摘要：開展地層水微觀賦存狀態(tài)研究，可為有利區(qū)優(yōu)選和氣井生產(chǎn)制度優(yōu)化提供參考和依據(jù)。利用鑄體薄片、掃描電鏡、壓汞、核磁共振、兩相滲流實驗、測井以及生產(chǎn)動態(tài)資料，開展中江氣田沙溪廟組致密砂巖氣藏的孔隙結(jié)構(gòu)、地層水賦存狀態(tài)及產(chǎn)出特征研究。結(jié)果表明，中江氣田沙溪廟組I、II、III 類儲層中值喉道半徑平均為0.30、0.16 和0.04 m。地層水以自由水、毛細管水和薄膜水的形式賦存于儲層中，薄膜水普遍存在，毛細管水主要存在于喉道半徑小于0.100 m 的喉道中，斷砂配置較差及構(gòu)造相對低部位儲層可見自由水。氣井產(chǎn)水來源主要為凝析水、毛細管水和薄膜水，整體表現(xiàn)為產(chǎn)水量小、礦化度低、水氣比低且后期增大的特征。相對高含水飽和度區(qū)的評價和開發(fā)應(yīng)以I、II類儲層為主要目標，產(chǎn)水氣井生產(chǎn)過程中應(yīng)適當(dāng)控制生產(chǎn)壓差。

關(guān)鍵詞：中江氣田；沙溪廟組；致密砂巖；地層水微觀特征；產(chǎn)水特征

引言

致密砂巖氣是目前開發(fā)規(guī)模最大的非常規(guī)油氣資源之一，2021 年，中國致密砂巖氣產(chǎn)量為470×108 m3，占天然氣總產(chǎn)量的24.4%[1]，受物性差、孔喉半徑小等因素影響，致密砂巖氣的開發(fā)受地層水影響較大。前人針對致密砂巖氣地層水微觀賦存狀態(tài)和產(chǎn)出做了大量研究，從相態(tài)上劃分，地層水可分為液態(tài)水和氣態(tài)水；根據(jù)地層水的可動性，地層水可細分為束縛水和可動水[2]。按照地層水賦存位置和受力情況，可分為4 種[3]：1）以“水珠”模式分布于孔隙“盲端”；2）受毛細管力影響以“水柱”模式賦存于微細毛細管中；3）受表面張力影響以“薄水膜”形式賦存于大孔隙表面；4）受毛細管力和表面張力共同影響以“厚水膜”形式賦存于微孔隙和較大的喉道中?？蓜铀褪`水在產(chǎn)出時間、機理和特征均存在一定的差異，通常情況下可動水產(chǎn)出是氣井產(chǎn)水的主要來源；而束縛水轉(zhuǎn)換為可動水產(chǎn)出多發(fā)生在有效應(yīng)力增加、巖石變形、孔隙喉道體積減小或生產(chǎn)壓差較大時[4]。

中江氣田沙溪廟組致密砂巖氣藏探明儲量超千億方，目前年產(chǎn)氣量在10×108 m3 以上，早期投產(chǎn)氣井出現(xiàn)了不同程度的產(chǎn)水現(xiàn)象，嚴重影響氣井的產(chǎn)能和穩(wěn)產(chǎn)周期；且隨著氣田勘探開發(fā)的不斷深入，評價建產(chǎn)陣地逐漸向近斷層區(qū)、構(gòu)造低部位和疊置河道區(qū)等含水飽和度相對較高的區(qū)域拓展。相對高含水飽和度區(qū)部分井測試及生產(chǎn)效果較好，部分井效果較差，前人針對該區(qū)的研究主要集中在高產(chǎn)富集規(guī)律、氣水宏觀分布等方面[5 12]，對于地層水微觀研究相對較少。本次研究基于巖芯分析、測井和生產(chǎn)資料，對地層水微觀賦存狀態(tài)和產(chǎn)出特征進行研究，可為氣藏評價選區(qū)和生產(chǎn)制度優(yōu)化提供指導(dǎo)。

