王繼平，李躍剛，王 宏，王 一，劉 平，郝 騫

（1.西北大學(xué) 大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安710069；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司 蘇里格氣田研究中心，西安710018）

致密含氣藏通常指滲透率＜0.1×10－3μm2的砂巖氣藏。致密氣藏的開(kāi)發(fā)始于1970年，隨著水平井、大型壓裂技術(shù)規(guī)模應(yīng)用以及成本控制，得到了快速發(fā)展。中國(guó)致密氣資源量大約12×1012m3，廣泛分布于鄂爾多斯、四川、吐哈等10余個(gè)盆地。該類(lèi)氣藏開(kāi)發(fā)難度大，多表現(xiàn)為低滲、低產(chǎn)，并且常伴有地層水的產(chǎn)出[1]。

蘇里格氣田屬于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡西北部，勘探面積約4×104km2，目前已探明儲(chǔ)量超3×1012m3，顯示出巨大的開(kāi)發(fā)潛力[2]。隨著開(kāi)發(fā)的推進(jìn)，氣田產(chǎn)能建設(shè)逐步向地質(zhì)情況復(fù)雜的外圍拓展，部分區(qū)帶氣水關(guān)系復(fù)雜，投產(chǎn)氣井存在不同程度產(chǎn)水，嚴(yán)重影響了氣田的開(kāi)發(fā)步伐。

本文通過(guò)分析研究區(qū)塊烴源巖發(fā)育程度及生烴強(qiáng)度、不同類(lèi)型儲(chǔ)層致密性與天然氣充注時(shí)間匹配、構(gòu)造特征及其演化和儲(chǔ)存的非均質(zhì)性特征等方面來(lái)總結(jié)地層水的主控因素，再結(jié)合蘇X區(qū)塊的實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行地層水類(lèi)型和地層水的分布規(guī)律研究，揭示出3種不同類(lèi)型地層水的特征以及氣水分布規(guī)律，從而為后續(xù)的氣田開(kāi)發(fā)提供技術(shù)支持。

1 地層水的主控因素

1.1 烴源巖發(fā)育程度及生烴強(qiáng)度

鄂爾多斯盆地上古生界烴源巖是一套廣覆型沉積的含煤巖系，自下而上發(fā)育石炭系本溪組、二疊系太原組、山西組3套海相—海陸過(guò)渡相—陸相的煤系氣源巖（暗色泥巖、碳質(zhì)泥巖、碳質(zhì)頁(yè)巖、煤層）[3]。與中國(guó)大中型氣田形成的生烴強(qiáng)度相比，鄂爾多斯盆地上古生界沒(méi)有明顯的生氣中心，表現(xiàn)為廣覆式生烴特征[4]。

煤層是蘇里格氣田石炭系至二疊系烴源巖貢獻(xiàn)最大的巖類(lèi)，分布廣泛，煤層多，且橫向及縱向上變化大。煤層累計(jì)厚度一般為4～20m，局部可達(dá)30m以上[5]。氣田東部烏審旗及其以北煤層發(fā)育，厚度在10～20m；西部煤層較薄，在鄂托克旗、鄂托克前旗及蘇里格廟區(qū)域，煤層厚度4～10m。暗色泥巖以灰、深灰色泥巖為主，其厚度通常在20～60m。其中蘇里格廟、烏審旗及定邊區(qū)域厚度在40～60m，在氣田西北部鄂托克旗—吉爾—召皇廟一帶厚度在30m以下。

從生烴強(qiáng)度來(lái)看，區(qū)內(nèi)上古生界從東南向西北生烴強(qiáng)度逐漸減小，東南部生烴強(qiáng)度介于（2～5）×109m3／km2；而蘇里格西北部所在區(qū)域生烴強(qiáng)度普遍小于2×109m3／km2，局部生烴強(qiáng)度僅為（0.8～1.2）×109m3／km2。測(cè)井解釋統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：盒8段86.7%的含水儲(chǔ)層分布在生烴強(qiáng)度＜1.5×109m3／km2的區(qū)域，僅12.4%的含水儲(chǔ)層分布在生烴強(qiáng)度為（1.5～2.0）×109m3／km2的區(qū)域。

