摘　要：高含硫气藏产地层水严重影响生产，其安全清洁开发要求准确掌握水侵规律。储层非均质性强的边水气藏通常在某些方向水侵强度更大，表现出局部活跃水侵特征。经典水驱物质平衡分析方法基于全气藏平均地层压力进行计算分析，对局部水侵动态敏感性弱，早期研判和预测这类水侵影响较困难。为此，以水侵通道上水区观察井压力变化分析为重点，研究形成了诊断水侵特征、估算气藏开发全过程潜在水侵量大小的方法。与过去利用靠近水侵前缘的生产气井压力恢复数据分析局部水侵特征方法比较，围绕观察井录取动态资料作分析对气藏生产影响小且测压数据几乎不受生产制度变化的干扰。结论认为，多种方法配合能深入认识水侵规律，增强气藏开发治水提高采收率的针对性。

关键词：气藏  非均质  边水  局部水侵  观察井  压力变化  水侵量  预测

Identification of the water invasion law in high-sulfur and edge-water gas reservoirs based on the characteristics of pressure variation in the water zone

Abstract：Formation water invasion will inevitably influence the production of high sulfur gas reservoirs，so it is quite essential for us to know well the regularity of this nuisance，thus to ensure the development of such reservoirs in a safe，clcan and highly efficient way.Rather more serious the water invasion occurs in some directions of the edge-water gas reservoirs with great heLerogeneity which show the characteristic of partial active water invasion．It is rather difficult to judge and predict the said type of water invasion especially at the early stage although by use of the classic water-drive material balance analysis method based on the average strata pressure of the whole reservoir which has less sensitivity to dynamic occurrence of partial water invasion．In view of this，focusing on the analysis of the pressure variation of the observation well on the water zone in the water invasion channel，a method is ttlus developed tor dlagnosing the symptom of water invasion and estimating the potential water invasion quantity in the whole process of production of a gas reservoir. Compared with the previous analysis method of partial water invasion by use of the pressure data recovery in a gas production well in the advancing front of water invasion，this newly developed analysis method by use of the dynamic data from the observation well has little impact on the actual production and the tested pressure data will hardly be interfcred by any change in the production scheduling and control．In combination with multiple methods，the regularity of water invasion will be better known；thereby water invasion will be accordingly controlled to enhance the recovery of gas reservoirs．

Key words：gas reservotr,  heterogeneity，edge water，partial water invasion，observation well，pressure variation，water invasion volume，prediction

天然水侵气藏提高采收率的关键之一是有效治水，这需要以准确认识水侵规律为前提。就高含硫气藏开发而言，产水对生产危害大，治水成本高，研究水侵规律更为重要。储层非均质性强、气水关系复杂的边水气藏，往往表现出局部水侵活跃特征，为了尽早认识水侵规律，针对水侵井区强化监测分析非常必要。近10年来，利用靠近水侵前缘的气井动态监测数据研究局部水侵规律的方法逐渐成熟^[1-2]，取得了较好的应用效果。对于水区有观察井或气藏水淹区原生产井转为观察井的情况，根据其静压变化监测资料，能从另一方面深化对水侵规律的认识，由此提出了细化相关分析方法的需求。

1　与气藏连通水区的物质平衡分析

考虑水区能流动的水体弹性膨胀量、侵入气藏水量、某些情况下为保护邻近生产井而在水区排水泄压的累积产水量、宏观均匀分布的小孔隙中束缚水膨胀占据的原可动水体空间，以及地层压力下降后水层空隙的压缩效应，有以下关系：

式中We为侵人气藏的水量，l0⁴m³；Wp为水区累积排水量，l0⁴m³；W为可动水体储量，l0⁴m³；Bwi为原始地层压力条件下地层水体积系数；Bw为研究所关注时刻对应地层压力条件下水的体积系数；Cw为从原始状态到关注时刻地层压力下降区间内水的平均压缩系数，Mpa^-1；Cf为储层岩石有效压缩系数，Mpa^-1；Swc为束缚水饱和度，无因次；Dp为地层压力变化，MPa。

式(1)可变为：

储层物性较好时，忽略束缚水，式(2)简化为：

根据水区观测井监测的地层压力下降数据，采用式(2)或式(3)能计算侵人气藏水量与水区累积排水量之和在可动水体储量中所占的比例；根据原始地层压力与预计废弃地层压力之间的差值，可估算极限水侵量所占比例。由极限水侵量比例与目前水侵量比例的差值，结合气藏产水状况，能大致预判后续水侵影响程度。上述分析结果能为确定优化治水对策、提高治水的针对性和气藏开发效益提供技术参考。

2　预判极限水侵量问题

水侵能量来源于压力下降后可动水的弹性膨胀、束缚水膨胀挤压可动水空间和储层空隙的压缩效应这3个方面。若简化处理只考虑第1个因素，则预测的极限水侵量明显偏低。计算分析表明，即使地层压力下降幅度达60 MPa，上述简化方法推算的极限水侵量在水体储量中所占比例也不超过l.5％，这难于解释诸多气藏开发在没有宽广水域的地质背景下表现出的强水侵现象。为此，产生了水区溶解气引起强水侵的猜测。通过实验分析含气条件下地层水体积系数变化关系，再结合水区有观察井时开展排水动态监测，容易验证实际气藏是否属于这种情况。从国内大、中型整装气藏开发治水实践看，水区长期排水未见预期气量产出的情况较为常见，凶此，水溶气并非是引起强水侵的唯一可能原因。事实上，在大多数情况下，水层窄隙压缩效应对水侵能量的影响显著，束缚水膨胀影响也不应忽视。

