低滲透巖性氣藏含水特征分析與測(cè)井識(shí)別技術(shù)——以蘇里格氣田為例

　　(本文作者：石玉江1，2，3 楊小明1，2 張海濤1，2，3 劉天定1，2 1.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室;2.中國石油長慶油田公司;3.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系)

　　摘要：鄂爾多斯盆地蘇里格地區(qū)上古生界發(fā)育低滲透砂巖巖性氣藏。隨著蘇里格氣田勘探向北部、西部的拓展，在大面積含氣背景下，部分井、層出現(xiàn)不同程度的產(chǎn)水，出水井產(chǎn)水量大小、含水特征各異，平面分布規(guī)律復(fù)雜，影響了單井產(chǎn)量的提高和儲(chǔ)量評(píng)價(jià)工作。為此，以蘇里格氣田為例，從低滲透巖性氣藏成藏機(jī)理出發(fā)，分析了氣藏充注不充分的條件下低滲透巖性氣藏的含水特征，結(jié)合儲(chǔ)層微觀、宏觀非均質(zhì)特征，明確了束縛水、層間水和滯留水3種地層水賦存狀態(tài)，分析了其測(cè)井響應(yīng)特征及識(shí)別方法，結(jié)合試氣工藝方案的優(yōu)化，提出了有針對(duì)性的氣層改造措施，以期達(dá)到控水增氣的目的。

　　關(guān)鍵詞：蘇里格氣田;低滲透油氣藏;巖性氣藏;地層水;非均質(zhì)性;測(cè)井;解釋;控水增產(chǎn)

　　鄂爾多斯盆地蘇里格氣田西區(qū)(以下簡(jiǎn)稱研究區(qū))局部巖性氣藏近幾年出現(xiàn)了不同程度的產(chǎn)水現(xiàn)象，制約了單井產(chǎn)量的提高和氣藏規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大，已經(jīng)影響到該區(qū)上古生界天然氣的勘探[1～2]。

　　1 氣層含水特征分析

　　1.1 出水井特征

　　如圖1所示，研究區(qū)內(nèi)蘇173井盒8段氣層1和氣層2射孔段分別為3612.0～3614.0m、3642.0～3644.0m，兩段分壓合求，試氣獲井口產(chǎn)量1.8838×104m3/d，產(chǎn)水13.0m3/d。研究區(qū)試氣出水井基本都呈現(xiàn)出高阻的特征，給測(cè)井識(shí)別氣、水層帶來了很大網(wǎng)難。

　　1.2 地層水的形成機(jī)理

　　研究區(qū)儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，儲(chǔ)層產(chǎn)水與儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)關(guān)系密切。二疊系盒8段、山1段低滲透砂巖氣藏為高壓充注成藏，成藏后氣、水分布主要受儲(chǔ)層毛細(xì)管力與氣體向上浮力的共同控制(圖2)，下面用數(shù)學(xué)方法計(jì)算研究區(qū)儲(chǔ)層毛細(xì)管力(pcR)、天然氣向上浮力(pgr)。儲(chǔ)層毛細(xì)管力為：

　　pcR=2σgwcosθgw/r (1)

　　式中σgw為氣水兩相界面張力，研究區(qū)在地層條件(30MPa、110℃)下取25mN/m;θgw為潤濕接觸角，由于水是完全潤濕流體，天然氣為強(qiáng)非潤濕相，取值為0°;r為孔喉半徑，研究區(qū)取值0.05～0.6μm。

　　根據(jù)式(1)計(jì)算研究區(qū)地層條件下儲(chǔ)層毛細(xì)管力主要分布在0.15～2.0MPa之間。

　　天然氣向上浮力(圖2-b)在儲(chǔ)層中的大小與氣柱連續(xù)高度和氣、水密度差成正比。計(jì)算公式如下：

　　pgr=H(ρw-pg)g (2)

　　式中H為氣藏高度，m;ρw為地層條件下地層水密度，研究區(qū)取值為0.96×103kg/m3;鳳為地層條件下氣體密度，研究區(qū)取值為0.16×103kg/m3。

