不同裂缝贯穿气藏水侵机理研究全解

不同裂缝贯穿气藏水侵机理研究第1章绪论1.1国内外研究现状1.1.1气藏水侵机理研究现状Frederick等人[14]使用CMS800自动岩心测量系统，在岩心存在束缚水和可流动水饱和度两种情况下，重点分析孔隙度、非达西流动系数与渗透率以及岩心含水饱和度等存在的关系，实验过程中采用24块岩芯，各个岩芯的渗透率不同，在0.00197md～1230md范围内，岩芯上增加的围压变化区间为1000psi到5000psi之间，由试验数据显示，岩心含水饱和度变化后直接影响非达西流动系数，计算后得到三种不同的非达西流动系数的经验表达式。

Reid等人[15]研究了气体在存在气水系统的多孔介质中的高速流动，根据试验结果可得，当前只能针对可动液体与不可动液体影响非达西流动系数与渗透率问题进行定性研究，对比可动液体与不可动液体，前者影响非达西流动系统与渗透率远远高于后者，若采用定理方式对影响情况加以研究，难度较高。

通常，研究油气藏渗流力学问题时[16]，应用核磁共振成像技术。

周克明等人[17]参考现场岩心样品的铸体薄片的孔隙结构，通过应用激光刻蚀技术，完成可视化均质孔隙、裂缝～孔隙气水两相物理模型。

这是目前较为先进，也是使用最广泛的实验研究方法。

完成试验内容包括封闭气形成机理与气水两相渗流机理等，同时针对两种不同模型的气水微观渗流机理进行研究，分析水沿裂缝的流向规律与变化，形成封闭气流程，得到气水两相微观分布关系，以及封闭气的采出模式等。

1.1.2水侵气藏数值模拟现状罗涛等人[18]为模拟复杂的单井边界，采用了多边形网格剖分技术，为模拟裂缝水串现象，基于离散网格体系，空间定位大裂缝走向。

通过对裂缝水串气藏的开采机理进行研究，获得如下内容：底水以裂缝作为渗流通道，底水具有活跃性高的水侵气藏，钻井过程中需要将水层钻开，划分气区与水区，实现分区开采，可以有效降低两个区的压力，减少底水锥进现象，提高该类气藏的采收率。

严文德[19]针对低渗透气藏的复杂渗流特征，建立了低渗透气藏气-水两相渗流综合数学模型，该模型综合考虑了滑脱效应以及启动压力梯度两个影响因素。

进行数值求解采用了MIPES算法，利用计算机软件编程一套数值模拟软件，应用于低渗透气藏中，采用计算机与数值方式求解数学模型；对低渗透气藏气井产量计算过程中，得到气井稳态在滑脱效应与启动压力下的产能公式；通过编写的模拟器，对低渗透气藏开发受到滑脱因子与启动压力梯度产生的影响，完成实例分析等。

张岩等专家[20]在碳酸盐岩裂缝型有水气藏的基础上，详细描述数值模拟一体化气藏评价技术与裂缝型气藏三维地质建模等。

基于三维地质建模技术，参考测井测试资料与地质文献，建立对应的断层模型、裂缝模型以及底层格架模型等，作为初始静态地质模型，应用于气藏数值模拟中。

补充与完善数值模型时，参考生产动态测试数据，并利用数值模拟技术实现。

再预测与评价多种不同的开发方式，包括增压开采技术、排水采气工艺以及采气速度等，最终制定的开发方案与实际相符。

由生产数据显示，配合管理开发阶段时，通过气藏一体化评价技术效果更好，作为基础，有利于调整气藏调整开发计划。

张居增等专家[21]经过实施大量室内实验与气田开发后，发现低渗透气藏岩自身缺陷，表现为连通性效果差、石孔隙喉道狭空隙小以及渗透性差等，同时由于气体、固体以及液体之间具有的吸附力不同，低渗透气藏时会出现压力梯度被开启等问题；开发气藏过程中，储集层岩石形状改变后严重影响渗透率。

线性达西定律基础上，得到普通气藏数值模拟技术，在此不能精确的叙述介质出现变形后的状态与压力梯度。

在以前专家的研究成果上，创建气藏非线性渗流数学模型，将介质变形与压力梯度等因素考虑在内，应用正交极小化法与全隐式技术于模型中，通过大量实例与应用表示创建的数学模型可靠性更高。

