板876地下儲(chǔ)氣庫(kù)水砂體評(píng)價(jià)與擴(kuò)容利用?

謝 俊， 潘芝平， 王亞洲， 梁會(huì)珍， 王皆明， 王金凱

(1.山東科技大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266590； 2. 山東省高校深部礦產(chǎn)資源勘查開發(fā)地質(zhì)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266590；3. 中國(guó)石油華北油田分公司第四采油廠，河北 廊坊 065007； 4. 中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院，河北 廊坊 065007)

板876地下儲(chǔ)氣庫(kù)自2002年6月建成投入運(yùn)行后，經(jīng)歷了多輪的注采周期，但目前工作氣量規(guī)模僅1.15×108m3[1]，儲(chǔ)氣庫(kù)擴(kuò)容速度緩慢，遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)的工作氣規(guī)模。由于該儲(chǔ)氣庫(kù)地質(zhì)構(gòu)造的非均質(zhì)性、儲(chǔ)氣庫(kù)注采周期性及調(diào)峰氣量的變化、氣水界面周期性往復(fù)進(jìn)退等特點(diǎn)，產(chǎn)生氣侵、水體錐進(jìn)[2]，造成氣水非活塞指進(jìn)或舌進(jìn)現(xiàn)象，進(jìn)而形成水封氣或氣侵，使建庫(kù)后氣水運(yùn)動(dòng)規(guī)律復(fù)雜化，降低氣庫(kù)的擴(kuò)容效率[3-4]，如何提高氣庫(kù)庫(kù)容和注采氣能力，是板876地下儲(chǔ)氣庫(kù)現(xiàn)階段面臨的主要問題。

枯竭氣藏改建地下儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù)和流程非常完善，而地下含水層改建地下儲(chǔ)氣庫(kù)仍存在許多技術(shù)難題[5-7]，地下水體在儲(chǔ)氣庫(kù)注采過程中容易產(chǎn)生水侵現(xiàn)象，減少了儲(chǔ)氣庫(kù)的有效存儲(chǔ)空間[8]，國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)關(guān)于水砂體的研究主要集中在水體能量、水侵量、水體侵入后的相態(tài)變化等方面[9-10]，很少有文獻(xiàn)提及地下水層再利用的研究?？萁邭獠刂苓吋班徑倪吽?、底水層(水砂體)具有物性好、流動(dòng)性強(qiáng)、儲(chǔ)集空間大等特點(diǎn)[11-12]，可以作為地下儲(chǔ)氣庫(kù)的擴(kuò)容空間，開展水砂體評(píng)價(jià)工作有助于枯竭氣藏改建型地下儲(chǔ)氣庫(kù)的達(dá)容和擴(kuò)容，也對(duì)天然含水層改建地下儲(chǔ)氣庫(kù)具有指導(dǎo)意義。

1 儲(chǔ)氣庫(kù)地質(zhì)概況

板876地下儲(chǔ)氣庫(kù)由開采枯竭的板876氣藏改建而來，位于板橋油氣田板南中部，大張坨斷層上升盤[13]。含氣層位為下第三系沙一段下部板II油組1小層，包括3個(gè)單砂體(板2-1-1、板2-1-2、板2-1-3砂體)。該氣藏為一背斜，處于一四周由斷層封閉的斷塊內(nèi)，斷塊面積8.5 km2。含氣面積2.9 km2(見圖1)，天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量5.36×108m3，凝析油地質(zhì)儲(chǔ)量13.2×104t。板876氣藏表現(xiàn)出辮狀三角洲沉積特征，河道分支多且遷移頻繁，水下分流河道沉積構(gòu)成了沙一段板II油組的骨架砂體，河口砂壩則不發(fā)育或者規(guī)模小。

1998年4月板876氣藏天然氣可采儲(chǔ)量采出程度99.95%，氣水界面由2 244 m上升到-2 210 m(見圖1)，氣藏枯竭，從而改建地下儲(chǔ)氣庫(kù)，板876地下儲(chǔ)氣庫(kù)2002年6月建成并投入運(yùn)行，目前已經(jīng)歷了16個(gè)注采運(yùn)行周期，注采實(shí)際工作氣量?jī)H維持在1.15×108m3左右，儲(chǔ)氣庫(kù)庫(kù)容量為(3.0～3.2)×108m3。

2 不同沉積相帶水砂體可利用空間評(píng)價(jià)

