杭錦旗地區(qū)十里加汗區(qū)帶山1段致密砂巖氣水分布影響因素及分布特征研究

劉四洪，賈會(huì)沖，李功強(qiáng)

(1.中國(guó)石化華北油氣分公司勘探開發(fā)研究院，河南鄭州 450006；2.中國(guó)石化華北石油工程有限公司測(cè)井分公司)

杭錦旗地區(qū)十里加汗區(qū)帶山1段致密砂巖氣水分布影響因素及分布特征研究

劉四洪1，賈會(huì)沖1，李功強(qiáng)2

(1.中國(guó)石化華北油氣分公司勘探開發(fā)研究院，河南鄭州 450006；2.中國(guó)石化華北石油工程有限公司測(cè)井分公司)

杭錦旗地區(qū)十里加汗區(qū)帶山1氣藏產(chǎn)水普遍，對(duì)氣水分布影響因素及分布特征認(rèn)識(shí)不清，制約了氣田勘探開發(fā)進(jìn)程。利用鉆井、測(cè)井、錄井、分析化驗(yàn)、生產(chǎn)測(cè)試等資料進(jìn)行綜合研究，明確了氣水影響因素及分布特征。研究表明：①山1段氣水層按類型主要分為氣層、“上氣下水”型、“氣水同層”型、水層，產(chǎn)出的地層水主要來自“上氣下水”型和“氣水同層”型，總結(jié)了各種氣水層的測(cè)井特征；②分析了氣水分異現(xiàn)象的原因：在物性較好的井區(qū)，臨界氣柱高度小，氣水分異徹底，形成“上氣下水”型；在物性較差的井區(qū)，臨界氣柱高度大，氣水無法分異，形成“氣水同層”型；③生烴強(qiáng)度控制了氣水層的宏觀分布，儲(chǔ)層和物性進(jìn)一步控制了氣水層的展布范圍和分布狀態(tài)，正向微構(gòu)造和鼻隆對(duì)氣藏的富集起到了一定控制作用；④山1段氣藏類型有巖性、構(gòu)造+巖性復(fù)合、構(gòu)造三類，前兩類為研究區(qū)的主要?dú)獠仡愋停窍乱徊降闹攸c(diǎn)勘探對(duì)象。

鄂爾多斯盆地;杭錦旗；十里加汗；影響因素；氣水分布特征;生烴強(qiáng)度；氣藏類型

1 地質(zhì)概況

隨著鄂爾多斯盆地致密砂巖氣藏勘探的逐步深入,國(guó)內(nèi)眾多學(xué)者在致密砂巖氣藏成藏領(lǐng)域進(jìn)行了大量研究, 其中氣水分布關(guān)系的研究是致密砂巖氣藏成藏研究的基礎(chǔ)及難點(diǎn)。針對(duì)上古生界氣藏類型，分別提出過巖性氣藏理論[1-4]、深盆氣理論[5-6]、連續(xù)氣聚集理論[7]，最新的認(rèn)識(shí)由趙靖舟[8]提出的“準(zhǔn)連續(xù)型聚集理論”，其主要特點(diǎn)是：天然氣大面積準(zhǔn)連續(xù)分布，無明確氣藏邊界；圈閉介于常規(guī)圈閉與無圈閉之間，主要由非常規(guī)巖性圈閉和動(dòng)力圈閉組成；氣水分布復(fù)雜，無明顯邊、底水；天然氣運(yùn)移為非浮力驅(qū)動(dòng)，近距離成藏。杭錦旗地區(qū)位于鄂爾多斯盆地北部的伊盟北部隆起和伊陜斜坡(圖1)。最新的研究認(rèn)為[9-11]：杭錦旗地區(qū)處于準(zhǔn)連續(xù)-非連續(xù)成藏過渡帶，即斷裂帶以南為準(zhǔn)連續(xù)成藏區(qū)，斷裂帶以北為非連續(xù)成藏區(qū)。本文的研究區(qū)位于斷裂帶以南的十里加汗區(qū)帶(圖1)。

