底水气藏超前排水采气.pdf

石油天然气学报 ( 江汉石油学院学报 ) 2 0 1 0 年 2 月第3 2 卷第 1 期 J o u r n a l o f O i l a n d Ga s T e c h n o l o g y( J J P 1 ) F e b 2 0 1 0 V o 1 3 2 N o 1 底水气藏超前排水采气 杨波 ，唐 海 ，吕栋梁 ，周 科 ，彭得兵 ( 西南石油大学石油工程学院， 四 J I I 成都6 1 0 5 0 0 ) 摘 要底 水气藏的开发在 气藏开发 中占有重要地位 ，然而底 水锥进对 气藏的开发具有极 大的影响。气井 往往 由于底水 的过快锥进而被水淹停产 ，导致很 大部分储 量无 法采 出。而现有 的排水采 气方法都是 考虑 在 气藏产水积液后进行各种措施，然而滞后 的措 施只 能缓 解 而无 法解除产水 对气藏 的 巨大伤害 。首次提 出超前排水概念 ，将双层 完井技 术运用 于底水 气藏 ，实现 早期 气水 同采 、超 前排 水，抑制 水锥 的形成 ， 并运用数值模拟技术进行 了模 拟论 证。结果表 明，超 前排水排水 量小 ，能够延 长气藏稳 产期，提高采 收 率，具有 良好的经济效益。 关键 词底水 气藏 ；双层完井 ；排水采气；超 前排水 中图分类号T E 3 7 5 文献标识码A 文章编号1 0 0 0 9 7 5 2 ( 2 0 1 0 )O 1 0 3 5 1 0 3 1 底水气藏开发的主要问题及超前排水定义 底水气藏开发中，底水不断上升 ，侵入气藏 ，在 井眼周围形成水锥 ，造成气相相 对渗透率 大幅度下 降 ，严重影响气藏的产量和采收率。目前采用的开发 模式普遍为早期以控制采气速度来抑制底水锥进 ，气 藏产 水后采 用 现有 的排 水 采 气 技 术 1 ，减 少 或 消 除 井底 积液 。而这 种方法 明显 存 在 时 间上 的 滞后 性 ，气 藏水 侵后容 易造成 不可 逆 的伤 害 。 因此 ，论 证 在早 期 防止水锥的形成具有实际意义。双层完井技术l_ 3 “ 及 水锥 5 的研究多运用于油井 ，对气井的研究却很少。 为此 提出将双层完井技术结 合排水采气工艺 ，用于 气井排水 采气( 图 1 ) ，并 提 出底 水 气 藏超 前 排 水 概 念 。 基于以上理论 ，超前排水可以定义为：底水气藏 井底积液之前 ，对气藏进行排水采气的一种方法 。笔 者运用数值模拟方法对超前排水采气可行性 、适应性 进行 了研究 ，并对水锥形成机理及防锥消锥增效机理进行 了探讨。 2 模型的建立及可行性分析 图 l 双层完井排水采气技术示意 2 1模型 的建立 为了分析底水上升规律及论证超前排水的可行性 ，建立 了单井径向模型 ，基本参数如下 ： 网格参数 为 NxNy NZ1 0 0 4 2 6 ；径向网格步长分别为 6 m，垂向网格步长 I m，气藏厚度 2 0 m，水层厚 度 6 m。气藏与流体数据如表 1 所示。 收稿日期2 0 0 91 0 0 2 作者简介杨波 ( 1 9 8 3 一 ) ，男 ，2 0 0 7 年 大学毕业 ，硕士生 。现主要从事油气藏工程及油气藏数值模拟研究 工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 5 2 石油天然气学报 ( 江汉石油学院学报) 2 0 1 0年 2 月 2 2可行 性分 析 根据以上参数，计算出该模型的无阻流量为 7 5 8 1 0 m。 d 。普通气井 以无 阻流量 7 5 8 2 5 8 5 8 5 一1 3 6 9 1 0 m d 产量配产，考虑底水情况 ，以 1 0 1 0 m。 d配产。假设经济极限产量为 1 0 1 0 m。 d ，在径 向 网格 中心设 置 2口井 ，气层 上 部 产 气 ，水层 上 部 排水 ，对无 措 施 与超 前 排水 采 气 ( 排水量 分别 为 2 、4 、6 、8和 l O m。 d )进 行 对 比分 析 ，结 果 见 表 2 。分 析 结果 表 明 ， 日排 水 量 为 8 m。 时 ，各项指 标最优 ，而 日排水 量 大于 8 m。 时 ，各 项 指标 无 明显变 化 。由此 得 出 ，在 水 层 顶部 射 开 2 m，排水量 仅为 8 m。 d的情 况下 ，能 够有效抑 制水锥 的形 成 。稳 产期从 8 1 0 d 延 长至 1 2 5 0 d 。生产期 缩 短 了 8 0 2 d ，采 出量 却 增 加 了 0 1 7 2 4 1 0 。 m。 。可 见 ，在 气井 未见水 之前进 行排水 ，能 够增效 。 2 3适应性 分析 为了分析超前排水的适应性 ，将以上模型纵向 上 的网格 尺寸缩 小一 半 。即模拟气 藏厚 度 l O m，底 水厚度 3 m 的情况 ，以 6 5 1 0 m。 