板876氣藏板II油組發(fā)育辮狀三角洲沉積，由辮狀河道入湖所形成的三角洲沉積體，是沿?cái)嘞菖璧鼐徠聨Ф梯S方向所發(fā)育的細(xì)粒三角洲，三角洲沉積的最大厚度位于坡折帶附近，沉積主體為三角洲前緣沉積，其主要沉積微相有辮狀河道、河口砂壩、席狀砂和分流間灣等。

(A：大港儲(chǔ)氣庫(kù)群位置圖；B：板876儲(chǔ)氣庫(kù)構(gòu)造圖；C：板876沉積微相與氣水界面變化疊加圖。A：The location map of Dagang gas storage group；B：The structural map of ban 876 gas storage；C：The superposition diagram of deposition microfacies and gas-water interface changes in plate 876.)

圖1 板876地下儲(chǔ)氣庫(kù)位置示意圖及氣水界面變化對(duì)比圖
Fig.1 The schematic diagram and comparison diagram of gas-water interface changes of the Ban 876 underground gas storage

辨狀河道和河口壩的砂體好，可以利用，席狀砂的砂體較差，在氣藏邊部水淹和儲(chǔ)氣庫(kù)沿主河道布井情況下，利用率小，因此不再考慮席狀砂內(nèi)的氣體孔隙體積。辨狀河道的物性好，砂體分布范圍廣，厚度大，連通性好，孔隙度大，喉道相對(duì)較粗，氣驅(qū)水利用率高，有利于氣體的運(yùn)移[14]，考慮束縛水后，選取的孔隙體積利用率為100%；相比辨狀河道，河口壩的物性較差、砂體分布范圍小、粒度小、厚度薄、孔隙度小、喉道細(xì)，因此，孔隙體積利用率較低，根據(jù)室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果可按50%計(jì)算[15]。從沉積相分析，氣砂體有效孔隙體積141.7×104m3，而氣砂體的總孔隙體積為195×104m3，因此，總的氣砂體利用率為73%。

可利用孔隙空間的計(jì)算一般依據(jù)容積法，但由于不同沉積相帶的孔隙差異較大，需要借助精細(xì)的三維地質(zhì)模型，對(duì)不同沉積相帶單個(gè)網(wǎng)格孔隙體積計(jì)算后累加，計(jì)算了原始狀態(tài)下不同沉積微相控制下的水砂體、氣砂體孔隙體積(見表1，2)。從沉積微相來分析水砂體，研究區(qū)內(nèi)辨狀河道、河口砂壩和席狀砂的水體孔隙體積與有效氣孔隙體積的比值分別為0.76，1.7，7.27，與席狀砂相比，河道與河口壩的水體規(guī)模較弱，但二者的物性好，砂體厚度大，屬水體相對(duì)發(fā)育區(qū)，以板2-1-1砂體為例，水砂體相對(duì)發(fā)育區(qū)的孔隙體積為107×104m3，而兩個(gè)不發(fā)育區(qū)的水體孔隙體積為72×104m3，板2-1-2和板2-1-3砂體內(nèi)的河道和河口壩的水體能量較強(qiáng)，因此水砂體相對(duì)發(fā)育區(qū)可作為可擴(kuò)容區(qū)域。圖2為研究區(qū)板II油組主要含氣層1小層3個(gè)單砂體在沉積微相內(nèi)的水體相對(duì)發(fā)育區(qū)和不發(fā)育區(qū)分布圖，圖3顯示了原始?xì)獠貭顟B(tài)下不同單砂體和不同微相下控制的水砂體孔隙體積。

圖2 不同小層沉積微相控制下的水砂體相對(duì)發(fā)育分布圖Fig.2 The distribution diagram of water-sand bodies in the different microfacies small layers

圖3 原始?xì)獠貭顟B(tài)下水砂體所占的孔隙體積Fig.3 The pore volume of water-sand bodies in the original reservoir

表1 原始狀態(tài)下不同沉積微相控制下的氣砂體規(guī)模Table 1 The size of gas-sand body in different sedimentary microfacies in the original state

Note：①Bian shape channel;②Estuary dam;③Sand sheet;④Total.

表2 原始狀態(tài)下不同沉積微相控制下的水砂體規(guī)模Table 2 The size of water-sand body in different sedimentary microfacies in the original state

Note：①Bian shape channel；②Estuary dam；③Sand sheet；④Total.

表3 原始狀態(tài)下沉積微相中可擴(kuò)容的體積Table 3 The expanding volume of a sedimentary microfacies in its original state

Note：①Bian shape channel；②Estuary dam；③Sand sheet；④Total.

