孫耀庭

（中國石化勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，山東東營257061）

1 濰北凹陷基本情況

濰北凹陷是郯廬斷裂帶內(nèi)部的一個(gè)小型新生代走滑拉分盆地，勘探面積880 km2，平面上大體呈菱形［1］（圖1）。盆地主要形成于古近系，孔店組沉積厚度大，其中孔二段是烴源巖層，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ1－Ⅱ2型為主，已進(jìn)入成熟－高成熟階段，生成煤型氣和裂解氣。根據(jù)最新資源評(píng)價(jià)結(jié)果，該盆地天然氣資源量為405×108m3?？锥我彩菫H北深層氣的主要成藏層段，在孔二中亞段沉積時(shí)期，各種類型的扇體廣泛發(fā)育，包括扇三角洲、沖積扇和濁積扇，構(gòu)成了本區(qū)的主要儲(chǔ)層［2］；孔二段下亞段和上亞段為厚層暗色泥巖夾薄層砂沉積，形成了良好的生儲(chǔ)蓋組合。北部洼陷帶多口井于孔二段見大段氣測異常，表明北部洼陷帶氣藏存在較大勘探潛力，但是凹陷北部致密氣藏的成藏特征、形成時(shí)期及影響因素尚不明確，制約了勘探進(jìn)展［3］。據(jù)此，本實(shí)驗(yàn)擬通過改變不同的驅(qū)替壓力，測定不同驅(qū)替過程中巖心中含氣飽和度的變化，明確含氣飽和度影響因素，總結(jié)出濰北凹陷深層致密氣藏成藏機(jī)理。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和方法

實(shí)驗(yàn)樣品取自濰北凹陷的央5、央6、昌67和央斜4井的天然巖心共15塊樣品（表1），巖性為礫巖和砂巖，巖心飽和水采用的是3%KCl水，氣體為氮?dú)狻?/p>

2.1 實(shí)驗(yàn)方法

圖1 濰北凹陷區(qū)域位置

實(shí)驗(yàn)研究的方法是改變不同的驅(qū)替壓力（由低到高），測定不同驅(qū)替過程中的巖心中含氣飽和度的變化。其中實(shí)驗(yàn)最低驅(qū)替壓力的確定是實(shí)驗(yàn)中的難點(diǎn)，其確定原則為：①盡量低，以接近氣驅(qū)水的最小驅(qū)動(dòng)壓力，提高模擬精度；②由于在低驅(qū)替壓力下飽和度變化慢，穩(wěn)定時(shí)間長，造成整個(gè)實(shí)驗(yàn)用時(shí)較長。第一個(gè)驅(qū)替壓力大小的確定，實(shí)驗(yàn)以其穩(wěn)定時(shí)間在30 h左右的大小為依據(jù)。每一個(gè)驅(qū)替過程的穩(wěn)定以含氣飽和度不再改變?yōu)橐罁?jù)?？紤]到氣驅(qū)水時(shí)氣體對巖心中的飽和水有攜帶作用，且攜帶部分出口分離器是無法計(jì)量到的，采取實(shí)驗(yàn)前后稱重的方法對飽和度的變化進(jìn)行校正。

2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

實(shí)驗(yàn)步驟主要包括：①將測試氣體滲透率和孔隙度后的巖心進(jìn)行抽空飽和3%KCl水；②將巖心稱重后裝入巖心夾持器；③確定第一個(gè)驅(qū)替壓力，進(jìn)行氣驅(qū)水實(shí)驗(yàn)；④待出口不再出水后提高驅(qū)替壓力，進(jìn)行第二個(gè)驅(qū)替壓力點(diǎn)的測試；（由于驅(qū)替壓力由氣瓶提供，氣瓶最大壓力為10 MPa左右，壓力的提高幅度以能在第一個(gè)驅(qū)替壓力和10 MPa之間插入3個(gè)點(diǎn)為依據(jù)）；⑤待提高壓力出口也不再出水后，結(jié)束實(shí)驗(yàn)，將巖心取出稱重。

表1 實(shí)驗(yàn)樣品巖心物性參數(shù)

2.3 實(shí)驗(yàn)溫度和壓力

實(shí)驗(yàn)溫度和壓力分為兩類。一類實(shí)驗(yàn)溫度和壓力分別為室溫25℃和15 MPa；另一類實(shí)驗(yàn)溫度和壓力分別為85℃和30 MPa，與現(xiàn)今氣藏特征相當(dāng)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

通過實(shí)驗(yàn)得到每一塊樣品在不同驅(qū)替壓力下的飽和度變化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、產(chǎn)氣量與產(chǎn)水量關(guān)系以及氣飽和度變化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)關(guān)系進(jìn)行了分析。將測定的13塊巖心的孔隙度與空氣滲透率進(jìn)行關(guān)系統(tǒng)計(jì)，孔隙度與空氣滲透率呈對數(shù)關(guān)系（相關(guān)系數(shù)0.841）。

