蜀南地區(qū)碳酸鹽巖有水氣藏地層水存儲方式研究

程 超,未 勇,黃 靜 (西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，四川 成都 610500)

胡述清 (中國石油天然氣股份有限公司西南油氣田分公司，四川 成都 610051)

吳昌龍,張愛華 (中國石油天然氣股份有限公司西南油氣田分公司蜀南氣礦，四川 瀘州 646001)

蜀南地區(qū)碳酸鹽巖有水氣藏地層水存儲方式研究

程 超,未 勇,黃 靜 (西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，四川 成都 610500)

胡述清 (中國石油天然氣股份有限公司西南油氣田分公司，四川 成都 610051)

吳昌龍,張愛華 (中國石油天然氣股份有限公司西南油氣田分公司蜀南氣礦，四川 瀘州 646001)

地層水的侵入嚴重制約著有水氣藏的高效開發(fā)，儲層滲流條件、地層水水體的大小和存儲方式是影響氣藏采收率的重要因素。因此，弄清地層水的存儲方式對于制定合理有效的治水方案和提高采收率具有重要意義?；诔鏊畽C理和水侵特征，首次提出了巖性物性差異局部封存水和斷層封存水的概念，并通過實例詳盡分析了各種地層水存儲方式的水侵特征、水侵模式以及對氣藏開發(fā)效果的影響。蜀南地區(qū)碳酸鹽巖有水氣藏地層水的存儲方式可分為可動自由水、巖性物性差異局部封存水和斷層封存水，其中可動自由水包括構(gòu)造圈閉氣藏的邊水和底水，巖性物性差異局部封存水包括構(gòu)造圈閉條件下的局部封存水、裂縫圈閉系統(tǒng)的邊部水和底部水。

采收率;可動自由水；局部封存水；斷層封存水；水侵特征

蜀南地區(qū)碳酸鹽巖氣藏類型復(fù)雜多樣，有水氣藏占有很大比例。氣藏在開發(fā)過程中出水后會致氣井水淹，甚至停產(chǎn)，大量天然氣滯留地下，目前平均采收率僅為40%～60%，嚴重制約著氣藏的有效開發(fā)。對于有水氣藏的高效開發(fā)這一世界難題，國內(nèi)外學(xué)者進行了大量研究。Boyd等提出造成水驅(qū)氣田采收率低的原因主要是地層水侵入裂隙中占據(jù)氣體滲流通道，從而封閉了天然氣[1-3]。儲層滲流條件、地層水水體的大小和存儲方式是影響氣藏采收率的重要因素[4]。因此，弄清地層水的存儲方式，對于制定合理有效的治水方案和治水措施、釋放封閉氣、改善勘探開發(fā)效果和提高采收率具有重要意義。為此，筆者對蜀南地區(qū)碳酸鹽巖有水氣藏地層水存儲方式進行了研究。

1 可動自由水

可動自由水是指在生產(chǎn)壓差下能夠產(chǎn)出的地層水，常常是構(gòu)造圈閉中的油氣水運移聚集經(jīng)分異所致，這種地層水的束縛水飽和度較低，其存儲方式主要受構(gòu)造圈閉和氣柱高度的影響，其主要表現(xiàn)形式就是氣藏的邊水或底水，常常存在于構(gòu)造圈閉氣藏中。

1.1構(gòu)造圈閉氣藏邊水

圖1 氣藏邊水示意圖

構(gòu)造圈閉氣藏(似構(gòu)造圈閉氣藏)邊水是指聚集在構(gòu)造的低部位(如背斜的翼部)，從氣層四周邊緣部分包圍著天然氣的地層水[5]，其氣水界面與氣層的頂、底面相交(見圖1)。