1 地質(zhì)概況及產(chǎn)水特征

中江氣田位于川西凹陷東部斜坡，研究區(qū)西部斷層較為發(fā)育，斷層與須家河組烴源溝通[12]，主力產(chǎn)層沙溪廟組埋深在1 300～3 200 m，地層厚度平均約800 m，主要為淺水三角洲平原前緣沉積，發(fā)育多期NE SW 走向（水下）分流河道（圖1a），河道寬度在0.3～0.8 km，厚度5～30 m，巖石類型以淺灰色、灰色的細中粒巖屑長石砂巖、長石巖屑砂巖為主。儲層孔隙度主要分布在7.00%～13.00%，平均8.07%；滲透率主要分布在0.01～3.84 mD，平均0.20 mD，為低孔致密砂巖儲層。

中江氣田沙溪廟組氣藏整體產(chǎn)水量不大，生產(chǎn)至今氣藏累產(chǎn)水氣比在0.63 m3/（104 m3），目前，單井產(chǎn)氣（0.01～15.14）×104 m3/d，單井產(chǎn)水0～14.54 m3/d，水氣比0～58.54 m3/（104 m3）（圖1b），平均1.10 m3/（104 m3）。受通天斷層破壞氣藏，天然氣逸散等因素影響，近斷層構(gòu)造低部位氣井產(chǎn)水量大，水氣比高，以產(chǎn)地層水為主，如G303 井，測試期間產(chǎn)氣量1.8×104 m3，產(chǎn)液量348 m3（入地液量293 m3），產(chǎn)出水地層水礦化度高。構(gòu)造相對高部位氣井產(chǎn)氣量大，產(chǎn)水量小，累產(chǎn)水氣比普遍小于0.50 m3/（104 m3），產(chǎn)出水礦化度在2 000～13 000 mg/L，以凝析水和凝析水淡化后地層水為主。隨著構(gòu)造位置變低，氣井累產(chǎn)水氣比逐漸增加，礦化度升高（圖1c）。

2 孔隙類型及結(jié)構(gòu)特征

地層水主要賦存于儲層微觀孔喉中，通常情況下，孔喉越小，束縛水含量越高。因此，孔隙類型及結(jié)構(gòu)特征的研究對于地層水賦存狀態(tài)的分析具有重要意義[13]。本次研究基于薄片、掃描電鏡及壓汞等資料，對儲層的孔隙類型和微觀孔隙結(jié)構(gòu)進行分析。

2.1 孔隙和喉道類型

圖2 為中江氣田沙溪廟組孔隙類型鑄體薄片和掃描電鏡照片。由圖2 可以看出，中江氣田沙溪廟組孔隙以剩余粒間孔和粒間溶孔為主，其次為粒內(nèi)溶孔，見少量鑄?？住⒕чg微孔、層間微縫等。剩余粒間孔呈不規(guī)則多邊形，孔徑大小在0.03～0.15 mm，見襯墊狀綠泥石和充填狀綠泥石，偶見自生石英充填，孔隙分布不均，連通性中等較好。粒間溶孔大小0.05～0.40 mm，孔內(nèi)可見自生石英、長石、方解石及黏土礦物等充填，溶蝕孔主要為港灣狀和長條狀等，其中，粒內(nèi)溶孔大小0.02～0.10 mm，主要發(fā)育在長石和巖屑顆粒中，溶蝕程度淺中，長石粒內(nèi)溶蝕一般沿著解理進行（圖2a～ 圖2i）。

受巖石顆粒大小、形狀、接觸關(guān)系及膠結(jié)類型不同影響，儲層中喉道類型多樣[14]，中江氣田沙溪廟儲層鑄體薄片圖像分析表明，研究區(qū)可見縮頸狀、片狀、彎片狀和管束狀喉道，以片狀、彎片狀喉道為主，表明中江氣田沙溪廟儲層受壓實作用影響較強，顆粒與顆粒之間喉道被壓縮成狹長的條狀；而縮頸狀喉道半徑相對較大，反映儲層壓實作用較弱；管束狀喉道見于充填在粒間孔隙中的伊利石和綠泥石晶間孔中（圖2a，圖2b，圖2h，圖2i）。