研究低渗透变形介质气藏时，开发气藏情况受到两项因素影响，包括启动压力梯度与动态变化的存储层渗透率。

李勇等学者[22]制定双重介质组分模型数值模拟法，主要应用于裂缝型凝析气藏中，可以对裂缝型凝析气藏开发情况采用动态方式模拟，在此需要规划拟组分数，针对单个岩块创建对应模型，该模型包括双重介质与单重介质精细两种，对双重介质模型中的毛管力曲线重新调节，从而可以获得计算单重介质精细模型数据。

创建拟毛管力曲线，基于上述开始深入研究并模拟双重介质组分数值。

由研究数据可得，应用双重介质组分模型后，可以准确的对裂缝型无水凝析气藏在生产中的形态准确模拟；若裂缝中存在水凝析气藏，对比生产真实动态与模拟状态，两者相差大，应用拟毛管力曲线后模型后，得到的模拟数据准确性高。

应用该方式，模拟塔里木盆地塔中Ⅰ号气田中产生的裂缝凝析气藏在生产中的状态。

由数据显示，上述方式可以用于数据模拟裂缝型凝析气藏，可以更加真实的动态模拟开发气田过程，指标模拟产生的误差低于百分之五。

张烈辉与张新征等专家[23]基于四川盆地气藏实际地质状态，该地质表现的特性为不同裂缝之间存在较大差异、非均质性强以及出现低孔低渗等，造成气井产量下降，注水现象严重。

分析初期水侵状态与水体性质时，根据之前开发气藏是的采样数据，在物质平衡原理的基础上，创建对应的水侵动态预测模型，对水侵强度系数计算后，得到气藏被水侵后的动态指标，减少对水侵量直接计算，在求解时采用的方法为非线性最优化。

在计算气藏过程中，采用该模型可以将水侵后的实际动态与对应的指标进行计算。

经过大量研究表示，应用上述方法得到的水侵动态与非均质气藏水体性质准确性较高，有助于调整早期控水方式，在初期开发水气控水中，表现出较佳的应用意义。

王星等专家[24]在Thomas模型的基础上，考虑低渗裂缝性气藏非线性渗流规律产生的影响，将压力梯度等因素考虑在基质裂缝窜流项中，创建低渗裂缝性气藏三维气水两相全隐式渗流数学模型。

主要研究对象为低渗裂缝性气藏中心的井，在文章模型的基础上，应用Eclipse软件对达西渗流时气井的状态进行分析，得到的计算数据相似性高；通过该模型对气井动态进行计算，其中具有基质启动压力梯度，由计算数据显示，建立的模型与实际相符。

第2章水驱气藏的定义及水侵机理2.1水驱气藏分类及驱动方式2.1.1水驱气藏的分类天然气与石油领域的快速发展，带动国家经济发展，技术的革新，由此而产生油气藏分类[25]。

开发气藏过程中，其中气藏的一个类型是，水动力系统中包含水和天然气，可以较好的连通水体与天然气，水体包括边水与底水。

开采气藏过程中，地层压力降低后，气藏中会侵入一部分水体，会造成存储天然气的空间不断减小，天然气的驱动能量也得到一定补充，称上述气藏为水驱气藏。

通过水驱能量与气水关系划分水驱气藏类型，同时水驱指数也具有很大差异，可以分为两种类型的水驱气藏，分别为刚性与弹性。

弹性水驱气藏水驱指数为0.5以下，气体驱动作为主要驱动特性，水体作为有限水体，封闭性较强；通常刚性水驱气藏水驱指数高于0.5，采用水压作为驱动，作为一种无限水体。

