朱志良 張萬(wàn) 張成功 熊迪

(1.甘肅煤田地質(zhì)研究所，蘭州 730000;2.成都理工大學(xué)能源學(xué)院，成都 610059)

目前，我國(guó)各類氣田中有80%以上的天然氣儲(chǔ)存于復(fù)雜低滲透儲(chǔ)層中。蘇59區(qū)塊屬于巖性氣藏，其儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)，相變較快，儲(chǔ)層主要分布于物性較好的致密砂巖甜點(diǎn)部位。河流三角洲相沉積為工區(qū)的主要沉積相，河道帶中儲(chǔ)層普遍發(fā)育，平面上各小層河道擺動(dòng)較頻繁，縱向上砂體呈零散的透鏡狀或連片分布［1］。隨著氣田開發(fā)的深入，發(fā)現(xiàn)該區(qū)氣藏氣水關(guān)系復(fù)雜，無(wú)統(tǒng)一氣水界面，地層水相對(duì)獨(dú)立且互不連通，氣水分布規(guī)律不夠明晰。探索蘇59井區(qū)氣水分布規(guī)律、尋找相對(duì)高滲高產(chǎn)發(fā)育區(qū)是該區(qū)當(dāng)前急需完成的主要任務(wù)［2］。本次研究以錄井、鉆井、測(cè)井、試氣等資料為依據(jù)，分別運(yùn)用交匯圖法、視地層水電阻率法和全烴曲線法對(duì)工區(qū)的氣水層進(jìn)行識(shí)別，觀察工區(qū)的氣水分布特征。

1 儲(chǔ)層特征概況

對(duì)蘇59井區(qū)56口井的4 523份樣品進(jìn)行分析，認(rèn)為H8段(盒8段)和S1段(山1段)巖石類型相似，儲(chǔ)層以石英砂巖、巖屑砂巖為主，巖石成熟度低，屬典型的孔隙型儲(chǔ)層。H8段儲(chǔ)層粒度較粗，砂巖類型以含礫粗砂巖和砂礫巖為主，S1段砂巖類型以粗砂巖和細(xì)砂巖為主。圖1所示為蘇59井區(qū)儲(chǔ)層微觀特征。

H8段砂層以粒間溶蝕孔、微孔、晶間孔和巖屑粒內(nèi)溶孔復(fù)合構(gòu)成的孔隙網(wǎng)絡(luò)為主要特征，而S1段砂層以粒內(nèi)溶蝕孔、巖屑粒內(nèi)溶孔、微孔和粒間殘留孔復(fù)合構(gòu)成的孔隙網(wǎng)絡(luò)為主要特征。在S1段和H8段儲(chǔ)層當(dāng)中，孔隙度一般為3.87% ～17.54%，平均孔隙度約8.98%，其中有80.90%的儲(chǔ)層孔隙度介于6.00% ～12.00%，另有11.46%的儲(chǔ)層孔隙度大于12%;儲(chǔ)層滲透率一般為0.04×10-3～20.02×10-3μm2，平均0.66 ×10-3μm2，其中約79.05%的儲(chǔ)層滲透率介于 0.10 ×10-3～0.80 ×10-3μm2，另有12.04%的儲(chǔ)層滲透率大于 1.20 ×10-3μm2?？傮w上，該區(qū)儲(chǔ)層表現(xiàn)出低孔-低滲特征。

2 氣水層識(shí)別方法

結(jié)合工區(qū)56口井的試氣資料，根據(jù)產(chǎn)氣和產(chǎn)水情況將工區(qū)儲(chǔ)層劃分為氣層、氣水層、水層和干層(致密層)［3-4］。氣水層的分布受到儲(chǔ)層物性與巖性的顯著影響，其電阻率特征的差異較大，在此可運(yùn)用電阻率與孔隙度的交匯圖法識(shí)別工區(qū)的氣水層。

2.1 交匯圖法

在此引用經(jīng)典阿爾奇公式［1］:

式中:Rt—地層電阻率，Ω·m;

a，b — 巖性系數(shù)，a=0.76，b=1;

Rw— 地層水電阻率，此處Rw=0.065 Ω·m;

m—膠結(jié)指數(shù)，m=2;

n— 飽和度指數(shù)，n=2;

