海上低滲氣藏流體飽和度場建立新方法

田 彬，金 璨，王健偉，李久娣，趙天沛，盛志超，李可維

（1.中國石化上海海洋油氣分公司勘探開發(fā)研究院，上海 200120；2.中國石化上海海洋油氣分公司油田開發(fā)管理部，上海 200120）

隨著我國海上油氣資源勘探開發(fā)的逐步深入，一些低滲氣藏也陸續(xù)投入開發(fā)。與常規(guī)的中高滲氣藏不同，部分低滲氣藏、特別是低幅度構(gòu)造低滲氣藏在投產(chǎn)初期即見水，缺乏無水采氣期［1］。針對上述現(xiàn)象，目前已有的研究表明:烴源巖、儲層物性、儲層非均質(zhì)性及構(gòu)造特征等因素是造成儲層氣水分布關(guān)系復(fù)雜的主控因素［2］，而氣水分布關(guān)系又直接影響后續(xù)氣田開發(fā)方案的設(shè)計。因此，明確儲層的氣水分布關(guān)系，準(zhǔn)確刻畫儲層內(nèi)流體的空間分布狀況對低滲氣藏的高效開發(fā)具有重要意義。

目前預(yù)測流體飽和度空間分布的主要方法包括地震正演模擬及AVO 交會分析法［3］、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)儲層參數(shù)預(yù)測方法［4］、J 函數(shù)約束的飽和度計算方法［5-7］以及基于井點測井解釋飽和度的插值方法，其中以基于井點測井解釋飽和度的插值方法最為常用。然而，由于流體飽和度分布除了在一定程度上遵循地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)規(guī)律外，更與巖石的微觀孔隙結(jié)構(gòu)有關(guān)［8］，因此利用該方法建立的流體飽和度場往往很難真實地反映氣藏的氣水空間分布特征；特別是對于非均質(zhì)性較強的海上低滲氣田，由于井?dāng)?shù)較少、井點資料有限，利用井點插值建立的流體飽和度模型不確定性更大。因此，本文基于儲層巖石學(xué)特征、儲層物性及氣井產(chǎn)能等資料建立儲層分類標(biāo)準(zhǔn)，并在儲層分類成果的基礎(chǔ)上對不同類型儲層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征進行分析，求取每一類儲層的J函數(shù)，并利用J 函數(shù)約束，建立更為真實、準(zhǔn)確的流體飽和度場。

1 研究區(qū)概況

N氣田為我國某海域一大型洼中隆背斜構(gòu)造氣田，主力氣層H 層儲層物性相對較差，孔隙度3.3%～18.2%，平均值9.1%；滲透率（0.01 ～261）×10-3μm2，平均值8.6×10-3μm2。H層砂體厚度較大，縱向上由三個沉積旋回組成，每個旋回表現(xiàn)為正韻律特征，儲層物性由上至下逐漸變好（見圖1a、1b）；平面上，H層南、北部物性也存在明顯差異，統(tǒng)計H層滲透率變異系數(shù)1.8，突進系數(shù)24.6，級差26 100。綜上所述，N氣田H層為一非均質(zhì)性較強的低孔低滲儲層。周邊相似氣田的開發(fā)實踐表明，低滲儲層的含氣性受儲層物性影響較大，而儲層的非均質(zhì)性則會加劇氣水關(guān)系的復(fù)雜程度［9］。因此，有必要通過儲層分類對N 氣田H 層氣水空間分布進行精細刻畫，這對后續(xù)開發(fā)井井型的選擇及井位部署具有重要意義。

圖1 H層物性參數(shù)縱向分布

2 儲層分類評價

2.1 基于產(chǎn)能的儲層分類標(biāo)準(zhǔn)建立

目前一般使用“千米井深穩(wěn)定產(chǎn)量”作為劃分氣井產(chǎn)能高低的標(biāo)準(zhǔn)（見表1）:千米井深穩(wěn)定產(chǎn)量大于15×104m3/d 時定義為高產(chǎn)，（5～15）×104m3/d定義為中產(chǎn)，（1～5）×104m3/d 定義為低產(chǎn)，低于1×104m3/d定義為特低產(chǎn)，通過收集統(tǒng)計N氣田周邊眾多氣井的產(chǎn)能及物性數(shù)據(jù)資料，可以建立H 層基于產(chǎn)能的物性分類標(biāo)準(zhǔn):Ⅰ類儲層與Ⅱ類儲層的滲透率界線為15×10-3μm2，Ⅱ類儲層與Ⅲ類儲層的界線為4×10-3μm2，Ⅲ類儲層與Ⅳ類儲層的界線為1×10-3μm2。

表1 基于產(chǎn)能的儲層物性劃分標(biāo)準(zhǔn)

