程 超,未 勇,黃 靜 (西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，四川 成都 610500)

胡述清 (中國(guó)石油天然氣股份有限公司西南油氣田分公司，四川 成都 610051)

吳昌龍,張愛華 (中國(guó)石油天然氣股份有限公司西南油氣田分公司蜀南氣礦，四川 瀘州 646001)

蜀南地區(qū)碳酸鹽巖有水氣藏地層水存儲(chǔ)方式研究

程 超,未 勇,黃 靜 (西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，四川 成都 610500)

胡述清 (中國(guó)石油天然氣股份有限公司西南油氣田分公司，四川 成都 610051)

吳昌龍,張愛華 (中國(guó)石油天然氣股份有限公司西南油氣田分公司蜀南氣礦，四川 瀘州 646001)

地層水的侵入嚴(yán)重制約著有水氣藏的高效開發(fā)，儲(chǔ)層滲流條件、地層水水體的大小和存儲(chǔ)方式是影響氣藏采收率的重要因素。因此，弄清地層水的存儲(chǔ)方式對(duì)于制定合理有效的治水方案和提高采收率具有重要意義?；诔鏊畽C(jī)理和水侵特征，首次提出了巖性物性差異局部封存水和斷層封存水的概念，并通過實(shí)例詳盡分析了各種地層水存儲(chǔ)方式的水侵特征、水侵模式以及對(duì)氣藏開發(fā)效果的影響。蜀南地區(qū)碳酸鹽巖有水氣藏地層水的存儲(chǔ)方式可分為可動(dòng)自由水、巖性物性差異局部封存水和斷層封存水，其中可動(dòng)自由水包括構(gòu)造圈閉氣藏的邊水和底水，巖性物性差異局部封存水包括構(gòu)造圈閉條件下的局部封存水、裂縫圈閉系統(tǒng)的邊部水和底部水。

采收率;可動(dòng)自由水；局部封存水；斷層封存水；水侵特征

蜀南地區(qū)碳酸鹽巖氣藏類型復(fù)雜多樣，有水氣藏占有很大比例。氣藏在開發(fā)過程中出水后會(huì)致氣井水淹，甚至停產(chǎn)，大量天然氣滯留地下，目前平均采收率僅為40%～60%，嚴(yán)重制約著氣藏的有效開發(fā)。對(duì)于有水氣藏的高效開發(fā)這一世界難題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量研究。Boyd等提出造成水驅(qū)氣田采收率低的原因主要是地層水侵入裂隙中占據(jù)氣體滲流通道，從而封閉了天然氣[1-3]。儲(chǔ)層滲流條件、地層水水體的大小和存儲(chǔ)方式是影響氣藏采收率的重要因素[4]。因此，弄清地層水的存儲(chǔ)方式，對(duì)于制定合理有效的治水方案和治水措施、釋放封閉氣、改善勘探開發(fā)效果和提高采收率具有重要意義。為此，筆者對(duì)蜀南地區(qū)碳酸鹽巖有水氣藏地層水存儲(chǔ)方式進(jìn)行了研究。

1 可動(dòng)自由水

可動(dòng)自由水是指在生產(chǎn)壓差下能夠產(chǎn)出的地層水，常常是構(gòu)造圈閉中的油氣水運(yùn)移聚集經(jīng)分異所致，這種地層水的束縛水飽和度較低，其存儲(chǔ)方式主要受構(gòu)造圈閉和氣柱高度的影響，其主要表現(xiàn)形式就是氣藏的邊水或底水，常常存在于構(gòu)造圈閉氣藏中。

1.1構(gòu)造圈閉氣藏邊水

圖1 氣藏邊水示意圖

構(gòu)造圈閉氣藏(似構(gòu)造圈閉氣藏)邊水是指聚集在構(gòu)造的低部位(如背斜的翼部)，從氣層四周邊緣部分包圍著天然氣的地層水[5]，其氣水界面與氣層的頂、底面相交(見圖1)。

