劉會(huì)會(huì) 崔越華 夏守春 劉雪玲 費(fèi)世祥 王準(zhǔn)備

1. 中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院 2. 低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室

0 引言

致密氣藏(滲透率＜0.1 mD)在全球范圍內(nèi)分布廣泛，比如北美阿爾伯達(dá)盆地[1-2]及我國(guó)中西部的鄂爾多斯、四川盆地等。早在20世紀(jì)70年代致密氣已投入開(kāi)發(fā)。近年來(lái)，隨著鉆井技術(shù)及配套工藝不斷完善，致密氣所占比例增速顯著，其中鄂爾多斯盆地蘇里格型致密砂巖氣目前已成為我國(guó)天然氣生產(chǎn)主力[3]?？碧介_(kāi)發(fā)實(shí)踐表明，蘇里格氣田整體已進(jìn)入穩(wěn)產(chǎn)階段，其中蘇里格某區(qū)塊天然氣儲(chǔ)量超過(guò)3 000h108m3，天然氣資源量豐富，是蘇里格氣田潛在的穩(wěn)產(chǎn)接替區(qū)。但早期研究認(rèn)為該區(qū)儲(chǔ)層物性普遍較差、氣井產(chǎn)量遞減快、井筒積液明顯、局部產(chǎn)水嚴(yán)重[4]，難以實(shí)現(xiàn)有效開(kāi)發(fā)。

長(zhǎng)期以來(lái)，針對(duì)致密含水氣藏開(kāi)發(fā)，國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者從成藏特征、氣水分布等方面開(kāi)展了大量研究工作。傅誠(chéng)德等針對(duì)鄂爾多斯盆地深盆氣成藏研究認(rèn)為，氣水宏觀分布上具有盆地邊緣含水、盆地中央整體含氣的特征，局部零星產(chǎn)水[5-6]。付金華等[7]與趙文智等[8]認(rèn)為致密巖性氣藏天然氣充注程度不均一，易形成差氣層、干層或水層。崔迎春等認(rèn)為致密巖性氣藏?zé)o統(tǒng)一氣水界面，氣水關(guān)系復(fù)雜[9]。王威等[10]與郝國(guó)麗等[11]針對(duì)致密砂巖氣藏氣水分布特征開(kāi)展了大量研究，二者一致認(rèn)為氣水分布主要決定于巖性或沉積微相，其次為構(gòu)造與沉積非均質(zhì)性。竇偉坦等[12]與王國(guó)亭等[13]認(rèn)為地層水分布受到構(gòu)造發(fā)育和儲(chǔ)層非均質(zhì)性等方面的控制，致使儲(chǔ)層相對(duì)獨(dú)立、不連片，無(wú)統(tǒng)一的氣水界面。王繼平等認(rèn)為生烴強(qiáng)度、成巖作用、儲(chǔ)層非均質(zhì)性是影響地層水分布的主要因素[14]。受早期開(kāi)發(fā)資料及分析方法制約，蘇里格某區(qū)塊氣水關(guān)系復(fù)雜區(qū)一直缺乏更加深入而具體的認(rèn)識(shí)，鉆井成功率相對(duì)較低，開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)明顯高于蘇里格其他區(qū)塊，總體開(kāi)發(fā)進(jìn)展較為緩慢，導(dǎo)致該部分低品位儲(chǔ)量仍難以規(guī)模有效動(dòng)用。因此，基于目前最新鉆井及測(cè)試等資料，利用新方法新理論開(kāi)展開(kāi)發(fā)甜點(diǎn)區(qū)預(yù)測(cè)及開(kāi)發(fā)技術(shù)對(duì)策方面的研究迫在眉睫。筆者通過(guò)充分利用蘇里格某區(qū)塊最新的生產(chǎn)、試氣、分析化驗(yàn)等資料對(duì)地層水賦存機(jī)理及主控因素進(jìn)行多角度綜合分析，多尺度描述地層水發(fā)育特征，進(jìn)一步明確了影響蘇里格氣田某區(qū)塊盒8、山1段氣藏地層水形成與分布的主控因素，并以此為約束優(yōu)選開(kāi)發(fā)甜點(diǎn)區(qū)，因地制宜，制定了該類(lèi)含水氣藏的合理開(kāi)發(fā)技術(shù)對(duì)策。

