謝 俊， 潘芝平， 王亞洲， 梁會珍， 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)研究重點實驗室，山東 青島 266590；3. 中國石油華北油田分公司第四采油廠，河北 廊坊 065007； 4. 中國石油勘探開發(fā)研究院，河北 廊坊 065007)

板876地下儲氣庫自2002年6月建成投入運行后，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]，儲氣庫擴容速度緩慢，遠未達到設(shè)計的工作氣規(guī)模。由于該儲氣庫地質(zhì)構(gòu)造的非均質(zhì)性、儲氣庫注采周期性及調(diào)峰氣量的變化、氣水界面周期性往復(fù)進退等特點，產(chǎn)生氣侵、水體錐進[2]，造成氣水非活塞指進或舌進現(xiàn)象，進而形成水封氣或氣侵，使建庫后氣水運動規(guī)律復(fù)雜化，降低氣庫的擴容效率[3-4]，如何提高氣庫庫容和注采氣能力，是板876地下儲氣庫現(xiàn)階段面臨的主要問題。

枯竭氣藏改建地下儲氣庫技術(shù)和流程非常完善，而地下含水層改建地下儲氣庫仍存在許多技術(shù)難題[5-7]，地下水體在儲氣庫注采過程中容易產(chǎn)生水侵現(xiàn)象，減少了儲氣庫的有效存儲空間[8]，國內(nèi)外文獻關(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]，很少有文獻提及地下水層再利用的研究。枯竭氣藏周邊及鄰近的邊水、底水層(水砂體)具有物性好、流動性強、儲集空間大等特點[11-12]，可以作為地下儲氣庫的擴容空間，開展水砂體評價工作有助于枯竭氣藏改建型地下儲氣庫的達容和擴容，也對天然含水層改建地下儲氣庫具有指導(dǎo)意義。

1 儲氣庫地質(zhì)概況

板876地下儲氣庫由開采枯竭的板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)儲量5.36×108m3，凝析油地質(zhì)儲量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，從而改建地下儲氣庫，板876地下儲氣庫2002年6月建成并投入運行，目前已經(jīng)歷了16個注采運行周期，注采實際工作氣量僅維持在1.15×108m3左右，儲氣庫庫容量為(3.0～3.2)×108m3。

2 不同沉積相帶水砂體可利用空間評價

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，是沿斷陷盆地緩坡帶短軸方向所發(fā)育的細粒三角洲，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：大港儲氣庫群位置圖；B：板876儲氣庫構(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地下儲氣庫位置示意圖及氣水界面變化對比圖
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氣庫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，喉道相對較粗，氣驅(qū)水利用率高，有利于氣體的運移[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，因此，孔隙體積利用率較低，根據(jù)室內(nèi)模擬實驗結(jié)果可按50%計算[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，需要借助精細的三維地質(zhì)模型，對不同沉積相帶單個網(wǎng)格孔隙體積計算后累加，計算了原始狀態(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，屬水體相對發(fā)育區(qū)，以板2-1-1砂體為例，水砂體相對發(fā)育區(qū)的孔隙體積為107×104m3，而兩個不發(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，因此水砂體相對發(fā)育區(qū)可作為可擴容區(qū)域。圖2為研究區(qū)板II油組主要含氣層1小層3個單砂體在沉積微相內(nèi)的水體相對發(fā)育區(qū)和不發(fā)育區(qū)分布圖，圖3顯示了原始氣藏狀態(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 原始氣藏狀態(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 可擴容規(guī)模估算

由沉積微相水砂體評價可知，研究區(qū)的水體相對發(fā)育，如果仍按氣砂體評價的砂體利用率來計算，從沉積微相考慮，水體相對發(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，按照標準氣態(tài)方程計算地面氣體儲氣量分別為0.52×108，0.34×108m3，即總的可擴容量為0.86×108m3(見表3)。

水砂體中可擴容體積為41.4×104m3，在原始壓力下，擴容量為0.86×108m3，氣水界面以上可利用的氣砂體地面標準儲氣量為(3～3.2)×108m3，水砂體中可擴容量為0.86×108m3，最終可達到的地質(zhì)儲量分布在(3.86～4.08)×108m3范圍內(nèi)，由于砂體內(nèi)的細喉道，在原始壓力下，氣體很難占據(jù)這些孔隙，因此，只有當水砂體的孔隙體積被充分利用之后，儲氣庫的庫容量方可達到最大。

4 數(shù)值模擬驗證

在組分延伸與相態(tài)特征研究的基礎(chǔ)上，對等容衰竭過程中的地層反凝析液量進行實驗分析[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，對板876凝析氣藏根據(jù)沉積微相差異進行流體分區(qū)，共劃分了三個不同的相對滲透率區(qū)域，進行氣藏數(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較好，氣體的流動速度快，壓降程度高，會形成比較明顯的壓差，水侵比較嚴重，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

受儲層物性條件和井網(wǎng)控制程度的影響，氣體的擴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展程度明顯，采氣過程中水侵的程度也相對較大，單周期統(tǒng)計水侵量約為31×104m3左右，主流線水域擴展區(qū)寬度約350 m(見圖5)。

圖5 板876儲氣庫過渡帶井網(wǎng)布局與砂體動用程度圖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)通過對水砂體的描述和評價，可利用水砂體擴容量為(0.86～0.88)×108m3，因此，板876地下儲氣庫最終可達到的庫容量為(3.86～4.08)×108m3。

(2)板876地下儲氣庫建設(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、流動性強、儲集空間大等特點，可以作為地下儲氣庫的擴容空間，對其它類似儲氣庫建設(shè)具有指導(dǎo)作用。