shí)，氣水界面兩肩部位，如右側(cè)壓力分布為p4>p5，則p4處的水相始終向p5流動(dòng)，這將進(jìn)一步拉平整個(gè)氣水界面直至p4=p5。而在前一種情況下，壓力場(chǎng)繼續(xù)演進(jìn)，很快使p7=p2。此后，整體氣水界面(包括p2處)再次向上推進(jìn)，直至儲(chǔ)層壓力達(dá)到30 MPa，或者未至30 MPa時(shí)再次開井生產(chǎn)。

2 間歇采氣關(guān)井時(shí)機(jī)選擇實(shí)驗(yàn)

大于生產(chǎn)壓差時(shí)底水脊進(jìn)陡峭程度增加，小于生產(chǎn)壓差時(shí)底水脊進(jìn)相對(duì)平緩。因此，間歇采氣技術(shù)的關(guān)井時(shí)機(jī)最遲應(yīng)在形成此臨界壓差之時(shí)。

2.1 實(shí)驗(yàn)方案

關(guān)井時(shí)間節(jié)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試方案：取滲透率為0.1、0.5、1.0、2.0、2.5 μm2的巖心樣品，各自分別在0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、2.0、4.0、6.0、8.0、10.0 MPa的不同壓差條件下進(jìn)行注水。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

儲(chǔ)層滲透率-水侵速度-生產(chǎn)壓差的關(guān)系曲線如圖6所示?？梢钥吹?，水侵速度隨著驅(qū)替壓差增大而加快，且其曲線上存在變化加劇的拐點(diǎn)，不同滲透率曲線拐點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的壓差值也不同，滲透率越大其拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)壓差越小。這說明在非均質(zhì)儲(chǔ)層開發(fā)時(shí)問題較突出，壓差越大水脊程度越大，尤其是在驅(qū)替壓差大于非均質(zhì)儲(chǔ)層滲透率最大值曲線拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓差時(shí)。

2.5 μm2儲(chǔ)層在生產(chǎn)壓差為0.6 MPa時(shí)的水侵速度為114.32 mL/min，0.1 μm2儲(chǔ)層在生產(chǎn)壓差為0.6 MPa時(shí)的水侵速度為11.38 mL/min，二者相差102.94 mL/min。若氣藏繼續(xù)生產(chǎn)而氣層能量未得到及時(shí)補(bǔ)充，則氣層壓力快速下降而導(dǎo)致底水脊進(jìn)壓差增大。假設(shè)壓差增至1.0 MPa，此時(shí)2.5 μm2儲(chǔ)層的水侵速度為185.69 mL/min，而0.1 μm2儲(chǔ)層的水侵速度為20.72 mL/min，二者的差值為164.97 mL/min。顯然，后一個(gè)差值比前一個(gè)差值增大了62.03 mL/min，底水水脊現(xiàn)象加劇，不利于氣藏開發(fā)。因此，為了避免底水水脊因?yàn)樯a(chǎn)制度的影響而加劇，建議將目標(biāo)井儲(chǔ)層最大滲透率產(chǎn)水速度曲線拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的驅(qū)替壓差設(shè)置為非均質(zhì)儲(chǔ)層底水氣藏開發(fā)的安全生產(chǎn)臨界點(diǎn)，即當(dāng)?shù)姿畬优c氣層壓差到達(dá)臨界點(diǎn)時(shí)需及時(shí)實(shí)施關(guān)井增能措施。各級(jí)滲透率儲(chǔ)層對(duì)應(yīng)的底水脊進(jìn)臨界壓差如表1所示。

3 間歇采氣控水開發(fā)實(shí)驗(yàn)

3.1 水脊加劇臨界壓差預(yù)測(cè)方法

對(duì)于關(guān)井時(shí)機(jī)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的臨界壓差(底水層與氣層)，可在室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)過程中通過埋在儲(chǔ)層內(nèi)的壓力傳感器探頭進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋，但在實(shí)際礦場(chǎng)應(yīng)用中卻不便在儲(chǔ)層內(nèi)部預(yù)埋壓力測(cè)試傳感器。為了便于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，提出根據(jù)累計(jì)產(chǎn)氣量預(yù)測(cè)水脊加劇臨界壓差的方法。