受生烴強(qiáng)度不足的限制，與烴源巖之間的距離決定了儲(chǔ)層中天然氣的充注強(qiáng)度。通過(guò)對(duì)蘇里格西區(qū)盒8上、盒8下、山1段儲(chǔ)層含氣飽和度的對(duì)比，可以看出從山1段→盒8下段→盒8上段含氣飽和度逐步減小[6]（圖1）。

研究表明，二疊－三疊系儲(chǔ)層在快速壓實(shí)作用和早期硅質(zhì)膠結(jié)的作用下，原始孔隙度大量減少。其中巖屑砂巖孔隙度從沉積初期的35%降至10.27%，石英砂巖孔隙度從沉積初期的35%降至17.35%。至晚侏羅世，自生礦物的膠結(jié)作用和機(jī)械壓實(shí)作用使原生孔隙逐漸喪失，巖屑砂巖孔隙度降至8.15%，石英砂巖孔隙度降至13.27%。晚侏羅世－早白堊世氣田進(jìn)入生烴高峰期，在相同充注強(qiáng)度下，石英砂巖儲(chǔ)層物性好，優(yōu)先成藏；巖屑砂巖在生烴期前儲(chǔ)層普遍致密，不利于天然氣的充注。對(duì)同一區(qū)域（生烴強(qiáng)度相同）不同類(lèi)型砂巖的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，石英砂巖儲(chǔ)層含氣飽和度較巖屑砂巖含氣飽和度高10%～15%。

1.2 構(gòu)造特征及其演化

蘇里格氣田在晚三疊世鄂爾多斯盆地上古生界進(jìn)入生烴期時(shí)，其構(gòu)造已由東低西高轉(zhuǎn)變?yōu)闁|高西低的形態(tài)；到生烴高峰期即晚侏羅世時(shí)，坡降約2.4‰；隨著地質(zhì)歷史的延續(xù)，構(gòu)造傾角進(jìn)一步增大，直到現(xiàn)今坡降達(dá)到約4.6‰[7]。蘇里格氣田在整個(gè)生烴階段天然氣有從低部位向相對(duì)高部位富集的趨勢(shì)。從整個(gè)氣田范圍看，處于低部位的西區(qū)地層水分布較中、東區(qū)分布廣；同一砂帶構(gòu)造低部位含水較高部位多[8]。

1.3 儲(chǔ)層非均質(zhì)特征

蘇里格氣田盒8期主要為辮狀河三角洲沉積，砂體受分流河道控制，多期河道相互疊置，縱向厚度大；河道遷移、擺動(dòng)頻繁，砂體橫向連片分布，呈大面積分布的特點(diǎn)[9]。蘇里格氣田儲(chǔ)層巖石較強(qiáng)的親水性及其毛細(xì)管作用，使得潤(rùn)濕相的地層水優(yōu)先分布在孔隙喉道及較小的孔隙中（儲(chǔ)層物性較差的區(qū)域），而非潤(rùn)濕相的天然氣占據(jù)較大的孔隙（儲(chǔ)層物性較好的區(qū)域）。儲(chǔ)層強(qiáng)非均質(zhì)特征對(duì)儲(chǔ)層流體分布具有明顯的控制作用。如圖2所示，河道砂體中部物性較好，其含氣飽和度高，而砂體邊部或致密砂巖區(qū)含水較多。

圖1 蘇里格氣田不同層位滲透砂巖含氣飽和度對(duì)比圖Fig.1 Comparison of gas saturation of different horizon permeable sandstones from the Sulige gas field

圖2 蘇里格氣田蘇X－Y－2W井—蘇X－Y－8井盒8、山1氣藏剖面圖Fig.2 The gas reservoir sections of Well Su X－Y－2W — Well Su X－Y－8He 8and Member 1of Shanxi Formation in the Sulige gas field

