川西龍門山前帶雷四段氣藏氣水分布及控制因素

李 勇，王啟穎，付 輝，張 巖, 鄧偉飛，廖曦璇

(1.中國石化西南油氣分公司勘探開發研究院，四川成都 610041；2.中國石化西南油氣分公司彭州氣田(海相)開發項目部，四川彭州 611930；3.成都北方石油勘探開發技術有限公司，四川成都 610041)

深層、超深層碳酸鹽巖油氣資源潛力大，在四川盆地、塔里木盆地不斷被發現，在我國具有重要的能源安全戰略地位[1]。近年來，中國石化西南油氣分公司在四川盆地西部中三疊統雷口坡組碳酸鹽巖天然氣勘探中取得重要進展[2-3]，2014年1月，位于川西龍門山前帶金馬構造的P4井測試獲日產天然氣121.05×104m3，隨后實施了2口探井、7口評價井，對氣藏開展評價，提交探明地質儲量超1 000×108m3，龍門山前帶雷四段已成為中國石化“十四五”天然氣增產的重要領域。已經實施的探井、評價井和第一輪開發井測試產量均較高，但部分井產水且氣水關系較為復雜。前期對山前帶雷四段氣藏的研究主要集中在烴源巖評價、沉積儲層分析、生儲蓋組合配置等成藏要素和勘探潛力等方面[2-6]。對雷四段氣水分布特征及控制因素研究較少，氣水分布規律不甚明確，影響了整體的勘探開發部署，制約了產能建設。

文中以鉆井、錄井、測井、實驗分析、試氣等資料為依據，結合區域地質背景和成藏條件的剖析，采用宏觀和微觀相結合、動態和靜態相結合的研究思路，探討龍門山前帶雷四段氣藏的氣水分布特征及主要控制因素，旨在為氣田的高效產能建設提供科學依據。

1 區域地質背景

研究區處于四川盆地西部龍門山中段前緣，由關口斷裂與彭縣斷裂控制的石羊場-金馬-鴨子河-云西構造帶，屬于龍門山大型構造帶中段的山前隱伏構造，東南緊鄰元通-安德凹陷、廣漢-中江斜坡(圖1)；整體為長軸狀斷背斜構造，具有西陡東緩、北陡南緩的特征；區域內發育多條不同規模的逆斷層，走向整體呈北北東向及近東西向，其中彭縣斷裂、關口斷裂為目標區主要控藏斷裂。

圖1 川西龍門山前帶構造位置

從二疊系至今大致經歷六個構造演化階段：①加里東晚期-海西早期：川西坳陷整體抬升遭受剝蝕，坳陷內基本缺失泥盆系地層；②海西晚期：川西坳陷處于穩定的沉降，地層厚度變化不大，基本無斷裂，沉積中心在彭縣深凹；③印支早中期：基本繼承了海西晚期的構造格局，但幅度變大，中三疊世末的印支運動地層造成強烈抬升，龍門山前帶開始有明顯的構造變形，也形成了一些大的隆起，同時結束了海相沉積進入陸相沉積；④印支晚期：龍門山造山并向東推擠，川西坳陷急劇沉降，繼承了印支早中期的構造格局；⑤燕山早期：龍門山造山運動進一步向東推擠，川西坳陷繼續下沉；⑥燕山晚期-喜山期：龍門山造山運動再次向東推擠，斷裂帶外圍區強烈褶皺上升，形成川西坳陷現今的構造形態。

川西坳陷中三疊世雷口坡期主要為局限或蒸發臺地沉積，雷口坡組自下而上可劃分為雷一、雷二、雷三、雷四共四個層段。其中，雷四段從早期到晚期，蒸發作用逐漸減弱，可進一步細分為上、中、下三個亞段，下亞段巖性以膏巖為主夾白云巖，中亞段為白云巖和膏巖互層，上亞段中上部發育一套厚度穩定(25 m)、電阻率極高(電阻率大于10 000 Ω·m)、物性較差(孔隙度小于2%)的灰巖隔層，將雷四上亞段劃分上儲層段和下儲層段，二者均為研究區最主要的含氣層段。該段沉積相帶為潮坪相，包括潮上帶、潮間帶和潮下帶，儲層發育的有利相帶為潮間帶的藻云坪、云坪微相[5-8]。

