川西坳陷致密氣藏束縛水賦存狀態與產出機理

張 巖，王勇飛，高 偉，王瓊仙，劉 葉

（中國石化西南油氣分公司勘探開發研究院，四川成都 610041）

油氣藏中地層水通常以可動水和束縛水兩種狀態賦存。川西坳陷致密砂巖氣藏無明顯活躍的邊底水，原始含水飽和度較高，大多數氣井在開采中后期均出現不同程度地產水、井筒積液。因其儲層微觀孔喉細小且結構復雜，普遍存在束縛水，其分布規律、賦存狀態及流動機理對致密儲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測定，對束縛水產生的影響因素和流動機理等動態方面研究較少[1-3]。深化束縛水飽和度研究，不僅是準確評價致密儲層含氣性、儲量計算的需要，同時也是探索儲層非達西滲流規律、提高氣井產量、提高產水氣井及氣藏開發效果的基礎。目前測試束縛水飽和度的方法較多，最準確的是油基泥漿密閉取心直接測量，但此方法要進行專項鉆井取心，成本較高，現場一般實施較少。此外還有相滲實驗法、壓汞實驗法、離心法、核磁共振法、半滲透隔板法等。前人研究表明，實際地層溫度、驅替壓力對束縛水飽和度的準確測定具有重要影響，而半滲透隔板法所用儀器簡單，可以模擬地層環境，是相對油基泥漿密閉取心以外較準確的方法，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沖斷帶為界，東以龍泉山-南江為界，南以峨眉斷裂與川滇南北構造帶為界，北至米倉山前緣，具有“三隆、兩凹、一斜坡”的構造格局，平面和縱向上低滲透-致密砂巖氣藏廣泛分布，先后發現7 個大中型氣田，不同區域、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特征，呈現不同的束縛水分布特征。本文以川西坳陷上侏羅統蓬萊鎮組、遂寧組和中侏羅統沙溪廟組三個主力氣藏為研究對象，利用半滲透隔板法和核磁共振實驗，測定束縛水和可動水飽和度，一方面結合微觀孔隙結構，從靜態角度研究束縛水飽和度大小的影響因素；另一方面結合氣水兩相滲流，從動態角度研究束縛水與可動水在一定壓力梯度下或外來流體誘導下的流動機理，為氣藏開發提出針對性措施提供支撐。

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18 個，分別取自X33 井、X43 井、CX216井等8 口氣井蓬二段兩個砂層組，半滲透隔板法測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、滲透率的關系呈明顯的負相關；隨著孔滲值的增加，物性變好，束縛水飽和度逐漸減小，當孔隙度大于15.00%或滲透率值大于3.00×10-3μm2時，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，微觀孔隙結構的特征是影響束縛水飽度的內在因素，蓬二段儲層為典型的孔隙型儲層，喉道以孔隙縮小型為主，呈雙峰特征，分布區間為0.07～0.75 μm、0.75～7.50 μm，主要以后者的中-粗孔喉峰值為主，賦存束縛水的微細孔喉較少[6-9]。因此束縛水飽和度較低，相應的開發中后期可動水飽和度較低，氣井產水和井筒積液較少。

圖1 新場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33 個，分別取自X804 井、X808井、CX132 井等12 口氣井沙二段4 個砂層組，半滲透隔板法測定的束縛水飽和度為44.42%～70.95%，平均為54.18%，與新場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，但細微喉道、片狀、縮頸狀喉道發育，孔喉分選性差，呈多峰特征，微細喉道較多，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孔喉中，同時被微細喉道所控制的較大孔隙中也存在一定的束縛水[10-12]。當滲透率小于0.10×10-3μm2時，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70.00%。該氣藏束縛水飽和度整體較高，可動水飽和度亦較高，產水氣井較多，加之其孔喉細微，滲透率低，在開采中啟動壓力梯度較大，井筒積液比新場氣田蓬二段氣藏嚴重。

3 砂泥薄互層毯狀致密砂巖氣藏

圖2 新場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23 個，分別取自L58 井、L80井、JS6 井等11 口氣井遂一段兩個砂層組，半滲透隔板法測定束縛水飽和度為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，但孔隙縮小型、管束狀喉道較發育，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，加之發育少量的裂縫，微觀上束縛水的捕集作用較新場氣田沙二段氣藏更弱，束縛水飽和度小于50.00%的樣品比例達到65.22%，整體上該氣藏束縛水飽和度相對較低。

4 產出機理探討

圖3 洛帶氣田遂一段氣藏束縛水飽和度分布特征

三個典型氣藏的束縛水飽和度差異明顯。相比之下，新場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，新場氣田蓬二段氣藏最低。新場氣田沙二段氣藏有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，原始狀態為束縛水。開發生產中在較大壓力梯度的作用下，或可動水的“誘導”下，部分束縛水可以轉化為臨界水，最終成為可動水參與流動。

核磁共振實驗證明:不同滲透率的巖樣在不同驅動壓差下，其含水飽和度變化趨勢基本一致。CX129 井滲透率（K）為0.02×10-3μm2的巖樣，當驅替壓差從1.73 MPa 增加至3.51 MPa 時，可動水飽和度從10.96%增加至16.30%；CX469 井滲透率為0.25×10-3μm2的巖樣，當驅替壓差從1.04 MPa 增加至3.57 MPa 時，可動水飽和度從28.55%增加至37.52%。可見，隨著驅替壓差的增加，其可動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生流動，由此誘發、捕集在更小孔道處的殘余地層水參與流動。

新場氣田沙二段氣藏核磁共振法測定的可動水飽和度為11.10%～43.45%，平均為29.43%。可動水量隨著物性變化，物性越好，可動水量越大。究其原因，物性越好，束縛水的穩定性越差，在一般生產壓差作用下，或氣流的帶動下很容易流動，同時在潤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，成為更大的連續相，從而誘發物性差的孔喉中的束縛水也參與滲流，與天然氣一同從儲層中產出。

圖4 沙二段氣藏不同驅替壓差下可動水飽和度特征

此外，成藏過程中，由于烴類充注驅替原始地層水在儲集體空間不平衡或不徹底，氣藏內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”，多數為可動水，壓力條件稍有變化就參與流動，從而誘發其他孔隙空間中的束縛水參與流動，這是無明顯邊底水氣藏生產過程中產水的主要原因。

氣井排水采氣是新場氣田沙二段氣藏開發中后期一項重要的工作，在開發過程中，切忌放大生產壓差提產，一旦原始束縛水開始參與流動，氣井產能就會急劇遞減，導致可采儲量降低。對于已產水井，加強泡沫排水采氣工藝的早期介入，對于延緩氣井產能遞減具有一定作用。

5 結論

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

（2）微觀孔隙結構的特征是影響束縛水飽和度高低的內在因素，孔隙半徑較大，片狀或縮頸狀喉道發育，分選性差且微細孔喉較多，在這種“大孔、細喉”儲層中，原始地層水極易被捕集在孔喉尺寸變化急劇處或微細孔喉中，導致束縛水飽和度偏高；而孔隙縮小型、管束狀喉道較發育，分選性較好，微細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水的誘導下，部分束縛水可以轉化為臨界水，最終成為可動水參與流動，隨天然氣產出。因此，在開發過程中，切忌放大生產壓差提產，一旦原始束縛水開始參與流動，將導致氣井產水和開發中后期井筒積液。