南海常壓與超壓氣水過渡帶巖電特征與氣藏結構

于俊峰 ，吳其林 ，晁彩霞 ，林懿瑜 ，詹子欽 ，賴煥明

（1.廣東石油化工學院石油工程學院，廣東 茂名 525000；2.中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057）

0 引言

氣水過渡帶是氣藏的一部分，是由于氣藏下傾部位氣柱產生的浮力不能完全排替其中的可動水，從而在氣水界面附近（純氣段下部）形成一段含氣飽和度向上呈逐漸升高趨勢的含氣水層、氣水同層段。氣藏中氣水過渡帶識別模式見參考文獻［1］。迄今為止，關于氣水過渡帶的研究甚少，原因在于常規氣藏的氣水過渡帶短，未引起足夠的重視。近年來，隨著高溫高壓氣藏的發現與鉆探的展開［2-3］，逐漸了解到超壓氣藏氣水過渡帶可以較厚（如鶯歌海盆地XF14井的氣水過渡帶厚度近80 m，而深水的XL17井氣水過渡帶僅3 m左右），氣藏下部含氣面積大，蘊藏了大量的天然氣資源。以前通常以低于經濟含氣飽和度界面為氣層底界來計算天然氣儲量，但開采過程中發現，大多實際采出量大于探明儲量。這說明天然氣開采過程中氣水過渡帶天然氣資源不斷出溶形成游離氣，彌補采出氣原有空間，從而使實際采出量大于初始估算探明儲量。

超壓氣田大量鉆井發現，超壓氣層與常壓氣層氣水過渡帶巖電標志的不同體現了氣水過渡帶控制的氣藏結構的區別。目前，在成因、類型、氣藏模式上仍然存在很多不確定性，因此，有必要在這一領域進行探索。

1 氣水過渡帶巖電標志

高溫高壓環境下，水溶氣和部分水會以混相狀態從水層離析出來，進入儲層空間并滯留在孔隙內，靠近純水層的含水較高的部分便形成了較長的氣水過渡帶。這是超壓氣層和常壓氣層最顯著的區別。

超壓氣藏段實際包括純氣層、氣水過渡帶（氣水同層和含氣水層）及水層。過渡帶厚度主要受溫壓條件與儲層因素控制：溫壓越高，氣水過渡帶越厚；束縛水飽和度高的致密儲層越厚，氣水過渡帶也越厚。東方區塊超壓氣田已鉆探的氣水過渡帶厚度為10～100 m。這些氣水過渡帶有的是常規儲層高溫超壓作用形成的，有的是致密儲層與常規儲層條件共同作用形成的。

1.1 常壓氣藏氣水過渡帶

瓊東南盆地深水峽谷的黃流組、鶯歌海組氣藏為常壓氣藏。以XL17-X井為例（見圖1），儲層段基本為細砂巖、粉砂巖，局部的薄層為泥質粉砂巖。本區儲層結構和成熟度高，物性好，平均孔隙度為28.8%，平均滲透率為 543.2×10-3μm2。

圖1 XL17-X井常壓氣藏的巖電結構

氣藏測井曲線表現為低自然伽馬、低密度特征，電阻率曲線大體呈兩段式，分別對應氣層段和水層段。氣層共 47 m，電阻率為 18.0～40.0 Ω·m；水層共 87 m，電阻率為1.5 Ω·m。相比之下，該井鉆遇的氣水過渡帶極短，僅3 m，電阻率為2.5 Ω·m，氣水過渡帶段電阻率與水層接近，說明常壓條件下氣水分異充分，氣水界面清晰，過渡帶短。該種氣水過渡帶對氣藏結構及儲量計算無較大影響。

1.2 超壓氣藏常規儲層氣水過渡帶

常規儲層超壓氣藏是浮力驅動形成的礦藏，受構造圈閉或巖性圈閉控制［4-5］。 趙靖舟［6］則把常規儲層準確地定量化為滲透率大于10×10-3μm2的儲層。

常規儲層超壓氣藏常規儲層的氣層與水層之間存在較長的氣水同層、含氣水層段，揭示了儲層具有規模大、物性好等特點。

常規儲層超壓氣藏常規儲層的電阻率曲線的變化最明顯。XF13-X1井氣層發育一套厚層粉細砂巖，鏡下薄片粒度特征揭示儲層均質性好［7］。氣層的測井曲線具有明顯的三段式——氣層段、過渡帶段和水層段，過渡帶段占主要部分（見圖2）。

