錦66 井區(qū)盒2 段氣水分布規(guī)律及開發(fā)對策研究

王立新，王東輝，曹紹賀

（1.中國石化華北油氣分公司，河南鄭州 450006；2.中國石化華北油氣分公司勘探開發(fā)研究院，河南鄭州 450006）

東勝氣田錦66 井區(qū)位于鄂爾多斯盆地伊盟隆起北部，杭錦旗斷階帶北東段，泊爾江海子斷層西南處[1]。整體為一向西南傾斜的單斜構(gòu)造，受古地形及后期燕山構(gòu)造運動的影響，擠壓褶皺背斜構(gòu)造較為發(fā)育[2]。該區(qū)在晚古生代發(fā)育了一套內(nèi)陸碎屑巖沉積體系，沉積相展布及演化受構(gòu)造作用及古地貌所控制。目的層段為二疊系下石盒子組，為一套由北而南的沖積平原辮狀河沉積，厚度130 m 左右。按照其旋回性可分為盒1 段、盒2 段、盒3 段。下石盒子早期（盒1 段沉積期）是辮狀河沉積作用鼎盛時期，砂礫巖、含礫粗砂巖厚度大，分布范圍廣；中晚期（盒2 段、盒3 段沉積期），基本繼承了早期的沉積面貌，但河流規(guī)模縮小、地層厚度逐步減小，主河道由北向南延伸，為辮狀河河道充填沉積。

錦66 井區(qū)屬于低孔、低滲、低豐度的巖性構(gòu)造氣藏，巖性以中粗粒長石巖屑砂巖，中粗粒巖屑砂巖為主，巖性較致密，顆粒分選好-中等，次棱狀，巖石為顆粒支撐，薄膜、孔隙式膠結(jié)。儲集空間類型以粒間余孔、粒間及粒內(nèi)溶孔為主，少量晶間孔，平均孔隙度11.49%， 平均滲透率2.72×10-3μm2。儲層連通性差，具有較強的儲層非均質(zhì)性[3]。氣田開發(fā)以盒2 段水平井為主要的投產(chǎn)方式，測試和生產(chǎn)中部分井產(chǎn)水量較大，亟需在氣水識別的基礎(chǔ)上，明確地層水的來源，確定氣水分布規(guī)律，從而為合適的開發(fā)技術(shù)對策的制定奠定基礎(chǔ)。

1 氣層解釋標準確定

錦66 井區(qū)有效儲層在連片的砂體中多呈孤立狀分布，巖性主要為中粗砂巖，儲層以長石巖屑砂巖、巖屑砂巖為主，石英含量越高，儲層物性越好；巖屑含量越高，物性越差；成份成熟度越低，物性越差。儲層非均質(zhì)性強，儲層內(nèi)的電性特征相似，物性差異較小[4]，但產(chǎn)出流體的性質(zhì)差異較大，復(fù)雜的儲層特征增加了氣水識別的難度[5]。同樣的沉積相類型，產(chǎn)能測試結(jié)果卻差異明顯，部分低電阻率儲層有一定的工業(yè)氣流產(chǎn)出，而部分高電阻率的儲層卻產(chǎn)水或者氣水同產(chǎn)。整體來看，本區(qū)開發(fā)井在試氣和生產(chǎn)中出現(xiàn)了產(chǎn)氣量差異大、氣水同產(chǎn)及高產(chǎn)水等情況，測試和生產(chǎn)的差異性，給測井識別氣層、氣水層及水層帶來難度。根據(jù)試氣井的分布情況，以直井單層試氣結(jié)果為基礎(chǔ)，分別核實壓裂液返排率、地層水氯根含量及井溫測井等數(shù)據(jù)，確保壓裂沒有穿層的情況下，優(yōu)選6 口井78 個數(shù)據(jù)點進行氣水層電性標準分析。按照試氣和試采成果的測試段電性特征、產(chǎn)水量大小，同時參考儲層段的孔隙度、滲透率、含氣飽和度等物性下限門檻，考慮到對氣層實現(xiàn)定性、半定量的評價以及本區(qū)單井數(shù)據(jù)的特點，利用經(jīng)驗圖版法分別建立深感應(yīng)-聲波時差、深感應(yīng)-補充中子、密度-補償中子、自然伽馬-聲波時差等交會電性圖版[6]，進而確定該區(qū)目的層流體儲層測井參數(shù)下限標準，識別結(jié)果可分為五種類型：氣層、氣水層、含氣水層、水層、致密砂巖。