十里加汗區(qū)帶是杭錦旗地區(qū)近幾年上古生界天然氣儲(chǔ)量增長(zhǎng)最有利的目標(biāo)區(qū)，其主力含氣層段為二疊系下統(tǒng)下石盒子組盒1、盒3 段以及山西組山 1、山2段。隨著勘探程度的不斷深入，發(fā)現(xiàn)縱向上各層的成藏特征存在明顯的差異：盒3段主要為巖性氣藏，產(chǎn)氣為主，幾乎不產(chǎn)水；山2及盒1段產(chǎn)氣為主，局部存在不同程度產(chǎn)水現(xiàn)象，除巖性氣藏外，可能還存在構(gòu)造+巖性復(fù)合氣藏；山1段產(chǎn)水普遍，其氣水層控制因素、發(fā)育特征及氣藏類型還不明確，因此開展相關(guān)的研究工作不僅對(duì)完善斷裂帶以南的準(zhǔn)連續(xù)成藏理論具有重要的理論意義，而且對(duì)下一步的勘探方向更有重要的實(shí)踐意義。

2 氣水層的識(shí)別及發(fā)育特征

結(jié)合常規(guī)測(cè)井、特殊測(cè)井(核磁、陣列聲波等)、錄井、分析化驗(yàn)，生產(chǎn)測(cè)試等資料，對(duì)杭錦旗十里加汗區(qū)帶40口井山1段氣水層類型統(tǒng)計(jì)分析后認(rèn)為，本區(qū)主要發(fā)育氣水層(“上氣下水”型和“氣水同層”型)、氣層，少量水層。

(1)“上氣下水”型 ：在測(cè)井上的表現(xiàn)為低自然伽馬、SP負(fù)異常明顯，電阻率或感應(yīng)曲線“上高下低”，高侵特征明顯，中-高聲波時(shí)差，說明儲(chǔ)層滲透性好，氣水分異明顯，表現(xiàn)為“上氣下水”的特征。直接壓裂往往只出水不出氣，產(chǎn)水量大。

圖1 杭錦旗地區(qū)十里加汗區(qū)帶分布位置圖

(2)“氣水同層”型(水層) ：兩者在測(cè)井曲線上具有相似的電性特征，表現(xiàn)為低自然伽馬、SP負(fù)異常較“上氣下水”型略小，電阻率均較低，無明顯分異現(xiàn)象，說明儲(chǔ)層為氣水混層的狀態(tài)，不同之處是氣水同層在氣測(cè)曲線上有顯示，而純水層一般無明顯顯示。直接壓裂往往只出水不出氣。試氣初期產(chǎn)水量大。

(3)氣層：由于儲(chǔ)層物性較好,在成藏過程中，氣驅(qū)水強(qiáng)度較大，運(yùn)移進(jìn)入儲(chǔ)層后，典型特征是含氣飽和度較高，生產(chǎn)時(shí)，不產(chǎn)水或有微量地層水產(chǎn)出，儲(chǔ)層在測(cè)井曲線上顯示為低自然伽馬、SP負(fù)異常明顯、相對(duì)高電阻、中-高聲波時(shí)差的氣層測(cè)井特征。

3 儲(chǔ)層物性特征及對(duì)氣水分異的認(rèn)識(shí)

3.1 儲(chǔ)層特征

根據(jù)對(duì)十里加汗地區(qū)7口井的山1段砂巖222個(gè)巖心樣品物性資料的統(tǒng)計(jì),其孔隙度0.6%～23.9%，主要分布在8%～14%，平均9.8%；滲透率(0.009～589)×10-3μm2, 主要分布在(0.5～4.0)×10-3μm2, 平均21.35×10-3μm2?？傮w為低-特低孔隙度、低滲儲(chǔ)層，少量中-高滲儲(chǔ)層。此外，孔隙度與滲透率的相關(guān)性分析表明，孔隙度與滲透率之間呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)性，說明滲透率的變化主要受控于孔隙發(fā)育的程度,屬于孔隙型儲(chǔ)層。

3.2 對(duì)氣水分異的認(rèn)識(shí)

