邵映明
, 陈名
中图分类号: TE132.1
文献标识码: A
收稿日期: 2019-01-22
网络出版日期: 2019-03-25
版权声明: 2019 《录井工程》杂志社 《录井工程》杂志社 所有
作者简介:
作者简介： 邵映明 工程师,1989年生,2009年毕业于中国石油大学(北京)地质工程专业,现在中国石油渤海钻探油气合作开发分公司地质研究院从事地震地质综合研究工作。通信地址:300457 天津市开发区第二大街83号(中国石油天津大厦)。电话:(022)66332707。E-mail:shaoyingmin@cnpc.com.cn
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摘要
针对苏里格X区块盒8段致密气藏存在的气水关系复杂、无统一的气水界面、气水分布规律认识不清等问题,应用地质、测井、测试及生产动态等多种资料综合分析该区致密气藏地层水赋存状态及主控因素,将地层水划分为束缚水、毛细管水和可动水3种类型,确认盒8段致密气藏地层水主要受烃源岩生烃强度、储集层非均质性及局部微构造等多种因素控制,其中:烃源岩生烃强度控制区块气水分布的宏观格局,储集层非均质性决定区块局部的气水分布,局部微构造控制同一连通砂体内可动水的垂向运移。该研究为苏里格X区块致密气藏气水分布规律分析提供了可靠依据,并为该区块下步勘探开发选区、选井工作提供了指南。
关键词：
苏里格气田位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡西北部,是典型的“低孔、低渗、低压、低丰度和低产”气田,也是非均质性极强的大型致密岩性气田,构造主要为西倾的大型平缓斜坡,主力含气层段为二叠系石盒子组盒8段和山西组山1段。苏里格X区块位于苏里格气田中北部,随着近几年勘探开发的不断深入,在局部出现不同程度的产水现象,同时气水平面分布十分复杂,气水分布规律认识不清,直接影响了区块整体部署以及气田高效滚动开发进程。为进一步明确区块气水分布规律、规避气井出水风险、扩大勘探范围,基于近年来的岩心化验资料、气井试气效果和生产动态资料,通过分析区块烃源岩发育程度、储集层非均质性特征和构造特征,开展了盒8段气水分布规律研究,探讨致密砂岩地层水的赋存类型及控制因素,为下步滚动开发和井位部署提供依据。
在地层内地层水与油气相伴生,属于同一流体系统,从油气的生成、运移到最后的聚集成藏,地层水都起到了重要作用。因此,地层水中常常保存了油气成藏的重要信息,地层水的化学成分能够在一定程度上反映油气的成藏环境,对研究地层水成因、分析油气水分布有着重要作用[1]。
苏里格气田地层水具有典型的高矿化度特征,从苏X区块地层水样品的分析化验结果(表1)中可以看出,该区块盒8段地层水具有明显的卤水特点,矿化度为32.775.0 g/L,平均值49.0 g/L。
表1 苏X区块地层水CaCl2样品的化验分析数据
| 井号 | 层位 | 密度/(g·cm-3) | pH | 阳离子含量/ (g·L-1) | 阴离子含量/ (g·L-1) | 地层水化学参数 | 矿化度/ (g·L-1) | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Na+/Cl- | Na+/Ca2+ | 100S (S | ||||||||||||
| K+Na+ | Ca2+ | Mg2+ | Cl- | S | ||||||||||
| SX-14-19X | 盒8段 | 1.018 | 6.0 | 17.8 | 9.1 | 0.7 | 45.4 | 0.3 | 0.39 | 1.96 | 0.74 | 75.0 | ||
| SX-9-25X | 盒8段 | 1.018 | 7.0 | 7.9 | 7.8 | 0.3 | 30.4 | 0.2 | 0.26 | 1.01 | 0.61 | 47.1 | ||