從圖1 和表1 可以看出，盒2 段儲層自然伽馬值普遍小于75.0 API，聲波時差大于225.0 μs/m。氣層自然伽馬值多小于60.0 API，結(jié)合粒度分析數(shù)據(jù)和巖心觀察成果可知，低自然伽馬儲層巖性以含礫粗砂巖、中砂巖為主，粒度普遍較粗，分選好、泥質(zhì)含量低，為辮狀河心灘沉積。氣層的聲波時差普遍大于230.0 μs/m，說明物性對天然氣富集影響明顯。從深感應(yīng)電阻率（ILD）與聲波時差的交會圖可以看出，氣層的電阻率與聲波時差存在三段式的對應(yīng)關(guān)系：當聲波時差小于250.0 μs/m 時，氣層的深感應(yīng)電阻率大于18.0 Ω·m；當聲波時差大于280.0 μs/m 時，氣層的深感應(yīng)電阻率下限門檻降至8.0 Ω·m；當聲波時差為250.0～280.0 μs/m 時，深感應(yīng)電阻率與聲波時差公式為ILD=-0.35AC+106。整體來看，氣層為低阻氣藏，具有低密度、低中子的電性特征，密度值小于2.52 g/cm3，補償中子小于15.0%，電阻率和聲波時差相關(guān)性越強，則物性越好，氣層電阻率越低。

圖1 深感應(yīng)與聲波時差交會分析

2 氣水分布規(guī)律

2.1 氣水關(guān)系復(fù)雜，無統(tǒng)一氣水界面

利用建立的氣水層的電性識別標準應(yīng)用于已鉆井，對目的層進行氣水層識別。圖2 為垂直物源的東西向氣藏剖面，構(gòu)造自西向東逐漸抬升，縱向上盒2 段儲層之間的泥巖具有很強的分隔性，從而容易劃分為相互獨立的盒2-1 亞段（小層）、盒2-2 亞段（小層），同時小層內(nèi)部存在的泥巖隔夾層造成薄砂體分布非均質(zhì)更強。錦46 井位于構(gòu)造低部位，盒2-1 亞段可分為兩套砂體，下面為致密干層，上面為水層，盒2-2 亞段發(fā)育的單套砂體主要賦存的流體為水，而其上的盒3 段則含氣飽和度有所增加，通過電性標準可識別為含氣水層。相對于錦46 井，構(gòu)造稍高的導(dǎo)眼井J66P1S 盒2-1 亞段單套砂體平均聲波時差250.5 μs/m，天然氣充注飽滿，為典型的氣層，而盒2-2 亞段雖然砂體相對發(fā)育，但物性相對稍差，平均聲波時差為234.0 μ s/m，儲層為氣水同層。東部相對構(gòu)造更高的導(dǎo)眼井J66P8H，目的層盒2 段縱向上發(fā)育四套砂體，其中，盒2-1 亞段底部發(fā)育兩套較薄的砂體，含氣性較差，表現(xiàn)為氣水同層和干層，而盒2-2 亞段則發(fā)育兩套氣層，總厚度達12 m，底部儲層電性特征為自然電位負異常，聲波時差高達270.0 μs/m，平均電阻率為32.0 Ω·m，對應(yīng)的目的層為盒2-2 亞段J66P8H水平井自然測試，其無阻流量達11.93×103m3/d。總的來看，本區(qū)為辮狀河沉積，砂體縱橫向變化較快，加上后期的成巖作用，部分砂體為致密干層，形成既有“孤立”砂體的氣層、也有“孤立”砂體的“透鏡體”水層，氣層、水層無區(qū)域性地連續(xù)分布，氣水界面不統(tǒng)一[7]。物性較好的儲層，氣層相對發(fā)育，相同的構(gòu)造條件下，物性控制氣藏富集，相同的物性條件下，局部構(gòu)造更有利于天然氣的富集。

表1 盒2 段氣水層識別電性參數(shù)