为了定量认识前述3种冈素对水侵能量的影响程度，参照开展过相关研究的实际气藏情况，计算预测不同束缚水饱和度条件下地层压力从原始状态的60MPa降到l0MPa后可动水弹性膨胀、束缚水膨胀及储层孔隙压缩引起的体积变化在水区总体积变化巾所占比例(图1)。结果显示，地层压力降低后储层孔隙压缩效应对水侵能量的贡献比例最高，因此依据式(3)可得到估算极限水侵量在可动水体储量中所占比例的近似公式。

图1的分析是按孔隙型储层计算岩石有效压缩系数得到的。裂缝系统的压缩系数远高于孔隙系统，根据式(4)可知其极限水侵量占可动水体储量的比例会更大。另一方面，目前流行的岩石有效压缩系数计算方法未充分考虑压力降低后岩石空隙巾高压流体支撑作用减退的影响。有研究表明，充填不同流体的多孔岩石弹性模量不同，在相同有效应力作用下，充填水的空隙在流体压力释放后变形强于气层^[3]。综合以上分析可知，储层裂缝发育的水区极限水侵量很可能比针对孑L隙型储层的预测值成倍增大，这是一些与小水体接触的气藏开发过程巾呈现强水侵的原因。

3　水区地层压力获取问题

应用以七分析公式时，需要水区地层压力值。由于边水气藏不可能在水区大量布井，至多仅在靠近气藏边部的水区有少量观察井，而观察井地层压力下降速度通常高于整个水区地层压力的下降速度，采用观察井静压力计算而得到的结果其偏差情况值得研究。为此，建立裂缝孔隙型储层地层水沿裂缝发育带侵入气藏的渗流模型^[2，4]，无因次化处理后单向线性渗流模型在拉普拉斯空间中表达式为：

式中z为与渗流数学模型无因次时间相对应的拉普拉斯空间自变量；`RDF为拉普拉斯空间中储层裂缝系统无因次压力；w为裂缝—孔隙双重介质储层的储容比，无因次；l为裂缝—孔隙双重介质储层的窜流系数，无因次；f(z)为综合描述裂缝系统和孔隙系统储渗级差关系的函数值，无因次；xD如为研究单向线性渗流问题的一维坐标系中无因次坐标值，设定气水区交界处xD=0，水区外边界处xD=l。

通过理论计算能了解水区不同位置压力下降幅度的差异。图2展示的是一个理论计算结果，储层渗透率为10mD，裂缝发育带水侵通道宽度为1000 m，水侵速度为l000m³／a。从图2可看出，只要观察井离生产井足够远，其井底静压力基本能代表水区平均地层压力。否则，需要根据类似于式(5)的计算模型推算离生产井更远处的静压力。由于渗透性较好的气藏开发井距通常都大于lkm，图2显示在这种条件下压差与观测点到生产井的距离大体呈线性关系，近似直线段的斜率与渗透率、水侵速度等相关。根据这种认识，可基于少量的理论计算得到近似的经验关系式，在观察井实测静压力基础上作修正，从而获得更好的代表水区平均地层压力的数据。

通常情况下，观察井压力变化速度缓慢，辨识水侵规律对测压精度要求高。高温条件下电子压力计的“漂移”效应^[5]会引起对水侵特征的误判，应优选性能满足要求、可靠性有保障的压力计作监测。

4　应用实例

LG1井区飞仙关组气藏为边水气藏，西段有底水分布，水侵影响较为显著。由于该气藏高含硫，治水成本较高，需要落实重点对象。A井为西南翼水区观察井(图3)，气藏生产过程中该井压力明显下降(表1)，表明水体与气藏的连通性较好。采用该井的静压跟踪监测数据，根据式(2)计算这一方向的水侵量占附近范围可动水体储量的比例，并推算极限水侵量所占比例。计算结果显示，目前水侵量所占比例与极限水侵量比例的差距相对较小，而邻近的高产气井未表现出水侵影响，地质分析印证该方向的水体分布范围不大。结合高含硫气藏治水效益因素考虑，认为暂不需要在A井主动排水保护气藏，而将治水关注重点集中于该气藏西端强水侵通道上的其他井点。

5　结论

在局部水侵方向气区和水区开展动态监测和跟踪分析，能有效掌握水侵规律，为治水决策提供可靠技术依据。依靠针对性分析技术的支撑，弱水侵条件下避免治水措施过度，强水侵状态下根据不同开发阶段水侵特征，有的放矢地防水、控水、主动排水，或提前废弃水侵井区，能显著提高水侵气藏经济采收率。

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本文作者：冯曦  杨学锋  邓惠  陈林  朱占美，

作者单位：中国石油西南油气田公司勘探开发研究院

  中国石油西南油气田公司川中油气矿