川西坳陷致密氣藏束縛水賦存狀態(tài)與產(chǎn)出機(jī)理

張 巖，王勇飛，高 偉，王瓊仙，劉 葉

（中國(guó)石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院，四川成都 610041）

油氣藏中地層水通常以可動(dòng)水和束縛水兩種狀態(tài)賦存。川西坳陷致密砂巖氣藏?zé)o明顯活躍的邊底水，原始含水飽和度較高，大多數(shù)氣井在開采中后期均出現(xiàn)不同程度地產(chǎn)水、井筒積液。因其儲(chǔ)層微觀孔喉細(xì)小且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，普遍存在束縛水，其分布規(guī)律、賦存狀態(tài)及流動(dòng)機(jī)理對(duì)致密儲(chǔ)層含氣性和微觀氣水兩相滲流影響較大。前人研究主要集中在束縛水飽和度的靜態(tài)測(cè)定，對(duì)束縛水產(chǎn)生的影響因素和流動(dòng)機(jī)理等動(dòng)態(tài)方面研究較少[1-3]。深化束縛水飽和度研究，不僅是準(zhǔn)確評(píng)價(jià)致密儲(chǔ)層含氣性、儲(chǔ)量計(jì)算的需要，同時(shí)也是探索儲(chǔ)層非達(dá)西滲流規(guī)律、提高氣井產(chǎn)量、提高產(chǎn)水氣井及氣藏開發(fā)效果的基礎(chǔ)。目前測(cè)試束縛水飽和度的方法較多，最準(zhǔn)確的是油基泥漿密閉取心直接測(cè)量，但此方法要進(jìn)行專項(xiàng)鉆井取心，成本較高，現(xiàn)場(chǎng)一般實(shí)施較少。此外還有相滲實(shí)驗(yàn)法、壓汞實(shí)驗(yàn)法、離心法、核磁共振法、半滲透隔板法等。前人研究表明，實(shí)際地層溫度、驅(qū)替壓力對(duì)束縛水飽和度的準(zhǔn)確測(cè)定具有重要影響，而半滲透隔板法所用儀器簡(jiǎn)單，可以模擬地層環(huán)境，是相對(duì)油基泥漿密閉取心以外較準(zhǔn)確的方法，因此適用范圍較廣。

川西坳陷位于四川盆地西部，呈北東向展布，西以安縣-都江堰斷裂與龍門山?jīng)_斷帶為界，東以龍泉山-南江為界，南以峨眉斷裂與川滇南北構(gòu)造帶為界，北至米倉(cāng)山前緣，具有“三隆、兩凹、一斜坡”的構(gòu)造格局，平面和縱向上低滲透-致密砂巖氣藏廣泛分布，先后發(fā)現(xiàn)7 個(gè)大中型氣田，不同區(qū)域、不同層系氣藏特征差異較大[4-5]。不同類型的氣藏具有不同的地質(zhì)特征，呈現(xiàn)不同的束縛水分布特征。本文以川西坳陷上侏羅統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組、遂寧組和中侏羅統(tǒng)沙溪廟組三個(gè)主力氣藏為研究對(duì)象，利用半滲透隔板法和核磁共振實(shí)驗(yàn)，測(cè)定束縛水和可動(dòng)水飽和度，一方面結(jié)合微觀孔隙結(jié)構(gòu)，從靜態(tài)角度研究束縛水飽和度大小的影響因素；另一方面結(jié)合氣水兩相滲流，從動(dòng)態(tài)角度研究束縛水與可動(dòng)水在一定壓力梯度下或外來流體誘導(dǎo)下的流動(dòng)機(jī)理，為氣藏開發(fā)提出針對(duì)性措施提供支撐。

1 多層疊置條帶狀致密砂巖氣藏

多層疊置條帶狀致密砂巖氣藏以新場(chǎng)氣田蓬二段氣藏為典型代表，具有多層、條帶狀、疊合程度較低的特征，為高壓、中低孔、致密砂巖氣藏。該氣藏樣品共計(jì)18 個(gè)，分別取自X33 井、X43 井、CX216井等8 口氣井蓬二段兩個(gè)砂層組，半滲透隔板法測(cè)定的束縛水飽和度為 27.32%～44.95%，平均為35.90%。束縛水飽和度與孔隙度、滲透率的關(guān)系呈明顯的負(fù)相關(guān)；隨著孔滲值的增加，物性變好，束縛水飽和度逐漸減小，當(dāng)孔隙度大于15.00%或滲透率值大于3.00×10-3μm2時(shí)，束縛水飽和度小于30.00%，與低滲透氣藏非常相近。束縛水飽和度小于35.00%的樣品為44.04%，束縛水飽和度小于40.00%的樣品達(dá)72.00%（圖1）。氣藏原始束縛水飽和度整體偏低，究其原因，微觀孔隙結(jié)構(gòu)的特征是影響束縛水飽度的內(nèi)在因素，蓬二段儲(chǔ)層為典型的孔隙型儲(chǔ)層，喉道以孔隙縮小型為主，呈雙峰特征，分布區(qū)間為0.07～0.75 μm、0.75～7.50 μm，主要以后者的中-粗孔喉峰值為主，賦存束縛水的微細(xì)孔喉較少[6-9]。因此束縛水飽和度較低，相應(yīng)的開發(fā)中后期可動(dòng)水飽和度較低，氣井產(chǎn)水和井筒積液較少。