圖7 底水氣藏二維剖面主視圖

氣體通過儲(chǔ)層被采出到大氣壓下時(shí)，其體積會(huì)隨著壓力降低而增大。為了折算氣藏被采出的地下體積，應(yīng)將出口處氣體計(jì)量的采出氣體積修正為地下體積(V0i)：

(13)

(14)

Vc=Vt-Vj

(15)

(16)

帶入已知的ΔpL、φ、Vt、pi，可知ΔVL=(V0i-Vj)。

3.2 實(shí)驗(yàn)步驟

(1) 布井，布常規(guī)水平井(直徑9 mm)。布井后使用石英砂充填主釜體，如L-1-4H井為非均質(zhì)滲透率，分為4段充填：0 — 9 cm段滲透率為0.25 μm2；9 — 15 cm段滲透率為2.50 μm2；15 — 25 cm段滲透率為0.25 μm2；25 — 30 cm段滲透率為1.50 μm2。然后，建立底水層，厚10 cm。

(2) 飽和水，測(cè)定氣藏模型孔隙體積34.2 L。飽和氣，直到釜體中的壓力達(dá)到30 MPa。同時(shí)，釜體外接一個(gè)儲(chǔ)氣罐作為供給氣源，儲(chǔ)氣量計(jì)算需遵循相似準(zhǔn)則。如L-1-4H井控區(qū)橫縱比為1 ∶77，折算后的外接30 MPa儲(chǔ)氣罐體積為0.457 m3。

(3) 對(duì)底水層供給恒定壓力30 MPa，以生產(chǎn)壓差0.4 MPa進(jìn)行恒壓底水驅(qū)采氣實(shí)驗(yàn)，觀察數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)反演的氣藏底水前緣界面推進(jìn)規(guī)律。

(4) 記錄產(chǎn)氣、產(chǎn)水情況，計(jì)算采出氣地下體積與注水體積之差。當(dāng)采出氣地下體積與注水體積差值ΔVL等于(V0i-Vj)時(shí)，在對(duì)應(yīng)時(shí)間節(jié)點(diǎn)Ti關(guān)井增能，按方案執(zhí)行關(guān)井時(shí)長(zhǎng)。

(5) 繼續(xù)生產(chǎn)，記錄產(chǎn)氣、產(chǎn)水情況，計(jì)算采出氣地下體積與注水體積之差。當(dāng)采出氣地下體積與注水體積差ΔVL再次等于(V0i-Vj)時(shí)，開始下一周期關(guān)井停產(chǎn)。

(6) 重復(fù)步驟，直至含水率為98%時(shí)結(jié)束實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)方案如表2所示。

表2 L-1-4H井實(shí)驗(yàn)方案

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.3.1 水脊分析

水驅(qū)至含水率98%時(shí)的氣水分布情況如圖8所示。其中，方案Y-1的水平井持續(xù)生產(chǎn)開發(fā)氣藏至采出端含水率為98%時(shí)，底水脊進(jìn)前緣明顯呈“凸”形，且水平井高滲帶含水飽和度明顯高于低滲處，過早水淹導(dǎo)致氣藏仍有較多氣體未采出。方案Z-4為水平井間歇采氣開發(fā)氣藏至采出端含水率為98%，非均質(zhì)儲(chǔ)層特有的底水脊進(jìn)前緣參差不齊的狀況得到了改善。特別是氣藏底部的水體波及程度明顯隨關(guān)井時(shí)長(zhǎng)增加而增大，高含氣飽和度區(qū)域范圍明顯減小。方案Z-3關(guān)井時(shí)長(zhǎng)2 h組對(duì)應(yīng)的水脊圖較為理想，優(yōu)于方案Z-1、Z-2、Z-3的關(guān)井時(shí)長(zhǎng)0.5、1.0、6.0 h組。同時(shí)，關(guān)井時(shí)長(zhǎng)6.0 h組的氣水前緣界面反而會(huì)高于關(guān)井前脊進(jìn)前緣高度。這說明間歇采氣技術(shù)應(yīng)用的關(guān)井時(shí)長(zhǎng)具有選擇性，不可過久。