圖2 XF13-X1井常規儲層氣層段的巖電特點

氣水過渡帶又表現為氣水同層和含氣水層的過渡，說明含氣飽和度是逐漸減小的。自然伽馬和密度曲線同常壓曲線一致，電阻率曲線值從氣層段—水層段逐漸減小，曲線平滑。這一重要現象說明，常規儲層高溫高壓條件下，氣層的含氣飽和度從氣藏頂至底是逐漸降低的。

1.3 含致密砂巖段的超壓氣藏氣水過渡帶

致密砂巖透鏡體是氣藏中極為常見卻又易被忽視的一種砂巖類型，油氣工作者很少將砂巖透鏡體的存在與油氣空間分布聯系起來。

諸多學者把致密砂巖定義為低滲—特低滲儲層，致密砂巖一般孔隙度小于12%，空氣滲透率小于1×10-3μm2，致密砂巖氣需通過大規模壓裂或特殊采氣工藝才能產出具有經濟價值的產量［8-9］。 鄒才能等［10-12］認為，致密砂巖孔隙度小于10%，原地滲透率小于0.1×10-3μm2或空氣滲透率小于 1×10-3μm2，孔喉半徑小于1 μm，含氣飽和度小于60%。

儲層內致密砂巖段發育局部水。非均質性較強的儲層，孔喉分布頻帶較寬，存在多級別的孔隙喉道，氣驅替水時，超致密砂體內已封存完好的水體無法驅替，形成殘留地層水［13-14］。當非均質儲層內氣柱不足以克服所有級別喉道的毛細管阻力時，孔隙中的水被擠出的程度不同，即氣藏的排水分異程度存在差異，形成含水飽和度縱向上的不同，即在純氣和純水之間存在氣水混相過渡帶［15-16］。

致密砂巖與水道的組合不僅限于氣頂模式［17］，至少還有3種模式——水道底滯留型、水道頂覆型及砂巖內透鏡體型，其他類型為這3種形式的組合。不管哪種組合，含致密砂巖段儲層巖電特點也呈明顯的三段式，而且砂巖透鏡體段電阻率曲線與氣層段均呈現突變的特征。

XF14井鉆探的黃流組水道砂頂沉積了一套致密砂巖透鏡體，即儲層結構從上到下為優質砂巖—致密砂巖—優質砂巖。XF14井在Ⅰ氣組共鉆遇89.0 m厚塊狀細砂巖，從三段式特征看，頂部的8.4 m氣層為最優質砂巖，鏡下薄片砂巖粒徑為130～400 μm，中值177 μm，孔徑均值 156 μm；透鏡體砂巖段粒徑為 65～125 μm，中值 90 μm 左右，孔徑均值 85 μm。 在常規測井（LWD）曲線上，氣層段跟氣水過渡帶段儲層沒有明顯的區別：自然伽馬曲線呈箱狀，值65 API，密度2.4 g·cm-3左右；電阻率區別明顯，氣層段電阻率 10 Ω·m，氣水過渡帶突降至4 Ω·m，底部水層減小至2 Ω·m。CMR 測井揭示，氣層段滲透率 13.2×10-3μm2，高于下部儲層的 0.1×10-3～0.3×10-3μm2。 這種現象說明，孔隙結構的差異性引起了電阻率曲線變化。

2 不同類型氣水過渡帶測井曲線模式

常規儲層常壓氣藏由于氣水分異充分，電阻率測井曲線基本呈兩段式，分別是高電阻率段和低電阻率段。高電阻率段曲線呈箱形或者指狀，對應氣層；低電阻率段曲線幾乎平直，大致平行于基線，對應水層（見圖3a）。常規儲層超壓氣藏即使出現氣水過渡帶，一般過渡帶長度也很短，過渡帶在電阻率曲線上體現不明顯（見圖 3b）。

常規儲層超壓氣藏常規儲層條件下，電阻率曲線縱向上大致呈三段式：高電阻率段、次高電阻率段與低電阻率段（見圖3c）。其中，次高電阻率段對應氣水過渡帶，由于高溫高壓引起的氣水過渡帶較厚，含氣飽和度由上至下亦逐漸降低，造成了電阻率值逐漸衰減至純水層值。

圖3 常壓、超壓氣藏氣層段結構及測井曲線特征示意

含致密砂巖段的超壓氣藏，電阻率曲線也呈三段式，即高電阻率段、次高電阻率段與低電阻率段（見圖3d），但氣層的高電阻率段與氣水過渡帶的次高電阻率段的值產生突變，而次高電阻率段和低電阻率段又逐漸過渡。這一現象說明，氣層段含氣飽和度遠高于過渡帶段，過渡帶的低電阻率主要由致密砂巖的低含氣飽和度引起。鏡下薄片往往可見過渡帶儲層巖石學特征與氣層段有明顯差別。