2 氣水分布規(guī)律

2.1 蘇X區(qū)塊生產(chǎn)概況

蘇X區(qū)塊位于蘇里格氣田西區(qū)中南部，氣水關(guān)系復(fù)雜。該區(qū)累計(jì)投產(chǎn)氣井78口，開(kāi)井59口，日產(chǎn)氣量56.43×104m3，平均單井產(chǎn)量0.956×104m3／d；目前套壓15.0MPa，累計(jì)產(chǎn)氣量169.34×106m3，累計(jì)產(chǎn)水量已達(dá)到7 861.7m3。運(yùn)行的3個(gè)集氣站中，蘇X－1集氣站投產(chǎn)井水氣比0.075‰（圖3），蘇 X－3集氣站投產(chǎn)井水氣比0.062‰。與相鄰區(qū)塊比較，氣井產(chǎn)水嚴(yán)重。

2.2 地層水類(lèi)型

本次研究通過(guò)對(duì)目前井控程度相對(duì)較高的蘇X區(qū)塊東部?jī)?chǔ)層精細(xì)解剖，認(rèn)為蘇里格氣田地層水類(lèi)型主要有3種（圖4）：低部位滯留水（Ⅰ型）、致密透鏡狀滯留水（Ⅱ型）、孤立透鏡體水（Ⅲ型）。

圖3 蘇里格氣田蘇X－1集氣站產(chǎn)液情況Fig.3 The liquid from the Su X－1gas gathering station of the Sulige gas field

在氣藏低孔、低滲和強(qiáng)非均質(zhì)性背景下，致密砂體呈透鏡狀分布于地層中（圖4－A），在未被油氣充填時(shí)，儲(chǔ)層為水飽和。進(jìn)入生烴高峰期，由于生烴增壓作用，氣呈水溶相向上運(yùn)移至蓋層下。由于運(yùn)移過(guò)程中溫度、壓力的降低以及生烴作用的持續(xù)，氣脫溶形成游離氣；隨著氣柱不斷的增高向下形成反作用力，推動(dòng)水向下運(yùn)移[10]。

由于儲(chǔ)層非均質(zhì)強(qiáng)，氣驅(qū)替水首先進(jìn)入孔喉較大的儲(chǔ)集空間，而對(duì)物性較差砂體中已封存完好的水體則無(wú)力驅(qū)替，從而形成致密透鏡狀滯留水（圖4－B）。致密透鏡狀滯留水主要受儲(chǔ)層非均質(zhì)控制，水體主要分布于砂體邊部或內(nèi)部物性較差的區(qū)域[11]。生烴期受構(gòu)造起伏和砂體展布的影響，低部位的水體由于無(wú)法被天然氣驅(qū)替而滯留于儲(chǔ)層中（圖4－B），進(jìn)而形成低部位滯留水，該類(lèi)地層水主要位于構(gòu)造鼻凹部位或砂帶（砂體）的下傾尖滅部位[12]。當(dāng)天然氣充注強(qiáng)度不足，且砂體規(guī)模較小或周邊致密氣水排泄不暢時(shí)，則主要形成孤立透鏡體水，相對(duì)孤立的單砂體內(nèi)完全為地層水，該類(lèi)地層水主要位于盒8上段及以上層位（圖4－B）。

2.3 地層水的分布規(guī)律

圖4 不同類(lèi)型地層水形成機(jī)理示意圖Fig.4 Formation mechanism diagram of different types of formation water

圖5 蘇里格西區(qū)蘇X區(qū)塊盒8下段地層水平面分布圖Fig.5 Su X block He 8lower segment formation water plan of the Sulige area