2.2 氣水平面分布特征

錦66 井區(qū)盒2 段、盒3 段沉積期，隨著構(gòu)造活動的減弱及古氣候的變化，物源供給不斷減少，辮狀河的心灘表現(xiàn)出較強的游蕩性，橫向上擺動較快，但總體上遵隨河流流向，主河道附近砂體疊置程度高、厚度大、物性好、含氣有利，若位于構(gòu)造高部位，則是良好的氣層。本區(qū)的砂體發(fā)育、含氣性較好的區(qū)域，地震反射強度越大，砂體越薄；含氣性越差，反射強度越小。根據(jù)已有的高產(chǎn)井分布，認為高產(chǎn)儲層在地震常規(guī)剖面上，為短軸強反射特征，在地震反射強度屬性平面上表現(xiàn)為亮條帶，同時AVO 截距屬性也能夠在平面上識別更為清晰的含氣砂體的分布。結(jié)合對目的層砂體識別較好的地震屬性，縱向參考識別的氣水成果，勾繪了盒2 段氣水分布圖（圖3），可以看出，氣水在平面上分布具有很強的規(guī)律性，南北向砂體分布與河流流向一致，連續(xù)性較好；而河道邊緣砂體發(fā)育程度明顯變差，砂體變薄且分布零散，物性稍差，在氣源不足或充注強度不夠的情況下，多為干層、氣水層或水層。而河道主體部位，高能河道的心灘，因為水動力較強，淘洗作用明顯，容易形成泥質(zhì)含量低、物性好的中粗砂巖，易發(fā)育純氣層。結(jié)合盒2 段頂部構(gòu)造等特征，認為氣水層平面分布復(fù)雜，多以土豆狀疊合呈條帶狀分布，但在有利儲層保證的情況下，天然氣在鼻隆、斜坡相對構(gòu)造高部位富集，而水層、氣水層則位于鼻凹等相對構(gòu)造低部位。

2.3 地層水來源及成因分析

化驗分析結(jié)果表明，盒2 段地層水水型為氯化鈣型，單砂體內(nèi)的純水層、氣水同層的地層水氯根含量差異較大，從12 376 mg/L 到47 500 mg/L 不等，但仍然認為，主力盒2 段氣藏是封閉系統(tǒng)氣藏，地層水主要為層內(nèi)水。根據(jù)儲層分布、產(chǎn)水量及氯根含量，地層水分為孤立透鏡體水、邊底水及弱分異的氣水混層。

孤立水層是指呈透鏡體狀或薄層狀、與相鄰氣層或水層不連通的水層，包括致密透鏡體水和物性較好的透鏡體水。致密透鏡體受成巖或沉積作用的影響，主要位于河漫灘或河道側(cè)翼部位，多為“泥包砂”的巖性組合，具有巖性細、滲透率低、側(cè)向延伸遠、儲層厚度小且被周圍泥巖封閉的特征，成藏期未完成氣水置換而形成孤立水層，儲層電阻率值相對純水層的電阻率高，產(chǎn)水量一般與水層厚度有關(guān)。由于孤立透鏡體水體積有限，初期日產(chǎn)水量不大，有一定的延續(xù)時間，但后期會下降，如錦68 井附近的孤立水層。物性好的孤立透鏡體水，多為巖性粗、滲透性好的心灘，單套砂體側(cè)向延伸范圍小，孤立的含水砂體被非滲透層段遮擋， 致使在成藏過程中天然氣不能驅(qū)替這部分砂層中的原始地層水， 形成高含水飽和度的孤立水體。 邊底水位于厚層砂體的低洼部位，天然氣通過浮力向上運移過程中，難以對低洼部位進行充注，砂體中殘留地層水，含氣顯示差，在同一砂層內(nèi)部，構(gòu)造相對低部位是地層水的富集區(qū)。若構(gòu)造位置較低，則表現(xiàn)為相對整裝的水層，圖3 可見錦81 井構(gòu)造低部位水層。邊底水多具有氣測顯示好，孔隙度、滲透率、飽和度值高的特點，既可發(fā)育在砂體不連續(xù)的主河道邊部，也可發(fā)育在連續(xù)儲層內(nèi)部的構(gòu)造低部位，礦化度一般較高，高于本區(qū)平均值。

