子洲氣田山2致密砂巖氣藏水體分布及影響因素

楊國平 喬亞斌 石磊 周文 高哲 田國勇 王泓波

（1.中國石油長慶油田分公司第二采氣廠，陜西 榆林 719000；2.“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國家重點實驗室·成都理工大學，四川 成都 610059）

子洲氣田山2致密砂巖氣藏水體分布及影響因素

楊國平1喬亞斌1石磊1周文2高哲1田國勇1王泓波1

（1.中國石油長慶油田分公司第二采氣廠，陜西 榆林 719000；2.“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國家重點實驗室·成都理工大學，四川 成都 610059）

子洲氣田山2致密砂巖氣藏氣水分布復雜，氣井產(chǎn)出的地層水按不同來源類型可劃分為邊（底）水、氣層殘留地層水、透鏡體水3種，利用試氣、測井和生產(chǎn)動態(tài)等資料對子洲氣田生產(chǎn)井出水類型及機理進行研究，深入分析了其成因及識別特征。結(jié)合地質(zhì)背景分析認為，作為典型的巖性氣藏，子洲氣田山2氣藏水體分布主要受砂體分布、構(gòu)造、儲層物性變化和天然氣運移成藏過程等因素影響，宏觀上存在3大類氣水分布模式。在地層水類型和水體分布模式研究的基礎上，對子洲氣田各類水體的縱、橫向分布特征進行了描述。

鄂爾多斯盆地 子洲氣田 山2氣藏 地層水 影響因素 分布模式

0 引言

致密砂巖儲層具有巖性致密、圈閉幅度低、氣藏壓力系數(shù)低、自然產(chǎn)能低等典型特征，是一種具有巨大潛在資源量的非常規(guī)天然氣藏［1-2］。隨著致密砂巖氣藏勘探開發(fā)逐步深入，國內(nèi)外眾多學者在致密砂巖氣藏領域進行了大量研究［3-4］，其中氣水分布關系的研究是致密砂巖氣藏研究的基礎及難點，目前，在深盆氣藏氣水分布關系方面研究得較為深入，在是否存在氣水倒置現(xiàn)象等方面具有很大爭議［5］，但針對致密砂巖氣藏研究的相關文獻相對較少，其氣水分布規(guī)律也較為復雜［6］。筆者以子洲氣田山2氣藏為例，根據(jù)測井、試氣與生產(chǎn)動態(tài)等資料，在地層水成因及其識別特征研究的基礎上，結(jié)合地質(zhì)背景，分析了影響地層水分布的主要因素，并指出了氣水分布模式以及氣水分布特征。

1 地質(zhì)概況

子洲氣田是近年新發(fā)現(xiàn)并基本探明的天然整裝氣田，氣田的西北端與已投入開發(fā)多年的榆林氣田接壤，北部與已初步探明的米脂氣田疊置，區(qū)域構(gòu)造位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡東部，氣田整體呈南北向展布［7-8］。目前，子洲氣田已在盒8、山1和山2段發(fā)現(xiàn)多個氣藏，其中山2段儲層是上古生界最有利的開發(fā)層段。據(jù)前人及前期研究，子洲氣田下二疊統(tǒng)山西組山2段為三角洲平原、前緣亞相的沉積物，主要巖性為灰白色石英砂巖、灰色中粗粒巖屑石英砂巖及深灰色含泥中—粗粒巖屑砂巖、砂礫巖、灰黑色泥巖和黑色煤層等［9］。山2儲層孔隙度為0.24%～10.35%，平均孔隙度為4.94%；滲透率為0.0043～87.8mD，平均為0.78mD。儲集層物性總體具低孔、低滲特征，其中孔、滲相對高值區(qū)段一般分布在水下分流河道砂體。

2 氣井產(chǎn)水類型

根據(jù)測井解釋、試氣成果、生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及礦化度、陽離子、陰離子、pH值等水化學特征數(shù)據(jù)（表1），結(jié)合前人研究成果［10］，將子洲氣田生產(chǎn)井的產(chǎn)水類型主要劃分為以下3類。

