鄂爾多斯盆地北緣下石盒子組氣水分布特征及控制因素

張占楊

（中國石化華北油氣分公司勘探開發研究院，河南 鄭州 450006）

0 引言

東勝氣田位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡北緣，北部邊界為伊盟隆起。鉆井表明該氣田發育多套含氣層段，主要目的層為二疊系下石盒子組、山西組、太原組，其中，下石盒子組由下往上劃分為盒1段、盒2段、盒3段等3個含氣層段，為致密砂巖氣藏。已成功開發蘇里格、大牛地等多個同類型氣田，并取得了良好的經濟效益。東勝氣田總體構造形態為北東高南西低的單斜，局部發育微幅構造及鼻狀隆起，與盆地內其他氣田相比構造更復雜，斷裂更發育，烴源巖分布差異更大，儲層非均質性更強，氣水關系更為復雜，勘探開發難度更大。研究區J72井區下石盒子組盒1段埋藏深度介于2 700～3 000 m，地層厚度介于50～65 m。主要發育辮狀河砂巖沉積，儲層平均孔隙度為8.5%、平均滲透率為0.7 mD，屬于典型的低孔隙度、低滲透率儲層。進入勘探及評價階段以來，盒1段氣藏探井及評價井均出現了產水問題，從而制約了氣井產能釋放與氣藏的效益開發。在已有致密砂巖氣藏氣水關系識別的基礎上，對盆地北緣J72井區主力氣藏下石盒子組盒1段的氣水分布關系進一步開展研究，同時對其控制因素進行更深入地分析。J72井區地質特征復雜，主要表現為縱向砂體厚度大，單有效砂體厚度薄，主要為含礫粗砂巖，儲地比低；砂體連通性差，大片砂體連續而不連通，有效砂體孤立分布于厚層砂體中；儲層非均質性強，儲層電性特征差異小，但氣井產出差異大；氣藏差異富集，有利目標區分布不明確。復雜的地質特征導致氣水識別、氣水分布、控制因素等研究難度大。筆者通過多種資料并綜合構造、沉積、儲層、烴源巖等分析識別氣水層，以期尋找有利的油氣開發目標區。

1 地層水類型

通過對研究區35口井下石盒子組盒3段、盒2段、盒1段地層水資料的分析可知，地層水礦化度介于2.3～3.5 g／L，陽離子以Na+和Ca2+為主，陰離子以Cl-為主，具有明顯的CaCl2型水特點，表明地層封閉性好，地層水為沉積殘余水。統計50余口井的生產數據表明，日產氣量介于（0.3～4.1）×104m3，日產水量介于0.8～20.8 m3，液氣比介于1.1～12.5 m3／104m3，大部分氣井產液量較大。目標區地層水的主要類型有自由水、束縛水、毛細管水3類［1-3］。其中，自由水主要分布于大孔喉中，受局部構造、儲層非均質性、充注程度控制，保持原始飽和度水狀態，主要分布于盒2段、盒3段氣藏物性好的儲層中，測井解釋易于識別；束縛水主要分布于小孔喉中和孔隙盲端，主要受儲層孔隙結構或礦物顆粒表面性質的影響，被“束縛”在孔隙盲端中或孔隙壁面上不參與流動，各層位均有分布，該類水不產出；毛細管水主要受儲層孔隙—喉道配位關系及孔隙毛細管力的影響，氣相進入孔隙的壓力不足以克服毛細管力，無法驅動孔喉處的液相。其主控因素為儲層毛細管力，主要分布于盒1段氣藏中，氣井壓裂后，毛細管兩端的壓差增大，該類水開始流動，是氣井產水的主要來源，測井解釋難度較大。