邊水氣藏有統(tǒng)一的氣水界面。一般情況下，產(chǎn)地層水的邊水井一般位于構(gòu)造的低部位，在開發(fā)過程中，邊水水侵的顯著特征是具邊水的井隨著鄰近氣井的產(chǎn)量增大而壓力下降，近鄰邊水的氣井在生產(chǎn)過程中具水驅(qū)特征。氣井具有一段時間的無水采氣期，地層水橫向侵入，氣井見水后產(chǎn)量變化明顯[6]。邊水水侵可分為3種類型，即均勻水侵、舌進水侵和裂縫水竄型。均勻水侵一般在低孔低滲的碎屑巖油氣藏中，地層水沿層橫向侵入，水量有一個從水顯示到出水量漸增的過程，在碳酸鹽巖中以舌進水侵和裂縫水竄型居多。蜀南自流井地區(qū)三疊系嘉陵江組氣藏為背斜圈閉，嘉三段氣藏儲層為孔隙型及裂縫～孔隙型，滲透性較差，分布較穩(wěn)定，具有統(tǒng)一的氣水界面，邊水井產(chǎn)量小(見表1)，氣藏采氣時邊水推進很慢，邊水極不活躍。氣井出水后雖然對氣井氣產(chǎn)量有明顯影響，但水產(chǎn)量不大且較穩(wěn)定，氣井尚能較長時間生產(chǎn)，對整個氣藏無明顯影響，具有明顯的邊水舌進水侵特征。例如，位于麻柳場西南角構(gòu)造低部位的探邊井麻12井，完井測試產(chǎn)水，原始地層壓力能夠與氣藏內(nèi)部的麻2井、麻3井等井可以對比，而氣藏內(nèi)部無產(chǎn)水井，說明氣藏具邊水特征的地質(zhì)條件。動態(tài)監(jiān)測表明，麻12井水層受到氣藏開發(fā)的影響明顯，證明水體與氣藏是相通的，說明氣藏已具備了邊水的水動力學(xué)條件，因而認為麻12井區(qū)邊水存儲方式。如果處于邊水部位，且靠近斷層、縫洞非常發(fā)育滲透性非常好的井，則產(chǎn)水量會很大，裂縫是水侵的主要通道，水侵方式為縱串橫侵，如自11井、隆9井(見表1)。另外，隨著采氣，引起氣層壓力下降，地層水沿著裂縫竄進氣藏，頂部的氣井也會出水，例如黃家場氣田嘉四1亞段～嘉三段氣藏頂部的家25井、自流井氣田的嘉四1亞段～嘉三段氣藏頂部的許多氣井也都產(chǎn)微量地層水，此為典型的邊水裂縫水竄特征，這種氣藏生產(chǎn)見水時間快，無水采氣時間短，一旦地層水前緣到達生產(chǎn)氣井井底，造成氣井出水突然，產(chǎn)水量上升快、量大，產(chǎn)氣量大幅度下降[7]。

表1 自流井地區(qū)嘉三氣藏原始狀態(tài)下的氣水界面及產(chǎn)水井數(shù)據(jù)表

1.2構(gòu)造圈閉氣藏底水

圖2 氣藏底水示意圖

構(gòu)造圈閉氣藏底水是指位于氣層底部，托著天然氣的地層水[5]。底水氣藏表現(xiàn)為天然氣充滿度不夠，有統(tǒng)一的氣水界面，且氣水界面僅與氣層底面相交(見圖2)。氣藏下段是水侵的主要部位，表現(xiàn)為動用程度高，剩余氣飽和度低；而上部動用程度低，剩余氣潛力大[8]。底水水侵除了具邊水水侵特征外，還以指進和錐進方式向上侵入到氣藏。指進方式是地層水通過裂縫等滲流通道以同一氣水界面的形式向上侵入；錐進方式是當延伸到水層的斷裂系統(tǒng)非常發(fā)育且滲透性好時，地層水不以同一氣水界面的形式向上推進，而是以水錐方式向上錐進。

蜀南地區(qū)威遠構(gòu)造震旦系儲層類型為大型塊狀白云巖“裂縫-孔洞型”，高角度裂縫發(fā)育[9]。威基井是震旦系氣藏的發(fā)現(xiàn)井，測試氣水同產(chǎn)。威22井、威13井、威11井、威24井等鉆井顯示和測試成果確定了孔隙儲層原始氣水界面為海拔-2489m。自1970年12月氣藏威5井首先開始產(chǎn)地層水以后，出水井愈來愈多，在生產(chǎn)過程中各井均先后出水，地層水不斷充填天然氣的主要滲流通道——裂縫，致使分布于孔隙層的大量天然氣逐步變成了水封氣。隨著氣藏逐步水侵，凈地層水侵量不斷增加，目前氣藏幾乎全部水淹。該氣藏為典型的底水存儲方式氣藏，其水侵途徑為裂縫，水侵方式有水錐型、縱竄型、橫侵型和復(fù)合型4種。