基于气藏中存储气体与水分的分布情况，划分水驱气藏为两种类型，底水气藏与边水气藏。

水驱气藏可以按照渗流通道与储集空间进行划分，得到三种类型的有水气藏，分别为缝洞发育型多裂缝系统、裂缝～孔隙型有水气藏以及裂缝～孔洞型有水气藏。

水驱气藏由压力系统与从形成原因两方面进行划分时，可以得到三种不同类型的水驱气藏，分别为异常低压、正常压力以及异常高压等。

研究异常低压水驱气藏时，重点关注的问题为介质变形，上述问题还没有一个效果较好的解决方式，因此异常低压水驱气藏只有一部分文献中存在。

目前主要对异常高压与正常压力两种水驱气藏进行研究。

2.1.2水驱气藏的驱动方式受到气藏能量驱动实现开采天然气，开发气藏过程中，气藏可以连接水体，出现被水侵蚀现象，抽象化水侵活跃性低与水体小的封闭气藏为水驱气藏。

气藏驱动能量类型较多，主要组成部分为岩石的弹性能、水体的能量、天然气弹性能以及束缚水弹性能等。

通过水驱气藏驱动模式，直观的对水侵程度与能量进行表示，作为基础实现编写开发方案、计算水驱气藏存储量以及预测气藏动态等。

现在判断水驱气藏驱动方式时按照物质平衡方式实现。

气压驱动作为定容封闭气藏中应用的驱动，水驱气藏分为两种类型，一种为刚性水驱，另一种为弹性水驱 [25]。

开发水驱气藏时，弹性水驱在增加开采量后对应的地层压力降低，导致水体入侵，包括低水入侵与边水入侵，从而让气压驱动与地层压力降低，前者下降速度快。

由能量大小划分弹性水驱气藏类型，分别为强弹性水驱气、弱弹性水驱气以及中等弹性水驱气。

刚性水驱表示开采气藏过程中，在补偿能量时通过底水能量与气藏边侵入能量完成，这时气藏压力与初始驱动基本相同。

在弹性水驱中，刚性水驱作为一个特殊案例，实际气田中很难见到该驱动方式。

2.2水气藏的水侵机理开采水驱气藏后，会降低气藏地层压力。

压力波向水驱以连续方式传递，造成地表水层侵入气藏方向。

水侵程度不断增加后，采集气藏速度随之降低，一口井开采量也随之下降，严重的还会出现水淹气井现象，增加开发水驱气藏。

因此要深入分析水侵机理，对气藏地表活动产生影响的因素进行分析，有利于进一步研究水驱气藏水侵动态，在应用中具有重大意义。

2.2.1宏观水侵机理分析与研究实际开发水驱气藏例子，水驱气藏中边底水通过裂缝渗透。

孔隙渗透率与裂缝渗透率之间存在一定差异，基质中水体很难前进，对比裂缝与基质两种物质水体的侵入速度，前者速度远远大于前者，下图2-1表示。

目前开采天然气量降低，同时气藏压力也降低，顺着裂缝，水体会在短时间内向气井中渗透。

深入研究基质渗透率后，数据显示，基质渗透率与气藏水侵量成反比，若基质渗透率小，则会造成大量水侵入气藏，气井在短时间内见水。

经过大量气层物理实验与统计岩样水测渗透率可得，保存水驱气藏水体的空间有三种，分别为孔隙度超过百分之五的存储层、储层裂缝以及裂缝连通溶洞。

由于在实际中并非均匀分布水驱气藏水体储渗空间，造成不同区域内水体之间存在较大差别，对应的水侵动力也存在差别。

因此可以断定，由于不均匀分布水体储渗空间，造成开发水驱气藏与气井实际生产流程类型较多，也是造成水侵动态特征类型复杂的主要因素。

水驱气藏中可以选择不同水侵类型，由纵向分析，最先污染的地层水位高渗产层。

地层水由大裂缝向压力较低的井底流入，由于大裂缝自身阻力相对较低，最早被水侵的为高渗产层。

同时在该方向上还存在气层与水层交互，气水界面连续性低，不具有一致性。

图2-12.2.2微观水侵机理（1）绕流形成封闭气砂岩为裂缝—孔隙紧密型，存储空间为基块，水体由裂缝中渗流。

裂缝中侵入水体后，裂缝自身特性为水湿性与高导流能力，压力差小时，水向大裂缝中流入，在短时间内出现水窜，会造成封闭大量微细裂缝与空隙内的气体，主裂缝气相渗透率与补给能力下降，从而导致产气量降低，对应的气体采集速度下降[26](下图2-2表示)。