2.2 孔隙結(jié)構(gòu)特征

2.2.1 基于常規(guī)壓汞實驗的孔隙結(jié)構(gòu)分析

由常規(guī)壓汞孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)（表1）可見，中江氣田沙溪廟組I 類儲層孔隙度平均11.96%，門檻壓力平均0.47 MPa；最大喉道半徑平均1.10 m，中值壓力平均2.94 MPa，中值喉道半徑平均0.30 m。II 類儲層孔隙度平均9.73%，門檻壓力平均0.90 MPa；最大喉道半徑平均1.03 m；中值壓力平均6.72 MPa，中值喉道半徑平均0.16 m。III 類儲層平均孔隙度8.03%，最大喉道半徑平均0.82 m，中值喉道半徑平均0.04 m。3 類儲層最大進汞飽和度分別為91.50%、89.28% 和82.80%，表明III 類儲層微細孔喉更發(fā)育。3 類儲層壓汞曲線（圖3）均表現(xiàn)出細歪度特征，I、II 類儲層壓汞曲線平臺寬，孔喉分選性好，III 類儲層孔喉分選性較差、微觀非均質(zhì)性強。

2.2.2 基于恒速壓汞的孔隙結(jié)構(gòu)分析

與常規(guī)壓汞相比，通過恒速壓汞實驗過程中壓力的漲落，可將孔隙和喉道區(qū)分開，從而獲取更加豐富的巖石微觀孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)[15]。但恒速壓汞儀器最高測試壓力較低，汞難以進入半徑較小的喉道中，對于微細孔喉特征的表征誤差較大。

研究區(qū)恒速壓汞結(jié)果表明，孔隙半徑主要在100～240 m，II 類和III 類儲層大孔隙發(fā)育相對較少（圖4）；飽和度中值半徑在0.15～0.45 m；喉道半徑平均在0.50～2.67 m，其中，I 類儲層喉道平均半徑在0.87～2.67 m，II 類儲層和III 類儲層喉道平均半徑分別為0.41～0.75 m 和0.25～0.40 m（圖5）。

總孔隙體積和喉道體積比值在0.06～1.03，平均0.37，其中，I 類儲層孔隙體積和喉道體積比值平均為0.45，II 類儲層和III 類儲層孔隙體積和喉道體積比值平均為0.26 和0.19。與II 類和III 類儲層相比，I 類儲層大孔隙更發(fā)育，喉道更寬，孔隙體積和喉道體積的比值更大。

3 地層水微觀賦存狀態(tài)及產(chǎn)出特征

3.1 地層水微觀賦存狀態(tài)

前人針對地層水微觀賦存狀態(tài)做了大量研究[16 22]，目前普遍將地層水分為可動水和束縛水，可動水是分布在大孔隙和裂縫中的自由水。束縛水主要由毛細管水和薄膜水組成，在大孔隙中束縛水以水膜形式吸附在礦物顆粒表面；在孔隙盲端以及角隅處，束縛水通常以水珠形式賦存；在中小、微細孔喉處，受毛細管壓力影響，束縛水以“水柱”狀的毛細管水形式存在。

地層水的微觀賦存狀態(tài)不僅與孔隙結(jié)構(gòu)有關(guān)，還受天然氣充注程度影響，根據(jù)毛細管壓力計算公式，驅(qū)替壓差越大，天然氣能克服的毛細管壓力越大，儲層中殘留地層水含量越低[23]。未充注條件下，孔隙和喉道中被水充填（圖6a）；在低中等充注條件下，相對大孔隙和喉道中天然氣被置換，中小孔隙和喉道中自由水和毛細管水較為發(fā)育（圖6b）；充注強度越大，天然氣可以克服的毛細管壓力越大，能夠進入更小的喉道和孔隙中；高充注強度下，微細毛細管被天然氣充注，儲層中自由水不發(fā)育，地層水以薄膜水和少量微孔徑中的毛細管水為主（圖6c）。