1)水錐型 主要位于在大量微細網(wǎng)狀裂縫發(fā)育的產(chǎn)層，微觀上底水沿裂縫上竄，宏觀上呈水錐推進。水錐型氣井產(chǎn)水量小且上升緩慢，大都分布在氣藏邊、翼部低滲地區(qū)，但也有少數(shù)井分布在頂部高滲地區(qū)，如威2井、威61井等。

2)縱竄型 氣井多位于高角度大縫區(qū)，有大縫與井筒直接相連，底水沿大縫直接竄流入井筒，十分活躍，有時甚至表現(xiàn)為管流特征，產(chǎn)水迅猛且水量大，對氣井生產(chǎn)影響很大，如威35井、威44井、威101井。

3)橫侵型 主要發(fā)生在附近低角度裂縫發(fā)育的井區(qū)，且與有高角度裂縫、洞穴的井相連，地層水由橫向侵入，縱向上出現(xiàn)水層下氣層交互分布現(xiàn)象。橫侵型氣井底水大多不活躍，只有位于構(gòu)造高點附近的中高滲地帶的少量井較為活躍，如威34井、威40井、威57井。

4)復(fù)合型 該氣藏的底水活動極少存在單純的一種水侵模式，而往往是多種模式的組合。

2 局部封存水

局部封存水在碳酸鹽巖氣藏中常有發(fā)現(xiàn)，俗稱“口袋水”、“雞窩水”或“透鏡體水”[10]。形成局部封存水的原因主要如下：①縱向上地層的物性差異致使油氣運移時排流不暢，造成地層水滯留，在層間形成局部封存水。②橫向上由于巖性和物性的變化，造成局部的物性差異圈閉。局部封存水含可動自由水少，束縛水飽和度高，產(chǎn)水量大小程度取決于巖性物性差異圈閉的分布范圍，在蜀南地區(qū)主要有3種類型，即構(gòu)造圈閉氣藏的局部封存水、裂縫圈閉系統(tǒng)的邊部地層水和底部地層水。

2.1構(gòu)造圈閉氣藏局部封存水

構(gòu)造圈閉氣藏的局部封存水可能分散存在于氣藏的多個地方，其水侵的主要特征是該區(qū)域儲層物性較差，產(chǎn)水量小且隨著生產(chǎn)壓差的調(diào)整而改變。如麻柳場嘉陵江組氣藏麻4井在測試初期部分產(chǎn)水，但是在后期測試中不產(chǎn)水，為不產(chǎn)氣也不產(chǎn)水的干層，表明該井區(qū)有局部封存水，其形成原因是古海水隨軟泥一起保存下來，經(jīng)成巖壓實特別是石膏層的差異壓實以及各種后期改造作用，部分殘留水仍充填在細小孔隙中。這種水介于自由水與束縛水之間，受毛管壓力吸附作用，當生產(chǎn)壓差增大到大于這種吸附力時，水就會被氣體膨脹排出。麻柳場氣田嘉陵江氣藏已投產(chǎn)氣井產(chǎn)水統(tǒng)計表如表2所示。從表2可以看出，投產(chǎn)氣井產(chǎn)水量小，且均勻產(chǎn)出，未出現(xiàn)產(chǎn)出量大的趨勢，符合構(gòu)造圈閉氣藏局部封存水的特征。

表2 麻柳場氣田嘉陵江氣藏已投產(chǎn)氣井產(chǎn)水統(tǒng)計表

2.2裂縫圈閉系統(tǒng)地層水

裂縫圈閉系統(tǒng)是指在致密巖體的隔擋下，由一個或多個互不連通或弱連通的裂縫圈閉組成的非構(gòu)造圈閉，其邊部地層水和底部地層水的水侵特征分別與構(gòu)造圈閉氣藏的邊水與底水類似，但不同之處在于水體又不連續(xù)分布，整體上沒有統(tǒng)一的氣水界面，均屬于局部封存水。分析認為，在非均質(zhì)性極強的地層中，巖性或物性差異將同一系統(tǒng)中的流體分成2個或多個空間單元，各空間單元為同一底水或邊水襯托的氣水共存格局，形成了不連續(xù)的氣體和水體分布，即隔氣式、隔水式和隔氣隔水式氣藏[3](見圖3)，其特征是在氣藏開采過程中，隨地層壓力下降，水侵能量不能穩(wěn)定持續(xù)，可能在某一個或幾個開采階段發(fā)生突變。開采早期突變增加，開采后期則突變減小甚至消失，水的產(chǎn)出主要依靠分隔氣的彈性膨脹。蜀南地區(qū)二疊系茅口組許多裂縫性氣藏的地層水就以邊部水和底部水這2種方式存儲，如威遠、孔灘、荔南桐、黃家場、楊家山、青杠坪等區(qū)塊。