烴類進(jìn)入儲(chǔ)集層后發(fā)生二次運(yùn)移,烴類發(fā)生二次運(yùn)移的過程為烴類必須穿過充滿水的孔隙并逐漸聚集成一個(gè)大的油氣藏，烴類二次運(yùn)移的主要?jiǎng)恿κ歉×?其阻力是毛細(xì)管力和粘滯力，當(dāng)浮力與阻力相平衡時(shí),烴類就處于停滯狀態(tài)，伯格(Berg.R.R.,1975)將此時(shí)的烴類垂直高度稱為臨界烴類柱高度(Zc),實(shí)際臨界烴類柱高度大于該值,就可以促使油氣向上運(yùn)移。

分別選取不同類型儲(chǔ)層的壓汞資料，利用J函數(shù)法分別計(jì)算其氣柱高度(圖2)。由圖2可見，Ⅰ類儲(chǔ)層含氣飽和度為50%時(shí)對(duì)應(yīng)的臨界氣柱高度約2.5 m；Ⅱ類儲(chǔ)層含氣飽和度為50%時(shí)對(duì)應(yīng)的臨界氣柱高度約11 m；Ⅲ類儲(chǔ)層含氣飽和度為50%時(shí)對(duì)應(yīng)的臨界氣柱高度約33 m；Ⅳ類儲(chǔ)層含氣飽和度為50%時(shí)對(duì)應(yīng)的臨界氣柱高度約170 m。

圖2 十里加汗山1段不同類型儲(chǔ)層氣柱高度

對(duì)研究區(qū)13口“氣水同層”型儲(chǔ)層厚度統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，一般為2.3～23.5 m，平均7.8 m,全區(qū)滲透率小于10×10-3μm2的儲(chǔ)層分布廣泛，約占儲(chǔ)層的80%左右，儲(chǔ)層厚度一般小于臨界氣柱高度，即向上運(yùn)移的浮力小于毛細(xì)管阻力，氣水基本不能分異，因此會(huì)產(chǎn)生厚度相對(duì)較小的“氣水同層”型，在空間上表現(xiàn)為透鏡體氣水層，直接壓裂后一般只出水不出氣，產(chǎn)水量較大，平均23.8 m3/d；

對(duì)研究區(qū)10口“上氣下水”型儲(chǔ)層厚度統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，一般為8.6～24.1 m，平均14.8 m,全區(qū)滲透率大于1×10-3μm2的儲(chǔ)層分布較廣，約占儲(chǔ)層的60%左右，儲(chǔ)層厚度一般大于Ⅱ類儲(chǔ)層臨界氣柱高度11 m，即向上運(yùn)移的浮力大于毛細(xì)管阻力，氣體能夠運(yùn)移至儲(chǔ)層上部，這可以很好地解釋研究區(qū)普遍發(fā)育的電阻率明顯“上高下低”的上氣下水的現(xiàn)象。在單井上氣水分異明顯，直接壓裂容易溝通下部水層，導(dǎo)致試氣結(jié)果只產(chǎn)水不產(chǎn)氣，產(chǎn)水量較透鏡體氣水層略大，平均26.1 m3/d。

4 氣水分布控制因素分析

關(guān)于氣水分布的控制因素，前人[12，14-19]在蘇里格、子洲等氣田做過大量研究，總結(jié)起來，主要有：烴源巖及生烴強(qiáng)度、儲(chǔ)層非均質(zhì)性、構(gòu)造(區(qū)域構(gòu)造及微構(gòu)造)等。本區(qū)山1段(相比上古生界其它層位)物性最好，離烴源巖最近，但含水最多，并不符合傳統(tǒng)的巖性氣藏的特征。因此，氣水分布的控制因素既有相似之處，又有本區(qū)的特殊性。鑒于此，對(duì)十里加汗山1段氣水分布控制因素做進(jìn)一步探討，以期為同類氣田的勘探開發(fā)提供有益借鑒。