邊水氣藏有統(tǒng)一的氣水界面。一般情況下，產(chǎn)地層水的邊水井一般位于構(gòu)造的低部位，在開發(fā)過程中，邊水水侵的顯著特征是具邊水的井隨著鄰近氣井的產(chǎn)量增大而壓力下降，近鄰邊水的氣井在生產(chǎn)過程中具水驅(qū)特征。氣井具有一段時(shí)間的無水采氣期，地層水橫向侵入，氣井見水后產(chǎn)量變化明顯[6]。邊水水侵可分為3種類型，即均勻水侵、舌進(jìn)水侵和裂縫水竄型。均勻水侵一般在低孔低滲的碎屑巖油氣藏中，地層水沿層橫向侵入，水量有一個(gè)從水顯示到出水量漸增的過程，在碳酸鹽巖中以舌進(jìn)水侵和裂縫水竄型居多。蜀南自流井地區(qū)三疊系嘉陵江組氣藏為背斜圈閉，嘉三段氣藏儲(chǔ)層為孔隙型及裂縫～孔隙型，滲透性較差，分布較穩(wěn)定，具有統(tǒng)一的氣水界面，邊水井產(chǎn)量小(見表1)，氣藏采氣時(shí)邊水推進(jìn)很慢，邊水極不活躍。氣井出水后雖然對(duì)氣井氣產(chǎn)量有明顯影響，但水產(chǎn)量不大且較穩(wěn)定，氣井尚能較長(zhǎng)時(shí)間生產(chǎn)，對(duì)整個(gè)氣藏?zé)o明顯影響，具有明顯的邊水舌進(jìn)水侵特征。例如，位于麻柳場(chǎng)西南角構(gòu)造低部位的探邊井麻12井，完井測(cè)試產(chǎn)水，原始地層壓力能夠與氣藏內(nèi)部的麻2井、麻3井等井可以對(duì)比，而氣藏內(nèi)部無產(chǎn)水井，說明氣藏具邊水特征的地質(zhì)條件。動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)表明，麻12井水層受到氣藏開發(fā)的影響明顯，證明水體與氣藏是相通的，說明氣藏已具備了邊水的水動(dòng)力學(xué)條件，因而認(rèn)為麻12井區(qū)邊水存儲(chǔ)方式。如果處于邊水部位，且靠近斷層、縫洞非常發(fā)育滲透性非常好的井，則產(chǎn)水量會(huì)很大，裂縫是水侵的主要通道，水侵方式為縱串橫侵，如自11井、隆9井(見表1)。另外，隨著采氣，引起氣層壓力下降，地層水沿著裂縫竄進(jìn)氣藏，頂部的氣井也會(huì)出水，例如黃家場(chǎng)氣田嘉四1亞段～嘉三段氣藏頂部的家25井、自流井氣田的嘉四1亞段～嘉三段氣藏頂部的許多氣井也都產(chǎn)微量地層水，此為典型的邊水裂縫水竄特征，這種氣藏生產(chǎn)見水時(shí)間快，無水采氣時(shí)間短，一旦地層水前緣到達(dá)生產(chǎn)氣井井底，造成氣井出水突然，產(chǎn)水量上升快、量大，產(chǎn)氣量大幅度下降[7]。

表1 自流井地區(qū)嘉三氣藏原始狀態(tài)下的氣水界面及產(chǎn)水井?dāng)?shù)據(jù)表

1.2構(gòu)造圈閉氣藏底水

圖2 氣藏底水示意圖

構(gòu)造圈閉氣藏底水是指位于氣層底部，托著天然氣的地層水[5]。底水氣藏表現(xiàn)為天然氣充滿度不夠，有統(tǒng)一的氣水界面，且氣水界面僅與氣層底面相交(見圖2)。氣藏下段是水侵的主要部位，表現(xiàn)為動(dòng)用程度高，剩余氣飽和度低；而上部動(dòng)用程度低，剩余氣潛力大[8]。底水水侵除了具邊水水侵特征外，還以指進(jìn)和錐進(jìn)方式向上侵入到氣藏。指進(jìn)方式是地層水通過裂縫等滲流通道以同一氣水界面的形式向上侵入；錐進(jìn)方式是當(dāng)延伸到水層的斷裂系統(tǒng)非常發(fā)育且滲透性好時(shí)，地層水不以同一氣水界面的形式向上推進(jìn)，而是以水錐方式向上錐進(jìn)。

蜀南地區(qū)威遠(yuǎn)構(gòu)造震旦系儲(chǔ)層類型為大型塊狀白云巖“裂縫-孔洞型”，高角度裂縫發(fā)育[9]。威基井是震旦系氣藏的發(fā)現(xiàn)井，測(cè)試氣水同產(chǎn)。威22井、威13井、威11井、威24井等鉆井顯示和測(cè)試成果確定了孔隙儲(chǔ)層原始?xì)馑缑鏋楹０?2489m。自1970年12月氣藏威5井首先開始產(chǎn)地層水以后，出水井愈來愈多，在生產(chǎn)過程中各井均先后出水，地層水不斷充填天然氣的主要滲流通道——裂縫，致使分布于孔隙層的大量天然氣逐步變成了水封氣。隨著氣藏逐步水侵，凈地層水侵量不斷增加，目前氣藏幾乎全部水淹。該氣藏為典型的底水存儲(chǔ)方式氣藏，其水侵途徑為裂縫，水侵方式有水錐型、縱竄型、橫侵型和復(fù)合型4種。

