于俊峰，劉全穩(wěn)，王立鋒，晁彩霞，胡 罡

1廣東石油化工學(xué)院；2中海石油（中國）有限公司湛江分公司

0 前 言

氣水關(guān)系是天然氣勘探開發(fā)中的難題［1-8］，尤其對于超壓氣藏而言更是如此，這主要是因為在高溫高壓條件下，受氣水過渡帶多、儲層非均質(zhì)性強(qiáng)、地質(zhì)構(gòu)造條件復(fù)雜等因素的影響使得氣水關(guān)系更加復(fù)雜。

近年來，碎屑巖氣藏的氣水關(guān)系研究主要針對氣水邊界(GWC）的致密砂巖段儲層孔隙對氣水滲流的影響，側(cè)重于陸相盆地廣泛分布的非連續(xù)性小型低滲砂巖的復(fù)雜氣水分布現(xiàn)象，包括常溫常壓致密砂巖氣水分布特點［9］。而對于高溫高壓盆地，則注重分析致密儲層中氣水兩相流動過程［10］，并探討成巖演化過程對巖石地層條件下氣水兩相流動的影響［11］。此外，Grundtner等［11］的研究證實，在氣水界面附近的致密儲層和泥質(zhì)含量高的儲集體表現(xiàn)為更低的滲透率，同時也容易表現(xiàn)出含水特征。在天然氣勘探開發(fā)實踐中，厘清氣水關(guān)系是氣田開發(fā)階段預(yù)測剩余儲量分布，以及根據(jù)構(gòu)造、儲層特征和井產(chǎn)動態(tài)特征分析氣水分布的關(guān)鍵［12］。因此，應(yīng)用不同類型的模式解決勘探開發(fā)中的復(fù)雜氣水問題，將有助于提高鉆探成功率及經(jīng)濟(jì)效益。

位于鶯歌海盆地中央底辟帶的東方13構(gòu)造的超壓天然氣勘探也同樣遇到了氣水分布不清的問題。主要表現(xiàn)為XF-14井鉆獲突破之后，大部分井鉆遇了氣水界面，但沿構(gòu)造較高部位已探到氣水界面的井再向低部位鉆探，有部分井仍可發(fā)現(xiàn)氣層，也有部分井鉆遇純水層。這些現(xiàn)象說明研究區(qū)氣水關(guān)系復(fù)雜，此類問題嚴(yán)重制約了探井、評價井的部署。本次研究通過解剖東方13氣田的氣水分布規(guī)律，建立了不同氣藏的氣水模式類型，從而指導(dǎo)了井位部署，獲得了良好的勘探效果。

1 地質(zhì)概況

東方13氣田位于鶯歌海盆地中央底辟帶東方1-1構(gòu)造的西南翼，包括東方13-1和東方13-2兩個構(gòu)造（圖1），它是近年來發(fā)現(xiàn)的以重力流海底扇為儲集體的超壓大氣田［13-16］，其產(chǎn)層為中新統(tǒng)黃流組一段Ⅰ、Ⅱ氣組。截至2013年12月底，該氣田已發(fā)現(xiàn)探明儲量達(dá)到千億方規(guī)模，成為中國近海首個千億方級高溫超壓氣田。

圖1 鶯歌海盆地東方13海底扇黃流組一段Ⅰ氣組砂體分布（據(jù)文獻(xiàn)［17］修改）Fig.1 Distribution map of sand bodies of I gas formation of the Huangliu Formation Member 1 of Dongfang 13 submarine fan in Yinggehai Basin（cited from literature ［17］， modified）

東方海底扇是在昆嵩隆起西物源二級坡折控制下形成的大型重力流沉積體系［13-18］，總面積約為1 600 km2，長度為52 km，主體部位寬度為28～46 km，最大沉積厚度達(dá)238 m。扇體向西延伸至鶯西斜坡，向東超覆于東方1-1底辟構(gòu)造西南翼，其間是中央底辟構(gòu)造帶與鶯西斜坡的凹谷區(qū)，構(gòu)成大型的“U”形體。