2 氣藏基本地質特征

2.1 儲層巖性及儲集空間

龍門山前帶雷四上亞段上下儲層段的巖性及儲集空間存在明顯差異。上儲層段為孔隙型儲層，巖性主要為微晶白云巖，其次為藻(砂屑)白云巖，儲集空間主要為晶間孔和晶間溶孔，其次為藻間溶孔；下儲層段為孔隙型和裂縫-孔隙型儲層，儲集空間以晶間孔、晶間溶孔和藻格架孔為主，局部裂縫、溶洞較發育，巖性主要為藻黏結(藻砂屑)白云巖、藻紋層白云巖、微-粉晶白云巖、藻團塊微晶白云巖。

參考四川盆地碳酸鹽儲層分類標準，選取孔隙度和滲透率作為儲層類型的判別指標，建立龍門山前帶雷四段儲層分類評價標準[9](表1)。氣藏有效儲層平均孔隙度為5.31%，平均滲透率4.24×10-3μm2，整體表現為低孔、低滲特征，其中，上儲層段有效孔隙度為2.01%～23.70%，平均為8.28%，有效滲透率為0.004×10-3～8.950×10-3μm2，平均為1.710×10-3μm2，以Ⅰ類和Ⅲ類為主；下儲層段有效儲層孔隙度為2.00%～20.21%，平均為5.03%，有效滲透率為0.003×10-3～1 860×10-3μm2，平均為8.240×10-3μm2(去除低孔高滲樣本點4.570×10-3μm2)，以Ⅱ類和Ⅲ類為主。儲層孔隙結構復雜，孔喉分選差，孔隙整體上以大中孔為主，喉道以細-微喉為主，含少數中喉和粗喉，孔喉組合類型以中孔-細喉為主，其中Ⅰ類儲層以大孔-中喉、大孔-粗喉為主；Ⅱ類儲層孔喉組合類型復雜多樣；Ⅲ類儲層以中孔-細喉、小孔-細喉為主[5-7]。

表1 龍門山前帶雷四段儲層分類評價

2.2 儲層展布

雷四上亞段上儲層段有效儲層主要發育在該段下部，厚度11.50～27.38 m，平均18.52 m，其中I+II類儲層平均厚8.06 m；下儲層段有效儲層發育在該段中上部，厚度50.20～58.20 m，平均52.40 m，I+II類儲層13.48～26.50 m，平均18.30 m。

儲層發育具有以下特征：①儲層發育受控于高頻層序組合，海平面的頻繁變動導致儲層具有成層性，發育于高頻層序的中上部；②橫向大面積穩定展布；③縱向層多、單層薄、儲層及夾層交互式分布、非均質強；④下儲層的優質儲層在構造高部位較厚。

3 氣水分布特征

以測井、完井測試及開發生產動態資料作為數據基礎，建立研究區的氣水層識別標準，氣層測井響應特征為“一低三高”，即低密度、高中子(5%～14%)、高聲波(大于47 us/ft)、高電阻率(電阻率大于100 Ω·m，小于5 000 Ω·m)，儲層含水的測井響應特征表現為“兩低兩高”，即低電阻、低密度、高中子、高聲波；測試結果表明，這種識別標準的符合率較高[9]；巖心二維核磁共振實驗表明，鉆井液、束縛流體、可動水和天然氣信號具有不同的T2、T1譜分布區間，完井測試結果也證明了二維核磁是一種有效的流體判別方法，可有效解決白云巖儲層流體性質的判別[10]。氣藏地質特征分析及氣井測試、試采情況表明山前帶雷四段氣藏氣水分布關系復雜。

3.1 不同構造氣水界面差異大

P4井位于金馬構造高點，下儲層段測試日產氣121.05×104m3，上儲層段未測試，測井解釋10層9 m均為氣層；P5井位于金馬構造西翼斜坡帶，下儲層段測試日產氣37.67×104m3，日產水108 m3，上儲層段測試日產氣40.41×104m3；P3井位于金馬構造圈閉之外，測井解釋上下儲層段均為含水層。總體上金馬構造雷四段上亞段高部位為氣層，往低部位逐漸過渡為氣水同層、水層，下儲層段氣水界面為-5 244 m，上儲層段未探及氣水界面，其邊界初步認為與下儲層段一致。