　　研究區(qū)區(qū)域構(gòu)造平緩，通過對(duì)大量盒8段、山1段氣藏剖面統(tǒng)計(jì)，滲透性好、橫向連通好的氣層連續(xù)高度主要分布在10～35m，一般不超過40m。根據(jù)上述公式計(jì)算得研究區(qū)盒8段、山1段氣藏天然氣向上浮力介于0.08～0.28MPa。

　　上述計(jì)算結(jié)果對(duì)比表明，對(duì)于研究區(qū)含水儲(chǔ)層，氣體向上浮力(0.08～0.28MPa)難以有效地克服儲(chǔ)層毛細(xì)管阻力(0.15～2.0MPa)(圖3);研究區(qū)地層水的分布受毛細(xì)管力影響較大，不同物性及孔隙結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)層，成藏后氣、水在縱向上分布各異。

　　1.3 地層水賦存狀態(tài)分類

　　1.3.1 儲(chǔ)層微孔隙發(fā)育造成的高束縛水

　　這類儲(chǔ)層主要是由于巖石細(xì)粒成分(粉砂)增多和(或)黏土礦物的充填富集，導(dǎo)致微孔隙十分發(fā)育。而微孔隙發(fā)育，導(dǎo)致地層水易吸附于巖石顆粒表面或儲(chǔ)層微細(xì)毛細(xì)管中，形成高束縛水儲(chǔ)層，束縛水在原始地層狀態(tài)下難于流動(dòng)，僅在壓裂改造后產(chǎn)出少量水。這類儲(chǔ)層在測(cè)井曲線上主要表現(xiàn)出自然伽馬值較高(一般大于40API)，中高聲波時(shí)差(220～250μs/m)、中低電阻率(20～50Ω·m)的特征，無明顯的水層測(cè)井響應(yīng)特點(diǎn)，儲(chǔ)層物性較差。研究區(qū)蘇69井山1段氣層視電阻率為54Ω·m，聲波時(shí)差為229.8μs/m，平均分析孔隙度為8.70%，平均分析滲透率為0.23mD。從壓汞曲線上也可以發(fā)現(xiàn)，排驅(qū)壓力值高，SHg0.1僅為16%，說明該層段僅發(fā)育中小孔隙，物性較差。壓裂改造后，試氣獲井口產(chǎn)量3.228 6×104m3/d，產(chǎn)水4.5m3/d，出水即為儲(chǔ)層壓裂改造后，束縛水得以解放所致。

　　1.3.2 儲(chǔ)層非均值性造成的層間水

　　這類地層水存在于非均質(zhì)性較強(qiáng)儲(chǔ)層的毛細(xì)管中，主要受毛細(xì)管力控制，重力作用影響小，主要發(fā)育存河道側(cè)翼或主河道沉積旋回頂面顆粒變細(xì)層段。這類儲(chǔ)層在測(cè)井曲線上表現(xiàn)出電阻率曲線縱向呈現(xiàn)韻律式變化，氣水分異不明顯，無明顯的氣水界面。研究區(qū)蘇170井盒8段氣水層視電阻率為82.53Ω·m，聲波時(shí)差為211.16μs/m，按照一般認(rèn)識(shí)應(yīng)該為較好的氣層，但試氣獲井口產(chǎn)量1.590 ×104m3/d，產(chǎn)水11.1m3/d。從測(cè)井曲線分析出水原因，發(fā)現(xiàn)在氣水層段電阻率值降低時(shí)，巖心分析物性也明顯變差，而且從壓汞曲線上也可以看到，分析物性變差的儲(chǔ)層段進(jìn)汞飽和度低，孔喉分選較差;分析物性較好的儲(chǔ)層段進(jìn)汞飽和度高，孔隙結(jié)構(gòu)也較好，在孔隙結(jié)構(gòu)差的儲(chǔ)層段由于儲(chǔ)層毛細(xì)管力的作用，地層水滯留于其中，導(dǎo)致壓裂改造后儲(chǔ)層出水。

