子洲氣田氣水倒置的成因分析

徐 森，朱玉雙，李曉蕓，樊志強

(1.西北大學(xué) 大陸動力學(xué)國家重點實驗室，陜西 西安 710069;2.中國石油天然氣股份有限公司 長慶油田分公司 第二采氣廠，陜西 西安 710200)

氣水倒置顯現(xiàn)是1976年在加拿大西部的阿爾伯達盆地發(fā)現(xiàn)了巨型的深盆氣田所引起的［1］。由于這類氣藏主要發(fā)育于傳統(tǒng)的油氣地質(zhì)理論認為不可能形成油氣聚集的向斜或凹陷低洼地帶，所形成的現(xiàn)象也就出現(xiàn)了氣水倒置。然而氣水倒置違背了基本的物理學(xué)定律［2］。所以其存在性也就引起爭論。深盆氣與常規(guī)圈閉氣的圈閉遮擋有著一定的區(qū)別，龐雄奇等［7］研究認為，深盆氣圈閉的形成存在一個地質(zhì)門限，進入這一門限，就能形成深盆氣圈閉。而這個門限的地質(zhì)意義是什么?深盆氣的地質(zhì)意義是什么?

1 氣水倒置存在的可能性

1.1 子洲氣田中的氣水倒置現(xiàn)象

子洲氣田榆W區(qū)屬于富水區(qū)域(圖1)，投產(chǎn)的2口氣井洲32－A及榆W井日產(chǎn)水量超10方，經(jīng)研究分析為地層水。從剖面圖上看(圖2)，可以看到右側(cè)的洲32－B井位于鼻隆的下部，測井解釋及生產(chǎn)證明為氣層。而在其剖面的左側(cè)鼻隆高點的洲32－A井測井解釋含水飽和度較高。生產(chǎn)中洲32－A產(chǎn)水，洲32－B試氣未產(chǎn)水，并且成為新的無阻流量百萬方井。這就出現(xiàn)了高點為水、低點為氣的氣水倒置現(xiàn)象

圖1 富水區(qū)位置圖

圖2 榆W—洲32－B剖面圖

1.2 物理學(xué)中的氣水倒置可能性

1.2.1 開放空間中的氣水分布

開放空間中的氣水根據(jù)阿基米德定律，重力分異作用會按照密度大小把氣水分層，出現(xiàn)氣上水下。若人為氣水倒置在開放空間中，很快就會反轉(zhuǎn)成穩(wěn)定的氣上水下分布狀態(tài)。

圖3 開放空間中天然氣受力圖

1.2.2 均勻孔喉中的氣水分布

低滲透氣藏中孔隙吼，但依然受流體力學(xué)限制，當吼道中的飽含地層水，氣體通過時就會出線圖4的情形。氣泡的受力狀況如氣體在頂部 a點受到一個向下的毛管壓力的作用，氣泡在底部 b點受到一個向上的毛管壓力的作用，其數(shù)值與 a點相同。由因此，均勻毛細管中毛管壓力對氣泡不起作用。浮力和重力的合力向上［2］，因此，無論巖性物性差別，在均勻介質(zhì)中，油氣就能夠向上運移。

圖4 均勻孔喉中天然氣受力圖

1.2.3 上粗下細孔喉中的氣水分布

如圖5所示，在上粗下細吼道中，氣體在頂部a點受到一個向下的毛管壓力，在底部 b點受到一個向上的毛管壓力，除了受到浮力和重力的合力基礎(chǔ)上，還受到毛管壓力的作用。下部孔隙半徑小，毛管壓力大，所以當氣泡由小孔隙向大孔隙運移時，運移的動力更充足，這也是天然氣從烴源巖石中運移的動力所在，因此氣水倒置在上粗下細的吼道中也是不可能存在的。

圖5 上粗下細孔喉中天然氣受力圖

1.2.4 下粗上細孔喉中的氣水分布

既然上述幾種均不可能出現(xiàn)氣水倒置現(xiàn)象，那么在下粗上細的孔喉中依然遵守阿基米德定律。與上粗下細的孔喉相同(圖6)，在氣體在頂部 a點受到一個向下的毛管壓力，氣泡在底部b點受到一個向上的毛管壓力，由于細孔喉毛管力大于粗孔喉毛管力，合力向下，又受到浮力和重力向上的合力，，所以當氣體浮力、重力、毛管力合力小于等于0的時候，氣體便停止運移。這也就是毛管力的合力大于等于重力與浮力的合力時，氣泡停止運移。也就是常說的蓋層封堵作用，其中的地層水流動緩慢，氣體基本被封堵在粗吼道中。

3 氣水倒置原因分析

從圖6中可以看出，當遇到下粗上細的孔喉時，細吼道中的水出現(xiàn)在了粗吼道氣體的上方，出現(xiàn)了氣水倒置。然而這種氣水倒置隙結(jié)構(gòu)就是蓋層的封蓋作用，在鄂爾多斯盆地氣田開發(fā)中已經(jīng)證明，不僅泥巖、頁巖可以作為蓋層，致密砂巖也可以作為很好的蓋層，特別是在靖邊氣田出現(xiàn)了砂巖作為蓋層，多裂隙泥頁巖作為儲層的現(xiàn)象。