4.1 生烴強(qiáng)度對(duì)氣水分布的控制作用

十里加汗地區(qū)太原-山西組主要發(fā)育腐植型煤系氣源巖，為上古生界氣藏的主要?dú)庠磶r。煤層累計(jì)厚度一般5～15 m，最厚達(dá)20 m左右，Ro值為1%～1.3%，生烴強(qiáng)度(15～40)× 108m3/km2，表現(xiàn)為“廣覆式”生烴的特征，生烴強(qiáng)度大于15×108m3/km2的區(qū)域占區(qū)塊總面積的80%以上[9]。

柳廣第[20]等認(rèn)為，源-儲(chǔ)剩余壓力差是天然氣運(yùn)聚的主要?jiǎng)恿?，高?儲(chǔ)壓差易于天然氣富集和大氣田形成。從十里加汗上古生界生烴強(qiáng)度與氣、水分布關(guān)系來看(圖3)，生氣強(qiáng)度小于30×108m3/km2的北部地區(qū)，主要產(chǎn)水，產(chǎn)氣井較少；而大于30×108m3/km2的南部地區(qū)，則以產(chǎn)氣為主，局部產(chǎn)水，表明生烴強(qiáng)度控制了氣、水分布的宏觀格局。

4.2 構(gòu)造對(duì)氣水分布的控制作用

圖3 十里加汗山1段生烴強(qiáng)度與產(chǎn)量疊合圖

從山西組底面構(gòu)造圖看，研究區(qū)整體上為一西傾單斜，局部發(fā)育鼻隆和微構(gòu)造，微構(gòu)造閉合幅度一般10～20 m，存在形成微構(gòu)造氣藏的可能。前期研究認(rèn)為山1段屬于巖性氣藏，巖性或物性變差形成的側(cè)向遮擋對(duì)氣藏的形成起到了控制作用。而從氣層分布與構(gòu)造位置統(tǒng)計(jì)看，產(chǎn)量相對(duì)較高的4口井(錦51、錦55、錦78、錦89)位于高點(diǎn)或鼻隆，而產(chǎn)量相對(duì)較低的4口井均位于平臺(tái)，說明微構(gòu)造和鼻隆對(duì)天然氣富集起到了一定的控制作用。因此，本區(qū)山1段氣藏應(yīng)該存在巖性、構(gòu)造+巖性復(fù)合、構(gòu)造三種氣藏類型。

4.3 儲(chǔ)層物性條件對(duì)氣水分布的影響

前人的研究認(rèn)為儲(chǔ)層物性的好壞是氣水分布的重要因素：高滲透率砂巖儲(chǔ)層天然氣充注起始?jí)毫Φ?，運(yùn)移阻力小，氣容易驅(qū)替水，而滲透率較低的儲(chǔ)層天然氣充注起始?jí)毫Ω?，運(yùn)移阻力大，氣較難進(jìn)入，易形成差氣層、干層或水層[21-22]。馬超[23](2014)通過研究自然電位與氣測(cè)全烴曲線的組合關(guān)系，對(duì)本區(qū)盒1段研究后認(rèn)為，物性好的儲(chǔ)層，產(chǎn)氣量高但也可能產(chǎn)水多。從本區(qū)山1段的物性大小與產(chǎn)層類型統(tǒng)計(jì)表明，同樣具有類似的特點(diǎn)，即氣水層分布于物性相對(duì)較好的儲(chǔ)層中，物性對(duì)氣水層的分布具有重要的控制作用。

4.4 砂體的空間展布及其對(duì)氣水分布的控制作用

本區(qū)山1段為辮狀河三角洲沉積，砂體主要發(fā)育在主分流河道及次分流河道。受北部物源的影響，砂體主要為近南北向展布。為了更精細(xì)研究砂體對(duì)氣水分布的控制作用[24]，將山1段細(xì)分為兩個(gè)小層，自下而上分別為山1-1、山1-2。以山1-1小層為例(圖4)，可以看出，砂體主要為近南北向展布，疊合砂體厚度一般6～14 m，單砂體一般為1層，少量2-3層。從橫向上來看，研究區(qū)有三條河道與三條洼地相間發(fā)育的特征。河道砂體是氣水層分布的基礎(chǔ)，決定了氣水層的展布范圍。

