杭錦旗地區十里加汗區帶山1段致密砂巖氣水分布影響因素及分布特征研究

劉四洪，賈會沖，李功強

(1.中國石化華北油氣分公司勘探開發研究院，河南鄭州 450006；2.中國石化華北石油工程有限公司測井分公司)

杭錦旗地區十里加汗區帶山1段致密砂巖氣水分布影響因素及分布特征研究

劉四洪1，賈會沖1，李功強2

(1.中國石化華北油氣分公司勘探開發研究院，河南鄭州 450006；2.中國石化華北石油工程有限公司測井分公司)

杭錦旗地區十里加汗區帶山1氣藏產水普遍，對氣水分布影響因素及分布特征認識不清，制約了氣田勘探開發進程。利用鉆井、測井、錄井、分析化驗、生產測試等資料進行綜合研究，明確了氣水影響因素及分布特征。研究表明：①山1段氣水層按類型主要分為氣層、“上氣下水”型、“氣水同層”型、水層，產出的地層水主要來自“上氣下水”型和“氣水同層”型，總結了各種氣水層的測井特征；②分析了氣水分異現象的原因：在物性較好的井區，臨界氣柱高度小，氣水分異徹底，形成“上氣下水”型；在物性較差的井區，臨界氣柱高度大，氣水無法分異，形成“氣水同層”型；③生烴強度控制了氣水層的宏觀分布，儲層和物性進一步控制了氣水層的展布范圍和分布狀態，正向微構造和鼻隆對氣藏的富集起到了一定控制作用；④山1段氣藏類型有巖性、構造+巖性復合、構造三類，前兩類為研究區的主要氣藏類型，是下一步的重點勘探對象。

鄂爾多斯盆地;杭錦旗；十里加汗；影響因素；氣水分布特征;生烴強度；氣藏類型

1 地質概況

隨著鄂爾多斯盆地致密砂巖氣藏勘探的逐步深入,國內眾多學者在致密砂巖氣藏成藏領域進行了大量研究, 其中氣水分布關系的研究是致密砂巖氣藏成藏研究的基礎及難點。針對上古生界氣藏類型，分別提出過巖性氣藏理論[1-4]、深盆氣理論[5-6]、連續氣聚集理論[7]，最新的認識由趙靖舟[8]提出的“準連續型聚集理論”，其主要特點是：天然氣大面積準連續分布，無明確氣藏邊界；圈閉介于常規圈閉與無圈閉之間，主要由非常規巖性圈閉和動力圈閉組成；氣水分布復雜，無明顯邊、底水；天然氣運移為非浮力驅動，近距離成藏。杭錦旗地區位于鄂爾多斯盆地北部的伊盟北部隆起和伊陜斜坡(圖1)。最新的研究認為[9-11]：杭錦旗地區處于準連續-非連續成藏過渡帶，即斷裂帶以南為準連續成藏區，斷裂帶以北為非連續成藏區。本文的研究區位于斷裂帶以南的十里加汗區帶(圖1)。

十里加汗區帶是杭錦旗地區近幾年上古生界天然氣儲量增長最有利的目標區，其主力含氣層段為二疊系下統下石盒子組盒1、盒3 段以及山西組山 1、山2段。隨著勘探程度的不斷深入，發現縱向上各層的成藏特征存在明顯的差異：盒3段主要為巖性氣藏，產氣為主，幾乎不產水；山2及盒1段產氣為主，局部存在不同程度產水現象，除巖性氣藏外，可能還存在構造+巖性復合氣藏；山1段產水普遍，其氣水層控制因素、發育特征及氣藏類型還不明確，因此開展相關的研究工作不僅對完善斷裂帶以南的準連續成藏理論具有重要的理論意義，而且對下一步的勘探方向更有重要的實踐意義。

2 氣水層的識別及發育特征

結合常規測井、特殊測井(核磁、陣列聲波等)、錄井、分析化驗，生產測試等資料，對杭錦旗十里加汗區帶40口井山1段氣水層類型統計分析后認為，本區主要發育氣水層(“上氣下水”型和“氣水同層”型)、氣層，少量水層。

(1)“上氣下水”型 ：在測井上的表現為低自然伽馬、SP負異常明顯，電阻率或感應曲線“上高下低”，高侵特征明顯，中-高聲波時差，說明儲層滲透性好，氣水分異明顯，表現為“上氣下水”的特征。直接壓裂往往只出水不出氣，產水量大。

圖1 杭錦旗地區十里加汗區帶分布位置圖

(2)“氣水同層”型(水層) ：兩者在測井曲線上具有相似的電性特征，表現為低自然伽馬、SP負異常較“上氣下水”型略小，電阻率均較低，無明顯分異現象，說明儲層為氣水混層的狀態，不同之處是氣水同層在氣測曲線上有顯示，而純水層一般無明顯顯示。直接壓裂往往只出水不出氣。試氣初期產水量大。