1）地層水：是指儲層段存在的游離態(tài)水，因生產(chǎn)壓差從儲層流入井筒，并最終產(chǎn)出地面的水，其礦化度相對較高。本次研究以地層水為主。

表1 子洲氣田山2地層各類水離子含量統(tǒng)計表

2）凝析水：是指天然氣自儲層流向井筒，然后在流出井口的過程中，因溫度和壓力不斷下降，水蒸氣不斷從天然氣中凝析而成的液態(tài)水。

3）殘留壓裂液：是指各生產(chǎn)井在投產(chǎn)之前進行壓裂施工后殘留于地層中的部分壓裂液。殘留壓裂液一般在氣井投產(chǎn)后較短一段時間內(nèi)產(chǎn)出，隨著氣井生產(chǎn)的延續(xù)，地層中壓裂殘液逐漸產(chǎn)完。

3 地層水的成因及特征

按照地層水在地下的賦存狀態(tài)，將地層水又分成了3個亞類：邊（底）水、氣層殘留地層水、透鏡體水［11］，其中透鏡體水又分為致密透鏡體水與孤立透鏡體水兩種類型（圖1）。

圖1 不同類型地層水形成機理示意圖

1）邊（底）水。此類水體主要存在于儲集層構(gòu)造的低部位，與上部氣層呈邊底水接觸關系。在測井曲線上呈明顯水層特征，表現(xiàn)為低自然伽馬、高聲波時差、低電阻特征（表2），一般分布于富水區(qū)之中或邊緣，其產(chǎn)層的含水飽和度較高，屬高礦化度的地層水型。

表2 子洲氣田地層水產(chǎn)狀分類及綜合描述表

2）透鏡體水。一種是致密透鏡體水，由于致密砂體呈透鏡狀分布于儲層中，因天然氣充注能量不足，造成細孔喉、差儲層中的地層水不能被驅(qū)替，從而形成致密透鏡體水，這類水層物性較差，其測井特征類似于干層，氣井的產(chǎn)水量較小；另一種是有一部分物性較好的砂巖，由于受泥巖等非滲透層的遮擋作用，在成藏過程中沒有氣驅(qū)替砂巖中的地層水，可形成孤立透鏡體水。其測井曲線特征呈現(xiàn)為物性較好的含水砂層，因孤立透鏡體水的總量有限，其鉆遇井初期日產(chǎn)水量大，下降迅速。

3）氣層殘留地層水。是指天然氣運移進入儲層聚集成藏時，因為排水強度不夠殘留在氣層中的地層水。含氣飽和度較高是其典型特征，在測井曲線上，其不存在明顯水層的信息，屬淡化地層水。

根據(jù)水化學特征、測井解釋和試氣資料的統(tǒng)計，子洲氣田山2氣藏各類地層水識別特征的綜合描述如表2所示。

4 地層水分布影響因素分析

影響子洲氣田氣水層分布的因素主要有砂體的分布、構(gòu)造、儲層物性變化以及天然氣運移成藏過程。

1）砂體分布形式是基礎。儲集砂體的展布是控制氣水分布的主要因素，在物性好的區(qū)域及砂體發(fā)育的層段，水層或氣層的產(chǎn)能較大，水富集區(qū)發(fā)育于砂體彎曲、尖滅等地帶［12］。

2）構(gòu)造對氣水分布的影響。宏觀巖性背景下的構(gòu)造起伏對氣水分布有較大的影響［13］。構(gòu)造相對低部位是主要富水區(qū)的分布區(qū)，在相對獨立的含氣區(qū)中，微構(gòu)造的相對低部位也是常見水體分布區(qū)，氣水關系是常規(guī)的“邊（底）水”模式。

3）儲層物性變化是重要條件。在類似成藏條件下，天然氣運移進入儲層的排水程度直接受儲層物性好壞的影響，進而影響其可動水量。在相同排烴強度條件下，因差儲層的毛細管阻力較大，致使天然氣的充注程度較低，造成含水飽和度較高，是致密透鏡體水形成的主要原因［14］。此外，由于儲層非均質(zhì)性強導致氣水關系復雜，可以形成多個相對獨立的氣水系統(tǒng)，這是形成孤立透鏡體水的主要原因之一。

