柴達(dá)木盆地東坪基巖氣藏的特征及合理開發(fā)指標(biāo)

程立華 孟德偉 楊 云 位云生 冀 光 齊亞東 羅 娜

1.中國石油勘探開發(fā)研究院 2.中國石油青海油田公司勘探開發(fā)研究院

0 引言

基巖是沉積盆地形成前相對古老的地層，發(fā)育年代包括前寒武紀(jì)、古生代或中生代，巖石類型多為變質(zhì)巖和火山巖，具有發(fā)育廣泛、分布穩(wěn)定的特點(diǎn)[1]。自20世紀(jì)初美國俄亥俄州發(fā)現(xiàn)基巖油氣藏以來，世界各大洲均有發(fā)現(xiàn)，其中以非洲、亞洲和美洲地區(qū)儲量最大[2-4]?；鶐r中發(fā)育純氣藏較少，柴達(dá)木盆地東坪基巖氣藏為變質(zhì)巖氣藏，是基巖氣藏的典型代表。2011年東坪1井試氣獲得日產(chǎn)11.26×104m3的高產(chǎn)工業(yè)氣流，標(biāo)志著中國首個基巖氣藏的發(fā)現(xiàn)。經(jīng)過試采評價和產(chǎn)能建設(shè)，2015年氣藏產(chǎn)能規(guī)模達(dá)到12×108m3/a，實現(xiàn)了規(guī)模開發(fā)，后續(xù)隨水侵影響的加劇，氣藏產(chǎn)量大幅度下降。

鑒于國內(nèi)外基巖氣藏開發(fā)實例較少，對該類氣藏的靜、動態(tài)特征尚缺乏系統(tǒng)的認(rèn)識，結(jié)合東坪基巖氣藏的開發(fā)實際，在深化儲層特征評價和氣井生產(chǎn)歷史跟蹤分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)值模擬技術(shù)與氣藏工程分析方法，確定東坪基巖氣藏適宜的井型井網(wǎng)和合理開發(fā)指標(biāo)，為今后同類型氣藏的高效開發(fā)提供技術(shù)借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

柴達(dá)木盆地屬于復(fù)雜的疊合前陸盆地，構(gòu)造活動多樣，盆地演化過程中經(jīng)歷的早期張扭拉分、中侏羅世至白堊紀(jì)的壓扭、古始新世至上新世的拉分沉降和上新世末壓扭走滑褶皺，造成區(qū)內(nèi)斷裂體系發(fā)育[5-7]。受多期次構(gòu)造運(yùn)動影響，盆地基底變形強(qiáng)烈，構(gòu)造上形成地形坡度大、縱橫交錯的多級斷階，具有形成系列油氣圈閉的有利地質(zhì)條件[8-9]。東坪基巖氣藏發(fā)育在這一構(gòu)造背景下形成的東坪鼻隆構(gòu)造上，由兩個斷背斜組成，其中東坪1井區(qū)位于東坪鼻隆的低斷隆，受反向斷層控制形成斷鼻構(gòu)造，東坪3井區(qū)位于東坪鼻隆高斷階，受小斷層影響形成背斜構(gòu)造。東坪1井區(qū)埋藏深度介于3 000～3 500 m，構(gòu)造幅度大，形成的圈閉面積遠(yuǎn)大于東坪3井區(qū)，氣層厚度大、分布廣，儲量規(guī)模大，是東坪基巖氣藏開發(fā)的主體；東坪3井區(qū)埋藏深度介于1 800～1 920 m，構(gòu)造幅度小，頂面寬緩，圈閉面積較小。

2 地質(zhì)特征

2.1 儲集空間特征

基巖屬于結(jié)晶巖類，通常非常致密且?guī)缀醪话l(fā)育原始孔隙。多期次構(gòu)造運(yùn)動和長期風(fēng)化剝蝕作用形成的裂縫和溶蝕孔洞是基巖氣藏主要的儲集空間[10]。依據(jù)儲集空間類型差異，將基巖地層在垂向上劃分為3個帶，分別為風(fēng)化破碎帶、裂縫發(fā)育帶和致密帶。

2.1.1 風(fēng)化破碎帶

基巖暴露地表，長時間經(jīng)歷大氣淡水風(fēng)化淋濾和剝蝕作用，形成崩塌和近距離搬運(yùn)、沉積，埋藏后局部殘存古土壤層，并形成沿不整合面分布的溶蝕孔洞和裂縫組合帶，構(gòu)成基巖風(fēng)化破碎帶，一般發(fā)育厚度不大，但儲層孔隙度相對較高。東坪103井風(fēng)化破碎帶取心結(jié)果顯示，該段具有風(fēng)化溶蝕特征，可觀察到1 cm大小的溶洞（圖1-a），測井曲線幅度介于上覆碎屑巖地層與基巖之間（圖1-b）。多井解釋結(jié)果表明，東坪基巖風(fēng)化破碎帶厚度介于5～10 m，孔隙度介于5%～10%，是基巖儲層物性最好的部分。