Y2井位于鴨子河構造相對高部位，下儲層段測試日產氣49.49×104m3，上儲層段測井解釋5層8.9 m均為氣層；P8井位于構造北東翼低部位，下儲層段測試日產氣47.19×104m3，日產水75.6 m3，返排率123%，上儲層段測井解釋為氣層，測試日產氣53.69×104m3；構造南端P6井下儲層段氣水界面為海拔-5 180 m，氣顯示明顯變弱，電阻率值降低，核磁測井解釋水信號明顯。鴨子河構造北部較陡，南部較緩，氣水界面在南北兩端略有差異，北部氣水界面在海拔-5 174 m，南部氣水界面在海拔-5 180 m，產水井主要位于構造低部位。

石羊場構造氣水分異明顯屬于典型的構造氣藏，位于構造高部位的Y1井下儲層段測試日產氣60.32×104m3，上儲層段測井解釋氣層8.1 m；位于該構造西南翼低部位的P1井上儲層段測井解釋水層14.12 m，測試日產液2.18 m3，下儲層段測井解釋水層16.4 m。綜合確定該構造氣水界面為海拔-5 574 m。位于云西構造高部位的P9井上儲層段測試日產水153 m3，下儲層段測試日產氣12.65×104m3，日產水276 m3，說明整個云西構造上下儲層段整體含水。

綜上所述，山前帶構造雷四段氣藏氣水關系較復雜，石羊場、金馬、鴨子河、云西四個構造為四個獨立的含氣構造，氣水界面相差較大；石羊場、金馬、鴨子河三個構造都表現高部位為氣層，往構造低部位逐漸過渡為氣水同層、水層，云西構造整體含水(圖2)。

圖2 山前帶雷四段上亞段氣藏剖面

3.2 流體組分差異大

天然氣組分的深入分析對認識天然氣成藏過程、氣藏規模具有重要意義。本次研究所采集的天然氣樣品均在氣井測試或者試采穩定期取得。分析結果表明，構造位置相鄰的金馬構造和鴨子河構造天然氣組分存在差異：金馬構造天然氣甲烷含量90.50%，乙烷含量0.16%，二氧化碳含量4.31%，氮氣含量1.10%，硫化氫含量3.88%，天然氣相對密度為0.620 7；鴨子河構造天然氣甲烷含量87.87%，乙烷含量0.17%，二氧化碳含量5.63%，氮氣含量0.88%，硫化氫含量5.41%，天然氣相對密度為0.650 0(表1)。

同一構造的上下儲層段氣樣組分略有不同。如金馬構造的上儲層段天然氣甲烷含量91.27%，乙烷含量0.16%，二氧化碳含量4.10%，氮氣含量1.01%，硫化氫含量3.42%，天然氣相對密度為0.620 8；下儲層段天然氣中甲烷含量90.01%，乙烷含量0.16%，二氧化碳含量4.36%，氮氣含量1.13%，硫化氫含量4.31%，天然氣相對密度為0.620 5(表2)。

表2 山前帶雷四段氣藏天然氣分析數據

3.3 生產動態影響產出液體性質

四川盆地西部雷口坡組“地層水”總礦化度為10.02～383.72 g/L(質量分數)[11]，區間范圍較寬，綜合分析認為含有凝析水，產出的液體應包括壓裂液(生產早期)、凝析水、地層水的混合。有的氣井按照合理的配產，穩產期不會產出地層水。因此，有必要結合鉆井動靜態資料分析產水性質，剖析氣井受地層水活躍程度對產能的影響，及時調整生產制度[12-13]。

鴨子河構造的Y2井穩定生產時間較長，配產15×104～20×104m3/d，壓力由33.47 MPa降至32.22 MPa，期間平均壓降速度為0.012 MPa/d，平均日產氣21.18×104m3，日產液3.08 m3，表明氣井產出液以凝析水為主，極少量可動水，依據如下：①產水量低，水氣比低(小于0.3 m3/104m3)，水氣比較平穩，沒有出現氣井產水造成的氣水比波動現象；②氣井井口油壓相對穩定且下降日趨變緩，符合氣藏產凝析水的特征；③硫化氫含量總體保持穩定，沒有出現高含硫氣井產水造成的硫化氫含量升高現象；④礦化度含量低(5.5%)，產出液中陰陽離子含量、礦化度保持平穩，水型基本穩定，總礦化度為12.5～28.8 g/L。