4）天然氣運移成藏過程與氣水分布。鄂爾多斯盆地上古生界層位穩(wěn)定，沒有明顯的生烴中心，屬于“廣覆式”生烴，其主力烴源層為太原組、本溪及山2段，主要生烴期為燕山期［15］。天然氣生成后沿過剩壓力梯度降低較快的方向向相鄰儲集層、疏導層運移，天然氣在儲層的二次運移，除早期的剩余壓力外，中后期以浮力和天然氣膨脹力為主。烴源巖與山2段儲層相鄰，其中山23段砂層及儲層發(fā)育，天然氣優(yōu)先進入山23段，然后經(jīng)裂縫等運移通道向上至山22、山12段儲層，造成山2段上部氣層少，“孤立”砂巖透鏡體因無天然氣運移通道連通常形成孤立透鏡體水，物性較差的砂層儲集致密透鏡體水。

5 地層水分布模式

依據(jù)各類地層水的識別特征及對水體的解剖，結(jié)合砂體分布、構(gòu)造、儲層物性變化和天然氣運移成藏過程與氣水分布的關系，歸納出子洲山2段地層的3種理論氣水分布模式（圖2）。

圖2 子洲山2地層氣水分布理論模式圖

1）邊（底）水體。一類為西南部較大的邊（底）水體（Ⅰ型），范圍相對較大，受構(gòu)造特征和砂體形態(tài)限制，這些水體能量較強，若射孔可大量產(chǎn)水，主要分布于山西組下部的山23段的構(gòu)造低部位。另一類為較小的局部邊（底）水體（Ⅱ型），為零散分布的僅受砂頂微構(gòu)造控制的小范圍邊底水，存在于微構(gòu)造的低部位，發(fā)育于砂體彎曲、尖滅等地帶，受致密帶的遮擋作用出現(xiàn)相對富水區(qū)，水體能量小，主要分布在山23段的東北部。

2）透鏡狀水體。透鏡狀水體主要存在于山22、山21段，砂體往往物性較好，在成藏過程中，由于周圍存在的泥巖層或致密砂巖層分隔，氣未能運移進入儲層，含水砂體一般延伸范圍有限，以局部單個小水體形式存在，水體能量小，又可分為孤立的砂巖“透鏡體”水體（Ⅲ型，也即孤立透鏡體水）和砂巖中的“透鏡狀”儲層含水體（Ⅳ型，也即致密透鏡體水）兩種類型。

3）氣層殘留地層水（Ⅴ型）。其測井曲線特征為低自然伽馬、高電阻率，含氣飽和度較高，分布在氣層之中，水體能量小，在生產(chǎn)過程中單井產(chǎn)水量略高于凝析水量，隨生產(chǎn)不斷進行，此類井產(chǎn)水量會越來越少，對生產(chǎn)影響小，主要分布于山23段主力產(chǎn)氣層中。

6 氣水分布特征

6.1 縱向展布特征

子洲地區(qū)的地層由西向東逐漸抬升，而南北走向的地層較為平緩，通過剖面圖（圖3）可以大致看出：山23段的砂體較為發(fā)育，且物性也相對較好，氣、水層主要分布在山23層內(nèi)，干層主要分布在山22和山21段；同一砂體內(nèi)的氣和水遵循“上部為氣，下部為水”的原則，不存在“上水下氣”的氣水倒置現(xiàn)象；山23段以較大的邊（底）水、較小的局部邊（底）水、砂巖中的“透鏡狀”含水體為主，山22、山21段則以透鏡體水為主，偶見較小范圍的局部邊（底）水。

6.2 平面分布特征

子洲氣田山23段砂體較為發(fā)育，水體主要分布在西部與南部地區(qū)，相對較大水體主要以局部邊（底）水形式存在，各分流河道砂體局部邊（底）水相互獨立，不存在統(tǒng)一的氣水界面；在東北部構(gòu)造相對低部位，由于砂體彎曲、尖滅地帶的遮擋作用，出現(xiàn)延伸范圍相對較小的富水區(qū)；在北部、中部的主產(chǎn)氣區(qū)，只有少量水存在，主要以各類“透鏡體”水為主（圖4）。山22、山21段儲集砂體厚度小，分布不穩(wěn)定，儲層非均質(zhì)性較強，總體上表現(xiàn)為砂體中局部有效儲集體內(nèi)低部位存在的小水體及“透鏡狀”水體。