1 氣井產(chǎn)出水特征

蘇里格某區(qū)塊氣井生產(chǎn)情況表明，產(chǎn)水井壓裂返排率多數(shù)大于100%，并且生產(chǎn)過(guò)程中水氣比通常大于0.8 m3/104m3，甚至超過(guò)1 m3/104m3。根據(jù)蘇里格某區(qū)塊氣井產(chǎn)出水樣分析結(jié)果，中二疊統(tǒng)盒8段、下二疊統(tǒng)山1段的地層水礦化度總體介于35～66 g/L，整體表現(xiàn)為中等偏高礦化度的特征，陽(yáng)離子中以K+、Na+、Ca2+占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，陰離子中Cl-占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，水型為CaCl2型（表1）。地層水經(jīng)歷了長(zhǎng)期的離子置換和水巖作用[15-16]，各主要離子濃度差異大，為封閉埋藏環(huán)境下的局部滯留水。

表1 蘇里格某區(qū)塊部分地層水樣離子構(gòu)成統(tǒng)計(jì)表

2 地層水賦存機(jī)理

2.1 微觀產(chǎn)出狀態(tài)

蘇里格某區(qū)致密砂巖氣藏通常表現(xiàn)為氣層中含水、水區(qū)中有氣的復(fù)雜氣水分布特征[17]，氣水分異總體較差，根據(jù)目的層電性特征、壓汞實(shí)驗(yàn)等分析，認(rèn)為蘇里格某區(qū)盒8、山1段氣藏地層水主要以束縛水、毛細(xì)管水、自由水狀態(tài)產(chǎn)出（表2）。研究表明，地層水以束縛水狀態(tài)產(chǎn)出，試氣及生產(chǎn)初期幾乎不產(chǎn)水，主要為氣層或含氣層；地層水以毛細(xì)管水狀態(tài)產(chǎn)出，試氣及生產(chǎn)過(guò)程中多表現(xiàn)為氣水同產(chǎn)，主要為微含氣層或氣水同層；地層水產(chǎn)狀為自由水，試氣結(jié)果多數(shù)表現(xiàn)為大量產(chǎn)水、不產(chǎn)氣或者輕微產(chǎn)氣，主要為水層或含氣水層（表3）。

表2 不同產(chǎn)狀地層水特征描述統(tǒng)計(jì)表

表3 不同地層水產(chǎn)狀儲(chǔ)層試氣效果統(tǒng)計(jì)表

2.2 宏觀賦存樣式

針對(duì)性開(kāi)展了蘇里格某區(qū)塊儲(chǔ)層、構(gòu)造特征精細(xì)描述，平面與剖面、微觀與宏觀緊密結(jié)合，將地層水在空間上發(fā)育樣式總結(jié)劃分為構(gòu)造低部位滯留水、致密透鏡狀滯留水，孤立透鏡體水3種類(lèi)型（表4）。其中，構(gòu)造低部位滯留水分布在區(qū)域連通、物性相對(duì)較好的砂體低部位（構(gòu)造鼻凹或砂體下傾尖滅），地層水產(chǎn)狀為自由水和毛細(xì)管水，水體規(guī)模大且較為活躍；透鏡狀滯留水受儲(chǔ)層非均質(zhì)性影響，多分布在砂體邊緣或內(nèi)部的致密層，地層水產(chǎn)狀主要為毛細(xì)管水，水層規(guī)模一般較小，水體不活躍；孤立透鏡體水主要分布在氣源供給不足的孤立單砂體中，地層水產(chǎn)狀為自由水或毛細(xì)管水。