4 氣水分布控制因素

4.1 構造位置

前文對氣水分布特征的分析表明，各局部構造上下儲層段氣水分布很大程度上都受構造作用的控制。鉆井揭示構造高部位的含氣充滿度較高，向下傾的斜坡方向過渡為氣水同層，越到構造低部位，含水飽和度越來越高直至含氣水層(圖2)。

一方面，現今的區域構造背景是控制地層水分布的基本條件，氣水重力分異的原理造成氣藏中常見的“上氣下水”；另外一方面，構造幅度的大小對氣水分布也有較大的影響：中高產井多位于構造較陡或者規模較大的儲集體上，儲層較厚，物性較好，氣水在重力作用下分異較為徹底，具有明顯的氣水界面；低產或者產水井多位于構造相對平緩或者規模較小的儲集體中，地層水分異不明顯，如位于山前帶北東部的幅度平緩的云西構造整體產水(圖2)。

4.2 氣源條件

天然氣充滿度分為高充滿度(大于等于100%)、中充滿度(80%～100%)和低充滿度(小于80%)[14]，天然氣充滿度高則構造內天然氣氣柱高、分布面積廣。其中，石羊場構造上下儲層段充滿度差異較大，上儲層段充滿度為79.20%，接近中充滿度，下儲層段充滿度則只有19.20%，為低充滿度；金馬構造上儲層段充滿度70.43%、下儲層段則只有58.50%，為低充滿度；鴨子河構造上儲層段充滿度84.20%，為中充滿度，下儲層段充滿度66.67%(表3)，為低充滿度，造成其差異的原因主要是山前帶雷口坡組氣藏烴源巖生烴強度低，在整個成藏過程中，缺乏充足的烴類氣體充注，氣排水不充分，地層水大量滯留在儲層中，占據儲集空間。僅構造高部位充注一定量的天然氣，構造低部位則注滿地層水。

表3 山前帶雷四段氣藏圈閉要素和氣柱高度統計

山前帶雷四上亞段氣藏天然氣來自下伏二疊統、上覆馬鞍塘組、小塘子組及雷口坡組自身[15]。其中上覆馬鞍塘組和小塘子組烴源巖生成的天然氣通過雷口坡組頂部不整合面倒灌進入上儲層段，這部分的天然氣不含硫化氫，由于中間隔層的阻擋而無法進入下儲層段，來自于雷口坡自身及下部的二疊系烴源巖生成的天然氣均可以進入上下儲層段；故造成上下儲層段的天然氣組分存在差異。梁狄剛、張水昌等認為，碳酸鹽巖作為烴源巖時，TOC值應大于0.50%[16]，彭平安提出能引起排烴的碳酸鹽巖烴源巖TOC下限應為1.00%[17]。而研究區探井TOC平均值為0.41～0.53(表4)，認為該區雖然達到烴源巖排烴界限，具備一定的生烴能力，但未達到中等烴源巖標準，故難以形成大規模聚集，不能提供充足的氣源，從而氣藏充滿度存在差異。

表4 山前帶各構烴原有機碳值質量分數統計

4.3 儲層非均質性

雷四段儲層縱向呈薄互層狀，單層厚度薄，層數多，巖心分析表明水平滲透率比垂直滲透率高1～2個數量級，揭示出縱向強烈的非均質性特征，這也是云西構造P9井的上儲層段產水，下儲層段氣水同產的重要原因。由于縱向的強非均質性，加上橫向上儲層差異化發育，形成局部的巖性圈閉，造成同一構造不同的氣井地層壓力梯度略有差異，如金馬構造的P4井地層壓力梯度為1.12 MPa/100 m，而相距1.07 km的P5井地層壓力梯度為1.08 MPa/100 m。