1)水錐型 主要位于在大量微細(xì)網(wǎng)狀裂縫發(fā)育的產(chǎn)層，微觀上底水沿裂縫上竄，宏觀上呈水錐推進(jìn)。水錐型氣井產(chǎn)水量小且上升緩慢，大都分布在氣藏邊、翼部低滲地區(qū)，但也有少數(shù)井分布在頂部高滲地區(qū)，如威2井、威61井等。

2)縱竄型 氣井多位于高角度大縫區(qū)，有大縫與井筒直接相連，底水沿大縫直接竄流入井筒，十分活躍，有時(shí)甚至表現(xiàn)為管流特征，產(chǎn)水迅猛且水量大，對(duì)氣井生產(chǎn)影響很大，如威35井、威44井、威101井。

3)橫侵型 主要發(fā)生在附近低角度裂縫發(fā)育的井區(qū)，且與有高角度裂縫、洞穴的井相連，地層水由橫向侵入，縱向上出現(xiàn)水層下氣層交互分布現(xiàn)象。橫侵型氣井底水大多不活躍，只有位于構(gòu)造高點(diǎn)附近的中高滲地帶的少量井較為活躍，如威34井、威40井、威57井。

4)復(fù)合型 該氣藏的底水活動(dòng)極少存在單純的一種水侵模式，而往往是多種模式的組合。

2 局部封存水

局部封存水在碳酸鹽巖氣藏中常有發(fā)現(xiàn)，俗稱“口袋水”、“雞窩水”或“透鏡體水”[10]。形成局部封存水的原因主要如下：①縱向上地層的物性差異致使油氣運(yùn)移時(shí)排流不暢，造成地層水滯留，在層間形成局部封存水。②橫向上由于巖性和物性的變化，造成局部的物性差異圈閉。局部封存水含可動(dòng)自由水少，束縛水飽和度高，產(chǎn)水量大小程度取決于巖性物性差異圈閉的分布范圍，在蜀南地區(qū)主要有3種類型，即構(gòu)造圈閉氣藏的局部封存水、裂縫圈閉系統(tǒng)的邊部地層水和底部地層水。

2.1構(gòu)造圈閉氣藏局部封存水

構(gòu)造圈閉氣藏的局部封存水可能分散存在于氣藏的多個(gè)地方，其水侵的主要特征是該區(qū)域儲(chǔ)層物性較差，產(chǎn)水量小且隨著生產(chǎn)壓差的調(diào)整而改變。如麻柳場(chǎng)嘉陵江組氣藏麻4井在測(cè)試初期部分產(chǎn)水，但是在后期測(cè)試中不產(chǎn)水，為不產(chǎn)氣也不產(chǎn)水的干層，表明該井區(qū)有局部封存水，其形成原因是古海水隨軟泥一起保存下來，經(jīng)成巖壓實(shí)特別是石膏層的差異壓實(shí)以及各種后期改造作用，部分殘留水仍充填在細(xì)小孔隙中。這種水介于自由水與束縛水之間，受毛管壓力吸附作用，當(dāng)生產(chǎn)壓差增大到大于這種吸附力時(shí)，水就會(huì)被氣體膨脹排出。麻柳場(chǎng)氣田嘉陵江氣藏已投產(chǎn)氣井產(chǎn)水統(tǒng)計(jì)表如表2所示。從表2可以看出，投產(chǎn)氣井產(chǎn)水量小，且均勻產(chǎn)出，未出現(xiàn)產(chǎn)出量大的趨勢(shì)，符合構(gòu)造圈閉氣藏局部封存水的特征。

表2 麻柳場(chǎng)氣田嘉陵江氣藏已投產(chǎn)氣井產(chǎn)水統(tǒng)計(jì)表

2.2裂縫圈閉系統(tǒng)地層水

裂縫圈閉系統(tǒng)是指在致密巖體的隔擋下，由一個(gè)或多個(gè)互不連通或弱連通的裂縫圈閉組成的非構(gòu)造圈閉，其邊部地層水和底部地層水的水侵特征分別與構(gòu)造圈閉氣藏的邊水與底水類似，但不同之處在于水體又不連續(xù)分布，整體上沒有統(tǒng)一的氣水界面，均屬于局部封存水。分析認(rèn)為，在非均質(zhì)性極強(qiáng)的地層中，巖性或物性差異將同一系統(tǒng)中的流體分成2個(gè)或多個(gè)空間單元，各空間單元為同一底水或邊水襯托的氣水共存格局，形成了不連續(xù)的氣體和水體分布，即隔氣式、隔水式和隔氣隔水式氣藏[3](見圖3)，其特征是在氣藏開采過程中，隨地層壓力下降，水侵能量不能穩(wěn)定持續(xù)，可能在某一個(gè)或幾個(gè)開采階段發(fā)生突變。開采早期突變?cè)黾?，開采后期則突變減小甚至消失，水的產(chǎn)出主要依靠分隔氣的彈性膨脹。蜀南地區(qū)二疊系茅口組許多裂縫性氣藏的地層水就以邊部水和底部水這2種方式存儲(chǔ)，如威遠(yuǎn)、孔灘、荔南桐、黃家場(chǎng)、楊家山、青杠坪等區(qū)塊。