2.2 不同類型儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征分析

孔隙是被巖石顆粒包圍的較大儲集空間，是油氣的基本儲集空間；喉道則是兩個孔隙之間狹窄的連通部分，是流體滲流的重要通道［9］。基于鑄體薄片鑒定及巖心孔隙結(jié)構(gòu)特征分析，H 層孔隙類型以次生溶蝕孔隙為主（見圖2），其次是原生粒間孔、鑄 模孔，粒內(nèi)溶孔含量最少，局部發(fā)育少量微裂縫。

圖2 H層孔隙類型巖心薄片鑒定

在已有儲層分類成果的基礎(chǔ)上，綜合壓汞資料及巖心薄片資料對H 層不同類型儲層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征進行分析（見圖3）。統(tǒng)計結(jié)果表明:Ⅰ、Ⅱ類儲層巖性為中細砂巖，沉積微相主要為水下分流河道，平均孔隙度11.1%～13.6%，平均滲透率（7.1～64.3）×10-3μm2，主要為中低孔中滲—低孔低滲儲層；孔喉結(jié)構(gòu)相對較好，最大孔喉半徑9.8～11.2 μm，中值孔喉半徑1.4～3.6 μm，平均孔喉半徑3.6～5.9 μm，相應(yīng)的中值壓力為0.3～0.6 MPa，排驅(qū)壓力為0.04～0.10 MPa。Ⅲ、Ⅳ類儲層巖性為細砂巖和粉砂巖，沉積微相主要為水下分流河道和水下天然堤，平均孔隙度6.9%～9.4%，平均滲透率（0.2～1.1）×10-3μm2，屬于低孔低滲—特低孔特低滲儲層；孔喉結(jié)構(gòu)較差，最大孔喉半徑0.7～2.9 μm，中值孔喉半徑0.14～0.48 μm，平均孔喉半徑0.2～0.8 μm，對應(yīng)的中值壓力為1.9～12.6 MPa，排驅(qū)壓力為0.3～1.2 MPa。

圖3 不同類型儲層壓汞及退汞曲線

3 流體飽和度場建立

3.1 流體飽和度計算方法

低滲儲層中流體飽和度大小主要受儲層物性、構(gòu)造幅度以及巖石的微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征控制。對于海上氣田，特別是非均質(zhì)性較強的低滲氣田，由于井?dāng)?shù)較少，很難獲取儲層任意位置的毛管壓力曲線，因此有必要利用J 函數(shù)根據(jù)已有的壓汞資料求取不同位置的毛管壓力，并利用求取的毛細管壓力曲線結(jié)合儲層物性及構(gòu)造高度來計算流體飽和度（公式（1）～（4））。具體而言，根據(jù)儲層中任意一點的構(gòu)造高度，根據(jù)公式（3）可求得該點的毛管力數(shù)據(jù)，同時結(jié)合該點的孔隙度和滲透率數(shù)據(jù)利用公式（2）可計算出該點的J函數(shù)，并最終利用擬合得到的不同類型儲層的J函數(shù)（公式（1））和公式（4）計算出該點的含水飽和度Sw。

式中，J(Swn)為J 函數(shù)，無因次；pc為毛細管壓力，Pa；K為空氣滲透率，μm2；σ 為界面張力，mN/m；?為孔隙度，小數(shù)；H為氣柱高度，m；ρw、ρo分別為水和油的密度，kg/m3；g為重力加速度，9.8 m/s2；Sw為含水飽和度，小數(shù)；Swc為束縛水飽和度，小數(shù)；Swn為無因次含水飽和度，小數(shù)。

需要注意的是，J 函數(shù)是對毛管壓力曲線進行平均化的有效工具，但當(dāng)儲集層非均質(zhì)性較強時，每個巖樣的J 函數(shù)曲線形態(tài)不一，儲層的非均質(zhì)性越強，形態(tài)差別越大，這種情況下用一個J 函數(shù)擬合的流體飽和度與實際值相差較大，因此需要對不同類型儲層的毛管壓力數(shù)據(jù)資料分別回歸相應(yīng)的J函數(shù)，回歸參數(shù)值見表2。

表2 儲層J函數(shù)回歸參數(shù)統(tǒng)計

3.2 束縛水飽和度標(biāo)定

除J 函數(shù)以外，由公式（4）可以看出，束縛水飽和度的大小對最終含水飽和度的確定至關(guān)重要。目前獲取束縛水飽和度常用的方法主要包括核磁共振法、相滲曲線法和離心毛管力曲線法。核磁共振法主要是根據(jù)核磁共振的T2 譜分布來確定地層的粒徑分布和流體性質(zhì)［10-12］，并最終對地層的束縛水飽和度進行評價；相滲實驗法則是將真空后的巖心飽和地層水，并在分離器中進行氣驅(qū)水實驗，通過計算驅(qū)替出的水量，確定束縛水飽和度大?。?3］；離心毛管曲線法則是通過離心裝置，不斷提高實驗中的離心力，直至巖心含水飽和度不隨離心力的增加而變化，即作為巖心的束縛水飽和度［14］。