圖4 十里加汗山1-1小層砂巖厚度+構(gòu)造圖+產(chǎn)量疊合圖

5 氣水層分布特征及氣藏類型

5.1 氣水層的分布特征

從東西向剖面看(圖5)，山1段地層自西向東逐漸抬高，區(qū)域上表現(xiàn)為一個(gè)大單斜，無統(tǒng)一的氣水界面，氣層(錦89、錦55、錦51井)的分布與區(qū)域構(gòu)造無明顯的相關(guān)性。在生烴強(qiáng)度較大、物性較好的井區(qū)(如錦55井區(qū))，側(cè)向被泥巖遮擋形成巖性氣藏；在物性較好的井區(qū)(如錦89井區(qū)、錦51井區(qū))，上傾方向被泥巖遮擋，下傾方向受構(gòu)造影響形成水層，形成構(gòu)造-巖性復(fù)合氣藏；局部(如錦56井區(qū))受微構(gòu)造的影響在頂部形成“氣帽子”，為構(gòu)造氣藏。物性相對(duì)較差的井區(qū)(錦92、錦73、錦32)，毛細(xì)管阻力相對(duì)較大，臨界氣柱高度較高，因而氣水分異不徹底，形成氣水同層，其分布與構(gòu)造位置基本無關(guān)；在物性相對(duì)較好的井區(qū)(如錦89井區(qū)、錦56井區(qū)、錦51井區(qū))，臨界氣柱高度較小，因而氣水分異相對(duì)徹底，形成“上氣下水”的分布特征。

圖5 十里加汗山1段錦58-錦32-錦51井氣藏剖面圖

5.2 氣藏類型

綜合以上研究，認(rèn)為本區(qū)的氣藏類型主要為巖性氣藏、構(gòu)造-巖性復(fù)合氣藏，局部存在構(gòu)造氣藏。前兩種氣藏類型資源規(guī)模較大，是下一步的勘探重點(diǎn)。

6 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1)十里加汗區(qū)帶的山1段氣水層按類型主要分為氣層、“上氣下水”型、“氣水同層”型、水層，產(chǎn)出的地層水主要來自“上氣下水”型和“氣水同層”型，總結(jié)了各種氣水層的測(cè)井特征。

(2)在物性較好的井區(qū)，臨界氣柱高度小，氣水分異服從重力分異規(guī)律，純氣層多發(fā)育在相對(duì)構(gòu)造高部位或構(gòu)造頂部，而富水區(qū)多發(fā)育在相對(duì)的構(gòu)造低部位；在物性較差的井區(qū)，臨界氣柱高度大，氣水無法分異，形成氣水同層。

(3)生烴強(qiáng)度控制了氣水層的宏觀分布，儲(chǔ)層和物性進(jìn)一步控制了氣水層的展布范圍和分布狀態(tài)，正向微構(gòu)造和鼻隆對(duì)氣藏的富集起到了一定控制作用。

(4)本區(qū)山1段氣藏類型有巖性、構(gòu)造+巖性復(fù)合、構(gòu)造三類，前兩類為研究區(qū)的主要?dú)獠仡愋?，?gòu)造氣藏局部發(fā)育。

[1] 付金華，段曉文，席勝利．鄂爾多斯盆地上古生界氣藏特征[J]．天然氣工業(yè)，2000，20(6):16-19．

[2] 李良,袁志祥,惠寬洋,等．鄂爾多斯盆地北部上古生界天然氣聚集規(guī)律[J]．石油與天然氣地質(zhì)，2000，21(3)：268-271．

[3] 楊華,傅鎖堂,馬振芳,等．快速高效發(fā)現(xiàn)蘇里格大氣田的成功經(jīng)驗(yàn)[J]．中國(guó)石油勘探,2001，6(4)：89-94．

