海上低滲氣藏流體飽和度場建立新方法

田 彬，金 璨，王健偉，李久娣，趙天沛，盛志超，李可維

（1.中國石化上海海洋油氣分公司勘探開發研究院，上海 200120；2.中國石化上海海洋油氣分公司油田開發管理部，上海 200120）

隨著我國海上油氣資源勘探開發的逐步深入，一些低滲氣藏也陸續投入開發。與常規的中高滲氣藏不同，部分低滲氣藏、特別是低幅度構造低滲氣藏在投產初期即見水，缺乏無水采氣期［1］。針對上述現象，目前已有的研究表明:烴源巖、儲層物性、儲層非均質性及構造特征等因素是造成儲層氣水分布關系復雜的主控因素［2］，而氣水分布關系又直接影響后續氣田開發方案的設計。因此，明確儲層的氣水分布關系，準確刻畫儲層內流體的空間分布狀況對低滲氣藏的高效開發具有重要意義。

目前預測流體飽和度空間分布的主要方法包括地震正演模擬及AVO 交會分析法［3］、神經網絡儲層參數預測方法［4］、J 函數約束的飽和度計算方法［5-7］以及基于井點測井解釋飽和度的插值方法，其中以基于井點測井解釋飽和度的插值方法最為常用。然而，由于流體飽和度分布除了在一定程度上遵循地質統計學規律外，更與巖石的微觀孔隙結構有關［8］，因此利用該方法建立的流體飽和度場往往很難真實地反映氣藏的氣水空間分布特征；特別是對于非均質性較強的海上低滲氣田，由于井數較少、井點資料有限，利用井點插值建立的流體飽和度模型不確定性更大。因此，本文基于儲層巖石學特征、儲層物性及氣井產能等資料建立儲層分類標準，并在儲層分類成果的基礎上對不同類型儲層的微觀孔隙結構特征進行分析，求取每一類儲層的J函數，并利用J 函數約束，建立更為真實、準確的流體飽和度場。

1 研究區概況

N氣田為我國某海域一大型洼中隆背斜構造氣田，主力氣層H 層儲層物性相對較差，孔隙度3.3%～18.2%，平均值9.1%；滲透率（0.01 ～261）×10-3μm2，平均值8.6×10-3μm2。H層砂體厚度較大，縱向上由三個沉積旋回組成，每個旋回表現為正韻律特征，儲層物性由上至下逐漸變好（見圖1a、1b）；平面上，H層南、北部物性也存在明顯差異，統計H層滲透率變異系數1.8，突進系數24.6，級差26 100。綜上所述，N氣田H層為一非均質性較強的低孔低滲儲層。周邊相似氣田的開發實踐表明，低滲儲層的含氣性受儲層物性影響較大，而儲層的非均質性則會加劇氣水關系的復雜程度［9］。因此，有必要通過儲層分類對N 氣田H 層氣水空間分布進行精細刻畫，這對后續開發井井型的選擇及井位部署具有重要意義。

圖1 H層物性參數縱向分布

2 儲層分類評價

2.1 基于產能的儲層分類標準建立

目前一般使用“千米井深穩定產量”作為劃分氣井產能高低的標準（見表1）:千米井深穩定產量大于15×104m3/d 時定義為高產，（5～15）×104m3/d定義為中產，（1～5）×104m3/d 定義為低產，低于1×104m3/d定義為特低產，通過收集統計N氣田周邊眾多氣井的產能及物性數據資料，可以建立H 層基于產能的物性分類標準:Ⅰ類儲層與Ⅱ類儲層的滲透率界線為15×10-3μm2，Ⅱ類儲層與Ⅲ類儲層的界線為4×10-3μm2，Ⅲ類儲層與Ⅳ類儲層的界線為1×10-3μm2。

表1 基于產能的儲層物性劃分標準

2.2 不同類型儲層微觀孔隙結構特征分析

孔隙是被巖石顆粒包圍的較大儲集空間，是油氣的基本儲集空間；喉道則是兩個孔隙之間狹窄的連通部分，是流體滲流的重要通道［9］。基于鑄體薄片鑒定及巖心孔隙結構特征分析，H 層孔隙類型以次生溶蝕孔隙為主（見圖2），其次是原生粒間孔、鑄 模孔，粒內溶孔含量最少，局部發育少量微裂縫。