3 氣藏結構

3.1 常壓氣藏

常壓氣藏是最常見的一種氣藏類型，為典型的水氣兩段式結構。常規儲層常壓條件下，氣藏一般氣水界面清楚，沒有明顯的過渡帶，氣水界面以上為氣層，資源量往往也以氣水界面為氣層底界，氣藏高點為頂界，通過蒙特卡洛法或者容積法計算（見圖4a）。

3.2 超壓氣藏常規儲層

常規儲層超壓氣藏分氣層、過渡帶、水層3段。鶯歌海盆地的XF13氣藏為常規儲層超壓氣藏［18］。XF13-X1井鉆探的氣藏氣層總厚度為40 m，下部氣水過渡帶為25 m，水層段為3.5 m。

常規儲層條件下，該超壓氣藏的氣層、過渡帶、水層層內流體均有較好的滲流能力，在天然氣開采過程中隨著壓力的降低，天然氣可以從過渡帶中不斷出溶，增加原始氣藏的儲量，所以氣水過渡帶的部分天然氣為可動用儲量。由此可見，XF13氣藏的天然氣儲量以過渡帶厚度的一半作為氣底，而不是經驗的氣水界面，這具有較高的合理性（見圖4b）。

圖4 XL17常壓氣藏與XF13常規儲層超壓氣藏結構

浮力驅動形成的氣藏具有統一的氣水界面和氣水過渡帶，往往儲層物性越好，氣水過渡帶的厚度就越小，這跟儲層天然氣浮力下克服毛細管阻力的能力有關［4］。由XF13-X1井氣水過渡帶25 m這一現象推測，氣水過渡帶厚度也與溫壓有較大關系。

3.3 含致密砂巖透鏡體超壓氣藏

氣藏中氣水過渡帶是氣藏氣柱高度所產生的浮力與儲層毛細管力相互作用產生的［19-20］。含致密砂巖透鏡體超壓氣藏氣水過渡帶的形成除了跟超壓有關，跟致密砂巖段的存在也關系較大。鶯歌海盆地東方13-1氣藏中氣水過渡帶也可以分為氣層、過渡帶、水層3段。不同的是，這種氣藏模式與常規儲層的超壓氣藏區別較大。

XF13-1 氣藏儲層非均質性強［21-23］，XF14 井黃流組一段體現了致密砂巖控制的氣水過渡帶，這超出了以前對氣藏結構的認識。在XF13-1井海底扇朵葉的中部，XF14井在Ⅰ氣組2 912 m深度附近鉆遇厚89.0 m塊狀細砂巖，但僅頂部的8.4 m測井解釋為氣層，氣層段以下近80 m為含氣水層和水層。根據計算，該井鉆遇的水道溢出點深度為2 954 m，這表明2 920～2 954 m的過渡段不是局部深切水道底水，該段儲層致密，因而是過渡帶致密儲層束縛水。

如果氣藏具有明顯的氣水過渡帶，需要根據高精度三維地震資料判斷是否鉆在水道部位，然后根據測井及取心資料確定是否存在砂巖透鏡體。如果是砂巖透鏡體而未遇純水層，且氣層段電阻率較高，則井點下傾方向仍為氣層；因此，綜合分析建立已鉆井區的氣藏模式，可以預測井點下傾方向是否仍具備繼續鉆遇氣層的潛力［23］。

4 結論

1）常壓與超壓氣水過渡帶巖電特征具有一定的區別。常規儲層超壓氣藏的測井電阻率曲線基本呈兩段式；常規儲層超壓氣藏條件下，電阻率曲線縱向上大致呈三段式；含致密砂巖段的超壓氣藏，電阻率曲線也呈三段式，但氣層段與下部過渡帶電阻率值產生突變，次高電阻率段和低電阻率段又逐漸過渡。過渡帶的低電阻率主要由致密砂巖的低含氣飽和度引起，鏡下薄片可見其巖石學特征與常規儲層有明顯差別。

2）常規儲層超壓氣藏的一般氣水界面清楚，沒有明顯的過渡帶，氣層以氣水界面為界；常規儲層超壓氣藏的過渡帶厚，過渡帶含氣飽和度也較高，應在段內取點作為氣水界面；含致密砂巖透鏡體超壓氣藏受致密砂巖透鏡體影響，氣水界面為非水平的，氣藏結構跟砂巖透鏡體的頂面形狀相關。