3 地層水主控因素分析

3.1 微觀因素

氣藏構(gòu)造平緩、儲(chǔ)層微觀結(jié)構(gòu)復(fù)雜、石英砂巖親水性較強(qiáng)[7]，毛細(xì)管力和天然氣向上浮力對(duì)蘇里格氣田某區(qū)塊氣水分布具有明顯控制作用。實(shí)驗(yàn)分析表明，研究區(qū)儲(chǔ)層喉道中值半徑介于0.02 ～ 0.8 μm（毛細(xì)管力介于 0.1 ～ 3.0 MPa）。統(tǒng)計(jì)分析表明，滲透性高、橫向連通好的氣層連續(xù)高度主要為10～35 m（相應(yīng)浮力為0.08～0.28 MPa）。因此，地層條件下天然氣向上浮力可克服毛管阻力為0.08～0.28 MPa（對(duì)應(yīng)毛管半徑為0.2～0.7 μm）（圖1）。當(dāng)天然氣向上浮力小于毛細(xì)管力時(shí)，會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)層氣水垂向分異不明顯、氣水兩相混儲(chǔ)，形成氣水層（氣水同產(chǎn)）。同時(shí)，由于致密砂巖儲(chǔ)層微細(xì)孔隙毛管作用力較大，對(duì)水體運(yùn)移形成區(qū)域遮擋，導(dǎo)致氣水分布特征極為復(fù)雜，并且無(wú)統(tǒng)一氣水界面。

表4 地層水平面及剖面賦存特征統(tǒng)計(jì)表

圖1 蘇里格氣田某區(qū)盒8、山1段儲(chǔ)層微觀特征展示圖

3.2 宏觀因素

3.2.1 生烴強(qiáng)度

鄂爾多斯盆地上古生界烴源巖是一套廣覆型沉積的含煤巖系[18]，上古生界無(wú)明顯的生氣中心，表現(xiàn)為廣覆式生烴特征。蘇里格某區(qū)塊地區(qū)烴源巖層相對(duì)較?。?～10 m），上古生界生烴強(qiáng)度從東南向西北逐漸降低，導(dǎo)致天然氣充注程度較差，區(qū)域地層水滯留嚴(yán)重[18]。同時(shí)，距烴源巖的距離決定了儲(chǔ)層中天然氣的充注強(qiáng)度，縱向上含氣飽和度呈遞減趨勢(shì)。研究區(qū)盒8上亞段、盒8下亞段、山1段儲(chǔ)層平均含氣飽和度分別為47%、56%、62%，含氣飽和度由好變差依次為：山1段、盒8下亞段、盒8上亞段。

3.2.2 儲(chǔ)層非均質(zhì)性

在有利成藏條件下，巖性、物性相對(duì)較好的砂巖儲(chǔ)層更容易被天然氣徹底充注后成為氣層或含氣層；受巖性、物性條件整體較差等因素影響，該類(lèi)砂巖儲(chǔ)層難以被天然氣有效充注，容易形成單個(gè)孤立透鏡體水；受沉積、成巖作用等影響，砂巖儲(chǔ)層內(nèi)部容易形成部分強(qiáng)致密儲(chǔ)層，該類(lèi)砂巖儲(chǔ)層只能被天然氣局部充注，儲(chǔ)層內(nèi)部多出現(xiàn)成藏滯留水（圖2）。分析表明，在相同充注強(qiáng)度條件下，石英砂巖優(yōu)先成藏，巖屑砂巖在生烴期之前儲(chǔ)層普遍致密化，不利于天然氣的充注。同一區(qū)域不同類(lèi)型砂巖的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，石英砂巖儲(chǔ)層含氣飽和度比巖屑砂巖儲(chǔ)層含氣飽和度高達(dá)10%～15%。同時(shí)，辮狀河體系儲(chǔ)集巖性復(fù)雜，縱、橫向變化快，心灘、分流河道、天然堤微相儲(chǔ)層非均質(zhì)性逐漸增強(qiáng)[19]，縱向上可以形成多套氣層—水層—干層的組合模式，平面上多呈現(xiàn)致密層封隔的孤立水體。