| SX-8-16X | 盒8段 | 1.043 | 7.0 | 7.5 | 11.2 | 0.3 | 40.9 | 0.0 | 0.18 | 0.67 | 0.04 | 60.2 | ||
| SX-3-20 | 盒8段 山1段 | 1.025 | 7.0 | 7.7 | 10.8 | 0.3 | 41.3 | 0.1 | 0.19 | 0.71 | 0.19 | 60.7 | ||
| SX-2-18H | 盒8段 | 1.022 | 7.0 | 5.4 | 5.4 | 0.3 | 21.1 | 0.1 | 0.26 | 1.01 | 0.35 | 32.7 | ||
| SX-4-23H | 盒8段 | 1.023 | 7.0 | 6.0 | 5.6 | 0.3 | 22.9 | 0.1 | 0.26 | 1.07 | 0.23 | 35.2 | ||
| SX-9-6X | 盒8段 | 1.036 | 7.0 | 7.1 | 8.9 | 0.3 | 34.4 | 0.3 | 0.21 | 0.79 | 0.73 | 51.2 | ||
| SX-9-5X | 盒6段 盒8段 | 1.028 | 7.0 | 5.8 | 6.7 | 0.3 | 25.3 | 0.1 | 0.23 | 0.87 | 0.47 | 38.3 | ||
| SX-7-16 | 盒8段 山1段 | 1.023 | 7.0 | 5.6 | 5.9 | 0.3 | 22.4 | 0.1 | 0.25 | 0.94 | 0.62 | 34.8 | ||
| SX-7-3 | 盒7段 盒8段 | 1.034 | 7.0 | 6.6 | 10.6 | 0.3 | 37.2 | 0.1 | 0.18 | 0.62 | 0.21 | 54.8 | ||
| SX-43-38X | 本溪组 | 1.062 | 7.0 | 15.3 | 13.2 | 1.2 | 69.8 | 0.4 | 0.22 | 1.16 | 0.58 | 100.7 | ||
| SX-23-30 | 盒8段 本溪组 | 1.034 | 7.0 | 10.4 | 6.1 | 0.4 | 50.8 | 0.6 | 0.20 | 1.69 | 1.14 | 70.8 | ||
| SX-5-14 | 盒8段 太原组 | 1.023 | 7.0 | 10.2 | 5.8 | 0.3 | 35.1 | 0.1 | 0.29 | 1.77 | 0.32 | 52.1 | ||
盒8段地层水中阳离子主要由Na++K+、Ca2+、Mg2+组成,其中Ca2+含量较高,为5.411.2 g/L,平均值8.2 g/L;Na++K+含量次之,为5.417.8 g/L,平均值7.7 g/L。
盒8段地层水中阴离子以Cl-为主,Cl-含量为21.145.4 g/L,平均值32.1 g/L。总体上苏X区块盒8段地层水主要离子浓度由大到小依次为Cl-> Ca2+> Na++K+>Mg2+>S
地层水的化学参数主要包括钠氯系数(Na+/CL-)、钠钙系数(Na+/Ca2+)和脱硫系数00S
对于致密砂岩气藏来讲,水相一般为润湿相,地层水主要分布在微细孔喉内及岩石表面,气体赋存在孔隙内,且微细孔喉包围、控制孔隙体,形成气水互封的状态。微观孔隙结构特征决定原始含水饱和度高低,微小孔喉发育导致储集层含水饱和度高,含气性较差。饱和水岩样在2.068 MPa离心后的含水饱和度高低反映了在相同成藏动力下储集层原生水的排驱难易程度。2.068 MPa离心后,苏里格X区块岩心的含水饱和度在58.6%91.4%之间(图1),绝大部分都超过60%,表明苏里格X区块成藏过程中储集层原生水排出难度大,成藏后原始含水饱和度高,含气性较差。根据地层水在地层中的赋存状态,结合储集层非均质性、孔喉结构等,将苏X区块盒8段地层水分为束缚水、毛细管水、可动水3大类[2,3,4]。