通過(guò)地層水的對(duì)比解剖表明，平面上不同類(lèi)型地層水在儲(chǔ)層中的分布具有明顯的規(guī)律。圖5為蘇X區(qū)塊盒8下段地層水平面分布圖。分析可知，同一砂帶內(nèi)地層水主要集中分布在構(gòu)造鼻凹部位，該類(lèi)地層水多為構(gòu)造低部位水。另外，物性較差的砂帶邊部也是地層水分布的主要區(qū)域，該類(lèi)地層水多為致密透鏡體水。對(duì)于物性較好、構(gòu)造部位較高的區(qū)域來(lái)說(shuō)，其含氣性通常也相對(duì)較好。

儲(chǔ)層垂向上表現(xiàn)為下氣上水。其中，山2段儲(chǔ)層基本上不含水，山1段儲(chǔ)層局部含水；盒8段儲(chǔ)層則明顯含水，從盒8下2→盒8下1→盒8上2→盒8上1地層含水逐步增多。圖6為穿過(guò)富水區(qū)的東西向剖面，該剖面共鉆遇水體9個(gè)，其中構(gòu)造低部位水體3個(gè)，均位于剖面的西部，具有構(gòu)造位置最低、多個(gè)水體疊置、水體總規(guī)模較大的特點(diǎn)。致密透鏡狀滯留水體4個(gè)，以透鏡狀分布于氣層當(dāng)中，單個(gè)水體的厚度薄，規(guī)模有限。孤立透鏡水體2個(gè)，以單井鉆遇為主，水體規(guī)模有限。

3 不同類(lèi)型地層水特征

不同成因類(lèi)型地層水規(guī)模及活躍程度存在明顯差異，對(duì)氣井生產(chǎn)影響程度也各不相同[13]。

低部位滯留水：儲(chǔ)層中氣水分異明顯，測(cè)井解釋通常為水層或含氣水層，水體的厚度大[14]，地層水活躍。目前完鉆井中有8口井鉆遇該類(lèi)水層，單井鉆遇厚度在3.0～15.6m，平均厚度為7.3m；孔隙度范圍在8.9%～12.3%，平均為10%；滲透率為（0.418～1.359）×10－3μm2，平均值為 0.811×10－3μm2；飽 和 度 在 35.7%～49.6%，平均值為42.4%。一般產(chǎn)氣量很小，產(chǎn)水量較大，測(cè)試產(chǎn)氣量大多數(shù)＜2×104m3／d，產(chǎn)水＞10m3／d，通常不能正常生產(chǎn)。

致密透鏡狀滯留水：分布于氣層之中，呈透鏡狀分布，測(cè)井曲線含水特征不明顯，識(shí)別難度較大，測(cè)井解釋多為含氣層、氣水層，部分井測(cè)井解釋為氣層；但試氣或投產(chǎn)有水產(chǎn)出。該類(lèi)水體規(guī)模小、厚度薄，地層水通常不活躍。在致密砂巖氣藏中該類(lèi)型地層水廣泛分布[16]，區(qū)內(nèi)完鉆井中有17口井鉆遇該類(lèi)水層，單井鉆遇厚度在1.5～5.3 m，平均厚度為3.2m；孔隙度范圍在5.1%～8.9%，平均為7.8%；滲透率為（0.118～0.537）×10－3μm2，平均值為0.346×10－3μm2；飽和度在45.5%～58.9%，平均值為52.3%。

圖6 蘇X區(qū)塊蘇D井—蘇X－C－J2井盒8、山1氣藏剖面圖Fig.6 Formation water plan of gas reservoir sections of He 8and Shan 1across Well Su D－Well Su X－C－J2in Su X Block

孤立透鏡體水：該類(lèi)地層水主要分布于主要含氣層系以上的層位，在測(cè)井曲線上易于識(shí)別，測(cè)井解釋以水層為主[15]。其規(guī)模主要取決于致密砂體的規(guī)模，地層水活躍程度取決于儲(chǔ)層的物性。目前完鉆井中有8口井鉆遇該類(lèi)水層，單井鉆遇厚度在1.8～7.5m，平均厚度為4.1m；孔隙度范圍在6.3%～13.7%，平均為11.2%；滲透率為（0.328～1.022）×10－3μm2，平 均 為 0.660×10－3μm2；飽和度在39.7%～42.2%，平均為42.5%。