d配产。计算 的各项参 数如表 3所示 。 表 2 气藏各项生产指标预测对 比表 8 1 O 9 3 9 1 0 8 4 1 2 5 3 1 2 5 0 1 2 5 6 表 3厚度 l O m气藏生产指标预 测结果 根据模 拟结果 ，超 前 排 水 量 为 0与 5 m。 d对 比 ，稳 产 时 间 从 1 8 2 d增 至 6 6 8 d ，稳 产 时 间增 加 了 4 8 6 d ；总生产时间减少 4 0 5 d ，采收率却增加了 1 0 6 。对比气层厚度 2 0 m 的情况 ，超前排水采气对薄 层气 藏的增效 作用 更加 明显 。 3 水锥形成机理及防锥消锥增效机理探讨 3 1 水 锥 形成机 理 图 2 ( a ) ( c ) 为模型模 拟所 得 的第 1 、3和 1 5年的水锥 形状 图 。由图 2可 以看 出 ，气 井开始 生 产后 ，在地层 中形成 了压 降漏斗 ，井 眼附近位 于漏 斗的 中心 ，压 降最 大 ，压 力最低 ，底水 在井 眼附近 向 上锥进 ，形成类 似锥 形 的高含水 带 。 通过 前人 的研究 及笔者 的数值 模拟 实验发 现 ，水锥 的形 成是 一个 由快渐慢 的过 程 ，在 气井投 产 以 后 ，很快( 几个月内)就会形成较稳定的水锥 ，而在之后的若干年 内，水锥的大小及形状变化很小 。 3 2防锥消锥 增效机 理探讨 由于底水锥进主要在近井地带发生 ，面积较小，而造成的伤害却非常大。因此，从理论上说 ，在上 部水层排水，较小的排水量就能使得气层与水层的压力得 以平衡，在上部水层形成低压带，阻止水向气 层运移，或使已经上窜的水锥 回流 ，达到抑锥消锥而增产增效的 目的。如图 3所示 ，模型中在上部水层 排水 ，排水 量仅 为 6 m 。 d ，生产 第 1 4 年 的水锥 图 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 2卷第 1期 杨波等 ：底水气藏超前排水采气 ( a ) 第 1 年 在不排 水情 况 下模 拟 生产 水 气 比 如 图 4所 示 ， 表明在产量下降到经济产 量( 1 1 0 m。 d ) 之 前 ， 该模型 的水侵并不严 重， 但采用超前排水采气却起 到了非常积极 的作用，说 明水侵对 气藏 产 能 的影 响 在井 底 积 液之 前 已经 产 生 。底水 侵入 气 藏 ，导致 气相 相对 渗透 率 大 幅度 下 降 ，从而 导致 气 井产 能 大 ( b ) 第 3 年 ( c ) 第 1 5 年 图 2 模 型模 拟出的水锥形状图 图 3 生产第 1 4年水锥图 g 2 姜 丑 0 2 0 0 0 4 0 0 0 生产时间， d 图 4 不排水情况下生产水气 比变化 图 幅度下降 ，稳产时间缩短，采收率降低。 相对于厚层气藏，薄层气藏底水更快锥进到井底 ，因此，超前排水对薄层底水气藏的增效作用更加 明显 。对 于底 水锥 进越严 重 的井 ，超 前 排水 的效 果越 明显 。对 于井底 已经积 液或水 淹 的井 ，也 可考虑 在 上部水 层位 置排水 ，形 成倒锥 ，排 出侵入 地层 的底水 ，从 而恢 复气井产 能 。 4 结 论 1 )提出了底水气藏超前排水采气概念 ，通过数值模拟研究论证 ，该方法能有效防止水锥的形成 ， 使气 藏增 产增效 。 2 )底水一旦侵入气藏 ，将导致气相相对渗透率大幅度下降，从而导致气井产能大幅度下降，稳产 期缩短 ，采收率降低 ，因此考虑具有防止水锥形成的超前排水方法具有现实意义 。 3 )气藏越薄，水侵越严重 ，超前排水的效果越明显 。 参考文献 1 3黄艳 ，余朝毅 ，钟小瑜 ，等 国外排水采气工艺技术现状 及发展趋势 J 钻采工艺 2 0 0 5 ，2 8( 4 ) ：5 7 6 o E 2 3夏崇双 有水气藏提 高采收率 的途径和方法 E 3 3天然气勘探与开发 ，2 0 0 0 ，2 3 ( 3 ) ：7 1 1 3 赵力国，顾小勇 双层 完井 、油水 同时分采抑制底水锥进 J 油气采收率技术 ，1 9 9 6 ，6( 2 ) ：7 6 8 0 4 3伍增贵，张辉军 ，张义堂 双层完井技术提高底水油藏开发效果 E l i石油钻采工艺 ，2 0 0 7 ，2 9( 1 ) ：1 0 3 1 0 6 E 5 3谢林峰 ，李相方 底水气藏水锥高度与形状计算新方法 J 天然气工业 ，2 0 0 4 ，2 4 ( 4 ) ：5 4 5 6 E 6 3杨丽娟 低渗透底水气藏水锥动态及 合理开采对策应用研究 E D 3。成都：西南石油大学 ，2 0 0 6 编辑 萧雨 ， 8 6 4 2 D ， 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m