海上低滲氣藏流體飽和度場(chǎng)建立新方法

田 彬，金 璨，王健偉，李久娣，趙天沛，盛志超，李可維

（1.中國(guó)石化上海海洋油氣分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，上海 200120；2.中國(guó)石化上海海洋油氣分公司油田開(kāi)發(fā)管理部，上海 200120）

隨著我國(guó)海上油氣資源勘探開(kāi)發(fā)的逐步深入，一些低滲氣藏也陸續(xù)投入開(kāi)發(fā)。與常規(guī)的中高滲氣藏不同，部分低滲氣藏、特別是低幅度構(gòu)造低滲氣藏在投產(chǎn)初期即見(jiàn)水，缺乏無(wú)水采氣期［1］。針對(duì)上述現(xiàn)象，目前已有的研究表明:烴源巖、儲(chǔ)層物性、儲(chǔ)層非均質(zhì)性及構(gòu)造特征等因素是造成儲(chǔ)層氣水分布關(guān)系復(fù)雜的主控因素［2］，而氣水分布關(guān)系又直接影響后續(xù)氣田開(kāi)發(fā)方案的設(shè)計(jì)。因此，明確儲(chǔ)層的氣水分布關(guān)系，準(zhǔn)確刻畫(huà)儲(chǔ)層內(nèi)流體的空間分布狀況對(duì)低滲氣藏的高效開(kāi)發(fā)具有重要意義。

目前預(yù)測(cè)流體飽和度空間分布的主要方法包括地震正演模擬及AVO 交會(huì)分析法［3］、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)儲(chǔ)層參數(shù)預(yù)測(cè)方法［4］、J 函數(shù)約束的飽和度計(jì)算方法［5-7］以及基于井點(diǎn)測(cè)井解釋飽和度的插值方法，其中以基于井點(diǎn)測(cè)井解釋飽和度的插值方法最為常用。然而，由于流體飽和度分布除了在一定程度上遵循地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律外，更與巖石的微觀孔隙結(jié)構(gòu)有關(guān)［8］，因此利用該方法建立的流體飽和度場(chǎng)往往很難真實(shí)地反映氣藏的氣水空間分布特征；特別是對(duì)于非均質(zhì)性較強(qiáng)的海上低滲氣田，由于井?dāng)?shù)較少、井點(diǎn)資料有限，利用井點(diǎn)插值建立的流體飽和度模型不確定性更大。因此，本文基于儲(chǔ)層巖石學(xué)特征、儲(chǔ)層物性及氣井產(chǎn)能等資料建立儲(chǔ)層分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，并在儲(chǔ)層分類(lèi)成果的基礎(chǔ)上對(duì)不同類(lèi)型儲(chǔ)層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析，求取每一類(lèi)儲(chǔ)層的J函數(shù)，并利用J 函數(shù)約束，建立更為真實(shí)、準(zhǔn)確的流體飽和度場(chǎng)。

1 研究區(qū)概況

N氣田為我國(guó)某海域一大型洼中隆背斜構(gòu)造氣田，主力氣層H 層儲(chǔ)層物性相對(duì)較差，孔隙度3.3%～18.2%，平均值9.1%；滲透率（0.01 ～261）×10-3μm2，平均值8.6×10-3μm2。H層砂體厚度較大，縱向上由三個(gè)沉積旋回組成，每個(gè)旋回表現(xiàn)為正韻律特征，儲(chǔ)層物性由上至下逐漸變好（見(jiàn)圖1a、1b）；平面上，H層南、北部物性也存在明顯差異，統(tǒng)計(jì)H層滲透率變異系數(shù)1.8，突進(jìn)系數(shù)24.6，級(jí)差26 100。綜上所述，N氣田H層為一非均質(zhì)性較強(qiáng)的低孔低滲儲(chǔ)層。周邊相似氣田的開(kāi)發(fā)實(shí)踐表明，低滲儲(chǔ)層的含氣性受儲(chǔ)層物性影響較大，而儲(chǔ)層的非均質(zhì)性則會(huì)加劇氣水關(guān)系的復(fù)雜程度［9］。因此，有必要通過(guò)儲(chǔ)層分類(lèi)對(duì)N 氣田H 層氣水空間分布進(jìn)行精細(xì)刻畫(huà)，這對(duì)后續(xù)開(kāi)發(fā)井井型的選擇及井位部署具有重要意義。