　　1.3.3 氣藏充注程度不足形成的局部滯留水

　　這類地層水是在低幅度構(gòu)造和低滲透背景條件下，對(duì)局部孔隙結(jié)構(gòu)、物性較好的儲(chǔ)層，受成藏條件或成藏后構(gòu)造弱分異作用控制，殘留于儲(chǔ)層或砂體底部的水，主要分布于主河道構(gòu)造下傾部位或者周圍致密層圈閉的孤島透鏡狀滲透性砂體中，從測(cè)井曲線上看電性參數(shù)有明顯的水層特征。研究區(qū)蘇63井盒8段氣層呈現(xiàn)出高阻、高時(shí)差特征，而且分析物性好，壓汞曲線顯示該段排驅(qū)壓力低，進(jìn)汞飽和度高，孔隙結(jié)構(gòu)好，儲(chǔ)層底部電阻明顯降低，三孔隙度曲線也顯示物性明顯變差，出現(xiàn)水層特征，地層水由于重力分異作用，存在于儲(chǔ)層底部，該井試氣獲井口產(chǎn)量1.595 7×104m3/d，產(chǎn)水30.0m3/d。

　　2 測(cè)井識(shí)別方法

　　2.1 高分辨率感應(yīng)-側(cè)向聯(lián)合識(shí)別氣水層

　　由于側(cè)向和感應(yīng)測(cè)井測(cè)量原理不同，淡水鉆井液侵入水層、氣層后對(duì)其影響有很大不同。雙側(cè)向測(cè)井的測(cè)井值主要取決于儲(chǔ)集層高電阻率部分的貢獻(xiàn);而感應(yīng)測(cè)井的測(cè)井值主要取決于儲(chǔ)集層低電阻率部分的貢獻(xiàn)[3～4]。淡水鉆井液侵入水層時(shí)，侵入帶內(nèi)形成高侵電阻率剖面，由于側(cè)向測(cè)井受侵入帶高阻部分影響大，測(cè)量值明顯比實(shí)際值成倍增高，鉆井液愈淡、側(cè)向測(cè)井測(cè)量值愈高。而感應(yīng)測(cè)井也反映高侵，但深感應(yīng)測(cè)井受高侵侵入帶的影響相對(duì)較小，測(cè)量值增幅不大(與雙側(cè)向測(cè)井相比)。因此，在淡水鉆井液條件下，對(duì)于水層，受侵入影響不同，側(cè)向測(cè)井值比感應(yīng)測(cè)井值升高更多，其比值(RILD/RLLD)應(yīng)大于氣層的二者比值。故可以用側(cè)向-感應(yīng)聯(lián)合解釋，以識(shí)別受鉆井液侵入影響的部分氣水層。據(jù)研究區(qū)感應(yīng)一側(cè)向聯(lián)測(cè)的試氣井資料制作側(cè)向-感應(yīng)聯(lián)合識(shí)別氣水層圖版(圖4)，在蘇128井二次精細(xì)解釋中應(yīng)用此圖版，其深感應(yīng)電阻率(M2RX)與深側(cè)向電阻率比值為0.64，深側(cè)向電阻率平均為25Ω·m，在圖版上位于含水區(qū)，復(fù)查解釋為氣水層，頂部射開試氣后獲井口產(chǎn)量1.0514×104m3/d，產(chǎn)水22.0m3/d，應(yīng)用取得良好效果。

　　2.2 聲波時(shí)差與電阻率交會(huì)圖版法

　　據(jù)研究區(qū)已試探井資料制作了聲波時(shí)差-一一深側(cè)向電阻率交會(huì)圖版(圖5)。依據(jù)阿爾奇公式，在圖版中作等飽和度曲線，從中可發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)氣層的含氣飽和度在60%以上，與地質(zhì)情況吻合，該圖版應(yīng)用于研究區(qū)探井測(cè)井解釋，符合率超過90%，應(yīng)用效果良好。