4 結(jié)論

通過(guò)研究區(qū)塊地層水主控因素、氣水分布規(guī)律以及不同類(lèi)型地層水特征的綜合分析，主要得到以下結(jié)論。

a.蘇里格氣田為典型的致密砂巖氣藏，分布范圍大，受生烴強(qiáng)度、致密儲(chǔ)層形成與生烴期匹配關(guān)系及構(gòu)造演化等綜合因素影響，氣水平面分布復(fù)雜，氣井生產(chǎn)特征差異較大。

b.蘇里格氣田地層水主要受控于生烴強(qiáng)度、成巖作用、構(gòu)造以及儲(chǔ)層非均質(zhì)特征，依據(jù)控制因素可以將地層水分為構(gòu)造低部位水、透鏡狀滯留水和孤立透鏡體水。

c.致密透鏡狀滯留水以“透鏡狀”存在于氣層內(nèi)部，但水體范圍及其能量有限，氣井可通過(guò)適當(dāng)?shù)呐潘蓺獯胧┻M(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)；構(gòu)造低部位水、孤立透鏡體水對(duì)氣井生產(chǎn)影響較大，應(yīng)避免射開(kāi)此類(lèi)水層。

[1]張明祿，譚中國(guó).長(zhǎng)慶致密性氣田開(kāi)發(fā)主體技術(shù)[R].西安：中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司，2011.Zhang M L，Tan Z G.The Development Main Technology of Tight Gas Field in Changqing[R].Xi'an：Changqing Oil and Gas Branch Company of PetroChina，2011.（In Chinese）

[2]唐樂(lè)平，李進(jìn)步.蘇里格氣田年產(chǎn)230億方天然氣開(kāi)發(fā)規(guī)劃[R].西安：長(zhǎng)慶油田分公司，2012.Tang L P，Li J B.The Development Plan with an Annual Output of 23Billion Cubic Meters of Natural Gas of Sulige Gas Field[R].Xi＇an：Changqing Oil and Gas Branch Company of PetroChina，2012.（In Chinese）

[3]楊斌虎.鄂爾多斯盆地上古生界盒8－山1段物源與沉積相及其對(duì)優(yōu)質(zhì)天然氣儲(chǔ)層的影響[D].西安：西北大學(xué)檔案館，2009.Yang B H.Discussion on Provenance and Depositional Facies and Their Impact on Prospecting Natural Reservoirs of He－8and Shan－1Groups in the Upper Paleozoic，Ordos Basin[D].Xi'an：The Archive of Northwest University，2009.（In Chinese）

[4]付金華.鄂爾多斯盆地上古生界天然氣成藏條件及富集規(guī)律[D].西安：西北大學(xué)檔案館，2004.Fu J H.The Gas Reservoir－forming Conditions and Accumulation Rules of Upper Paleozoic in Ordos Basin[D].Xi'an：The Archive of Northwest University，2004.（In Chinese）

[5]黎華繼，張晟，安鳳山，等.新場(chǎng)氣田須二氣藏氣水分布探討[J].天然氣技術(shù)，2008，2（2）：28－31.Li H J Zhang C，An F S，et al.Distribution rule of gas and water in Xinchang area[J].Natural Gas Technology，2008，2（2）：28－31.（In Chinese）

[6]陳全紅.鄂爾多斯盆地上古生界沉積體系及油氣富集規(guī)律研究[D].西安：西北大學(xué)檔案館，2007.Chen Q H.Research on Sedimentary Systems and Hydrocarbons Enrichment of the Upper Palaeozoic of the Ordos Basin[D].Xi'an：The Archive of Northwest University，2007.（In Chinese）

[7]金文輝.蘇西48區(qū)盒8段氣水分布規(guī)律[D].成都：成都理工大學(xué)檔案館，2010.Jin W H.Distribution Rule of Gas and Water in the Eighth Member of Shihezi Formation in the West of Sulige Area[D].Chengdu：The Archive of Chengdu University of Technology，2010.（In Chinese）