圖1 H層物性參數(shù)縱向分布

2 儲(chǔ)層分類(lèi)評(píng)價(jià)

2.1 基于產(chǎn)能的儲(chǔ)層分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)建立

目前一般使用“千米井深穩(wěn)定產(chǎn)量”作為劃分氣井產(chǎn)能高低的標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)表1）:千米井深穩(wěn)定產(chǎn)量大于15×104m3/d 時(shí)定義為高產(chǎn)，（5～15）×104m3/d定義為中產(chǎn)，（1～5）×104m3/d 定義為低產(chǎn)，低于1×104m3/d定義為特低產(chǎn)，通過(guò)收集統(tǒng)計(jì)N氣田周邊眾多氣井的產(chǎn)能及物性數(shù)據(jù)資料，可以建立H 層基于產(chǎn)能的物性分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn):Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層與Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層的滲透率界線為15×10-3μm2，Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層與Ⅲ類(lèi)儲(chǔ)層的界線為4×10-3μm2，Ⅲ類(lèi)儲(chǔ)層與Ⅳ類(lèi)儲(chǔ)層的界線為1×10-3μm2。

表1 基于產(chǎn)能的儲(chǔ)層物性劃分標(biāo)準(zhǔn)

2.2 不同類(lèi)型儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征分析

孔隙是被巖石顆粒包圍的較大儲(chǔ)集空間，是油氣的基本儲(chǔ)集空間；喉道則是兩個(gè)孔隙之間狹窄的連通部分，是流體滲流的重要通道［9］。基于鑄體薄片鑒定及巖心孔隙結(jié)構(gòu)特征分析，H 層孔隙類(lèi)型以次生溶蝕孔隙為主（見(jiàn)圖2），其次是原生粒間孔、鑄 模孔，粒內(nèi)溶孔含量最少，局部發(fā)育少量微裂縫。

圖2 H層孔隙類(lèi)型巖心薄片鑒定

在已有儲(chǔ)層分類(lèi)成果的基礎(chǔ)上，綜合壓汞資料及巖心薄片資料對(duì)H 層不同類(lèi)型儲(chǔ)層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析（見(jiàn)圖3）。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明:Ⅰ、Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層巖性為中細(xì)砂巖，沉積微相主要為水下分流河道，平均孔隙度11.1%～13.6%，平均滲透率（7.1～64.3）×10-3μm2，主要為中低孔中滲—低孔低滲儲(chǔ)層；孔喉結(jié)構(gòu)相對(duì)較好，最大孔喉半徑9.8～11.2 μm，中值孔喉半徑1.4～3.6 μm，平均孔喉半徑3.6～5.9 μm，相應(yīng)的中值壓力為0.3～0.6 MPa，排驅(qū)壓力為0.04～0.10 MPa。Ⅲ、Ⅳ類(lèi)儲(chǔ)層巖性為細(xì)砂巖和粉砂巖，沉積微相主要為水下分流河道和水下天然堤，平均孔隙度6.9%～9.4%，平均滲透率（0.2～1.1）×10-3μm2，屬于低孔低滲—特低孔特低滲儲(chǔ)層；孔喉結(jié)構(gòu)較差，最大孔喉半徑0.7～2.9 μm，中值孔喉半徑0.14～0.48 μm，平均孔喉半徑0.2～0.8 μm，對(duì)應(yīng)的中值壓力為1.9～12.6 MPa，排驅(qū)壓力為0.3～1.2 MPa。

圖3 不同類(lèi)型儲(chǔ)層壓汞及退汞曲線

3 流體飽和度場(chǎng)建立

3.1 流體飽和度計(jì)算方法

低滲儲(chǔ)層中流體飽和度大小主要受儲(chǔ)層物性、構(gòu)造幅度以及巖石的微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征控制。對(duì)于海上氣田，特別是非均質(zhì)性較強(qiáng)的低滲氣田，由于井?dāng)?shù)較少，很難獲取儲(chǔ)層任意位置的毛管壓力曲線，因此有必要利用J 函數(shù)根據(jù)已有的壓汞資料求取不同位置的毛管壓力，并利用求取的毛細(xì)管壓力曲線結(jié)合儲(chǔ)層物性及構(gòu)造高度來(lái)計(jì)算流體飽和度（公式（1）～（4））。具體而言，根據(jù)儲(chǔ)層中任意一點(diǎn)的構(gòu)造高度，根據(jù)公式（3）可求得該點(diǎn)的毛管力數(shù)據(jù)，同時(shí)結(jié)合該點(diǎn)的孔隙度和滲透率數(shù)據(jù)利用公式（2）可計(jì)算出該點(diǎn)的J函數(shù)，并最終利用擬合得到的不同類(lèi)型儲(chǔ)層的J函數(shù)（公式（1））和公式（4）計(jì)算出該點(diǎn)的含水飽和度Sw。