2 氣水層識別

目標區為典型的低孔隙度、低滲透率氣藏，氣藏含氣飽和度低，總體呈現低電阻特征，氣水層識別難度大，主要識別方法有氣測綜合判識法、侵入分析與側向聯合解釋法、分區圖版法、聲波時差—自然電位曲線重疊法和聲波時差—深電阻率曲線重疊法等［4-5］。但常規的識別方法難以對氣水層進行有效識別。近年來，針對J72井區氣水關系復雜的情況，通過氣測形態分析、測井曲線重構法優選出適合研究區、效果最優的聲波時差與補償中子重構法對氣水層進行評價。該方法能夠較好地區分干層、差氣層、氣水層和氣層，結合氣測判別法，其區分效果要明顯優于補償中子與補償密度重構法。研究區北部J-3井聲波時差與補償中子測井重構法解釋實例如圖1所示。從圖1可以看出，1號層物性差，含氣性差，解釋為干層。4號層物性好，但感應電阻率低，補償中子與補償密度重構法解釋為氣水同層，而通過聲波時差與補償中子重構法，結合氣測形態為飽滿型，綜合解釋為氣層，通過對4號層進行測試，試氣初期日產氣量為4.0×104m3，投產5個月，累計產氣量為526×104m3，不產液，與解釋結果吻合。

圖1 J-3井聲波時差與補償中子測井重構評價氣水層典型曲線圖

3 氣水分布特征

在氣水層有效識別的基礎上，利用已有單井測井資料，結合投產井生產特征，對該盆地北緣J72井區氣水分布進行研究。該區主要發育辮狀河心灘儲層，儲層物性差異大，儲層中氣水關系主要分為4種類型：一是多個物性好的心灘疊合，但心灘之間有非滲透隔層，多個心灘砂體連續而不連通，氣水界面不統一（圖2a）；二是多個物性好的心灘切疊程度高，心灘砂體連續并連通，呈現上氣下水的特征，具有明顯的氣水界面（圖2b）；三是多個心灘砂體不連續，水層呈現孤立狀（圖2c）；四是多個物性差的心灘疊置，砂體連續且連通，但氣水呈現混儲狀態，沒有出現氣水分異［6］，即氣水同層（圖2d）。

圖2 J72井區氣水分布模式圖

基于氣水關系進行分析表明，井區西部J88-J87河道主要發育氣水層、水層、干層，為氣水混儲狀態，水型主要為束縛水；井區中部J91河道從下往上盒1段主要發育水層、氣水層，主要為孤立水體和氣水混儲，水型為束縛水、自由水，盒2段主要發育氣層，P16河道盒1段主要發育氣層，是氣層分布區；井區東部J70-P15井主要表現為上氣下水，即邊底水氣藏，水型為自由水，在P15井呈現明顯的上部高電阻、下部低電阻特征（圖3）。從北往南，北部構造高部位主要發育氣層，中部主要為致密層，南部多套氣層疊合發育，是J72井區盒1段氣藏的主要發育區（圖4）。

圖3 J72井區東西向氣水分布連井剖面圖

圖4 J72井區南北向氣水分布連井剖面圖

4 氣水分布控制因素

通過氣水層識別與分布特征研究，綜合分析表明該盆地北緣J72井區氣水分布主要受斷裂、局部構造、儲層非均質性等因素的共同控制。

1）斷裂的封堵性

J72井區北部發育泊爾江海子逆斷裂（圖5），傾向向北，平面東西向延伸近70 km，斷距為100～300 m，主要形成于加里東期，后經歷海西、印支、燕山等多期活動，最晚活動期發生在侏羅紀晚期，為早白堊世天然氣的運移充注提供了通道。該斷層的封閉性具有分段性、分層性的特點，石千峰組和上石盒子組斷裂封閉，下石盒子組和山西組斷裂開啟。該井區北西部斷層封堵性差，斷裂南部天然氣易通過裂縫側向優勢疏導區向北發生運移富集成藏；井區中部側向封閉區斷層封堵性好，南部易富集成藏［7］。井區北東部砂體發育區受厚層砂體與斷層、裂縫共同作用［8］，向北部運移，主要發育氣水層、水層。根據斷層封堵性，J72井區中部J91-P16河道成藏條件好，含氣性較好，可作為有利評價目標區。該井區西部封堵性差，J87-J88河道成藏條件較差，含氣性差。該井區東部封閉性較差，砂體發育，天然氣易逸散。