受復(fù)雜地形控制，研究區(qū)海底扇的主水道、分支水道十分發(fā)育，形成眾多的侵蝕谷/侵蝕坑。地震剖面上表現(xiàn)為低頻連續(xù)的強(qiáng)振幅反射，見“U”字形和“V”字形下切特征。扇體通常由厚層中—細(xì)砂巖、細(xì)砂質(zhì)粉砂巖組成，為較強(qiáng)水動力下的沉積響應(yīng)［17］。重力流海底扇發(fā)育特征決定了從扇中至扇緣，海底扇水道規(guī)模逐漸減小，儲層橫向非均質(zhì)性增強(qiáng)，層間、層內(nèi)非均質(zhì)性也隨之變化，通常由純凈細(xì)砂巖漸變?yōu)榉凵皫r及泥質(zhì)粉砂巖。由于構(gòu)造和儲層的空間變化復(fù)雜，使得氣藏的氣水分布復(fù)雜化。

2 東方13氣田氣水分布規(guī)律

東方13氣田的氣藏整體上分布在海底扇的水道發(fā)育部位（圖2），呈現(xiàn)出低部位是水、向高部位過渡為氣的邊水氣藏結(jié)構(gòu)，這反映了厚層水道砂與氣藏的相關(guān)性。同時，從東方13-2構(gòu)造至東方13-1構(gòu)造東部，氣藏逐漸分散，規(guī)模變小，這也說明了氣藏的規(guī)模受海底扇水道砂規(guī)模的控制。

由于東方13大型氣田是以重力流海底扇為儲集體的氣藏系統(tǒng)，氣、水的空間分布受構(gòu)造地貌、海底扇儲層結(jié)構(gòu)的共同影響，因此，按地層水在氣藏中的空間位置，可把東方13氣田的氣水分布劃分為氣藏統(tǒng)一邊水、局部深切水道底水及由致密砂巖引起的層間水或?qū)觾?nèi)水等3種類型。

2.1 氣藏統(tǒng)一邊水

氣藏統(tǒng)一邊水分布在東方13-1構(gòu)造和東方13-2構(gòu)造的較低部位，其中，東方13-1氣藏邊水被XF-5井鉆遇，而東方13-2氣藏的邊水被XF-3井、XF-6a井和XF-7井所證實。

以東方13-2大型邊水氣藏為例，該邊水位于東方1-1底辟構(gòu)造西翼與鶯西斜坡之間的凹谷區(qū)，即大型的“U”形體凹槽區(qū)。圖3的地震剖面反映了XF-6a井—XF-3井區(qū)為構(gòu)造較低部位，發(fā)育大型水道，切割深、分布廣（圖2）；而向XF-1a井區(qū)不僅構(gòu)造位置變高，且存在獨立的深切水道（圖2，圖3）。

圖2 鶯歌海盆地東方13海底扇氣水空間分布圖Fig.2 Gas-water distribution of the Dongfang 13 submarine fan in Yinggehai Basin

圖3 鶯歌海盆地東方13-2構(gòu)造XF-6a井—XF-1a井地震剖面（剖面位置見圖2）Fig.3 Seismic profile of Well XF-6a—Well XF-1a of Dongfang 13-2 structure in Yinggehai Basin(the location is shown in Fig.2)

研究區(qū)鉆井揭示：XF-3井、XF-6a井區(qū)是氣藏邊水，而XF-1a井區(qū)是局部水（圖4）。邊水在研究區(qū)已有3口井證實，包括XF-3井、XF-6a井和XF-7井，其中XF-7井的氣水界面深度約為3180 m。這3口井測井反映的電阻率值均為2Ω·m，該區(qū)已鉆井的MDT測壓點回歸均在基線附近，而且利用地震資料的波阻抗反演剖面在該深度也揭示了代表氣水界面的平點，結(jié)合這3口井鉆遇的巖性資料等綜合分析，確定該氣水界面之下的為邊水［17］。而該氣水界面之上，XF-8c井的氣層厚、水層?。?0 m）；XF-1a井鉆遇氣層的同時，也鉆遇30 m的含氣水層/水層，其水層頂面深3 102m，高于XF-8c井水層頂面深度（3 172 m），以及區(qū)域邊水頂面深度（3 180 m），這說明XF-1a井區(qū)的水是與XF-3井、XF-6a井、XF-8c井相獨立的局部水。

圖4 鶯歌海盆地東方13-2氣藏XF-6a井—XF-1a井氣水分布連井對比剖面Fig.4 Gas-water distribution profile of Well XF-6a—Well XF-1a of Dongfang 13-2 gas reservoir in Yinggehai Basin