[8]陳洪德，侯中健，田景春，等.鄂爾多斯地區(qū)晚古生代沉積層序地層學(xué)與盆地構(gòu)造演化研究[J].礦物巖石，2001，21（3）：16－22.Chen H D，Hou Z J，Tian J C，et al.Study on sequence stratigraphy of deposits and tectono－sedimentary evolution in Ordos Basin during late Paleozoic[J].Journal of Mineralogy and Petrology，2001，21（3）：16－22.（In Chinese）

[9]陳兆榮.鄂爾多斯盆地蘇里格氣田北部盒8段和山1段儲(chǔ)層特征研究[D].成都：成都理工大學(xué)檔案館，2009.Chen Z R.Study on Reservoir Characteristic of the 8thMember of Xiashihezi Formation and the First Member of Shanxi Formation in the Northern Sulige Gas Field Ordos Basin[D].Chengdu：The Archive of Chengdu University of Technology，2009.（In Chinese）

[10]石玉江，楊小明，張海濤，等.低滲透巖性氣藏含水特征分析與測(cè)井識(shí)別技術(shù)——以蘇里格氣田為例[J].天然氣工業(yè)，2011，31（2）：25－28.Shi Y J，Yang X M，Zhang H T，et al.Water－cut characteristic analysis and well logging identification methods for low－permeability lithologic gas reservoirs：A case study of the Sulige Gas Field [J].Natural Gas Industry，2011，31（2）：25－28.（In Chinese）

[11]楊陸.子洲地區(qū)山西組2段氣藏儲(chǔ)集層流體分布特征研究[D].成都：成都理工大學(xué)檔案館，2009.Yang L.Distribution Rule of Gas and Water in the Second Member of Shanxi Formation in Zizhou Area[D].Chengdu：The Archive of Chengdu University of Technology，2009.

[12]王曉梅，趙靖舟，劉新社.蘇里格地區(qū)致密砂巖地層水賦存狀態(tài)和產(chǎn)出機(jī)理探討[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2012，34（4）：400－405.（In Chinese）Wang X M，Zhao J Z，Liu X S.Occurrence state and production mechanism of formation water in tight sandstone reservoirs of Sulige area，Ordos Basin[J].Petroleum Geology ＆Experiment，2012，34（4）：400－405.（In Chinese）

[13]張海濤，時(shí)卓.蘇里格氣田儲(chǔ)層含水特征與測(cè)井識(shí)別方法[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，40（2）：447－453.Zhang H T，Shi Z.Sulige's gas reservoir water characteristics and logging identification method[J].Journal of Jilin University，2010，40（2）：447－453.（In Chinese）

[14]孫來(lái)喜，張烈輝，王彩麗.靖邊氣田相對(duì)富水層的識(shí)別、分布及成因研究[J].沉積與特提斯地質(zhì)，2006，26（2）：63－67.Sun L X，Zhang L H，Wang C L.Recognition dis－tribution and genesis of the water rich strata in the Jingbian gas field [J].Sedimentary Geology and Tethyan Geology，2006，26（2）：63－67.（In Chinese）

[15]朱亞?wèn)|，王允誠(chéng)，童孝華.蘇里格氣田盒8段氣藏富水層的識(shí)別與成因[J].天然氣工業(yè)，2008，28（4）：46－48.Zhu Y D，Wang Y C，Tong X H.Recognition and genesis of water formation He－8gas Reservoir of Sulige Gas Field[J].Natural Gas Industry，2008，28（4）：46－48.（In Chinese）

[16]王澤明，魯寶菊，段傳麗，等.蘇里格氣田蘇20區(qū)塊氣水分布規(guī)律[J].天然氣工業(yè)，2010，30（12）：37－40.Wang Z M，Lu B J，Duan C L，et al.Gas－water distribution pattern in Block 20of the Sulige Gas Field[J].Natural Gas Industry，2010，30（12）：37－40.（In Chinese）