圖1 新場(chǎng)氣田蓬二段氣藏束縛水飽和度分布特征

2 多層疊置毯狀致密砂巖氣藏

多層疊置毯狀致密砂巖氣藏以新場(chǎng)氣田沙二段氣藏為典型代表，具有毯狀、疊合程度高、異常高壓的特征，為中低孔、致密砂巖氣藏。

該氣藏樣品共計(jì)33 個(gè)，分別取自X804 井、X808井、CX132 井等12 口氣井沙二段4 個(gè)砂層組，半滲透隔板法測(cè)定的束縛水飽和度為44.42%～70.95%，平均為54.18%，與新場(chǎng)氣田蓬二段氣藏相比，明顯偏高且變化范圍更大，主峰值分布在50.00%～55.00%（圖2）。該氣藏儲(chǔ)層孔隙半徑較大，主要分布在100.00～180.00 μm，平均為135.00 μm，但細(xì)微喉道、片狀、縮頸狀喉道發(fā)育，孔喉分選性差，呈多峰特征，微細(xì)喉道較多，主要分布在0.10～0.93 μm，平均為0.20 μm，具有大孔細(xì)喉的特征，原始地層水極易被捕集在孔喉尺寸急劇變化處或微細(xì)孔喉中，同時(shí)被微細(xì)喉道所控制的較大孔隙中也存在一定的束縛水[10-12]。當(dāng)滲透率小于0.10×10-3μm2時(shí)，束縛水飽和度大于60.00%，滲透率越低，束縛水越多。束縛水飽和度大于50.00%的樣品比例高達(dá)70.00%。該氣藏束縛水飽和度整體較高，可動(dòng)水飽和度亦較高，產(chǎn)水氣井較多，加之其孔喉細(xì)微，滲透率低，在開采中啟動(dòng)壓力梯度較大，井筒積液比新場(chǎng)氣田蓬二段氣藏嚴(yán)重。

3 砂泥薄互層毯狀致密砂巖氣藏

圖2 新場(chǎng)氣田沙二段氣藏束縛水飽和度分布特征

砂泥薄互層毯狀致密砂巖氣藏以洛帶氣田一段氣藏為典型代表。以毯狀為主，為常壓、特低孔、致密砂巖氣藏。

該氣藏樣品共計(jì)23 個(gè)，分別取自L58 井、L80井、JS6 井等11 口氣井遂一段兩個(gè)砂層組，半滲透隔板法測(cè)定束縛水飽和度為25.29%～79.65%，平均為48.09%，整體較高且變化范圍較大，主峰值分布在40.00%～50.00%（圖3），與新場(chǎng)氣田沙二段氣藏相比，其平均束縛水飽和度略低。雖然該氣藏孔喉尺寸微細(xì)，但孔隙縮小型、管束狀喉道較發(fā)育，因此孔喉尺寸差異較小，喉道分布呈單峰特征，主要分布在0.74～7.35 μm，分選性好，孔喉體積比偏小，減小了喉道“瓶頸”處的滲流阻力，加之發(fā)育少量的裂縫，微觀上束縛水的捕集作用較新場(chǎng)氣田沙二段氣藏更弱，束縛水飽和度小于50.00%的樣品比例達(dá)到65.22%，整體上該氣藏束縛水飽和度相對(duì)較低。

4 產(chǎn)出機(jī)理探討

圖3 洛帶氣田遂一段氣藏束縛水飽和度分布特征

三個(gè)典型氣藏的束縛水飽和度差異明顯。相比之下，新場(chǎng)氣田沙二段氣藏束縛水飽和度最高，洛帶氣田遂一段氣藏次之，新場(chǎng)氣田蓬二段氣藏最低。新場(chǎng)氣田沙二段氣藏有70.00%的樣品束縛水飽和度在50.00%以上。這些高值束縛水在一般油氣層壓力梯度條件下不能自由流動(dòng)，原始狀態(tài)為束縛水。開發(fā)生產(chǎn)中在較大壓力梯度的作用下，或可動(dòng)水的“誘導(dǎo)”下，部分束縛水可以轉(zhuǎn)化為臨界水，最終成為可動(dòng)水參與流動(dòng)。