東方13-1氣藏的邊水特征更加明顯（圖5，圖6），因為該氣藏構(gòu)造幅度比東方13-2構(gòu)造更大，氣水空間結(jié)構(gòu)更清楚。東方13-1氣藏幅度近200 m，從XF-4井至XF-14井均為氣藏范圍，其中XF-14井鉆遇水層，但地震剖面反映該水層是局部水（圖5）；而在XF-14井以西的XF-5井也鉆遇水層，該水層的電阻率為2Ω·m，而且XF-5井是氣藏的低部位，因此基本可以確定該水層是邊水。

統(tǒng)一邊水是大型氣藏的共同特點，蓋層排替壓力與流體壓力間的差值決定了氣柱高度，差值越大表明氣藏排水能力越強(qiáng)，氣柱高度就越大。但幾乎所有的氣藏都存在邊水或底水，因為統(tǒng)一氣藏低部位排水空間有限，即使仍有較強(qiáng)的剩余壓差也會存在邊水或底水。

2.2 局部深切水道底水

這種類型地層水分布在XF-1a井、XF-8c井、XF-14井等井區(qū)(圖2，圖4，圖5），是受海底扇水道下切形成的局部負(fù)向地貌單元所控制，水道內(nèi)地層水在油氣成藏過程中未被充分驅(qū)替而殘留形成。

局部水是海底扇強(qiáng)水動力條件下發(fā)育的主水道和分支水道微相的滯留物。局部水發(fā)育區(qū)，在地震反射上可見明顯的水道下切侵蝕的“V”字或“U”字形特征（圖3，圖5），鉆井見整套塊狀細(xì)砂巖或粉砂巖，并在水道底部發(fā)育粗礫碎屑，多見向下粒度逐漸變粗的正韻律沉積。因此，形成的殘留水是具有自由流動性質(zhì)的局部水。

圖6 鶯歌海盆地東方13-1氣藏XF-5井—XF-4井氣水分布連井對比剖面Fig.6 Gas-water distribution profile of Well XF-5—Well XF-4 of Dongfang 13-1 gas reservoir in Yinggehai Basin

局部水在研究區(qū)常規(guī)儲層超壓氣藏和含致密儲層的超壓氣藏中均有發(fā)現(xiàn)，是由鶯歌海盆地東方13氣田多數(shù)井所證實的常見現(xiàn)象。受水道規(guī)模的控制，各井鉆遇的局部水厚度有所差異，例如，XF-1a井區(qū)水道深126 m，鉆遇的局部水厚度近30 m(圖4）；XF-8c井區(qū)侵蝕水道深只有40 m，局部水鉆遇厚度僅為10 m。這說明在整裝氣藏中，由于氣藏壓力產(chǎn)生的流體驅(qū)動力大小一樣，所以，對局部水的排水能力也一致，水道坑越深，其殘留的局部水越厚，而與其所處構(gòu)造部位的高低關(guān)系不大。

2.3 致密砂巖引起的層內(nèi)水

這種類型地層水僅分布在東方13-1氣藏中部及高部位的小型氣藏中，表現(xiàn)為氣水過渡帶或者致密砂巖水層。它的形成原因在于低滲儲層孔喉中含水，使得氣體流動需要一定的啟動壓力，當(dāng)氣驅(qū)壓力低于啟動壓力時，氣相流量為零，不能有效流動［19-20］。當(dāng)非均質(zhì)儲層內(nèi)氣柱不足以克服所有級別喉道的毛管阻力時，孔隙水被擠出的程度就不同，即氣藏的排水分異程度存在差異，從而在縱向上形成不同的含水飽和度，即在純氣和純水之間存在氣水混相過渡帶［6，21］。

東方海底扇的致密砂巖是相對于常規(guī)儲層的致密透鏡體，一般滲透率小于1×10-3μm2，往往與優(yōu)質(zhì)儲層共生，這是高密度重力流具有由黏土到粗砂的寬廣質(zhì)點范圍的緣故［22］。XF-14井在Ⅰ氣組2 912 m深度附近鉆遇厚89 m塊狀細(xì)砂巖，但僅頂部的8.4 m測井解釋為氣層（圖7），氣層段以下近80 m為含氣水層和水層。而根據(jù)計算，該井鉆遇的水道溢出點的深度為2 954 m，這說明2 920～2 954 m的過渡段不是局部深切水道底水。通過核磁共振資料分析，發(fā)現(xiàn)該儲層段滲透率僅為(0.1～0.3)×10-3μm2，鏡下薄片鑒定表明這一砂巖段顆粒粒度為65～125μm（中值90μm左右）（圖7），遠(yuǎn)小于氣層段的130～400μm（中值177 μm），這反映氣層段為優(yōu)質(zhì)儲層，而過渡帶是致密儲層，因而氣層段可動孔隙度高，而過渡帶可動孔隙度低，孔隙水大部分為層內(nèi)束縛水。

