引言

涩北气田位于柴达木盆地，属于第四系浅层生物成因气田，由涩北一号、涩北二号和台南3个气田组成，具有储层岩石疏松、气井普遍出砂、气层数多而薄、层间非均质严重、气水分布复杂、压力敏感较强等特点。

涩北气田构造形态完整，圈闭受构造控制且储层连片分布，但由于气藏顶部区域盖层、各含气小层的隔层(厚度和分布的稳定性)、小层非均质性、天然气充满程度、驱动能量及边界条件等都存在差异，致使气、水边界和含气面积各不相同，气、水界面不完全受构造等深线控制^[1-4]。

近年来，生产井出水量迅速增加，导致气田稳产压力增加，从时间上来看，生产时间越长，气井出水情况越严重，也就是深部层系出水较多；从构造分布来看，出水量大的井主要位于构造的翼部。针对出水情况，涩北气田先后在现场开展了泡排、优选管柱、涡流排水等排水采气工艺，取得了一定的效果^[5-6]，但在边水突破严重，出水量越来越大的大背景下，仅针对出水单井的排水采气作业措施已很难满足气田治水的要求。

1 气藏整体治水的定义及国内外概况 1.1 整体治水定义

气藏整体治水是将气层、水层、气井作为一个统一体，通过气藏地质描述、气藏工程研究、数值模拟研究、工艺配套等多个学科、多种技术的协调合作，以保持边水均匀推进，最大限度延长内部气层无水开采期、提高气田采收率的综合治水技^[7]。

1.2 国内外研究概况

经过多年的研究，国外目前在整体治水技术方面已经比较系统，在对气藏地质认识清楚的基础上先后发展形成了3套整体治水方法，即强排水采气法、气水联合开采法和阻水开采法，其目的都是控制边水推进及底水上升的速度，避免或减少内部气层受边水或底水伤害，使得气田开发更加经济、平稳、高效，采收率也更高；在国内，四川气区从1995年以来对碳酸盐岩气藏进行了整体治水的探索，目前，在蜀南、中坝沙坪场、茶园寺、荔南桐、孔滩、邛西等气田开展了整体治水研究与技术推广，大大提高了气田的采收率，效果十分明显，已经成为四川地区气田高效稳定开发重要的技术支撑^[8-13]。

2 涩北气田整体治水的必要性

近年来，随着开发的进行，涩北气田的出水情况越来越严重，3大气田中涩北二号、台南气田的水气比呈现加速增加的趋势(图 1)，特别是涩北二号气田，在2011年年底为满足冬季调峰供气加大了放产，水气比迅速上升，到2012年6月，从放产前的0.49×10^-4 m³/m³增加到0.95×10^-4 m³/m³，半年时间上升了0.46×10^-4 m³/m³，给井筒、地面配套以及气田本身带来了严重的负担，形势非常严峻；涩北一号由于近两年投产的新井较多，新井的产气量部分弥补了出水的影响，使得整体水气比比较平缓，但从老井来看，水气比同涩北二号和台南气田一样，也呈现出加速上升的趋势。

涩北气田的出水问题不仅在生产曲线上表现为水气比迅速上升，水气比在气层内部的分布也十分不均匀，部分小层边水突破已十分严重，并且水线推进极不均匀，其中主力产层Ⅲ、Ⅳ层系情况尤为突出(图 2，图 3)。边水水线推进的不均匀造成了部分气区被水区分割，大大降低气田采收率。

在涩北气田，气井日出水量大于1.0 m³后会对气井产能和产量造成十分严重的影响，而日出水量大于1.0 m³的井主要为产层内水和边水的井(图 4)。以涩北一号为例，目前涩北一号日出水量大于1.0 m³的气井有49口，在这些出水井中，出层内水和边水的井数占总出水井数的97.95%，其中边水占61.22%，是最主要的水源。

针对边水，由于其水量大、出水连续的且容易突破等特点，单靠单井的排水采气或堵水不能有效解决问题，必须考虑保持水线的均匀推进和内部气层的保护问题，因此，只有进行气田整体治水才能最有效地解决这个边水出水问题。