核磁共振實(shí)驗(yàn)證明:不同滲透率的巖樣在不同驅(qū)動(dòng)壓差下，其含水飽和度變化趨勢(shì)基本一致。CX129 井滲透率（K）為0.02×10-3μm2的巖樣，當(dāng)驅(qū)替壓差從1.73 MPa 增加至3.51 MPa 時(shí)，可動(dòng)水飽和度從10.96%增加至16.30%；CX469 井滲透率為0.25×10-3μm2的巖樣，當(dāng)驅(qū)替壓差從1.04 MPa 增加至3.57 MPa 時(shí)，可動(dòng)水飽和度從28.55%增加至37.52%。可見，隨著驅(qū)替壓差的增加，其可動(dòng)用水飽和度快速增加（圖4），滲透率越高，增加越快，捕集在大孔喉邊角處的水膜最易發(fā)生流動(dòng)，由此誘發(fā)、捕集在更小孔道處的殘余地層水參與流動(dòng)。

新場(chǎng)氣田沙二段氣藏核磁共振法測(cè)定的可動(dòng)水飽和度為11.10%～43.45%，平均為29.43%。可動(dòng)水量隨著物性變化，物性越好，可動(dòng)水量越大。究其原因，物性越好，束縛水的穩(wěn)定性越差，在一般生產(chǎn)壓差作用下，或氣流的帶動(dòng)下很容易流動(dòng)，同時(shí)在潤(rùn)濕性和毛管力的作用下，與物性差的小孔喉中的束縛水連在一起，成為更大的連續(xù)相，從而誘發(fā)物性差的孔喉中的束縛水也參與滲流，與天然氣一同從儲(chǔ)層中產(chǎn)出。

圖4 沙二段氣藏不同驅(qū)替壓差下可動(dòng)水飽和度特征

此外，成藏過程中，由于烴類充注驅(qū)替原始地層水在儲(chǔ)集體空間不平衡或不徹底，氣藏內(nèi)部存在由物性變化而形成水的小圈閉“富水帶”。這些含水飽和度較高的“富水帶”，多數(shù)為可動(dòng)水，壓力條件稍有變化就參與流動(dòng)，從而誘發(fā)其他孔隙空間中的束縛水參與流動(dòng)，這是無明顯邊底水氣藏生產(chǎn)過程中產(chǎn)水的主要原因。

氣井排水采氣是新場(chǎng)氣田沙二段氣藏開發(fā)中后期一項(xiàng)重要的工作，在開發(fā)過程中，切忌放大生產(chǎn)壓差提產(chǎn)，一旦原始束縛水開始參與流動(dòng)，氣井產(chǎn)能就會(huì)急劇遞減，導(dǎo)致可采儲(chǔ)量降低。對(duì)于已產(chǎn)水井，加強(qiáng)泡沫排水采氣工藝的早期介入，對(duì)于延緩氣井產(chǎn)能遞減具有一定作用。

5 結(jié)論

（1）不同類型的氣藏具有不同的束縛水分布特征，新場(chǎng)氣田沙二段氣藏平均束縛水飽和度最高，達(dá)到54.18%，分布范圍大，最高達(dá)70.00%，洛帶氣田遂一段氣藏次之，達(dá)到48.09%，新場(chǎng)氣田蓬二段氣藏最低，僅有35.90%。

（2）微觀孔隙結(jié)構(gòu)的特征是影響束縛水飽和度高低的內(nèi)在因素，孔隙半徑較大，片狀或縮頸狀喉道發(fā)育，分選性差且微細(xì)孔喉較多，在這種“大孔、細(xì)喉”儲(chǔ)層中，原始地層水極易被捕集在孔喉尺寸變化急劇處或微細(xì)孔喉中，導(dǎo)致束縛水飽和度偏高；而孔隙縮小型、管束狀喉道較發(fā)育，分選性較好，微細(xì)孔喉占比較少或者孔喉體積比小，束縛水飽和度較低。

（3）新場(chǎng)氣田沙二段氣藏部分高值束縛水在較大壓力梯度的作用或可動(dòng)水的誘導(dǎo)下，部分束縛水可以轉(zhuǎn)化為臨界水，最終成為可動(dòng)水參與流動(dòng)，隨天然氣產(chǎn)出。因此，在開發(fā)過程中，切忌放大生產(chǎn)壓差提產(chǎn)，一旦原始束縛水開始參與流動(dòng)，將導(dǎo)致氣井產(chǎn)水和開發(fā)中后期井筒積液。