由此可見，這種情況下鉆遇的水層其實是層間或者層內(nèi)致密砂巖的束縛水形成的，常規(guī)測井的標(biāo)志性特征就是氣層段電阻率高，而向含氣水層段或者氣水同層段電阻率曲線幅度突變降低（圖7）。

圖7 鶯歌海盆地東方13-1氣藏XF-14井致密砂巖的巖電特征Fig.7 Petrological and electrical characteristics of tight sandstone of Well XF-14 in Dongfang 13-1 gas reservoir of Yinggehai Basin

3 氣水分布模式

根據(jù)東方13氣田水體所處的空間位置及與之接觸的氣藏規(guī)模關(guān)系，建立了東方13氣田3種氣水分布模式：東方13-2氣田邊水整裝大型氣藏模式、東方13-1氣田邊水中型氣藏模式、東方13-1氣田邊部分散小型氣藏模式（圖8）。

3.1 東方13-2氣田邊水整裝大型氣藏模式

該氣藏位于東方13-2構(gòu)造的XF-6a井、XF-7井、XF-3井以東，氣藏幅度250 m，儲量規(guī)模近700×108m3（圖8）。由前述可知，東方13-2氣藏XF-6a井、XF-3井、XF-8c井、XF-1a井等均鉆遇水層，但XF-1a井、XF-8c井鉆遇的是局部深切水道底水，因為水層頂界面深度比其他3口井要淺；而XF-3井、XF-6a、XF-7井鉆遇了同一氣水界面（深度3 180 m）附近，這說明是氣藏邊水，即東方13-2整裝氣藏的邊水。東方13-2氣田是整裝氣藏已經(jīng)獲得了證實：從氣藏特征來看，東方13-2構(gòu)造處于大型海底扇的源-匯軸向區(qū)，海底扇主體部位水道寬、流態(tài)高、儲層厚，砂體分布穩(wěn)定、物性好，為最優(yōu)質(zhì)儲層，具有縱向砂層厚、橫向均質(zhì)性強(qiáng)的特點；實測巖心平均孔隙度為17.3%，平均滲透率為42.3×10-3μm2［23］，為中孔中低滲儲層；各井鉆獲氣體組分中的烴類均占90%左右，碳同位素δ13C值為-24.17‰～-23.14‰，與鶯歌海盆地梅山組模擬芳香烴碳同位素值相當(dāng)；凝析油密度為(0.81～0.82)g/cm3；通過DST和MDT測壓點壓力值回歸，壓力點均在基線附近。上述的各種證據(jù)均證實東方13-2氣田為整裝氣藏。

圖8 鶯歌海盆地東方13海底扇氣藏氣水分布模式Fig.8 Gas-water distribution model of gas reservoir of Dongfang 13 submarine fan in Yinggehai Basin

該整裝氣藏在深度3 180 m附近的區(qū)域邊水以上，控制了約250m的氣柱高度。但氣藏內(nèi)也發(fā)育大小不一的切割水道，形成局部水，勘探過程中需根據(jù)地震、鉆井、測井的基本標(biāo)志判斷氣藏是否已探邊。

通過東方13-2氣田邊水整裝大型氣藏的確定，可以明確氣藏評價探邊的極限部位，較準(zhǔn)確地認(rèn)識區(qū)域氣水界面所圈定的氣藏范圍，從而避免向更低部位鉆探所帶來的損失。

3.2 東方13-1氣田邊水中型氣藏模式

該類氣藏位于東方13-2構(gòu)造東北部—東方13-1構(gòu)造中部，氣藏規(guī)模在（100～200）×108m3之間，比東方13-2氣藏小（圖8）。氣藏DST測試獲得了日產(chǎn)60多萬立方米的高產(chǎn)天然氣流，烴類氣含量約80%，地層壓力系數(shù)達(dá)1.9，壓力回歸均在基線附近，地層溫度為143℃，屬于強(qiáng)超壓優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)氣層［14］。