圖3 隔氣式、隔水式和隔氣隔水式氣藏示意圖

3 斷層封存水

斷層封存水是存在于一個(gè)獨(dú)立的斷裂系統(tǒng)中沿?cái)嗔衙娣植嫉牡貙铀@是一種特殊的地層水存儲(chǔ)方式，在油氣田中不多見。斷層封存水的主要特征如下：①產(chǎn)水井產(chǎn)水量不大且均勻，原始地層壓力的下降不受周邊產(chǎn)氣井的影響；②產(chǎn)水井靠近斷層，不受構(gòu)造圈閉位置的影響，在構(gòu)造高、低部位均可能出現(xiàn)。③該存儲(chǔ)方式的地層水為無源封存水，水體封閉有限。

麻柳場(chǎng)嘉陵江組氣藏麻11井位于構(gòu)造北部，靠近斷層。該井在嘉陵江組測(cè)試產(chǎn)水，但產(chǎn)水能量較小。采用井下取樣器共取得地層水水樣3次，地層水礦化度均較高，且是封閉性的CaCl2水型。2次地層壓力測(cè)試表明，在累積排水量較小的情況下，地層壓力從22.310MPa下降到了21.830MPa，降幅達(dá)0.48MPa，說明封存水的水體是有限的。對(duì)其進(jìn)行壓力恢復(fù)測(cè)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)壓力恢復(fù)緩慢，測(cè)試72h還沒有出現(xiàn)徑向流現(xiàn)象，表明該處的產(chǎn)水為局部封存水。該井的原始地層壓力為22.310MPa，折算到麻2井產(chǎn)層中部海拔的壓力為22.173MPa，遠(yuǎn)比近期麻2井的地層壓力24.010MPa、麻3井的折算壓力23.332MPa和麻6井23.313MPa的地層壓力低，原始?jí)毫ο陆挡豢赡苁苓@些井的影響。該井構(gòu)造位置較高，理應(yīng)不產(chǎn)水，只有在斷層和裂縫的影響下形成獨(dú)立的裂縫性氣藏，產(chǎn)斷層封存水才能真實(shí)地反映這一地質(zhì)現(xiàn)象。從測(cè)試資料動(dòng)態(tài)分析認(rèn)為麻11井為獨(dú)立的裂縫系統(tǒng)，存在水體有限的無源封存水，即斷層封存水。

4 結(jié) 論

1)從出水機(jī)理和水侵特征出發(fā)，認(rèn)為蜀南地區(qū)碳酸鹽巖有水氣藏地層水的存儲(chǔ)方式可分為可動(dòng)自由水、巖性物性差異局部封存水和斷層封存水。

2)可動(dòng)自由水包括構(gòu)造圈閉氣藏的邊水和底水。邊水氣藏有統(tǒng)一的氣水界面，產(chǎn)地層水的邊水井一般位于構(gòu)造的低部位，在開發(fā)過程中的特征是具邊水的井隨著鄰近氣井的產(chǎn)量增大而壓力下降，近鄰邊水的氣井在生產(chǎn)過程中具水驅(qū)特征，氣井具有一段時(shí)間的無水采氣期，地層水橫向侵入后產(chǎn)量變化明顯。底水氣藏表現(xiàn)為天然氣充滿度不夠，有統(tǒng)一的氣水界面。底水水侵除了具邊水水侵特征外，還以指進(jìn)和錐進(jìn)2種模式向上侵入到氣藏中。

3)構(gòu)造圈閉氣藏局部封存水是因?yàn)閹r性和物性在縱橫向的變化差異使油氣運(yùn)移時(shí)排流不暢，造成地層水滯留，在層間形成的地層水。這種地層水可動(dòng)自由水少，束縛水飽和度高，水體大小程度取決于巖性物性差異圈閉的分布范圍。

4)斷層封存水的主要特征是產(chǎn)水井靠近斷層，產(chǎn)水量不大且均勻，地層壓力的下降不受周邊產(chǎn)氣井的影響，水體封閉有限。

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四川省重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目地球探測(cè)與信息技術(shù)資助項(xiàng)目(SZD0414)。

程超(1979-)，男， 2002年大學(xué)畢業(yè)，博士，副教授，現(xiàn)主要從事氣藏描述和開發(fā)地質(zhì)方面的教學(xué)與研究工作。

[編輯] 李啟棟