中江氣田沙溪廟組烴源主要為須家河組泥頁巖，埋藏較深，源儲壓差大，斷砂配置較好的儲層，天然氣充注程度高。中江氣田沙溪廟氣藏氣層水氣比小于0.10 m3/（104 m3），測井解釋含水飽和度為30.80%～58.01%，平均僅42.02%，以薄膜水和小孔徑毛細管水形式賦存的束縛水含量低；斷砂配置較差、構(gòu)造位置低或儲層物性差的儲層，測井解釋含水飽和度在35.12%～66.04%，平均為47.89%，該類儲層天然氣充注程度相對較低且微細孔喉更為發(fā)育，自由水、薄膜水和毛細管水均較為常見。

3.2 地層水產(chǎn)出機理及特征分析

3.2.1 氣水兩相滲流特征

地層水的存在和流動會占據(jù)氣相滲流的通道，從而使得天然氣的流動受到影響，導(dǎo)致部分氣體喪失流動能力殘留在儲層中[24]。中江氣田沙溪廟組儲層微細孔喉發(fā)育，地層水對滲流的影響顯著，氣水兩相滲流實驗顯示，研究區(qū)儲層氣水共滲區(qū)窄，且氣水兩相流動時，氣相滲透率較低，且物性越差，氣水共滲區(qū)越窄、等滲點越低。以實驗樣品為例，I 類儲層氣水兩相共滲區(qū)的含水飽和度為58.01%～90.21%，等滲點氣相相對滲透率為0.16；II 類儲層氣水共滲區(qū)的含水飽和度在52.04%～86.06%，等滲點氣相相對滲透率為0.07；而微細孔喉更加發(fā)育的III 類儲層，當(dāng)含水飽和度大于78.03% 時，儲層中天然氣就喪失了滲流能力，且在兩相共滲區(qū)范圍內(nèi)，氣相滲透率較低，等滲點氣相相對滲透率僅為0.02（圖7）。因此，在氣藏開采中后期，相對高含水飽和度區(qū)的評價和開發(fā)應(yīng)以I、II類物性相對較好的儲層為主要目標。

3.2.2 地層水產(chǎn)出機理

氣井產(chǎn)水的來源主要有自由水、毛細管水和少量薄膜水，在開發(fā)過程中，當(dāng)生產(chǎn)壓差和氣體膨脹產(chǎn)生的作用力能夠克服喉道的毛細管壓力時，分布在喉道和孔隙中的毛細管水和自由水就會流動產(chǎn)出。薄膜水的產(chǎn)出則需要壓力下降到一定程度，隨著壓力的下降，薄膜水膨脹加厚，在流動壓差作用下，薄膜水從壓力高處向壓力低處流動，變?yōu)榭蓜铀?，同時，天然氣流動過程中對水膜拖曳，也會導(dǎo)致薄膜水變得可動[25]。

中江氣田沙溪廟組核磁共振實驗結(jié)果表明，在300 psi（1 psi=6.895 kPa）離心力條件下，巖芯樣品束縛水飽和度在35.10%～76.91%，平均56.46%，且束縛水飽和度與滲透率呈正相關(guān)關(guān)系（圖8）。

I 類儲層大孔隙喉道更為發(fā)育，離心后排出可動水多，束縛水含量低，II、III 類儲層大孔隙和喉道占比依次減少，離心后核磁共振束縛水飽和度較高。部分束縛水主要以薄水膜形式吸附在大孔隙礦物顆粒表面，或以水珠的形式賦存在孔隙盲端，部分束縛水以毛細管水的形式賦存在半徑小于0.100 m 的喉道中（圖9）。

中江氣田沙溪廟組致密砂巖氣藏可動水產(chǎn)出主要在氣井生產(chǎn)早期，薄膜水和毛細管水在氣井生產(chǎn)中、后期產(chǎn)出。對于壓裂氣井，受改造影響，近井地帶滲透性變好，部分束縛水在氣井生產(chǎn)早期轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓜铀a(chǎn)出，通常產(chǎn)水量較小。