鉆井揭示，自XF-14井2 920 m深處向構(gòu)造高部位為氣層，向構(gòu)造低部位至XF-5井區(qū)是水層（圖6）。東方13-1氣田邊水中型氣藏的儲層均質(zhì)性不如東方13-2構(gòu)造。巖心測試化驗數(shù)據(jù)顯示：細(xì)砂巖物性最好，平均孔隙度、 滲透率分別為19.4%、15.63×10-3μm2；極細(xì)砂巖次之，平均孔隙度、滲透率分別為18.4%、3.33×10-3μm2［23］。 這揭示了從海底扇扇中向扇體邊緣，呈現(xiàn)水道砂規(guī)模逐漸減小，儲層物性變差的趨勢。

氣水分布結(jié)構(gòu)上，東方13-1氣藏的特點是低部位的邊水以上除了氣層外，還發(fā)育規(guī)模不等、數(shù)量眾多的水道，其規(guī)模為：長度1.4～4.1 km，寬度0.7～1.4 km，切割深度35～90 m。這種特征與東方13-2氣田邊水整裝大型氣藏模式相似，發(fā)育局部深切水道底水。例如XF-14井（圖7），上部2 912～2 920 m段是氣層，下部的含氣水層是由致密砂巖引起的層內(nèi)水（即束縛水表現(xiàn)為氣水過渡帶），再往下的水層是局部水道底水。

東方13-1氣田邊水中型氣藏模式表明：在勘探實踐中，如果氣層段測井解釋出氣水同層、含氣水層及水層，則需要根據(jù)高精度三維地震資料判斷是否鉆在水道部位，然后根據(jù)測井及取心資料確定是否存在致密砂巖透鏡體，如果存在砂巖透鏡體而未遇純水層，且氣層段電阻率較高（6Ω·m以上），則井點下傾方向仍可擴(kuò)邊勘探。

3.3 東方13-1氣田邊部分散小型氣藏模式

該類氣藏分布在海底扇邊緣，位于東方13-1氣田的高部位、東方13構(gòu)造以南等地區(qū)（圖2），以分散的、小型非連續(xù)點狀氣藏為特點（圖8），并呈現(xiàn)獨立的最小規(guī)模成藏單元，單砂體面積小于10 km2。由于處于海底扇邊緣，因此儲層物性相對較差，天然氣充注也不充分，氣水分異不明顯，氣水比值較小。

該類型氣藏在東方13-1區(qū)被XF-11井、DF-7井等多口井鉆遇。DF-7井Ⅰ下氣組小規(guī)模砂體的平均滲透率為6.34×10-3μm2，最小滲透率為1.14×10-3μm2，這與東方13-1區(qū)主體部位Ⅰ下氣組18.40×10-3μm2的平均滲透率相比較差；測井解釋出11.2 m的氣水同層，含水飽和度為64.9%～75.4%，但MDT在Ⅰ下氣組2 734 m、2 745 m深處取得氣樣，說明存在小氣藏，高部位含水飽和度會降低成為氣藏。

在勘探實踐中，海底扇邊緣不連續(xù)砂體一般形成規(guī)模較小的獨立單元氣藏，特點是儲層物性較差，含氣飽和度低，氣柱高度小，儲量規(guī)模有限。這類氣藏在勘探成本較低的區(qū)域雖然具有一定的經(jīng)濟(jì)價值，但在超壓高風(fēng)險高成本區(qū)則應(yīng)該避免過多鉆探。

4 結(jié) 論

（1）受控于黃流組西物源海底扇水道下切空間結(jié)構(gòu)以及儲層的非均質(zhì)性，東方13氣田主要形成了統(tǒng)一邊水、局部深切水道底水和致密砂巖引起的層內(nèi)水等3種氣水關(guān)系類型。局部深切水道底水和致密砂巖引起的層內(nèi)水常見于東方13-2構(gòu)造和東方13-1構(gòu)造的統(tǒng)一邊水氣藏的中部，這使氣藏的氣水分布關(guān)系復(fù)雜化。

（2）基于氣水關(guān)系和與之接觸的氣藏規(guī)模的研究，認(rèn)為東方13氣田是由東方13-2邊水整裝大型氣藏、東方13-1邊水中型氣藏、東方13-1邊部分散小型氣藏構(gòu)成，氣水按這3種氣藏模式有規(guī)律地分布。

（3）海底扇氣田氣水分布模式的建立可有效指導(dǎo)勘探部署：邊水整裝大型氣藏的確定及區(qū)域氣水界面的圈定避免了向更低部位鉆探所帶來的損失；在鉆遇局部深切水道底水和致密砂巖引起的層內(nèi)水的情況下，仍可以擴(kuò)邊勘探；在超壓高風(fēng)險高成本區(qū)，應(yīng)避免過多鉆探分散小型氣藏。