圖2 H層孔隙類型巖心薄片鑒定

在已有儲層分類成果的基礎上，綜合壓汞資料及巖心薄片資料對H 層不同類型儲層的微觀孔隙結構特征進行分析（見圖3）。統計結果表明:Ⅰ、Ⅱ類儲層巖性為中細砂巖，沉積微相主要為水下分流河道，平均孔隙度11.1%～13.6%，平均滲透率（7.1～64.3）×10-3μm2，主要為中低孔中滲—低孔低滲儲層；孔喉結構相對較好，最大孔喉半徑9.8～11.2 μm，中值孔喉半徑1.4～3.6 μm，平均孔喉半徑3.6～5.9 μm，相應的中值壓力為0.3～0.6 MPa，排驅壓力為0.04～0.10 MPa。Ⅲ、Ⅳ類儲層巖性為細砂巖和粉砂巖，沉積微相主要為水下分流河道和水下天然堤，平均孔隙度6.9%～9.4%，平均滲透率（0.2～1.1）×10-3μm2，屬于低孔低滲—特低孔特低滲儲層；孔喉結構較差，最大孔喉半徑0.7～2.9 μm，中值孔喉半徑0.14～0.48 μm，平均孔喉半徑0.2～0.8 μm，對應的中值壓力為1.9～12.6 MPa，排驅壓力為0.3～1.2 MPa。

圖3 不同類型儲層壓汞及退汞曲線

3 流體飽和度場建立

3.1 流體飽和度計算方法

低滲儲層中流體飽和度大小主要受儲層物性、構造幅度以及巖石的微觀孔隙結構特征控制。對于海上氣田，特別是非均質性較強的低滲氣田，由于井數較少，很難獲取儲層任意位置的毛管壓力曲線，因此有必要利用J 函數根據已有的壓汞資料求取不同位置的毛管壓力，并利用求取的毛細管壓力曲線結合儲層物性及構造高度來計算流體飽和度（公式（1）～（4））。具體而言，根據儲層中任意一點的構造高度，根據公式（3）可求得該點的毛管力數據，同時結合該點的孔隙度和滲透率數據利用公式（2）可計算出該點的J函數，并最終利用擬合得到的不同類型儲層的J函數（公式（1））和公式（4）計算出該點的含水飽和度Sw。

式中，J(Swn)為J 函數，無因次；pc為毛細管壓力，Pa；K為空氣滲透率，μm2；σ 為界面張力，mN/m；?為孔隙度，小數；H為氣柱高度，m；ρw、ρo分別為水和油的密度，kg/m3；g為重力加速度，9.8 m/s2；Sw為含水飽和度，小數；Swc為束縛水飽和度，小數；Swn為無因次含水飽和度，小數。

需要注意的是，J 函數是對毛管壓力曲線進行平均化的有效工具，但當儲集層非均質性較強時，每個巖樣的J 函數曲線形態不一，儲層的非均質性越強，形態差別越大，這種情況下用一個J 函數擬合的流體飽和度與實際值相差較大，因此需要對不同類型儲層的毛管壓力數據資料分別回歸相應的J函數，回歸參數值見表2。

表2 儲層J函數回歸參數統計

3.2 束縛水飽和度標定

除J 函數以外，由公式（4）可以看出，束縛水飽和度的大小對最終含水飽和度的確定至關重要。目前獲取束縛水飽和度常用的方法主要包括核磁共振法、相滲曲線法和離心毛管力曲線法。核磁共振法主要是根據核磁共振的T2 譜分布來確定地層的粒徑分布和流體性質［10-12］，并最終對地層的束縛水飽和度進行評價；相滲實驗法則是將真空后的巖心飽和地層水，并在分離器中進行氣驅水實驗，通過計算驅替出的水量，確定束縛水飽和度大小［13］；離心毛管曲線法則是通過離心裝置，不斷提高實驗中的離心力，直至巖心含水飽和度不隨離心力的增加而變化，即作為巖心的束縛水飽和度［14］。