研究區天然氣在運移成藏的過程中，氣驅動水的驅替程度與儲層的品質和孔喉結構密切相關：在較為疏松、孔喉分選匹配較好、連通性好的儲層中(圖3a、b)，氣水分異更為徹底，形成現今表現的“上氣下水”，但在孔喉壁道或轉折端，均存在難以驅替出巖石的束縛水(圖4a)；在較為致密、孔喉大小不均一、連通性較差的低滲透儲層中(圖3c、d)，以及部分大孔隙被晚期的破壞性成巖作用造成封堵，地層水難以有效流動，殘存在地層中的水難以被成藏過程中的天然氣驅替出來，形成了廣泛分布的殘余可動地層水(圖4b)。成藏后期，天然氣的賦存一定程度上抑制膠結作用的進行，較好地保存了優質儲層的物性；而相對富水的儲集層更容易帶來成巖流體，使得儲層進一步致密化，從而導致儲集層品質比氣藏區儲層差。

圖3 不同品質儲層孔喉連通性宏微觀照片

圖4 優質儲層和劣質儲層氣驅水示意圖

4.4 斷裂及裂縫

裂縫的高導流能力使其成為成藏早期天然氣充注的主要通道，在成藏后期，氣水分布再次調整時，也容易連通底水或邊水。如果裂縫不發育，在氣源充足條件下，即使是構造低部位的儲層，也能封存由烴源灶運移過來的天然氣，如果裂縫發育，單一儲滲體很難永久保存天然氣[18]。川西山前帶雷口坡組烴源巖在燕山中期達到生烴高峰，燕山中晚期發生多期油氣充注，歷經多次擠壓推覆，發育多期次、多尺度裂縫，尤其是在喜山期的構造定型階段，派生裂縫較發育，增強了儲層的連通性，是氣井獲得高產的關鍵因素[19]，同時，也是產水通道。位于鴨子河構造西南翼靠近彭縣斷裂的P6井，其烴源巖為雷口坡組自身及下伏二疊系龍潭組[15]，該井雷口坡組烴源巖厚度達到120 m，斷至二疊系的彭縣深部大斷裂為下部烴源運移提供了有效通道，具有油氣成藏匹配優勢，可能形成較大規模的氣藏，但P6井實鉆揭示，下儲層段僅為一層“氣帽子”，其下為水層，初步分析表明：因P6井的靶點距離斷層僅700 m，溝通了斷層下盤的邊水，同時，本井實鉆過程中發生井漏，測井資料解釋也表明微裂縫發育，也可能溝通了下部的水層(圖5)。

綜上分析，山前帶雷四段氣藏氣水分布復雜，整體呈現上氣下水、薄互層條帶式分布、靠近斷層氣水發生再次分異調整的特點。三個局部構造都形成氣藏，并非最低部位先充滿再溢出到高部位，而是表現出均有充注，但都沒有充滿，表明天然氣的充注并非統一的疏導體系，而是獨立的；其次，充滿度不夠，表明烴源巖供烴能力不足，成藏過程中氣源不足，各個局部圈閉并未完全充滿是造成地層水分布的根本原因；再次，儲層的發育層位和非均質性導致氣藏表現為構造與巖性共同控制；斷層的調整作用進一步加劇了氣水分布的復雜性(圖5)。

5 結論

(1)川西龍門山前帶雷四上亞段氣藏發育上下兩套儲層，上儲層段為孔隙型儲層，下儲層段為孔隙-裂縫型儲層；縱向呈薄互層狀，單層厚度薄，層數多，橫向分布面積大。

(2)龍門山前帶雷四上亞段氣藏氣水分布具有以下特點：石羊場、金馬、鴨子河、云西四個局部構造具有不同的氣水系統，流體組分存在差異；產出液體性質受生產動態影響較大；同一局部構造南北兩翼陡緩不同氣水界面有差異，呈現南低北高的特點。

(3)氣水分布首先受到現今構造的控制作用，呈現上氣下水的格局，構造幅度的高低、陡緩對氣水分布起著決定性作用；其次，雷口坡組自身生烴能力差導致氣源不足，局部圈閉充滿度低，多期次性構造運動的破壞性作用是造成川西氣田地層水大面積分布的根本原因；再次，儲層非均質性強化了氣水分布的復雜性，靠近斷層的區域發生了氣水分布的再次調整。