(1)觀察尺度導(dǎo)致的“氣水倒置”:從圖7中可以看出當對連通性認識不清時，容易將兩套認為是一套砂體，就會在大尺度范圍內(nèi)認為出現(xiàn)了氣水倒置，可以通過試井，井間地震等方式證明為兩套獨立砂體，排除氣水倒置。

圖6 下粗上細吼道中天然氣受力圖

(2)在泥包砂的巖性油氣藏(鄂爾多斯盆地油氣藏常見)中:泥巖作為了蓋層和遮擋條件，而儲層內(nèi)部的氣水分布是正常的，即沒有發(fā)生氣水倒置。雖然氣藏泥頁巖圍巖中都存在地層水，但都不是氣水倒置。在有效砂體中，氣水分布依然是氣上水下(圖7)。

圖7 巖性氣藏中氣水分布圖

(3)在純砂巖地層中:砂泥巖的區(qū)分在物性方面，泥巖也可以看作是砂巖逐步變細的結(jié)果，即物性逐步變差的結(jié)果。如果把圖7的泥巖變成細砂巖或粉砂巖，就會看到經(jīng)常出現(xiàn)在砂巖地層中現(xiàn)象(圖8):

正因為致密砂巖和粉砂巖也可以作為很好的蓋層，就會出現(xiàn)由于地層非均質(zhì)性致使的物性圈閉(李傳亮2008)現(xiàn)象，物性好的較粗砂巖成為儲集層，物性差的細砂、粉砂巖成為蓋層和遮擋。含水的致密砂巖和粉砂巖，其地層水流動能力較弱(圖6)，成為由物性圈閉成為的物性氣藏，這種氣藏可以出現(xiàn)在鼻隆的任意位置，因此洲32－B井所在的砂巖鼻隆的下部是由于物性圈閉造成的氣下水上的“氣水倒置(粗砂巖含氣，致密砂巖含水)”現(xiàn)象(圖9)。

圖8 砂巖地層中物性圈閉氣水分布圖

從測井數(shù)據(jù)上也可以看出物性的差異，洲32－A作為產(chǎn)水井，在射孔段通過測井曲線計算的泥質(zhì)含量、滲透率、含水飽和度和孔隙度的平均值如表1。從中可以看出，同樣為砂巖地層，洲32－B的物性明顯好于洲32－A，正好符合圖8中的現(xiàn)象，從測井方面證明物性圈閉對于氣水倒置的解釋。

表1 測井解釋參數(shù)表

圖9 物性圈閉的存在

4 結(jié)語

氣水倒置放在物理層面是不可能出現(xiàn)的，在泥包砂的地層中由于觀察范圍造成的視覺上的氣水倒置。在純砂巖地層是由于物性差異導(dǎo)致的物性圈閉。物性圈閉就是“深盆氣”地質(zhì)上的表現(xiàn)，也就是所謂的地質(zhì)門限。［3，4］

(1)從物理學(xué)角度看，開放空間、均勻孔喉和上粗下細孔喉中都不可能出現(xiàn)氣水倒置現(xiàn)象，浮力大于重力以及毛管力的作用，成為了氣體運移的動力。上細下粗型毛細管會因為毛管壓力的封堵作用，而使天然其氣聚集起來。

(3)巖性油氣藏蓋層或圍巖中會流動緩慢的地層水，但都不是氣水倒置。

(4)砂巖地層因非均質(zhì)性造成的物性圈閉在鼻隆側(cè)部或底部聚氣成藏，并非氣水倒置，而是物性油氣藏所造成。

(5)洲32－A是物性圈閉所造成的氣水倒置，與洲32－B通過測井證明存在物性差異。

(5)下一步可以通過干擾試井，確定洲32－A是否與洲32－B連通，如若連通就會出現(xiàn)圖8的現(xiàn)象。

(6)針對這類“氣水倒置”現(xiàn)象，今后開發(fā)中可以適當尋找鼻隆低部位的物性圈閉氣。

［1］Masters J A.Deep basin gas trap，western Canada［J］.AAPG Bulletin，1979，63(2):152 －181.

［2］李傳亮，氣水可以倒置嗎?［J］.巖性油氣藏.2010，22(2):128－132.

［3］李振鐸 ，胡義軍，譚芳.鄂爾多斯盆地上古生界深盆氣研究［J］.天然氣工業(yè).1998，18(3):10 －16.

［4］戴金星.向斜中的油、氣藏［J］.石油學(xué)報.1983，4(4):27 －30.

［5］李明誠，李先奇，尚爾杰.深盆氣預(yù)測與評價中的兩個問題［J］.石油勘探與開發(fā).2001，28(2):6 －7.

［6］何更生.油層物理［M］.北京:石油工業(yè)出版社.1994:192－194.

［7］李傳亮.油氣倒灌不可能發(fā)生［J］.巖性油氣藏.2009，21(1):6－10.