分別利用核磁共振法、相滲曲線法和離心毛管曲線法對H 層巖樣的束縛水飽和度進行測定。測定結果表明:三種方法測定的束縛水飽和度結果總體一致，儲層束縛水飽和度同儲層物性之間存在較好的負相關關系，隨著儲層物性的下降，儲層束縛水飽和度逐漸增加，通過回歸束縛水飽和度同儲層滲透率的關系（公式（5）），可以求取任意儲層物性條件下的束縛水飽和度（見圖4）。

圖4 束縛水飽和度同滲透率關系

3.3 流體飽和度場建立

在構造模型及屬性模型的基礎上，利用不同類型儲層的J 函數曲線進行約束，建立H 層流體飽和度場（見圖5）。通過對比H 層平面及縱向上儲層物性與含氣飽和度分布特征不難發現:氣水的空間分布狀況與儲層的物性密切相關。平面上，在儲層物性較差的區域，氣藏含氣飽和度較低，而在儲層物性較好的區域，氣藏含氣飽和度較高；縱向上，其含氣飽和度并非僅受構造控制，H 層由三個正韻律的沉積旋回組成，在每個旋回底部物性較好的區域含氣飽和度均較高，而在頂部物性較差的區域雖然構造較高，但其含氣性并不理想。

圖5 H層儲層物性與流體飽和度分布對比

3.4 井上測井飽和度對比

N1井為N 氣田的一口探井，基于上述流體飽和度場，N1 井在H 層上鉆遇儲層以對比H 層H1 井井上測井解釋含水飽和度與利用上述方法計算的井上含水飽和度，可以看出:在儲層分類的基礎上，利用J函數約束建立的含水飽和度分布與測井實測含水飽和度曲線基本吻合，表明利用該方法建立的流體飽和度場能夠較真實地反映H 層內的氣水分布狀況。特別是對于Ⅰ、Ⅱ類儲層，預測含水飽和度與實際含水飽和度誤差較小，而Ⅲ、Ⅳ類儲層的預測含水飽和度與實際含水飽和度誤差則相對較大，主要原因為對于較為致密的Ⅲ、Ⅳ類儲層，其束縛水飽和度與滲透率的關系開始逐漸偏離擬合所得的線性關系曲線（見圖4），實際束縛水飽和度高于線性關系曲線預測值，通過對致密儲層更為精細的束縛水飽和度實驗測試，獲得致密儲層范圍內的束縛水飽和度與儲層物性的關系曲線，可獲得更好的儲層流體飽和度預測結果。

對比H1 井井上的可動水飽和度分布可以看出，Ⅰ、Ⅱ類儲層可動水飽和度較低，總體小于2%，而Ⅲ、Ⅳ類儲層的可動水飽和度則相對較高，介于5%～12%之間。表明對于低滲氣藏，儲層物性影響儲層含氣性，在物性較好的區域，含氣性較好，投產后產能較高；而在儲層較差的區域，含水飽和度顯著增加，氣井投產后極有可能出現氣水同產的現象（見圖6）。

圖6 H1井井上含水飽和度及可動水飽和度分布

4 結論

（1）在毛細管壓力曲線的基礎上，利用J 函數約束，建立流體飽和度與儲層物性及構造位置之間的關系，避免了傳統井間插值生成飽和度場多解性較強的問題，特別是對于海上氣田，由于井數較少，利用該方法大大提高了流體空間分布預測的準確性。

（2）低滲氣藏含氣飽和度受儲層物性影響較大，物性較好的位置含氣飽和度高，投產后產能相對較高；物性較差的位置含氣飽和度較低，且可動水飽和度偏高，投產后產能較低，且易產水，影響氣井的正常生產。

（3）明確低滲氣藏的流體空間分布特征，并在后續開發過程中采取平面“高密低稀、先肥后瘦”的布井方式，縱向上優化射孔層段，對于確保氣井投產后實現較高的產能，緩解氣井投產初期氣水同出的現象，并最終實現低滲氣田的高效開發具有重要的指導意義。