圖3 Y40-Y63-Y64-Z39-25-Y80-Z35-28連井剖面圖

圖4 子洲氣田山23段水體平面展布圖

7 結(jié)論

1）子洲氣田地層水類型主要有3種：邊（底）水、透鏡體水、氣層殘留地層水，其中透鏡體水又分為致密透鏡體水和孤立透鏡體水兩種類型。

2）子洲氣田氣水分布復雜，這跟其位于三角洲前緣、物性更差、砂體連通差有關，影響氣水層分布的因素主要有砂體分布、構(gòu)造、儲層物性變化以及天然氣運移成藏過程。

3）子洲氣田山2段地層存在三大類五小類理論氣水分布模式，即西南部較大的邊（底）水體、較小的局部邊（底）水體、孤立透鏡體水、致密透鏡體水、氣層殘留地層水。

［1］王金琪.中國大型致密砂巖含氣區(qū)展望［J］.天然氣工業(yè)，2000，20（1）：10-16.

［2］Spencer C W.Geologic aspects of tight gas reservoirs in the Rocky mountain region［J］.Journal of Petroleum Technology，1985，37（8）：1308-1314.

［3］董曉霞，梅廉夫，全永旺，等.致密砂巖氣藏的類型和勘探前景［J］.天然氣地球科學，2007，28（3）：351-355.

［4］Spencer CW. Review of characteristics of low permeabil?ity gas reservoirs in Western United States［J］. AAPG Bulletin，1989，73（5）：613-629.

［5］葉軍.再議四川盆地西部坳陷深盆氣［J］.石油實驗地質(zhì)，2008，30（2）：109-114.

［6］姜福杰，龐雄奇，姜振學，等.致密砂巖氣藏成藏過程的物理模擬實驗［J］.地質(zhì)論評，2007，53（6）：844-849.

［7］曾大乾，李淑貞.中國低滲透砂巖儲層類型及地質(zhì)特征［J］.石油學報，1994，15（1）：38-45.

［8］龐軍剛，李文厚，趙靖舟，等.子洲地區(qū)山西組及盒8段有利砂體成因探討［J］.西北大學學報，2007，37（4）：636-641.

［9］龐軍剛，李文厚，楊友運，等.鄂爾多斯盆地子洲地區(qū)上古生界沉積體系特征［J］.天然氣工業(yè)，2007，27（12）：58-61.

［10］黃東杰，楊宇，伊向藝，等.子洲氣田山2單井出水機理研究［J］.新疆石油天然氣，2010，6（3）：46-54.

［11］楊宇，周文，楊勇，等.子洲氣田山2氣藏氣井產(chǎn)水成因研究［J］.新疆石油地質(zhì)，2010，28（2）：197-199.

［12］位云生，邵輝，賈愛林，等.低滲透高含水飽和度砂巖氣藏氣水分布模式及主控因素研究［J］.天然氣地球科學，2009，20（5）：822-826.

［13］王曉梅，趙靖舟，劉新社.蘇里格氣田西區(qū)致密砂巖儲層地層水分布特征［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2012，33（5）：802-809.

［14］代金友，李建霆，王寶剛，等.蘇里格氣田西區(qū)氣水分布規(guī)律及其形成機理［J］.石油勘探與開發(fā)，2012，39（3）：524-529.

［15］楊華，付金華，魏新善，等.鄂爾多斯盆地天然氣成藏特征［J］.天然氣工業(yè)，2005，25（4）：5-8.

（編輯：盧櫟羽）

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2095-1132（2014）04-0021-04

10.3969／j.issn.2095-1132.2014.04.006

修訂回稿日期：2014－07－22

國家科技重大專項“鄂爾多斯盆地大型巖性地層油氣藏勘探開發(fā)示范工程”（2008ZX05044）部分成果。

楊國平（1985－），碩士，助理工程師，從事油氣田開發(fā)技術研究工作。E-mail：ygping1_cq@petrochina.com.cn。