圖8 水驅(qū)至含水率98%時(shí)的氣水分布情況

3.3.2 日生產(chǎn)數(shù)據(jù)與關(guān)井周期分析

圖9所示分別為底水氣藏對(duì)應(yīng)的日產(chǎn)氣和日產(chǎn)水生產(chǎn)曲線?？梢钥闯觯桨竄-1、Z-2、Z-3周期采氣組延長(zhǎng)無水采氣的時(shí)間最久，分別比方案Y-1持續(xù)生產(chǎn)組見水時(shí)間延遲1、1.5、2 d。日產(chǎn)氣曲線存在波浪狀，關(guān)井時(shí)間越長(zhǎng)日產(chǎn)氣量越低。方案Z-4關(guān)井6.0 h組的日產(chǎn)水曲線顯示，關(guān)井時(shí)長(zhǎng)過久可能會(huì)導(dǎo)致氣井提前見水，Z-4組比Z-3組見水時(shí)間提前0.5 d。因此，間歇采氣技術(shù)的關(guān)井時(shí)長(zhǎng)以不超過2.0 h為宜。

圖9 5種開發(fā)方案的產(chǎn)氣與產(chǎn)水曲線

此外，統(tǒng)計(jì)間歇采氣控水開發(fā)實(shí)驗(yàn)關(guān)井周期，共9輪。關(guān)井周期間隔隨關(guān)井周期增大而縮短，二者成負(fù)相關(guān)，擬合后相關(guān)系數(shù)達(dá)到99.84%。表3所示為實(shí)驗(yàn)所測(cè)關(guān)井時(shí)機(jī)折算的礦場(chǎng)尺度。

表3 實(shí)驗(yàn)所測(cè)尺度關(guān)井時(shí)機(jī)折算的礦場(chǎng)尺度

3.3.3 含水率與采收率分析

圖10所示為5種開發(fā)方案的采收率與含水率。方案Y-1、Z-1、Z-2、Z-3、Z-4對(duì)應(yīng)的采收率分別為58.12%、61.06%、62.33%、61.45%、56.33%。采收率的提升主要發(fā)生在無水采氣期，見水后各組的采收率增幅相差不大。此外，采用間歇采氣組方案Z-1、Z-2、Z-3組比持續(xù)采氣組Y-1的采收率分別提高了2.94、4.21、3.33個(gè)百分點(diǎn)。采用間歇采氣Z-4組采收率比Y-1持續(xù)采氣組采收率組下降1.79個(gè)百分點(diǎn)。再次說明關(guān)井時(shí)間不宜過長(zhǎng)，Z-2與Z-3組對(duì)比已經(jīng)表現(xiàn)出隨關(guān)井時(shí)長(zhǎng)增加氣井增產(chǎn)下降的趨勢(shì)。綜合分析認(rèn)為，L-1-4H井間歇采氣制度的室內(nèi)關(guān)井時(shí)長(zhǎng)以1.0～2.0 h最佳，折算礦場(chǎng)關(guān)井時(shí)長(zhǎng)以10.3～20.6 d最佳。

圖10 5種開發(fā)方案的含水率與采收率變化

4 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)間歇采氣技術(shù)進(jìn)行了作用機(jī)理、關(guān)井時(shí)機(jī)及關(guān)井時(shí)長(zhǎng)的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)研究。明確間歇采氣技術(shù)的主要作用機(jī)理是，及時(shí)為氣層增能，防止因氣相流動(dòng)能力強(qiáng)、氣層能量損失快導(dǎo)致的底水層與氣層真實(shí)生產(chǎn)壓差變大而使水脊加劇。針對(duì)不同滲透率巖心在不同壓差條件下進(jìn)行注水實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步得到水侵速度加劇的對(duì)應(yīng)注水壓差，根據(jù)該注水壓差等底水脊進(jìn)壓差原則確定關(guān)井時(shí)機(jī)。通過大型三維物理模擬底水氣藏開發(fā)裝置，開展了間歇采氣技術(shù)開發(fā)底水氣藏控錐機(jī)理研究實(shí)驗(yàn)，明確了關(guān)井期間儲(chǔ)層內(nèi)的壓力場(chǎng)與流場(chǎng)變化規(guī)律，認(rèn)為關(guān)井時(shí)機(jī)不宜過早、關(guān)井時(shí)長(zhǎng)不宜過久。通過優(yōu)化篩選實(shí)驗(yàn)，確定了最佳的關(guān)井時(shí)長(zhǎng)。