(3)氣層：由于儲層物性較好,在成藏過程中，氣驅水強度較大，運移進入儲層后，典型特征是含氣飽和度較高，生產時，不產水或有微量地層水產出，儲層在測井曲線上顯示為低自然伽馬、SP負異常明顯、相對高電阻、中-高聲波時差的氣層測井特征。

3 儲層物性特征及對氣水分異的認識

3.1 儲層特征

根據對十里加汗地區7口井的山1段砂巖222個巖心樣品物性資料的統計,其孔隙度0.6%～23.9%，主要分布在8%～14%，平均9.8%；滲透率(0.009～589)×10-3μm2, 主要分布在(0.5～4.0)×10-3μm2, 平均21.35×10-3μm2。總體為低-特低孔隙度、低滲儲層，少量中-高滲儲層。此外，孔隙度與滲透率的相關性分析表明，孔隙度與滲透率之間呈現明顯的正相關性，說明滲透率的變化主要受控于孔隙發育的程度,屬于孔隙型儲層。

3.2 對氣水分異的認識

烴類進入儲集層后發生二次運移,烴類發生二次運移的過程為烴類必須穿過充滿水的孔隙并逐漸聚集成一個大的油氣藏，烴類二次運移的主要動力是浮力,其阻力是毛細管力和粘滯力，當浮力與阻力相平衡時,烴類就處于停滯狀態，伯格(Berg.R.R.,1975)將此時的烴類垂直高度稱為臨界烴類柱高度(Zc),實際臨界烴類柱高度大于該值,就可以促使油氣向上運移。

分別選取不同類型儲層的壓汞資料，利用J函數法分別計算其氣柱高度(圖2)。由圖2可見，Ⅰ類儲層含氣飽和度為50%時對應的臨界氣柱高度約2.5 m；Ⅱ類儲層含氣飽和度為50%時對應的臨界氣柱高度約11 m；Ⅲ類儲層含氣飽和度為50%時對應的臨界氣柱高度約33 m；Ⅳ類儲層含氣飽和度為50%時對應的臨界氣柱高度約170 m。

圖2 十里加汗山1段不同類型儲層氣柱高度

對研究區13口“氣水同層”型儲層厚度統計發現，一般為2.3～23.5 m，平均7.8 m,全區滲透率小于10×10-3μm2的儲層分布廣泛，約占儲層的80%左右，儲層厚度一般小于臨界氣柱高度，即向上運移的浮力小于毛細管阻力，氣水基本不能分異，因此會產生厚度相對較小的“氣水同層”型，在空間上表現為透鏡體氣水層，直接壓裂后一般只出水不出氣，產水量較大，平均23.8 m3/d；

對研究區10口“上氣下水”型儲層厚度統計發現，一般為8.6～24.1 m，平均14.8 m,全區滲透率大于1×10-3μm2的儲層分布較廣，約占儲層的60%左右，儲層厚度一般大于Ⅱ類儲層臨界氣柱高度11 m，即向上運移的浮力大于毛細管阻力，氣體能夠運移至儲層上部，這可以很好地解釋研究區普遍發育的電阻率明顯“上高下低”的上氣下水的現象。在單井上氣水分異明顯，直接壓裂容易溝通下部水層，導致試氣結果只產水不產氣，產水量較透鏡體氣水層略大，平均26.1 m3/d。

4 氣水分布控制因素分析

關于氣水分布的控制因素，前人[12，14-19]在蘇里格、子洲等氣田做過大量研究，總結起來，主要有：烴源巖及生烴強度、儲層非均質性、構造(區域構造及微構造)等。本區山1段(相比上古生界其它層位)物性最好，離烴源巖最近，但含水最多，并不符合傳統的巖性氣藏的特征。因此，氣水分布的控制因素既有相似之處，又有本區的特殊性。鑒于此，對十里加汗山1段氣水分布控制因素做進一步探討，以期為同類氣田的勘探開發提供有益借鑒。

4.1 生烴強度對氣水分布的控制作用

十里加汗地區太原-山西組主要發育腐植型煤系氣源巖，為上古生界氣藏的主要氣源巖。煤層累計厚度一般5～15 m，最厚達20 m左右，Ro值為1%～1.3%，生烴強度(15～40)× 108m3/km2，表現為“廣覆式”生烴的特征，生烴強度大于15×108m3/km2的區域占區塊總面積的80%以上[9]。

柳廣第[20]等認為，源-儲剩余壓力差是天然氣運聚的主要動力，高源-儲壓差易于天然氣富集和大氣田形成。從十里加汗上古生界生烴強度與氣、水分布關系來看(圖3)，生氣強度小于30×108m3/km2的北部地區，主要產水，產氣井較少；而大于30×108m3/km2的南部地區，則以產氣為主，局部產水，表明生烴強度控制了氣、水分布的宏觀格局。