圖3 盒2 段氣水分布

弱分異氣水混層的儲層內(nèi)部物性因為沉積相變，物性表現(xiàn)為從好到差或者從差到好，同時成巖作用對儲層也有一定的影響。成藏動力較弱的圈閉中，這類儲層不能完全完成氣水置換，形成含氣水層，如果厚度大、物性好，成藏后形成的氣柱浮力大于儲層毛細管阻力，則推動天然氣向儲層頂部運移，導(dǎo)致氣水呈弱分異狀態(tài)。此儲層有一定的產(chǎn)氣能力，多為氣水同出，圖3 中的錦42 井其測試成果為日產(chǎn)氣2 560.00 m3，日產(chǎn)水3.10 m3。

3 氣水分布影響因素分析

3.1 優(yōu)勢河流相的影響

盒2 段為沖積平原-辮狀河沉積，物性好的砂體分布于心灘主體及河道充填的粗砂巖或含礫粗砂巖中。心灘沉積水動力強、顆粒粗、分選好，砂體物性好，往往發(fā)育較高孔滲的儲層；而往邊緣地帶，隨著水動力的減弱，沉積物顆粒變細，分選性變差，孔滲隨之變小。同等生烴強度條件下，排驅(qū)壓力小的高滲儲層被優(yōu)先充注形成純氣層，而物性差的儲層原始地層水難以被完全驅(qū)替，則含水飽和度較高，為水層或氣水同層，試氣產(chǎn)能較低。在物性差異較大的復(fù)合砂體內(nèi)部，氣層與氣水層往往相鄰發(fā)育，成藏后期，天然氣的賦存延緩了成巖作用，并較好地保持了儲層的物性，而相對富含水的砂巖則進一步成巖致密化，從而導(dǎo)致其儲層物性比氣藏區(qū)儲層物性差。

3.2 構(gòu)造部位對天然氣富集的影響

在相同的儲層物性條件下，構(gòu)造高則天然氣容易富集。圖2 氣藏剖面圖中，氣層主要分布在構(gòu)造高部位，尤其是鼻狀隆起或背斜所在構(gòu)造高處與優(yōu)質(zhì)儲層疊合的區(qū)域。天然氣富集現(xiàn)象主要與側(cè)向封堵和局部構(gòu)造高點有關(guān)，大多富水區(qū)位于構(gòu)造較低部位或斜坡無巖性遮擋區(qū)，富氣區(qū)則位于上傾巖性遮擋、鼻狀構(gòu)造和局部高點區(qū)。本區(qū)天然氣從南部運移而來，受儲層物性的影響，天然氣優(yōu)先富集于物性好、構(gòu)造高的儲層中，而物性較差的儲層或者構(gòu)造低部位則含氣飽和度相對較低。

3.3 砂體疊置程度及成巖作用的影響

儲層在經(jīng)歷了沉積、成巖等系列作用后，在縱向上和橫向上形成不同程度的非均質(zhì)性。辮狀河道為疊加河道，層內(nèi)夾層相對較發(fā)育，主要為泥質(zhì)夾層和致密砂巖夾層兩類，夾層直接影響了砂體的垂直滲透率和水平滲透率的比值，將氣層細分為幾個小段，對氣水運動規(guī)律起很大的作用。厚層砂體縱向上由于物性的變化而形成致密-有效砂巖的疊置組合，有效砂體盡管物性好，但被低滲致密砂質(zhì)夾層隔開，沒有通道連通而天然氣無法進入，多富集地層水。均質(zhì)性好的儲層天然氣充注起始壓力低，運移阻力小，氣驅(qū)替水比較容易，而非均質(zhì)性強的儲層天然氣充注起始壓力高，運移阻力大，天然氣難進入，易形成差氣層、氣水同層、水層甚至干層。受砂體展布方向、微相側(cè)向變化、物性變化及氣體聚集過程影響，研究區(qū)形成眾多平面上呈透鏡體狀、多個局部邊（底）水沿河道分布、全區(qū)基本上沒有統(tǒng)一的氣水界面的氣藏（圖3）。

3.4 成藏作用對天然氣富集的影響

早侏羅世的燕山運動使研究區(qū)東北部抬升，形成向南西傾斜的斜坡，由于泊爾江海子斷裂發(fā)生了逆沖，斷裂以北地區(qū)山西組、部分下石盒子組直接覆蓋到元古界及太古界結(jié)晶基底之上，不整合面可作為南部形成的天然氣向北運移的主通道。同時物性和連續(xù)性都較好的盒1 段砂體起到了很好的輸導(dǎo)作用，正好對應(yīng)于天然氣的第一次生氣高峰，在壓力和濃度差的作用下，首先運移到砂體，經(jīng)斷裂或不整合面向北、北東方向運移，同時盒2 段、盒 3段裂縫及小斷裂發(fā)育，從而大大改善輸導(dǎo)體系，最終天然氣從盒1 段的砂體通道向上運移進入盒 2 段、盒3 段聚集成藏，從而形成成藏地質(zhì)特征相似的巖性構(gòu)造圈閉群。