圖3 隔氣式、隔水式和隔氣隔水式氣藏示意圖

3 斷層封存水

斷層封存水是存在于一個獨立的斷裂系統(tǒng)中沿斷裂面分布的地層水，這是一種特殊的地層水存儲方式，在油氣田中不多見。斷層封存水的主要特征如下：①產(chǎn)水井產(chǎn)水量不大且均勻，原始地層壓力的下降不受周邊產(chǎn)氣井的影響；②產(chǎn)水井靠近斷層，不受構(gòu)造圈閉位置的影響，在構(gòu)造高、低部位均可能出現(xiàn)。③該存儲方式的地層水為無源封存水，水體封閉有限。

麻柳場嘉陵江組氣藏麻11井位于構(gòu)造北部，靠近斷層。該井在嘉陵江組測試產(chǎn)水，但產(chǎn)水能量較小。采用井下取樣器共取得地層水水樣3次，地層水礦化度均較高，且是封閉性的CaCl2水型。2次地層壓力測試表明，在累積排水量較小的情況下，地層壓力從22.310MPa下降到了21.830MPa，降幅達0.48MPa，說明封存水的水體是有限的。對其進行壓力恢復(fù)測試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)壓力恢復(fù)緩慢，測試72h還沒有出現(xiàn)徑向流現(xiàn)象，表明該處的產(chǎn)水為局部封存水。該井的原始地層壓力為22.310MPa，折算到麻2井產(chǎn)層中部海拔的壓力為22.173MPa，遠比近期麻2井的地層壓力24.010MPa、麻3井的折算壓力23.332MPa和麻6井23.313MPa的地層壓力低，原始壓力下降不可能受這些井的影響。該井構(gòu)造位置較高，理應(yīng)不產(chǎn)水，只有在斷層和裂縫的影響下形成獨立的裂縫性氣藏，產(chǎn)斷層封存水才能真實地反映這一地質(zhì)現(xiàn)象。從測試資料動態(tài)分析認為麻11井為獨立的裂縫系統(tǒng)，存在水體有限的無源封存水，即斷層封存水。

4 結(jié) 論

1)從出水機理和水侵特征出發(fā)，認為蜀南地區(qū)碳酸鹽巖有水氣藏地層水的存儲方式可分為可動自由水、巖性物性差異局部封存水和斷層封存水。

2)可動自由水包括構(gòu)造圈閉氣藏的邊水和底水。邊水氣藏有統(tǒng)一的氣水界面，產(chǎn)地層水的邊水井一般位于構(gòu)造的低部位，在開發(fā)過程中的特征是具邊水的井隨著鄰近氣井的產(chǎn)量增大而壓力下降，近鄰邊水的氣井在生產(chǎn)過程中具水驅(qū)特征，氣井具有一段時間的無水采氣期，地層水橫向侵入后產(chǎn)量變化明顯。底水氣藏表現(xiàn)為天然氣充滿度不夠，有統(tǒng)一的氣水界面。底水水侵除了具邊水水侵特征外，還以指進和錐進2種模式向上侵入到氣藏中。

3)構(gòu)造圈閉氣藏局部封存水是因為巖性和物性在縱橫向的變化差異使油氣運移時排流不暢，造成地層水滯留，在層間形成的地層水。這種地層水可動自由水少，束縛水飽和度高，水體大小程度取決于巖性物性差異圈閉的分布范圍。

4)斷層封存水的主要特征是產(chǎn)水井靠近斷層，產(chǎn)水量不大且均勻，地層壓力的下降不受周邊產(chǎn)氣井的影響，水體封閉有限。

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10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.08.016

P618.13

A

1673-1409(2012)08-N051-04

2012-05-12

四川省重點學(xué)科建設(shè)項目地球探測與信息技術(shù)資助項目(SZD0414)。

程超(1979-)，男， 2002年大學(xué)畢業(yè)，博士，副教授，現(xiàn)主要從事氣藏描述和開發(fā)地質(zhì)方面的教學(xué)與研究工作。

[編輯] 李啟棟