3 涩北气田整体治水地质条件分析

能够采取整体治水的气藏，水体不能太活跃，水动力不能太强，因为太强的水动力会使部署在水线上的排水井无法阻挡或延缓边水的入侵，整体治水效果不理想。

3.1 区域水动力

柴达木盆地东部大致以老柴沟-涩涅湖-大灶火一带为界，西区主要为南侧昆仑山水系供水，东区为南北两侧的山系共同供水。西区那仁格勒河年经流量10.34×10⁸ m³，占柴达木盆地东部地区主要河流经流量的39.2%，是西区主供水源，该河流出山口不远便潜入戈壁砾石中，注入较深的地层，形成一个由南向北流动的水动力系统，台南、涩北一、二号气田正位于该区域内，但区域水动力能力不强^[14-18]。

3.2 涩北气田水体大小及水侵量

经计算，涩北一号气田水体地下体积约为地下烃类体积的7.4倍，涩北二号水体地下体积为地下烃类体积的3.7倍，水体能量不是很大。

水侵量是反映水侵能力的重要指标，按照水侵量计算方法，计算了涩北一号、二号气田各层组累计水侵量、水驱指数等指标。根据气藏驱动因素分类标准^[19-20]，对涩北一号、二号的水驱类型进行了分析。其中，涩北一号气田除Ⅱ-3、Ⅳ-3、Ⅳ-5层组外(表 1)，其他层组都属于中弱水驱；涩北二号除Ⅲ-1-2、Ⅲ-2达到强水驱标准外(表 2)，其余各层组也都属于中弱水驱。综合来看，整个气田属于活跃—次活跃的水驱类型。

4 涩北气田整体治水思路

根据涩北气田的地质特征和生产特点，经分析和研究，将涩北气田整体治水的思路拟定为“内控外排、高控低排、整单结合、排堵结合、水砂同治”。

4.1 内控外排

在生产过程中，对同一层系或同一小层内部距离边水较远的井，采用优化配产的方法对产量进行优化，使得从边部井朝内部井的井底生产压差依次减小，这样可控制边水突进，使得水线尽量保持均匀推进；同时，对区块边部边水波及的井，不要采取关井或者堵水措施，而是采取强排水采气技术将推进的边水排出地面，尽可能保持排出水与侵入水平衡。这样做的目的有两个：一方面是通过排水采气工艺充分发挥产水气井的作用，最大限度地采出单井控制的储量，提高气田的采收率和开发效率；另一方面，通过将侵入的边水采出，阻止和减缓边水进一步向内部气层的推进，控制水淹区对气区的分割包围，达到保护内部气层和提高采收率的目的。若内部气层储量较大，可将边部水线上已经水淹、潜力不大的井直接转为抽水井(如图 5所示的A井和B井)，加大排量将进入的边水采出，如果需要，甚至可在水线外缘打专门抽水井进行排水，以尽可能的减缓边水突进，保护内部气层。

4.2 高控低排

对同一层系或同一小层中构造高部位的井，采用控产的方法防止边水单一方向突破，保持边水均匀推进，而低部位的井采取排水采气的措施进行强排水，防止或延缓边水突入高部位气井，达到保护未水淹部位气层和气井的目的，高控低排方式示意图如图 6所示。

图 6中，高部位的E、F、G、H井采用控产的方式开采，控制井底压差小于边部井井底的生产压差；边部的井D、J井生产初期就会见水，应采取排水采气工艺辅助生产，并保持井底生产压差大于内部井；对于打在水线上的井，如图中的C、K井，可将油管和套管用分隔墙分开，用油管大排量排水控制边水推进，油套环空辅以排水采气工艺开采上部气层。“高控低排”具体实施过程中需要同“内控外排”进行统一部署。

4.3 整单结合

即气藏整体治水需要与单井针对性治水相结合，共同治理涩北气田出水问题。涩北气田整体治水是从气田规模上以治理边水危害为主要目的，而对具体的出水井，还受到凝析水、层间水、层内可动水等非边水类型的影响。而不同出水类型在治理措施(排水、堵水)，排水采气工艺方式选择(优选管柱、泡排、气举等)上等方面都会有很大的不同，需要进行有针对性的治理。因此，整体治水技术和单井针对性治理措施相互协调、相互配合才能最大效果地解决涩北气田的产水问题。

4.4 排堵结合

排水采气是涩北气田治水的主要措施，但并不是所有情况下都能取得理想的效果，需要与堵水措施结合来进行治理。比如，在边水已经突破的层系，由于涩北气田的储层十分疏松，边水的单方向突破往往会形成大孔道，由于大孔道已经与边水连通，边部强排水也很难阻挡边水的推进。在这种情况下，在边水突破的大孔道方向上注入大剂量的堵水剂，使之在大孔道中形成胶坝，从水源来向将其截断或大大降低来水量，再配合以排水采气、水淹生产井转排水井方法，就能很好地解决出水问题而保护内部气层(图 7)。