式中，J(Swn)為J 函數(shù)，無(wú)因次；pc為毛細(xì)管壓力，Pa；K為空氣滲透率，μm2；σ 為界面張力，mN/m；?為孔隙度，小數(shù)；H為氣柱高度，m；ρw、ρo分別為水和油的密度，kg/m3；g為重力加速度，9.8 m/s2；Sw為含水飽和度，小數(shù)；Swc為束縛水飽和度，小數(shù)；Swn為無(wú)因次含水飽和度，小數(shù)。

需要注意的是，J 函數(shù)是對(duì)毛管壓力曲線進(jìn)行平均化的有效工具，但當(dāng)儲(chǔ)集層非均質(zhì)性較強(qiáng)時(shí)，每個(gè)巖樣的J 函數(shù)曲線形態(tài)不一，儲(chǔ)層的非均質(zhì)性越強(qiáng)，形態(tài)差別越大，這種情況下用一個(gè)J 函數(shù)擬合的流體飽和度與實(shí)際值相差較大，因此需要對(duì)不同類(lèi)型儲(chǔ)層的毛管壓力數(shù)據(jù)資料分別回歸相應(yīng)的J函數(shù)，回歸參數(shù)值見(jiàn)表2。

表2 儲(chǔ)層J函數(shù)回歸參數(shù)統(tǒng)計(jì)

3.2 束縛水飽和度標(biāo)定

除J 函數(shù)以外，由公式（4）可以看出，束縛水飽和度的大小對(duì)最終含水飽和度的確定至關(guān)重要。目前獲取束縛水飽和度常用的方法主要包括核磁共振法、相滲曲線法和離心毛管力曲線法。核磁共振法主要是根據(jù)核磁共振的T2 譜分布來(lái)確定地層的粒徑分布和流體性質(zhì)［10-12］，并最終對(duì)地層的束縛水飽和度進(jìn)行評(píng)價(jià)；相滲實(shí)驗(yàn)法則是將真空后的巖心飽和地層水，并在分離器中進(jìn)行氣驅(qū)水實(shí)驗(yàn)，通過(guò)計(jì)算驅(qū)替出的水量，確定束縛水飽和度大小［13］；離心毛管曲線法則是通過(guò)離心裝置，不斷提高實(shí)驗(yàn)中的離心力，直至巖心含水飽和度不隨離心力的增加而變化，即作為巖心的束縛水飽和度［14］。

分別利用核磁共振法、相滲曲線法和離心毛管曲線法對(duì)H 層巖樣的束縛水飽和度進(jìn)行測(cè)定。測(cè)定結(jié)果表明:三種方法測(cè)定的束縛水飽和度結(jié)果總體一致，儲(chǔ)層束縛水飽和度同儲(chǔ)層物性之間存在較好的負(fù)相關(guān)關(guān)系，隨著儲(chǔ)層物性的下降，儲(chǔ)層束縛水飽和度逐漸增加，通過(guò)回歸束縛水飽和度同儲(chǔ)層滲透率的關(guān)系（公式（5）），可以求取任意儲(chǔ)層物性條件下的束縛水飽和度（見(jiàn)圖4）。

圖4 束縛水飽和度同滲透率關(guān)系

3.3 流體飽和度場(chǎng)建立

在構(gòu)造模型及屬性模型的基礎(chǔ)上，利用不同類(lèi)型儲(chǔ)層的J 函數(shù)曲線進(jìn)行約束，建立H 層流體飽和度場(chǎng)（見(jiàn)圖5）。通過(guò)對(duì)比H 層平面及縱向上儲(chǔ)層物性與含氣飽和度分布特征不難發(fā)現(xiàn):氣水的空間分布狀況與儲(chǔ)層的物性密切相關(guān)。平面上，在儲(chǔ)層物性較差的區(qū)域，氣藏含氣飽和度較低，而在儲(chǔ)層物性較好的區(qū)域，氣藏含氣飽和度較高；縱向上，其含氣飽和度并非僅受構(gòu)造控制，H 層由三個(gè)正韻律的沉積旋回組成，在每個(gè)旋回底部物性較好的區(qū)域含氣飽和度均較高，而在頂部物性較差的區(qū)域雖然構(gòu)造較高，但其含氣性并不理想。