3.2.3 典型氣井產(chǎn)水特征及類型

從地層水微觀賦存狀態(tài)、產(chǎn)出機理以及氣水兩相滲流實驗分析來看，相同充注條件下，儲層物性越好，殘余的地層水含量越少；生產(chǎn)過程中，物性越好，地層水對氣水兩相滲流的影響越小。

斷砂配置好、構(gòu)造高部位的I、II 類儲層天然氣充注程度高，地層水以薄膜水和少量小孔徑毛細管水為主，該類儲層測井解釋含水飽和度低，平均42.00%，氣井產(chǎn)氣量大，產(chǎn)水量平均0.09 m3，水氣比低于0.15 m3/（104 m3），生產(chǎn)初期氣井產(chǎn)水主要為凝析水，生產(chǎn)中后期，隨著地層壓力降低，少量薄膜水和毛細管水轉(zhuǎn)化為可動水產(chǎn)出，但產(chǎn)水量不大，因此，氣井生產(chǎn)后期水氣比有所增加，但增加幅度不大（Js1 井，圖10a）。

III 類儲層由于微細孔喉極為發(fā)育，即使是在高充注條件下，儲層中薄膜水和毛細管水含量較高，高充注III 類儲層測井解釋含水飽和度平均48.00%，氣井產(chǎn)氣量中小，產(chǎn)水量中等，水氣比在0.16～3.15 m3/（104 m3），平均1.05 m3/（104 m3），生產(chǎn)中后期，受地層水占據(jù)主要滲流通道影響，氣相滲透率變低，水相滲透率增加，表現(xiàn)為日產(chǎn)氣量變小，日產(chǎn)水量變大，水氣比變大的特點（Js2 井，圖10b）；對于充注條件中等較差的儲層，毛細管水含量均較高，部分儲層中甚至可見自由水，該類氣井生產(chǎn)過程中早期以產(chǎn)出自由水和毛細管水為主，表現(xiàn)為產(chǎn)氣量較小，產(chǎn)水量中等，水氣比高的特征，水氣比通常大于2.00 m3/（104 m3），且生產(chǎn)中后期水氣比逐漸增大（Js3 井，圖10c），該類氣井投入生產(chǎn)較少，但隨著評價建產(chǎn)區(qū)逐漸向近斷層和構(gòu)造低部位轉(zhuǎn)移，該類氣井所占比重將逐漸增加。

4 結(jié)論

1）中江氣田沙溪廟組儲層孔隙以剩余粒間孔和粒間溶孔為主，喉道類型以片狀和彎片狀喉道為主，微細孔喉發(fā)育，I 類、II 類及III 類儲層中值喉道半徑平均為0.30、0.16 和0.04 m。

2）中江氣田沙溪廟組地層水以自由水、毛細管水和薄膜水的形式賦存于儲層中，薄膜水普遍存在，毛細管水主要存在于孔喉半徑小于0.100 m 的喉道中，斷砂配置較差及構(gòu)造相對低部位儲層可見自由水。

3）中江氣田沙溪廟組氣藏儲層氣水兩相共滲區(qū)窄，氣相相對滲透率低，且物性越差，氣水共滲區(qū)越窄、等滲點越低，氣相相對滲透率越低，相對高含水飽和度區(qū)的評價和開發(fā)應(yīng)以I 類和II 類儲層為主要目標。

4）斷砂配置好、構(gòu)造高部位的I 類和II 類儲層氣井早期產(chǎn)出水主要為凝析水，后期產(chǎn)少量薄膜水和毛細管水，表現(xiàn)為產(chǎn)水量小、礦化度低、水氣比低且變化不大的特征；微細孔喉更為發(fā)育的III 類儲層產(chǎn)出水主要為毛細管水，生產(chǎn)中后期產(chǎn)水量變大，水氣比增加且幅度較大。對于相對高含水飽和度儲層，生產(chǎn)過程中應(yīng)控制生產(chǎn)壓差，防止薄膜水和毛細管水過早轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓜铀?/p>