束缚水即束缚在岩石颗粒接触边角部位、微细孔隙中或者吸附在岩石骨架颗粒表面、不能移动的地层水。由于其特殊的存在状态,束缚水一般彼此之间不连续,测井电性参数无明显含水特征。通过岩心离心试验可以看出,苏X区块盒8段储集层内微小孔喉发育,束缚水饱和度普遍偏高,表明束缚水在区块内广泛分布,原始地层状态下难以流动,压裂改造后不产水或少量产水。
毛细管水指发育在非均质性较强的储集层中微-细孔喉中的地层水,可以细分为致密透镜状毛细管水和充注强度不足形成的残余毛细管水。致密透镜状毛细管水主要是由于储集层非均质性强,气驱替水主要进入孔喉较大的储集空间,无法驱替物性较差砂体中的水体。致密透镜状毛细管水主要分布在砂体边部或内部物性较差的区域,而在充注强度不足的区域,由于气驱替水不完全,也会残余一定程度的毛细管水,形成含水气层。毛细管水测井电性参数含水特征不明显,在原始地层状态下不能移动,压裂改造后产水较多,随着气井生产,出水量逐渐减少。如SX-7-25H井压裂后试采初期产气12×104 m3/d,出液最高达到74 m3/d,后期出液量逐渐减少,返排率达到67.2%时产液量仅为7 m3/d(图2),投产半年后不产水,井筒无积液,因此按照日产液量的变化情况,认为该井地层水赋存类型以毛细管水为主。
可动水指在重力作用下可以自由移动的地层水,一般发育在物性较好的储集层,可以细分为低部位滞留水、充注强度不足形成的残余可动水以及孤立透镜体水。低部位滞留水主要受局部微构造分异作用控制,滞留于砂体底部;残余可动水则是由于气体充注强度不足、气驱替水不完全所形成的气水同层或含气水层;孤立透镜体水主要是在周围被致密层封闭的孤立透镜状渗透砂岩中,基本无气驱动所形成的可动水,一般位于盒8上亚段或其他上覆地层。可动水在测井电性参数上具有明显的含水特征,试气出水量较大,生产易形成水淹。
苏里格X区块出水层平面上零星分布,未形成大范围的气水层或水层,横向上遍布整个区块,其中产水量大的井主要分布于区块中西部石盒子组盒8 段,单井点分布,无边底水。综合考虑区域上沉积、构造、烃源岩等地质因素,并结合气水分布关系研究认为,苏里格X区块盒8段气水分布主要受烃源岩生烃强度、储集层非均质性以及局部微构造等多种因素控制[5,6,7,8]。
苏里格气田烃源岩主要为下伏的煤层,成藏模式主要为自生自储和下生上储,受储集层低孔隙度、低渗透率的影响,天然气很少发生横向运移。在这种近距离运移聚集模式下,煤层厚度大的地区,生烃强度大,天然气的充注强度大,上覆储集层可以获得充足的气源供给,驱替地层中的原始水,利于天然气富集。苏里格X区块烃源岩煤层厚度412 m,生气强度在10×10820×108 m3/km2,其Ⅰ、Ⅱ类井煤层厚度一般大于6 m,甚至可达10 m以上(图3)。烃源岩煤层厚度对天然气富集起到很大的控制作用。
然而在历年开发过程中,大部分开发井并未钻穿太原组和奥陶系煤层,给煤层厚度研究造成了很大的困难,为此引入“天然气充注度”的概念来研究储集层内天然气的充注程度,即储集层有效砂岩厚度与储集层渗透砂岩厚度之比。充注度越高,表明储集层有效孔隙内天然气占比越高,气体充注能力越强,气驱替水越完全;充注度越低,表明储集层有效孔隙内天然气占比越低,气体充注能力越弱,地层水残余越多。
通过对苏里格X区块盒8段储集层天然气充注度研究可以看出(图4):高充注度区域主要集中在工区南部及东北部,其中南部高充注区与富集区范围基本吻合,富集区向外充注度逐渐降低,工区东北部天然气充注度较高,是下一步勘探评价的重点区域;低充注度区域主要集中在工区西北部和南部的富集区边缘,其中西北部充注度普遍低于60%,储集层内存在大量原始地层水,后续开发潜力较低。总体来说,盒8段天然气充注度分布趋势与盒8段气层分布趋势存在较好的一致性,证明生烃强度控制了气水分布的总体格局。