Sw—含水飽和度;

φ—地層孔隙度。

圖1 蘇59井區(qū)儲(chǔ)層微觀特征

運(yùn)用特殊對(duì)數(shù)坐標(biāo)法繪制工區(qū)儲(chǔ)層電性 -物性分布圖(圖2)。水層的電阻率小于11 Ω·m，而氣層的電阻率則大于20 Ω·m，可通過電阻率明顯區(qū)分氣層和水層。氣層的含水飽和度小于45%，水層的含水飽和度則普遍大于75%，而氣水層則介于二者之間。試氣段儲(chǔ)層平均孔隙度為8.10%，地層電阻率為22.6 Ω·m，含水飽和度為60%，綜合解釋為氣水層，與交匯圖法判別的結(jié)果一致。運(yùn)用交匯圖法可區(qū)分氣水層，將試氣井位的數(shù)據(jù)填入該圖上，氣水層區(qū)分效果顯著。

圖2 電阻率與孔隙度交匯圖

2.2 氣水層的儲(chǔ)層特征分析

首先，以蘇59-11-42井為例分析純氣層的特征。試氣層H38和H48合采，日產(chǎn)氣量約為104.26×104m3，不產(chǎn)水。試氣段儲(chǔ)層物性較好，處于高點(diǎn)位置，高于周圍井區(qū)，H48層右側(cè)巖性由粗砂變?yōu)槟鄮r。這種巖性突變形成遮擋，造成天然氣富集，從而形成工區(qū)內(nèi)試氣產(chǎn)量最高的純氣井。

其次，以蘇59-4-41井為例分析純水層的特征。日產(chǎn)水約 30 t，H48、S21、S31層合采，各試氣層段物性均較差，含水飽和度較高。該井在各試氣層位的有效砂體厚度較薄，儲(chǔ)存于砂巖孔隙中的水體難以被驅(qū)替出來，束縛水飽和度較高，水體已發(fā)育。

最后認(rèn)為，氣水層的儲(chǔ)層特征處于氣層和水層之間，在單砂體內(nèi)部氣水同層現(xiàn)象多出現(xiàn)在正向構(gòu)造和負(fù)向構(gòu)造之間。

3 氣水分布特征分析

在氣水識(shí)別的基礎(chǔ)上建立連井剖面，對(duì)蘇59井區(qū)氣水分布特征展開研究。圖3所示為蘇59井區(qū)氣水剖面圖。

(1)S1段氣水分布特征。致密砂巖隔層分布較廣，產(chǎn)氣層在S31層分布較多，厚度為1～15 m，平均5.3 m;水層分布較少，大多分布在構(gòu)造相對(duì)較低的位置，厚度為1～7 m，平均3.1 m。氣層平面分布受控于儲(chǔ)層的物性和構(gòu)造位置，在物性較好、砂體厚度較大且構(gòu)造位置相對(duì)較高的砂體有氣體富集。如圖3所示，整個(gè)剖面呈“上氣下水”的分布狀態(tài)，在斜坡處氣水同層現(xiàn)象明顯，而純水層則在斜坡的底部分布較多。東部砂體位置高于西部，充注強(qiáng)度高，產(chǎn)氣量大，水體小而量少。橫向上，氣水被泥巖隔層或致密層分割成孤立的氣水儲(chǔ)集體，未見統(tǒng)一的氣水界面。在單砂體內(nèi)，氣水明顯分異，沒有“上氣下水”的倒置現(xiàn)象。

(2)H8段氣水分布特征。砂體發(fā)育規(guī)模大，厚度一般為4～20 m，平均厚度為9.6 m，且砂體之間的連通性較好，與上下層的氣水分布差距較大，產(chǎn)水量大于其他小層。蘇59-11-42井比周圍井的位置稍高，其上部巖性發(fā)生明顯變化，形成巖性遮擋，并造成天然氣的大量富集，試氣產(chǎn)量為114.26×104m3/t。該組H48層物性稍優(yōu)于其他層。受泥巖隔層封隔作用的影響，水體主要以透鏡狀存在，H18和H28層基本不產(chǎn)氣，儲(chǔ)層主要在河道位置發(fā)育，微構(gòu)造的控氣作用比較明顯。東部整體較西部的含氣量高，產(chǎn)氣量較大;而西部構(gòu)造斜坡帶儲(chǔ)層出水，氣水同層分布區(qū)域較廣。