分別利用核磁共振法、相滲曲線法和離心毛管曲線法對H 層巖樣的束縛水飽和度進行測定。測定結(jié)果表明:三種方法測定的束縛水飽和度結(jié)果總體一致，儲層束縛水飽和度同儲層物性之間存在較好的負相關(guān)關(guān)系，隨著儲層物性的下降，儲層束縛水飽和度逐漸增加，通過回歸束縛水飽和度同儲層滲透率的關(guān)系（公式（5）），可以求取任意儲層物性條件下的束縛水飽和度（見圖4）。

圖4 束縛水飽和度同滲透率關(guān)系

3.3 流體飽和度場建立

在構(gòu)造模型及屬性模型的基礎(chǔ)上，利用不同類型儲層的J 函數(shù)曲線進行約束，建立H 層流體飽和度場（見圖5）。通過對比H 層平面及縱向上儲層物性與含氣飽和度分布特征不難發(fā)現(xiàn):氣水的空間分布狀況與儲層的物性密切相關(guān)。平面上，在儲層物性較差的區(qū)域，氣藏含氣飽和度較低，而在儲層物性較好的區(qū)域，氣藏含氣飽和度較高；縱向上，其含氣飽和度并非僅受構(gòu)造控制，H 層由三個正韻律的沉積旋回組成，在每個旋回底部物性較好的區(qū)域含氣飽和度均較高，而在頂部物性較差的區(qū)域雖然構(gòu)造較高，但其含氣性并不理想。

圖5 H層儲層物性與流體飽和度分布對比

3.4 井上測井飽和度對比

N1井為N 氣田的一口探井，基于上述流體飽和度場，N1 井在H 層上鉆遇儲層以對比H 層H1 井井上測井解釋含水飽和度與利用上述方法計算的井上含水飽和度，可以看出:在儲層分類的基礎(chǔ)上，利用J函數(shù)約束建立的含水飽和度分布與測井實測含水飽和度曲線基本吻合，表明利用該方法建立的流體飽和度場能夠較真實地反映H 層內(nèi)的氣水分布狀況。特別是對于Ⅰ、Ⅱ類儲層，預(yù)測含水飽和度與實際含水飽和度誤差較小，而Ⅲ、Ⅳ類儲層的預(yù)測含水飽和度與實際含水飽和度誤差則相對較大，主要原因為對于較為致密的Ⅲ、Ⅳ類儲層，其束縛水飽和度與滲透率的關(guān)系開始逐漸偏離擬合所得的線性關(guān)系曲線（見圖4），實際束縛水飽和度高于線性關(guān)系曲線預(yù)測值，通過對致密儲層更為精細的束縛水飽和度實驗測試，獲得致密儲層范圍內(nèi)的束縛水飽和度與儲層物性的關(guān)系曲線，可獲得更好的儲層流體飽和度預(yù)測結(jié)果。

對比H1 井井上的可動水飽和度分布可以看出，Ⅰ、Ⅱ類儲層可動水飽和度較低，總體小于2%，而Ⅲ、Ⅳ類儲層的可動水飽和度則相對較高，介于5%～12%之間。表明對于低滲氣藏，儲層物性影響儲層含氣性，在物性較好的區(qū)域，含氣性較好，投產(chǎn)后產(chǎn)能較高；而在儲層較差的區(qū)域，含水飽和度顯著增加，氣井投產(chǎn)后極有可能出現(xiàn)氣水同產(chǎn)的現(xiàn)象（見圖6）。

圖6 H1井井上含水飽和度及可動水飽和度分布

4 結(jié)論

（1）在毛細管壓力曲線的基礎(chǔ)上，利用J 函數(shù)約束，建立流體飽和度與儲層物性及構(gòu)造位置之間的關(guān)系，避免了傳統(tǒng)井間插值生成飽和度場多解性較強的問題，特別是對于海上氣田，由于井?dāng)?shù)較少，利用該方法大大提高了流體空間分布預(yù)測的準(zhǔn)確性。

（2）低滲氣藏含氣飽和度受儲層物性影響較大，物性較好的位置含氣飽和度高，投產(chǎn)后產(chǎn)能相對較高；物性較差的位置含氣飽和度較低，且可動水飽和度偏高，投產(chǎn)后產(chǎn)能較低，且易產(chǎn)水，影響氣井的正常生產(chǎn)。

（3）明確低滲氣藏的流體空間分布特征，并在后續(xù)開發(fā)過程中采取平面“高密低稀、先肥后瘦”的布井方式，縱向上優(yōu)化射孔層段，對于確保氣井投產(chǎn)后實現(xiàn)較高的產(chǎn)能，緩解氣井投產(chǎn)初期氣水同出的現(xiàn)象，并最終實現(xiàn)低滲氣田的高效開發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義。