3 可擴(kuò)容規(guī)模估算

由沉積微相水砂體評(píng)價(jià)可知，研究區(qū)的水體相對(duì)發(fā)育，如果仍按氣砂體評(píng)價(jià)的砂體利用率來計(jì)算，從沉積微相考慮，水體相對(duì)發(fā)育區(qū)為辨狀河道和河口砂壩，能利用的水砂體孔隙體積分別為84×104，54×104m3，以含氣飽和度為30%計(jì)算，則最終可以利用的孔隙體積分別為25.2×104，16.2×104m3，按照標(biāo)準(zhǔn)氣態(tài)方程計(jì)算地面氣體儲(chǔ)氣量分別為0.52×108，0.34×108m3，即總的可擴(kuò)容量為0.86×108m3(見表3)。

水砂體中可擴(kuò)容體積為41.4×104m3，在原始?jí)毫ο?，擴(kuò)容量為0.86×108m3，氣水界面以上可利用的氣砂體地面標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)氣量為(3～3.2)×108m3，水砂體中可擴(kuò)容量為0.86×108m3，最終可達(dá)到的地質(zhì)儲(chǔ)量分布在(3.86～4.08)×108m3范圍內(nèi)，由于砂體內(nèi)的細(xì)喉道，在原始?jí)毫ο?，氣體很難占據(jù)這些孔隙，因此，只有當(dāng)水砂體的孔隙體積被充分利用之后，儲(chǔ)氣庫(kù)的庫(kù)容量方可達(dá)到最大。

4 數(shù)值模擬驗(yàn)證

在組分延伸與相態(tài)特征研究的基礎(chǔ)上，對(duì)等容衰竭過程中的地層反凝析液量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析[16-17]，并擬合原始凝析氣的初始生產(chǎn)氣油比、液相密度及氣相密度，對(duì)板876凝析氣藏根據(jù)沉積微相差異進(jìn)行流體分區(qū)，共劃分了三個(gè)不同的相對(duì)滲透率區(qū)域，進(jìn)行氣藏?cái)?shù)值模擬研究。

由于邊水的存在，氣藏開發(fā)過程中隨著氣藏內(nèi)部壓力的不斷下降，氣水過渡帶區(qū)域有比較明顯的水侵。河道砂體的物性相對(duì)較好，氣體的流動(dòng)速度快，壓降程度高，會(huì)形成比較明顯的壓差，水侵比較嚴(yán)重，而河口壩砂體和席狀砂的物性條件差，砂體厚度薄，滲流阻力大，其在平面上的水侵不明顯，該結(jié)論與數(shù)值模擬結(jié)果吻合(見圖4)。

圖4 板876凝析氣藏B2-1-3砂體含水飽和度對(duì)比圖Fig.4 The comparison diagram of water saturation of the sand body B2-1-3 in the Ban 876 condensate gas reservoir

受儲(chǔ)層物性條件和井網(wǎng)控制程度的影響，氣體的擴(kuò)散和收縮主要集中在主流線方向上，注氣過程氣體在主流線附近氣體向水域擴(kuò)展程度明顯，采氣過程中水侵的程度也相對(duì)較大，單周期統(tǒng)計(jì)水侵量約為31×104m3左右，主流線水域擴(kuò)展區(qū)寬度約350 m(見圖5)。

圖5 板876儲(chǔ)氣庫(kù)過渡帶井網(wǎng)布局與砂體動(dòng)用程度圖Fig.5 The diagram of well pattern layout and sand production degree in the transition zone of the Ban 876 underground gas storage

本次模擬中，氣藏?zé)N類孔隙體積為193×104m3，計(jì)算得到水體體積為386.83×104m3，以此得出水體體積為含氣體積的2倍，這與氣藏開采過程中邊水供給能量較弱、地層壓力下降較快相一致。

5 結(jié)論

(1)通過對(duì)水砂體的描述和評(píng)價(jià)，可利用水砂體擴(kuò)容量為(0.86～0.88)×108m3，因此，板876地下儲(chǔ)氣庫(kù)最終可達(dá)到的庫(kù)容量為(3.86～4.08)×108m3。

(2)板876地下儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)表明：枯竭氣藏周邊及鄰近的邊水、底水層(水砂體)具有物性好、流動(dòng)性強(qiáng)、儲(chǔ)集空間大等特點(diǎn)，可以作為地下儲(chǔ)氣庫(kù)的擴(kuò)容空間，對(duì)其它類似儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)具有指導(dǎo)作用。