圖5 H層儲(chǔ)層物性與流體飽和度分布對(duì)比

3.4 井上測(cè)井飽和度對(duì)比

N1井為N 氣田的一口探井，基于上述流體飽和度場(chǎng)，N1 井在H 層上鉆遇儲(chǔ)層以對(duì)比H 層H1 井井上測(cè)井解釋含水飽和度與利用上述方法計(jì)算的井上含水飽和度，可以看出:在儲(chǔ)層分類(lèi)的基礎(chǔ)上，利用J函數(shù)約束建立的含水飽和度分布與測(cè)井實(shí)測(cè)含水飽和度曲線基本吻合，表明利用該方法建立的流體飽和度場(chǎng)能夠較真實(shí)地反映H 層內(nèi)的氣水分布狀況。特別是對(duì)于Ⅰ、Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層，預(yù)測(cè)含水飽和度與實(shí)際含水飽和度誤差較小，而Ⅲ、Ⅳ類(lèi)儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)含水飽和度與實(shí)際含水飽和度誤差則相對(duì)較大，主要原因?yàn)閷?duì)于較為致密的Ⅲ、Ⅳ類(lèi)儲(chǔ)層，其束縛水飽和度與滲透率的關(guān)系開(kāi)始逐漸偏離擬合所得的線性關(guān)系曲線（見(jiàn)圖4），實(shí)際束縛水飽和度高于線性關(guān)系曲線預(yù)測(cè)值，通過(guò)對(duì)致密儲(chǔ)層更為精細(xì)的束縛水飽和度實(shí)驗(yàn)測(cè)試，獲得致密儲(chǔ)層范圍內(nèi)的束縛水飽和度與儲(chǔ)層物性的關(guān)系曲線，可獲得更好的儲(chǔ)層流體飽和度預(yù)測(cè)結(jié)果。

對(duì)比H1 井井上的可動(dòng)水飽和度分布可以看出，Ⅰ、Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層可動(dòng)水飽和度較低，總體小于2%，而Ⅲ、Ⅳ類(lèi)儲(chǔ)層的可動(dòng)水飽和度則相對(duì)較高，介于5%～12%之間。表明對(duì)于低滲氣藏，儲(chǔ)層物性影響儲(chǔ)層含氣性，在物性較好的區(qū)域，含氣性較好，投產(chǎn)后產(chǎn)能較高；而在儲(chǔ)層較差的區(qū)域，含水飽和度顯著增加，氣井投產(chǎn)后極有可能出現(xiàn)氣水同產(chǎn)的現(xiàn)象（見(jiàn)圖6）。

圖6 H1井井上含水飽和度及可動(dòng)水飽和度分布

4 結(jié)論

（1）在毛細(xì)管壓力曲線的基礎(chǔ)上，利用J 函數(shù)約束，建立流體飽和度與儲(chǔ)層物性及構(gòu)造位置之間的關(guān)系，避免了傳統(tǒng)井間插值生成飽和度場(chǎng)多解性較強(qiáng)的問(wèn)題，特別是對(duì)于海上氣田，由于井?dāng)?shù)較少，利用該方法大大提高了流體空間分布預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。

（2）低滲氣藏含氣飽和度受儲(chǔ)層物性影響較大，物性較好的位置含氣飽和度高，投產(chǎn)后產(chǎn)能相對(duì)較高；物性較差的位置含氣飽和度較低，且可動(dòng)水飽和度偏高，投產(chǎn)后產(chǎn)能較低，且易產(chǎn)水，影響氣井的正常生產(chǎn)。

（3）明確低滲氣藏的流體空間分布特征，并在后續(xù)開(kāi)發(fā)過(guò)程中采取平面“高密低稀、先肥后瘦”的布井方式，縱向上優(yōu)化射孔層段，對(duì)于確保氣井投產(chǎn)后實(shí)現(xiàn)較高的產(chǎn)能，緩解氣井投產(chǎn)初期氣水同出的現(xiàn)象，并最終實(shí)現(xiàn)低滲氣田的高效開(kāi)發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義。