　　2.3 氣測(cè)綜合判識(shí)法

　　氣測(cè)作為一種地球化學(xué)錄井方法，通過在井口采集鉆井液氣樣作出含烴量分析，并將它與對(duì)應(yīng)的地層聯(lián)系起來進(jìn)行油氣層判別。如果儲(chǔ)層物性好，含氣飽和度高，儲(chǔ)層中的氣與鉆井液混合返至井口時(shí)，氣測(cè)錄井就會(huì)呈現(xiàn)出較好的氣顯示異常。因此，根據(jù)全烴曲線形態(tài)可以對(duì)儲(chǔ)層流體性質(zhì)做出初步的判斷。通過對(duì)比分析，總結(jié)出以下幾種類型的曲線形態(tài)，結(jié)合電性資料可以用于定性的氣水識(shí)別(圖6)。曲線形態(tài)包括：①飽滿形——全烴顯示厚度比儲(chǔ)層厚度大或基本相等，說明氣充滿了整個(gè)儲(chǔ)層，此形態(tài)最好，一般解釋為氣層;②欠飽滿形～全烴顯示厚度小于儲(chǔ)層厚度，儲(chǔ)層含氣不飽滿，上氣下水，解釋為氣水同層或差氣層;③倒三角形——曲線前沿陡，后沿緩慢回落，高點(diǎn)在上部，儲(chǔ)層頂部有少量游離氣，呈氣帽特征，解釋為氣層或含氣水層;④正三角形——曲線前沿緩慢爬升，后沿陡，高點(diǎn)在下部，水中溶解的氣欠飽和，頂部無游離氣，解釋為含氣水層或水層。

　　3 針對(duì)性的氣層改造措施

　　蘇里格地區(qū)砂體特征從平面上看儲(chǔ)層厚度、物性特征變化較大，非均質(zhì)性較強(qiáng)。從縱向上看：部分儲(chǔ)層含水，氣水關(guān)系復(fù)雜。針對(duì)此特點(diǎn)，結(jié)合試氣工藝方案的優(yōu)化，將蘇里格地區(qū)盒8段、山1段儲(chǔ)層按縱向砂體、氣層結(jié)構(gòu)的差異分成5類，分別提出了針對(duì)性的改造措施建議，以獲得更好的試氣效果(表1)。

　　4 結(jié)論

　　1) 氣源條件的差異和儲(chǔ)層非均質(zhì)性導(dǎo)致蘇里格氣田不同區(qū)帶儲(chǔ)層天然氣充注差異，氣水關(guān)系復(fù)雜，蘇里格地區(qū)地層水的分布受毛細(xì)管力影響較大，不同物性及孔隙結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)層，成藏后氣、水在縱向上分布各異。

　　2) 研究區(qū)儲(chǔ)層物性與孔隙結(jié)構(gòu)的不同導(dǎo)致地層水有明顯不同的賦存狀態(tài)，將其分為儲(chǔ)層微孔隙發(fā)育造成的高束縛水、儲(chǔ)層非均質(zhì)性造成的層間水與氣藏充注程度不足形成的局部滯留水。

　　3) 據(jù)研究區(qū)已試探井測(cè)井資料，重點(diǎn)研究了氣水識(shí)別技術(shù)，提出了3種測(cè)井氣水識(shí)別方法。

　　4) 結(jié)合試氣工藝方案的優(yōu)化，將蘇里格地區(qū)盒8段、山1段儲(chǔ)層按縱向砂體、氣層結(jié)構(gòu)的差異分成5類，并分別提出了針對(duì)性的改造措施建議。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 張厚福.石油地質(zhì)學(xué)[M].北京：石油工業(yè)出版社，1999.

　　[2] 《測(cè)井學(xué)》編寫組.測(cè)井學(xué)[M].北京：石油T業(yè)出版社，1998.

　　[3] 李長喜，李潮流，周燦燦，等.淡水鉆井液侵入對(duì)雙感應(yīng)和雙側(cè)向測(cè)井響應(yīng)的影響[J].石油勘探與開發(fā)，2007，34(5)：603-608.

　　[4] 譚廷棟.天然氣勘探中的測(cè)井技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社，1994.

　　(本文作者：石玉江1，2，3 楊小明1，2 張海濤1，2，3 劉天定1，2 1.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室;2.中國石油長慶油田公司;3.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系)