通过岩心分析表明,苏里格X区块盒8段气藏储集层的岩性主要是岩屑石英砂岩、岩屑砂岩以及少量的石英砂岩。砂岩储集层在成岩过程中经历了压实作用、蚀变作用、溶蚀作用和黏土矿物的重结晶等多种演化过程,原生孔隙大部分遭到破坏,岩石中大量发育各类溶蚀孔、高岭石晶间孔等次生孔隙。其孔隙度介于5.06%~15.58%之间,平均值为9.52%;渗透率介于0.018~7.547 mD之间,平均值为0.592 mD,属于典型的低孔隙度、低渗透率气藏,储集层物性具有较强的非均质性。天然气主要富集在相对高渗透率砂岩储集层中,在相对低渗透率的储集层中天然气充注起始压力高,运移阻力大,气体较难进入,残余地层水易形成含水气层、气水同层和含气水层。
苏里格X区块构造整体表现为由北东向南西倾斜的单斜构造,局部发育一些低缓鼻隆,幅度8~15 m。纵向上,多套砂泥岩叠置,气水分布分散,无统一的气水界面,区域构造对气水分布的控制作用较弱,但局部微构造对可动水的气水分异具有明显的控制作用。如SX-10-3H井区,多井盒8下亚段发育厚储集层,对比性较好,属于同一连通的河道砂体,处于构造高部位的SX-10-4X、S 76-10-5、SX-10-6HX等井试气不出水,而处于构造低部位的SX-10-3H、SX-7-3等井试气出现不同程度的产水现象,其中SX-10-3H井出水最为严重,出液量达到3050 m3/d,进一步证实连通砂体单元内微构造对气水分异具有明显的控制作用。
苏里格X区块盒8段为北东-南西向辫状河河道沉积,砂体横向上大面积发育,垂向上相互叠置。原始地层内普遍含水,成藏期烃源岩开始大量生气,由于非均质性强、物性差的储集层阻挡气体运移以及周围泥岩盖层发育,气藏缺乏大范围运移的通道,天然气以垂向运移为主,向上部河道砂体内充注,并受物性控制在河道和心滩富集。烃源岩成熟度高的区域,生烃强度大,充注能力强,气驱替水的作用充分,仅在微细孔隙中残余不可移动的束缚水,天然气富集;烃源岩生烃强度中等的区域,充注能力不足,气驱替水的作用不充分,易在储集层中偏致密的区域残余毛细管水,或者残余一部分的可动水,形成气水共存的现象,可动水受储集层物性和局部微构造共同控制,形成低部位滞留水;烃源岩成熟度低的区域,生烃强度小,充注能力弱,气驱替水作用弱,地层内水体发育。此外,在周围被致密层封闭的孤立透镜状渗透砂岩内,水基本无气驱动,形成孤立透镜体水,一般位于盒8上亚段或其他上覆地层(图5)。
(1)苏里格X区块盒8段致密气藏气水关系复杂,无统一的气水界面。通过研究确认,该区块地层水主要分为束缚水、毛细管水和可动水3种类型。束缚水原始状态下不可移动,对试气生产基本无影响;可动水在测井电性参数上具有明显的含水特征,易于识别;毛细管水主要分布在富集区外围等非均质性强的储集层内,测井电性参数识别难度大,对气井生产影响较大。当前气井出水主要以毛细管水为主。
(2)苏里格X区块地层水主要受烃源岩生烃强度、储集层非均质性及局部微构造等多种因素控制。烃源岩生烃强度控制了区块气水分布的宏观格局,储集层非均质性决定局部的气水分布,微构造控制同一连通砂体内可动水的垂向运移。该区块南部生烃能力较强,气水分布主要受储集层物性影响;区块北部气水分布主要受生烃能力强弱及储集层物性共同影响。
(3)苏里格X区块地层水主要分布在烃源岩不发育区、储集层致密区、同一连通砂体构造低部位等,后续滚动开发应尽量避开这些区域。该区块下一步评价的重点是区块东北部山西组和本溪组煤层相对发育区。
The authors have declared that no competing interests exist.
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