圖5 J72井區過泊爾江海子斷裂南北向剖面圖

2）氣藏局部構造

構造格局對天然氣的富集成藏起到了關鍵性的作用。通過對研究區構造的精細解釋與編圖，明確了該區的平面構造特征，總體上是平緩的單斜，具北東高南西低的特征，局部發育閉合圈閉、鼻隆構造（圖6a），平均坡降為7.8 m／km，地層水向低部位聚集［9-11］，導致井區西部為水層的主要發育區，在遠離泊爾江海子斷裂的南部局部構造發育區，氣藏更富集。在單一河道內部連通砂體，盒3段、盒2段氣藏孔隙度為15%，平均滲透率為1.5 mD，物性好，易發生氣水分異，構造高部位含氣、低部位為水層，形成邊底水巖性—構造氣藏。盒1段氣藏平均孔隙度為8.5%，平均滲透率為0.6 mD，物性差，天然氣浮力難以克服毛細管阻力，氣水不能發生分異，呈現氣水混儲的狀態，無統一的氣水界面。

3）儲層非均質性

J72井區屬于低孔隙度、低滲透率、強非均質性儲層，天然氣聚集成藏需要一定的滲透率極差。高滲透率儲層的天然氣起始充注壓力低，氣體運移阻力小，氣驅水效率高；而低滲透率儲層的起始壓力高，天然氣較難充注，易形成差氣層、干層、氣水層、水層［12-13］。由于儲層的非均質性，天然氣在致密儲層中差異充注成藏，天然氣主要富集于辮狀河道高孔隙度、高滲透率心灘砂體中，水層、氣水層主要分布在河道側翼或辮流水道砂巖中［14-15］，同時也易物性封堵形成巖性氣藏。勘探開發證實，J72井區北部天然氣主要在局部構造高部位心灘砂體中，氣測全烴含量高，含氣飽和度高，而井區中部主要發育辮流水道細砂巖沉積，砂地比高、儲地比低（圖6b、圖6c），物性差，形成良好的封堵條件，使天然氣在井區南部聚集，形成巖性氣藏區。P5井附近為高產富集區，P5井測試日產氣量為4×104m3，套壓為11 MPa，是該區開發的主要目標區。

圖6 J72井區盒1段構造與產量分布特征圖

研究認為，J72井區下石盒子組氣水分布主要受斷裂、局部構造、儲層非均質性3個關鍵因素的綜合控制，氣藏富集區主要分布有兩個：①該井區南部P5井附近，受巖性、物性控制，分布在心灘發育位置，形成巖性氣藏；②該井區北部J-3井附近，受構造、巖性、物性控制，分布在構造高部位、心灘發育部位，形成巖性—構造氣藏。

5 結論

1）J72井區地層水具有明顯的CaCl2型水特點，地層封閉性好，地層水為沉積殘余水，主要包括自由水、束縛水、毛細管水3類，其中毛細管水為主要產出水類型。

2）根據研究區儲層及含水特征，采用聲波時差與補償中子重構法，結合氣測曲線分析法能夠有效地識別氣層與水層，應用效果良好。

3）J72井區下石盒子組氣水關系復雜，發育上氣下水、孤立水體、氣水混層等多種類型。井區西部發育水層，南部與北部局部構造高部位發育氣層。

4）氣水分布主要受斷裂、局部構造、儲層非均質性控制，井區北部斷裂封堵性好、心灘發育的局部構造高部位含氣性好，發育巖性—構造氣藏；井區南部心灘發育、局部構造高部位、受斷裂影響小，是天然氣富集的部位，發育巖性氣藏。