圖3 蘇59井區(qū)氣水剖面圖

4 氣水分布的控制因素分析

4.1 構(gòu)造類型

蘇59井區(qū)為一個(gè)處于伊陜斜坡上的西傾大單斜構(gòu)造，其宏觀構(gòu)造對(duì)區(qū)內(nèi)的氣水分布影響甚微，在構(gòu)造相對(duì)較高的東部仍會(huì)出現(xiàn)水層，在整體較低的西面也有氣層出現(xiàn)。如圖4所示，在蘇59-6-53井和蘇59-11-42井中，H48層構(gòu)造高低分明;但東邊位置較高的蘇59-6-53井產(chǎn)水，而西邊位置相對(duì)較低的蘇59-11-42井產(chǎn)氣。各小層內(nèi)單砂體的微構(gòu)造對(duì)氣水分布影響顯著，基本上位置相對(duì)較高的構(gòu)造未見獨(dú)立水體，而在下部則出現(xiàn)氣層的氣水倒置現(xiàn)象［5-6］。H8組下部天然氣富集主要與側(cè)向封堵和局部鼻狀構(gòu)造有關(guān)，河道間砂體減薄，層數(shù)變多，粒度變細(xì)，往往形成低滲透帶，在低滲透帶西出現(xiàn)上傾尖滅而形成氣藏。在H48層中砂體不發(fā)育的區(qū)域，其西側(cè)往往容易形成巖性圈閉。總之，構(gòu)造高點(diǎn)對(duì)天然氣的富集影響顯著。

4.2 圈閉類型

蘇里格氣藏屬典型的巖性圈閉氣藏。在蘇59井區(qū)上古生界，H48層發(fā)育形成辮狀河三角洲沉積體系，其他小層為曲流河三角洲沉積體系［7］，2種沉積體系共同控制砂體展布特征和圈閉的形成。根據(jù)井區(qū)沉積相、砂體展布和巖性組合等特征，可將其相控圈閉分為河道充填型圈閉、泥巖超覆型圈閉、透鏡單砂體型圈閉。表1所示為蘇59區(qū)外H8—S1段主要圈閉類型及其特征。

2011年蘇59區(qū)14口井完成試氣工作，有4口井試氣產(chǎn)量高于4×104m3/d。各單井地質(zhì)資料分析結(jié)果顯示，蘇59井區(qū)外圍圈閉類型多為河道充填型圈閉，靠近南部接近三角洲前緣相帶地區(qū)的泥巖超覆型圈閉類型有所增多，這2種圈閉類型均是有利的天然氣儲(chǔ)集圈閉類型。

表1 蘇59區(qū)H8—S1段主要圈閉類型及其特征

4.3 儲(chǔ)層的非均質(zhì)性

該區(qū)氣藏氣水分布受儲(chǔ)層非均質(zhì)性控制作用的影響較顯著。天然氣優(yōu)先充注到毛管阻力最小的孔隙，高滲透率砂巖儲(chǔ)層運(yùn)移阻力較小，氣驅(qū)水效率較高。因此，天然氣的充注效果差異很大，相對(duì)而言高孔滲儲(chǔ)層中天然氣的富集程度較高。這類儲(chǔ)層中，非均質(zhì)性差的砂巖段天然氣充注起始?jí)毫ι缘?，運(yùn)移阻力小，氣驅(qū)替水相對(duì)容易;而非均質(zhì)性強(qiáng)的儲(chǔ)層天然氣充注起始?jí)毫ι愿?，運(yùn)移阻力大，天然氣較難進(jìn)入，易形成差氣層、干層或水層［8-9］。

4.4 儲(chǔ)層的物性

4.5 氣水分布模式

蘇里格氣田主力儲(chǔ)層為H8段下部和S1段砂體，在石千峰組、下石盒子組厚層泥巖形成區(qū)域性蓋層，天然氣聚集成藏方式主要表現(xiàn)為“下生上儲(chǔ)”的近距離側(cè)向及垂向運(yùn)移［8］。H8段天然氣富集現(xiàn)象主要與側(cè)向封堵和局部構(gòu)造高點(diǎn)有關(guān)，要特別注意H48中砂體不發(fā)育的區(qū)域，其西側(cè)通常容易形成巖性圈閉。S1段大多富水區(qū)位于構(gòu)造較低部位或斜坡無(wú)巖性遮擋區(qū)，富氣區(qū)則位于上傾巖性遮擋、鼻狀構(gòu)造和局部高點(diǎn)區(qū)。