4.2 構造對氣水分布的控制作用

圖3 十里加汗山1段生烴強度與產量疊合圖

從山西組底面構造圖看，研究區整體上為一西傾單斜，局部發育鼻隆和微構造，微構造閉合幅度一般10～20 m，存在形成微構造氣藏的可能。前期研究認為山1段屬于巖性氣藏，巖性或物性變差形成的側向遮擋對氣藏的形成起到了控制作用。而從氣層分布與構造位置統計看，產量相對較高的4口井(錦51、錦55、錦78、錦89)位于高點或鼻隆，而產量相對較低的4口井均位于平臺，說明微構造和鼻隆對天然氣富集起到了一定的控制作用。因此，本區山1段氣藏應該存在巖性、構造+巖性復合、構造三種氣藏類型。

4.3 儲層物性條件對氣水分布的影響

前人的研究認為儲層物性的好壞是氣水分布的重要因素：高滲透率砂巖儲層天然氣充注起始壓力低，運移阻力小，氣容易驅替水，而滲透率較低的儲層天然氣充注起始壓力高，運移阻力大，氣較難進入，易形成差氣層、干層或水層[21-22]。馬超[23](2014)通過研究自然電位與氣測全烴曲線的組合關系，對本區盒1段研究后認為，物性好的儲層，產氣量高但也可能產水多。從本區山1段的物性大小與產層類型統計表明，同樣具有類似的特點，即氣水層分布于物性相對較好的儲層中，物性對氣水層的分布具有重要的控制作用。

4.4 砂體的空間展布及其對氣水分布的控制作用

本區山1段為辮狀河三角洲沉積，砂體主要發育在主分流河道及次分流河道。受北部物源的影響，砂體主要為近南北向展布。為了更精細研究砂體對氣水分布的控制作用[24]，將山1段細分為兩個小層，自下而上分別為山1-1、山1-2。以山1-1小層為例(圖4)，可以看出，砂體主要為近南北向展布，疊合砂體厚度一般6～14 m，單砂體一般為1層，少量2-3層。從橫向上來看，研究區有三條河道與三條洼地相間發育的特征。河道砂體是氣水層分布的基礎，決定了氣水層的展布范圍。

圖4 十里加汗山1-1小層砂巖厚度+構造圖+產量疊合圖

5 氣水層分布特征及氣藏類型

5.1 氣水層的分布特征

從東西向剖面看(圖5)，山1段地層自西向東逐漸抬高，區域上表現為一個大單斜，無統一的氣水界面，氣層(錦89、錦55、錦51井)的分布與區域構造無明顯的相關性。在生烴強度較大、物性較好的井區(如錦55井區)，側向被泥巖遮擋形成巖性氣藏；在物性較好的井區(如錦89井區、錦51井區)，上傾方向被泥巖遮擋，下傾方向受構造影響形成水層，形成構造-巖性復合氣藏；局部(如錦56井區)受微構造的影響在頂部形成“氣帽子”，為構造氣藏。物性相對較差的井區(錦92、錦73、錦32)，毛細管阻力相對較大，臨界氣柱高度較高，因而氣水分異不徹底，形成氣水同層，其分布與構造位置基本無關；在物性相對較好的井區(如錦89井區、錦56井區、錦51井區)，臨界氣柱高度較小，因而氣水分異相對徹底，形成“上氣下水”的分布特征。

圖5 十里加汗山1段錦58-錦32-錦51井氣藏剖面圖

5.2 氣藏類型

綜合以上研究，認為本區的氣藏類型主要為巖性氣藏、構造-巖性復合氣藏，局部存在構造氣藏。前兩種氣藏類型資源規模較大，是下一步的勘探重點。

6 結論與認識

(1)十里加汗區帶的山1段氣水層按類型主要分為氣層、“上氣下水”型、“氣水同層”型、水層，產出的地層水主要來自“上氣下水”型和“氣水同層”型，總結了各種氣水層的測井特征。

(2)在物性較好的井區，臨界氣柱高度小，氣水分異服從重力分異規律，純氣層多發育在相對構造高部位或構造頂部，而富水區多發育在相對的構造低部位；在物性較差的井區，臨界氣柱高度大，氣水無法分異，形成氣水同層。

(3)生烴強度控制了氣水層的宏觀分布，儲層和物性進一步控制了氣水層的展布范圍和分布狀態，正向微構造和鼻隆對氣藏的富集起到了一定控制作用。

(4)本區山1段氣藏類型有巖性、構造+巖性復合、構造三類，前兩類為研究區的主要氣藏類型，構造氣藏局部發育。

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編輯：吳官生

1673-8217(2015)05-0008-05

2015-04-13

劉四洪，工程師，碩士，1984年生，2009年畢業于中國地質大學(武漢)資源學院石油系，礦產普查與勘探專業，從事天然氣勘探綜合研究。

國家科技重大專項課題“碎屑巖層系大中型油氣田富集規律與勘探關鍵技術”(2011ZX05002-001-002)。

TE122.2

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