[4] 尤歡曾,李良.鄂北上古生界天然氣成藏地質(zhì)特征[J]．天然氣工業(yè)，2001，21(增刊)：14-17．

[5] 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)：10-17．

[6] 閔琪,楊華,付金華.鄂爾多斯盆地的深盆氣[J]．天然氣工業(yè)，2000，20(6)：11-15．

[7] 鄒才能,陶士振,袁選俊,等．連續(xù)型油氣藏形成條件與分布特征[J]．石油學(xué)報(bào)，2009，30(3)：324-331．

[8] 趙靖舟,付金華,姚涇利,等.鄂爾多斯盆地準(zhǔn)連續(xù)型致密砂巖大氣田成藏模式[J]．石油學(xué)報(bào)，2012，33(增刊1)：1-16．

[9] 趙靖舟，白玉彬，曹青，等.鄂爾多斯盆地準(zhǔn)連續(xù)型低滲透-致密砂巖大油田成藏模式[J].石油與天然氣地質(zhì)，2012，33(6)：811-827.

[10] 宋凱.鄂爾多斯盆地杭錦旗探區(qū)成藏條件分析與區(qū)帶評(píng)價(jià)[J].石油地質(zhì)與工程,2013, 27(5):10-13.

[11] 李永杰,趙榮華.鄂爾多斯盆地杭錦旗地區(qū)上古生界儲(chǔ)層自然伽馬測(cè)井相研究[J].石油地質(zhì)與工程,2014,28(2):61-63.

[12] 楊宇,周文,徐春陽,等.子洲氣田山2氣藏地層水分布模式[J].大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào),2010,34(3):14-18.

[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)(地球科學(xué)版),2010,40(2):447-454.

[14] 張海濤, 時(shí)卓,任戰(zhàn)利,等.鄂爾多斯盆地蘇里格氣田盒 8 氣藏含水特征及氣水分布主控因素分析[J].現(xiàn)代地質(zhì),2011,25(5):931-937.

[15] 龍建勛.鄂爾多斯盆地子洲地區(qū)下二疊統(tǒng)山西組二段地層水成因及氣水分布規(guī)律研究[D].成都:成都理工大學(xué),2008.

[16] 竇偉坦,劉新社,王濤.鄂爾多斯盆地蘇里格氣田地層水成因及氣水分布規(guī)律[J].石油學(xué)報(bào),2010,31(5):767-773.

[17] 王國(guó)亭,冀光,程立華,等.鄂爾多斯盆地蘇里格氣田西區(qū)氣水分布主控因素[J].新疆石油地質(zhì),2012,33(6):657-659.

[18] 代金友,李建霆,王寶剛,等.蘇里格氣田西區(qū)氣水分布規(guī)律及其形成機(jī)理[J].石油勘探與開發(fā),2012,39(5):524-529.

[19] 王繼平,李躍剛,王宏,等.蘇里格西區(qū)蘇x區(qū)塊致密砂巖氣藏地層水分布規(guī)律[J].成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013,40(4):387-392.

[20] 柳廣弟,孫明亮.剩余壓力差在超壓盆地天然氣高效成藏中的意義[J].石油與天然氣地質(zhì)，2007，28(2)：203-208.

[21] 曾濺輝,金之鈞.油氣二次運(yùn)移和聚集物理模擬[M].北京:石油工業(yè)出版社,2000:74-83.

[22] 姜福杰,龐雄奇,姜振學(xué),等.致密砂巖氣藏成藏過程的物理模擬實(shí)驗(yàn)[J].地質(zhì)評(píng)論,2007,53(6):844-849.

[23] 馬超.杭南十里加汗地區(qū)盒 1 段含水特征及平面分布控制因素[J].斷塊油氣田，2014，21(6)：722-725.

[24] 范玲玲,金文輝,王勇,等.蘇西48井區(qū)盒8段砂體分布規(guī)律研究[J].石油地質(zhì)與工程,2012,26(5):17-19.

編輯：吳官生

1673-8217(2015)05-0008-05

2015-04-13

劉四洪，工程師，碩士，1984年生，2009年畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源學(xué)院石油系，礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)，從事天然氣勘探綜合研究。

國(guó)家科技重大專項(xiàng)課題“碎屑巖層系大中型油氣田富集規(guī)律與勘探關(guān)鍵技術(shù)”(2011ZX05002-001-002)。

TE122.2

A