蘇59井區(qū)氣水分布規(guī)律主要受到儲(chǔ)層物性、非均質(zhì)性、有效砂體規(guī)模、儲(chǔ)層微構(gòu)造及圈閉類型的影響，其構(gòu)造幅度較為平緩，對(duì)氣水分布控制作用不夠明顯，氣水難以分異。在單砂體內(nèi)部，正向微構(gòu)造有利于天然氣的富集，負(fù)向微構(gòu)造發(fā)育的區(qū)域水體發(fā)育較好。在一定的生烴強(qiáng)度下，受儲(chǔ)層物性的影響，天然氣主要富集于物性較好的儲(chǔ)層中，而物性較差的儲(chǔ)層含氣飽和度相對(duì)較低;受有效砂體規(guī)模的影響，氣層、氣水層及含氣水層各自呈孤立狀分布于致密儲(chǔ)層中。在生烴強(qiáng)度較大的區(qū)域，儲(chǔ)層距離下部源巖越近，天然氣充滿程度就越高，氣層也越多;而距離下部源巖越遠(yuǎn)，天然氣飽和程度就越低，含氣水層或氣水層也越多。

5 結(jié)語(yǔ)

工區(qū)氣藏存在多個(gè)氣水系統(tǒng)，未見統(tǒng)一的氣水界面，單個(gè)氣水系統(tǒng)內(nèi)呈“上氣下水”的分布狀態(tài)，儲(chǔ)層非均質(zhì)性、物性及構(gòu)造類型、圈閉類型等是工區(qū)氣水分布的主控因素。

蘇59區(qū)H8和S1組氣藏屬于致密砂巖巖性氣藏，儲(chǔ)層主要以石英砂巖、巖屑砂巖為主。孔隙結(jié)構(gòu)呈“雙高”或“雙組”的特征，束縛水飽和度高，儲(chǔ)層的黏土礦物主要以高嶺石和伊利石為主。利用電阻率與孔隙度的交匯圖法可有效識(shí)別工區(qū)的氣水層。

研究區(qū)氣水分布復(fù)雜，整體東部構(gòu)造位置較高，產(chǎn)氣層比起西部構(gòu)造相對(duì)較多。從微觀角度分析，構(gòu)造高點(diǎn)控氣作用明顯，氣體主要富集在構(gòu)造高點(diǎn)處，而水層則聚集在構(gòu)造較低的位置，氣水同層則多位于構(gòu)造斜坡地帶。H8儲(chǔ)層物性較好，砂體發(fā)育規(guī)模大，連通性較好，但是氣水同產(chǎn)明顯較多，H18、H28層基本不產(chǎn)氣。S1段儲(chǔ)層主要分布在河道所發(fā)育的位置，致密砂巖隔層分布較廣，產(chǎn)氣層在S31層分布較多，水層分布較少，大多分布在構(gòu)造相對(duì)較低的位置。橫向上氣水被泥巖隔層或致密層分割成孤立的氣水儲(chǔ)集體，未見統(tǒng)一的氣水界面。在單砂體內(nèi)，氣水明顯分異，未見“上氣下水”的倒置現(xiàn)象。

蘇59區(qū)儲(chǔ)層主要受沉積相所控制，其外圍圈閉類型多為河道充填型圈閉，而在靠近南部接近三角洲前緣相帶地區(qū)，泥巖超覆型圈閉類型有所增多，這2種圈閉類型均是有利的天然氣儲(chǔ)集圈閉類型。儲(chǔ)層的非均質(zhì)性控制著氣水的微觀分布特征，致密砂巖的橫向延展性對(duì)氣水分布規(guī)律影響較大。宏觀構(gòu)造對(duì)氣水分布規(guī)律的影響不明顯，微觀構(gòu)造高點(diǎn)的控氣影響作用更顯著。

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