圖2 天然氣運(yùn)移驅(qū)替地層水模式示意圖

3.2.3 成巖作用

根據(jù)埋藏?zé)嵫莼贩治?，?chǔ)層在快速壓實(shí)作用和早期硅質(zhì)膠結(jié)的作用下[20-21]，砂巖原始孔隙度大幅減小，二疊紀(jì)—三疊紀(jì)時(shí)期，儲(chǔ)層在短時(shí)間強(qiáng)壓實(shí)作用和早期硅質(zhì)膠結(jié)的作用下，導(dǎo)致原始孔隙度大幅度降低。其中巖屑砂巖孔隙度從沉積初期34.6%降至10.3%，石英砂巖孔隙度從沉積初期的35.3%降至17.4%。一直到晚侏羅紀(jì)世，儲(chǔ)層內(nèi)自生礦物的膠結(jié)和機(jī)械壓實(shí)作用使原生孔隙逐漸消失，巖屑砂巖孔隙度降為8.2%，石英砂巖孔隙度為13.3%。因此，致密砂巖儲(chǔ)層由于不同巖性的成巖作用差異，在相同充注強(qiáng)度下，導(dǎo)致石英砂巖、巖屑砂巖天然氣充注程度差異較大[22]。氣藏對(duì)比剖面上，由于不同儲(chǔ)層巖性的差異化成巖作用，氣層、水層、氣水層橫向上多數(shù)不連續(xù)，且單個(gè)氣藏規(guī)模較?。▓D3）。

3.2.4 構(gòu)造特征

晚三疊世鄂爾多斯盆地上古生界進(jìn)入生烴期，研究區(qū)構(gòu)造已由東低西高轉(zhuǎn)換為東高西低的基本構(gòu)造形態(tài)，到生烴高峰期時(shí)，平均坡降約240 m / 100 km。隨著地質(zhì)演化不斷進(jìn)行，區(qū)內(nèi)構(gòu)造傾角繼續(xù)增大，進(jìn)而現(xiàn)今坡降達(dá)到約460 m /100 km。研究發(fā)現(xiàn)，蘇里格氣田在整個(gè)生烴階段天然氣有從構(gòu)造低部位向構(gòu)造相對(duì)高部位聚集的明顯趨勢(shì)。就蘇里格某區(qū)而言，地層水在構(gòu)造低部位的西部分布范圍相對(duì)較廣，且同一砂帶構(gòu)造低部位含水富集區(qū)明顯增多。在區(qū)域地層構(gòu)造平緩的背景下，天然氣難以在靜水環(huán)境中沿構(gòu)造上傾方向進(jìn)行大規(guī)模運(yùn)移[23]，導(dǎo)致區(qū)域地層水飽和度偏高。因此，在小幅度構(gòu)造和致密砂體發(fā)育條件下，構(gòu)造低部位普遍形成滯留水，又由于區(qū)內(nèi)構(gòu)造整體為東高西低，向西含水明顯增加，甚至為水層，同套儲(chǔ)層的構(gòu)造鼻凹部位地層水富集，形成構(gòu)造低部位滯留水。