图 7中边水突进水淹了L和M井，在L井中注入大剂量的堵剂堵塞大孔道，降低边水的进一步突进，同时将M井直接转为抽水井，在水源方向上加大抽水力度，控制大水量的边水入侵。另外，由于涩北气田是多层气层，气井往往同时开采多个小层，很多小层内部或层间存在一些小的水体，随着开发的进行，这些水体突破到井筒中，给产量带来极大的危害，这时采用堵水的方法将这些水层封堵，可大大提高气井产量，起到良好的治水效果。

4.5 水砂同治

在涩北气田，水、砂这两个问题是一个相互影响的关系，一方面，出水会降低储层的强度，使得出砂量大大增加；另一方面，出砂又会形成大的通道，放大了出水的突进量和对气井产量的危害，使得宝贵的气层能量消耗在了对水的驱动上。因此，涩北气田的治水必须是水、砂同治才能起到事半功倍的效果。

5 整体治水实施步骤 5.1 转变开发思路和政策

将目前单井治理、被动的治水思路转变为在水侵方向主动排水，各种学科、技术协同，共同治理气田产水问题。在开发政策上改变单井出水单井治理的方式，将整个气田的储层、流体以及开采措施作为一个整体，统一研究、统一调整、统一治理，用系统的方式治理气田产水问题。

5.2 组建相互协调的地质、气藏、工艺、地面攻关团队开展联合攻关研究

(1) 地质工程方面，开展气藏精细描述研究，摸清各个层系和小层的砂体规模，内部的储层物性、流体物性等特征；掌握层系与层系之间、小层与小层之间、气层与水体之间、井与井之间的叠置关系、连通关系，建立精细的地质模型，为后续的研究打好精确的地质基础。

(2) 气藏工程方面，开展气、水分布规律、气、水流动规律、精细水源识别技术、数值模拟历史拟合等相关技术的攻关研究，搞清气、水的分布和流动规律、剩余气潜力区，画出各层系、各小层的水淹分布图，明确目前的水线位置以及推进速度。

(3) 采气工艺方面，一方面，要开展单井针对性治理技术的研究，包含不同出水类型的水砂同排工艺、堵水工艺以及其他配套的工艺、工具以及相关技术方面的研究；另一方面，针对整体治水，需要开展涩北气田强排工艺措施的适应性评价及优选，开展工艺优化设计等研究，保证整体治水方案的设计排水量能保质保量的完成。

(4) 地面工程方面，随着采气工艺的调整，地面的工程配套要进行相应的调整。应开展地面压缩站建设相关研究和大规模排水时水处理等的研究。

5.3 开辟先导试验区，编制整体治水方案并进行现场试验

在地质、油藏认识清楚和相关工艺配套的基础上，选取1~2个相对独立的小层或区块编制整体治水方案，应用数值模拟技术对排水方式、排采井位布置、排采量等进行系统优化，制定详细的、可执行的整体治水方案，并进行先导实验。

5.4 整体治水技术的完善和推广

通过先导试验区实施过程中的不断总结和完善，形成一套适合涩北气田的、成熟的整体治水技术，并全气田推广应用，以保障气田的开发效率和采收率。

6 治水效果

从2011年开始，涩北气田选取部分层系开展了整体治水的先导试验，方案实施后产量年递减率由2010年的12%下降到8%左右，气田水气比也保持稳定并略有下降，开发效果改善显著。

7 结论

(1) 涩北气田边水入侵严重且水线推进极不均匀，出水形势十分严峻，单靠单点的排水采气工艺无法从根本上转变目前面临的问题，开展气田整体治水工艺实施势在必行。

(2) 从气田区域水动力、水体大小以及水侵指数分析来看，涩北气田的水体能量不是特别强，适合开展气田整体治水措施。

(3) 综合涩北气田的地质特征和生产特点，制定了内控外排、高控低排、整单结合、排堵结合、水砂同治的整体治水思路以及实施步骤。

(4) 制定的整体治水思路先导试验效果良好，为全面推广供了可参考的依据和经验，同时也可为国内同类边水气田整体治水思路的制定与实施提供有益的借鉴。