4 開發(fā)技術(shù)對策

錦66 井區(qū)主力目的層為盒2 段，合適的開發(fā)井型是水平井。氣藏為辮狀河沉積的巖性構(gòu)造氣藏，儲層非均質(zhì)性強、氣水分布復(fù)雜。只有做好沉積特征研究、三維儲層預(yù)測技術(shù)攻關(guān)及精細小層構(gòu)造刻畫等工作，充分考慮部署水平井的空間軌跡與氣層分布匹配程度，才能提高鉆井成功率，若一方面工作缺失，則可能造成水平段鉆遇非氣層。圖4 可知，JPH-12 井水平段前300 m 鉆遇全烴顯示平均達10 %，而后600 m 則全烴顯示較差，結(jié)合構(gòu)造分析，認為水平段是從構(gòu)造高部位向構(gòu)造低部位鉆進，后面600 m 首先鉆遇泥巖夾層后逐漸進入氣水同層區(qū)。

圖4 JPH-12 井實鉆軌跡

水平井完鉆后，為了最大程度地動用水平段空間的儲量，需要考慮鉆遇巖性分布、全烴顯示、測井解釋成果、水平段軌跡空間變化及所處氣水層的空間特征。忽視以上因素而單純的壓裂建產(chǎn)，會出現(xiàn)測試產(chǎn)液量大，而無法投產(chǎn)的難題。圖4 中JPH-12 井壓裂段數(shù)為8 段，共加砂132 m3，壓裂液返排率達到125.6%后，日產(chǎn)氣3.98×104m3，日產(chǎn)水83.25 m3，此井產(chǎn)液量大、投產(chǎn)成本高，無法正常進入集氣站。經(jīng)電性識別標準分析可知，水平段后600 m 實鉆為氣水同層，因為認識的不充分，壓裂溝通了水層，直接造成產(chǎn)液量大。結(jié)合盒2 段的氣水分布規(guī)律，認為適合錦66 井區(qū)水平井的儲層投產(chǎn)方式主要包括兩種：壓裂改造投產(chǎn)和自然投產(chǎn)。其中，壓裂改造投產(chǎn)適合氣層厚度大或隔層厚度大的水平井，以預(yù)置管柱及套管完井方式，能夠充分解放水平段產(chǎn)能的水平段，達到高產(chǎn)目的；自然投產(chǎn)適合物性好或水平段前半段鉆遇較好氣層、后面鉆遇氣水層或水層的水平井，以篩管完井或裸眼完井，充分利用儲層物性好、泄氣容易的特點，同時利用酸洗達到自然建產(chǎn)。

5 結(jié)論與建議

（1）利用建立的電性識別標準對錦66 井區(qū)氣水層進行重新識別，認為盒2段為巖性構(gòu)造氣藏，氣層、水層分布不連續(xù)，氣水界面不統(tǒng)一；盒2 段氣藏是封閉系統(tǒng)氣藏，其地層水主要為層內(nèi)水，地層水類型可分為孤立透鏡體水、邊底水及弱分異的氣水混層。

（2）通過主控因素的分析認為，優(yōu)勢河流相整體控制氣水層的分布，構(gòu)造部位控制天然氣的富集，砂體疊置程度及成巖作用加大了氣水分布的空間差異性，成藏控制因素對盒2 段地質(zhì)特征相似的巖性構(gòu)造圈閉群的天然氣富集影響明顯。

（3）適合本區(qū)開發(fā)的主要井型為水平井，合適的完井方式和儲層改造需要綜合考慮所鉆遇地層的巖性分布、全烴顯示、測井解釋成果、水平段軌跡空間變化及所處氣水層的空間特征。結(jié)合盒2 段的氣水分布規(guī)律，認為適合錦66 井區(qū)水平井的儲層投產(chǎn)方式包括兩種：壓裂改造投產(chǎn)和自然投產(chǎn)。