4 甜點(diǎn)區(qū)綜合預(yù)測(cè)及開(kāi)發(fā)技術(shù)對(duì)策

綜合地層水賦存機(jī)理及主控因素研究認(rèn)識(shí)，明確了研究區(qū)不同類(lèi)型地層水分布規(guī)律，構(gòu)造低部位滯留水主要分布在局部構(gòu)造低點(diǎn)的高滲河道砂體分布區(qū)，透鏡狀滯留水主要分布在構(gòu)造低洼平緩的致密厚層砂體內(nèi)部，孤立透鏡體水主要分布在河道間沉積的孤立砂體發(fā)育區(qū)（圖4）。同時(shí)依據(jù)不同成因類(lèi)型地層水特征及活躍程度，結(jié)合最新生產(chǎn)測(cè)試資料綜合預(yù)測(cè)了開(kāi)發(fā)甜點(diǎn)區(qū)。針對(duì)不同區(qū)域地質(zhì)特征，結(jié)合經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)結(jié)果，優(yōu)選井型及開(kāi)發(fā)部署方式，分區(qū)制定差異化開(kāi)發(fā)技術(shù)對(duì)策：①開(kāi)發(fā)甜點(diǎn)區(qū)內(nèi)采用直/定向井、水平井整體部署，集中建產(chǎn)，突出規(guī)模效益；②地層水富集區(qū)實(shí)行直井評(píng)價(jià)部署，注重控水壓裂及進(jìn)攻性排水試驗(yàn)，強(qiáng)化區(qū)內(nèi)生產(chǎn)井排水采氣工藝措施優(yōu)化，提高儲(chǔ)量動(dòng)用程度；③針對(duì)甜點(diǎn)區(qū)與地層水富集區(qū)以外區(qū)域，采用直/定向井滾動(dòng)開(kāi)發(fā)部署，在局部構(gòu)造高點(diǎn)、中高含氣飽和度區(qū)域甩開(kāi)部署，適度建產(chǎn)，并做好隨鉆分析與部署調(diào)整,進(jìn)一步落實(shí)了天然氣開(kāi)發(fā)有利區(qū)帶。

圖3 W-6 W-K-7井氣藏剖面圖

圖4 不同類(lèi)型地層水分布及開(kāi)發(fā)甜點(diǎn)區(qū)預(yù)測(cè)結(jié)果圖

生產(chǎn)實(shí)踐表明，完鉆直/定向井Ⅰ+Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層比例連續(xù)保持在80%以上，中高產(chǎn)井比例提高了15%，區(qū)塊綜合遞減率由原來(lái)的29%～30%穩(wěn)定到25%左右，提升了區(qū)塊整體開(kāi)發(fā)效果，降低了總體遞減水平，蘇里格氣田某區(qū)塊差異化開(kāi)發(fā)技術(shù)對(duì)策應(yīng)用效果良好。

5 結(jié)論

1）蘇里格某區(qū)盒8、山1段氣藏地層水礦化度總體為35～66 g/L，地層水水型總體為氯化鈣型，整體表現(xiàn)為中等偏高礦化度特征，屬于封閉環(huán)境下的局部滯留水。

2）地層水微觀上主要以束縛水、毛細(xì)管水、自由水形態(tài)產(chǎn)出，宏觀上表現(xiàn)為構(gòu)造低部位滯留水、透鏡狀滯留水、孤立透鏡體水3種賦存樣式。

3）明確了蘇里格某區(qū)不同類(lèi)型儲(chǔ)層的地層水賦存及開(kāi)發(fā)特征，氣層、含氣層內(nèi)部主要為束縛水，試氣及生產(chǎn)初期一般不產(chǎn)水；氣水同層內(nèi)部主要為毛細(xì)管水和自由水，試氣及生產(chǎn)中表現(xiàn)為氣水同產(chǎn)；含氣水層、水層內(nèi)部主要為自由水，試氣表現(xiàn)為大量產(chǎn)水、不產(chǎn)氣或者輕微產(chǎn)氣。

4）毛細(xì)管力和天然氣向上浮力聯(lián)合控制了地層水的微觀產(chǎn)狀，地層條件下天然氣向上浮力可以克服的毛管阻力為0.08～0.28 MPa（對(duì)應(yīng)毛管半徑為0.2～0.7 μm），當(dāng)天然氣向上浮力小于毛細(xì)管力時(shí)，導(dǎo)致氣水垂向分異不明顯、氣水兩相混儲(chǔ)，形成氣水層；生烴強(qiáng)度、成巖作用、儲(chǔ)層非均質(zhì)性、構(gòu)造特征決定了地層水的宏觀分布，空間上形成不同賦存樣式的地層水體，并且局部地層水相對(duì)富集。

5）地層水分布規(guī)律表現(xiàn)為，構(gòu)造低部位滯留水主要分布在局部構(gòu)造低點(diǎn)的高滲河道砂體發(fā)育區(qū)，透鏡狀滯留水主要分布在構(gòu)造低洼平緩的河道充填相致密厚層砂體內(nèi)部，孤立透鏡體水主要分布在河道間孤立砂體發(fā)育區(qū)。