3.1 儲(chǔ)層物性對最終含氣飽和度的影響

將進(jìn)行氣驅(qū)水實(shí)驗(yàn)的13塊巖心的最終氣驅(qū)水效率（最終含氣飽和度）與空氣滲透率進(jìn)行關(guān)系統(tǒng)計(jì)，最終氣驅(qū)水效率（最終含氣飽和度）與空氣滲透率呈對數(shù)關(guān)系（相關(guān)系數(shù)0.904）（圖2）。將氣驅(qū)水實(shí)驗(yàn)的13塊巖心的最終氣驅(qū)水效率（最終含氣飽和度）與孔隙度關(guān)系統(tǒng)計(jì)，關(guān)系曲線見圖3，從圖中可以看到，最終氣驅(qū)水效率（最終含氣飽和度）與孔隙度呈線性關(guān)系（相關(guān)系數(shù)0.746）。

巖心滲透率和孔隙度均與最終含氣飽和度呈良好的非線性或線性相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.904和0.746，說明儲(chǔ)層物性是影響含氣飽和度的重要因素，其中滲透率對含氣飽和度的影響更為顯著，可用來估算濰北凹陷深層致密氣的含氣飽和度。

圖2 最終氣驅(qū)水效率（最終含氣飽和度）與空氣滲透率關(guān)系曲線

圖3 最終氣驅(qū)水效率（最終含氣飽和度）與孔隙度的關(guān)系曲線

3.2 含氣飽和度與驅(qū)替壓力的關(guān)系

同一巖心在不同驅(qū)替壓力下含氣飽和度的測定結(jié)果表明，物性不同的巖心，含氣飽和度增長趨勢基本相同，隨驅(qū)替壓力增大含氣飽和度非線性增長，一般含氣飽和度增長速度隨驅(qū)替壓力增大逐漸減小，在驅(qū)替壓力增大到一定程度（拐點(diǎn)壓力）時(shí)，含氣飽和度不再增長，達(dá)到基本穩(wěn)定的最大值。另外驅(qū)替壓力增大引起的含氣飽和度的變化規(guī)律與壓汞法測定毛管壓力時(shí)非潤濕相（汞）飽和度隨壓力的變化情況類似，這一方面反映了孔隙介質(zhì)中的氣驅(qū)水過程受毛細(xì)管作用的控制，同時(shí)也說明實(shí)驗(yàn)測得的含氣飽和度穩(wěn)定值近似表征了儲(chǔ)層的含氣飽和度大?。?－6］。

對比不同巖心含氣飽和度增長曲線還發(fā)現(xiàn)，巖心物性對含氣飽和度的變化亦有一定的影響作用，這主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。其一，巖心物性不同，含氣飽和度增長曲線拐點(diǎn)壓力（含氣飽和度不再隨驅(qū)替壓力增大而增長的臨界壓力）不同，一般隨巖心滲透率增大，拐點(diǎn)壓力降低［7］；其二，巖心物性不同，含氣飽和度最終穩(wěn)定值不同［8］，為此我們擬建立含氣飽和度與巖心物性和驅(qū)替壓力之間的關(guān)系。

將含氣飽和度與驅(qū)替壓力的關(guān)系用對數(shù)函數(shù)（Sg＝aln（P驅(qū)替）＋b）擬合，當(dāng)Sg＝0時(shí)，最小驅(qū)替壓力Pmin＝e（－b／a）。所有樣品的對數(shù)函數(shù)系數(shù)a、b以及Pmin見表2。

表2 含氣飽和度與驅(qū)替壓力對數(shù)關(guān)系系數(shù)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對于濰北凹陷低孔、低滲的儲(chǔ)層，氣體注入這種儲(chǔ)層所需要的注入壓力即驅(qū)替壓力很高，而且含氣飽和度并不大。例如11－1號(hào)樣品滲透率0.208×10－3m2，孔隙度7.25%，當(dāng)驅(qū)替壓力達(dá)到9.85 MPa時(shí)，最終含氣飽和度僅為8.4%。但當(dāng)物性較好時(shí)，驅(qū)替壓力明顯降低，含氣飽和度明顯增大，例如31－1號(hào)樣品，滲透率1.22×10－3m2，孔隙度16.32%，當(dāng)驅(qū)替壓力達(dá)到1.82 MPa時(shí)，最終含氣飽和度可達(dá)33.8%。目前，濰北凹陷致密氣藏的含氣飽和度一般為50%以上，而且在現(xiàn)今地質(zhì)條件下，天然氣充注儲(chǔ)層的注入壓力即驅(qū)替壓力很難達(dá)到9 MPa，因此可以推測濰北凹陷致密氣藏形成于儲(chǔ)層物性相對較好的地質(zhì)歷史時(shí)期——沙河街構(gòu)造運(yùn)動(dòng)之前。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)所得的最終含氣飽和度與孔隙度和滲透率的關(guān)系，要使儲(chǔ)層的含氣飽和度達(dá)到50%，儲(chǔ)層的孔隙度和滲透率分別要達(dá)到23.5%和8.78×10－3m2左右，此時(shí)的最小驅(qū)替壓力為0.025 MPa。

4 結(jié)論

濰北凹陷深層致密氣藏成藏經(jīng)歷了一個(gè)由高壓到低壓的發(fā)展過程，現(xiàn)今的致密氣藏主要形成于沙河街構(gòu)造運(yùn)動(dòng)之前，即濰北凹陷深層致密氣藏的成藏特征表現(xiàn)為早期成藏，后期經(jīng)歷了泄壓改造，此前形成的油氣藏可能在后來的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中遭受了不同程度的破壞。因此對濰北凹陷孔店組石油的勘探應(yīng)慎重，但由于孔二段已達(dá)到了生氣階段，對于深層的天然氣勘探有廣泛的前景。

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