圖1 風(fēng)化破碎帶典型巖心照片及測井曲線圖（東坪103井）

2.1.2 裂縫發(fā)育帶

基巖氣藏裂縫體系十分發(fā)育，無論在基巖暴露地表時期還是在盆地基底沉降埋藏期，大氣降水和地下水均可沿裂縫體系滲流，溶蝕不穩(wěn)定礦物后形成礦物溶孔，構(gòu)成有效的儲集空間和滲流通道。這段裂縫和礦物溶孔發(fā)育的基巖地層即裂縫發(fā)育帶，一般厚度大，孔隙度相對略低，但滲透率較高。裂縫發(fā)育帶的取心結(jié)果和成像測井結(jié)果顯示，高角度縫、低角度縫、水平縫和網(wǎng)狀縫等多種類型裂縫均有發(fā)育，裂縫寬度為1～2 mm，裂縫密度為5～10條/m，多數(shù)巖心碎裂（圖2-a）。同時，鑄體薄片可觀察到大小不等的微裂縫呈網(wǎng)狀分布，最寬處達(dá)0.05 mm。東坪1井區(qū)鉆井結(jié)果顯示裂縫發(fā)育帶厚度在400 m以上，井徑曲線高低幅度交替變化，聲波曲線呈短小鋸齒狀，電阻率曲線和密度曲線均呈高幅鋸齒狀（圖2-b）。

2.1.3 致密帶

隨埋藏深度增大，僅有部分主裂縫深入到基巖內(nèi)部，裂縫發(fā)育程度降低，同時受地層壓力增大的影響，裂縫多閉合。因此，在巨厚塊狀的致密帶，一般難以形成有效的儲集空間，測井曲線呈平直形態(tài)或低幅度小鋸齒狀。

2.2 儲層物性特征

由于基巖巖心多碎裂，巖心分析結(jié)果主要反映基質(zhì)的物性特征。東坪基巖儲層的巖心分析孔隙度介于1.2%～7.2%，平均為3.4%，滲透率介于0.054～0.910 mD，平均為0.190 mD。測井解釋孔隙度主要分布在2%～10%區(qū)間，部分高于10%（圖3）；采用成像測井和深淺電阻率測井相結(jié)合計算得到裂縫孔隙度，裂縫孔隙度主要分布于小于0.2%的區(qū)間（圖4）。試井解釋得到的氣井平均滲透率為8.09 mD，不同氣井的滲透率差異可超過3 000倍，可見基巖儲層具有極強(qiáng)的非均質(zhì)性[11]。綜上所述，基巖儲層具有孔隙度低、滲透率高且差異大的特點(diǎn)。

2.3 儲層分布特征

圖2 裂縫發(fā)育帶典型巖心照片及測井曲線圖（東坪1井）

圖3 孔隙度分布直方圖（測井解釋）

圖4 裂縫孔隙度分布直方圖

基巖屬于非沉積類巖石，成層性差，其儲滲體規(guī)模主要受控于有效裂縫的發(fā)育程度和溝通范圍。東坪1井區(qū)和東坪3井區(qū)為兩個獨(dú)立的塊狀連通體。有效儲層厚度取決于頂面構(gòu)造幅度和氣水界面位置。東坪1井區(qū)氣水界面在海拔－815 m，有效儲層分布呈平緩穹頂狀，中部氣層厚度達(dá)400 m，向外逐漸減薄，含氣面積為18.44 km2。與東坪1井區(qū)相比，東坪3井區(qū)含氣范圍較小，僅4.9 km2，中部最厚不到100 m。

2.4 氣水分布特征

東坪基巖氣藏屬于典型的整裝構(gòu)造氣藏，底水發(fā)育。東坪3井區(qū)氣水界面在海拔810 m，含氣范圍較小，僅限于構(gòu)造高點(diǎn)附近，儲量?。▓D5）。東坪1井區(qū)構(gòu)造幅度大，構(gòu)造高部位的井均未鉆遇氣水界面，僅在構(gòu)造低部位的東坪4井鉆遇氣水界面（海拔－815 m），鉆井資料顯示東坪1井區(qū)氣層厚度大，含氣范圍廣，是東坪基巖氣藏開發(fā)的主體。

圖5 東坪3井區(qū)氣藏剖面示意圖（基巖段）

3 動態(tài)特征

3.1 產(chǎn)量特征

基巖氣井生產(chǎn)動態(tài)表現(xiàn)為初期產(chǎn)量高、遞減速率慢，但后期受活躍邊底水的影響，氣井產(chǎn)量下降較快。東坪基巖氣藏氣井初期試采結(jié)果顯示，大多數(shù)氣井具備高產(chǎn)能力，低產(chǎn)氣井開展酸壓等改造措施后也能有效提高產(chǎn)氣量。直井初期產(chǎn)氣量可達(dá)20×104m3/d，水平井初期產(chǎn)氣量可達(dá)50×104m3/d，且氣井在投產(chǎn)初期保壓供氣能力強(qiáng)。

隨著該氣藏開發(fā)的不斷深入，地層水的侵入對氣井生產(chǎn)的影響逐漸顯現(xiàn)并加重，產(chǎn)氣量明顯遞減。東坪1井區(qū)氣井平均產(chǎn)氣量從2015年的12.1×104m3/d逐漸降至目前的不足4.0×104m3/d，而氣井平均水氣比則由2015年的0.37 m3/104m3上升至目前的1.47 m3/104m3，產(chǎn)水對基巖氣藏的產(chǎn)氣量影響較大。

3.2 壓力特征

基巖氣井生產(chǎn)初期壓降速率小，保壓供氣能力強(qiáng)。東坪基巖氣藏在穩(wěn)產(chǎn)階段直井壓降速率介于0.005～0.038 MPa/d，水平井壓降速率介于0.01～0.05 MPa/d，試采加大氣嘴后，產(chǎn)氣量顯著增大，而壓降速率僅略有增大，且在關(guān)井時氣井壓力可較快恢復(fù)并達(dá)到平衡（圖6），表明在裂縫系統(tǒng)的溝通下能量補(bǔ)給迅速。但隨生產(chǎn)時間延長，產(chǎn)水氣井的產(chǎn)水量逐漸增加，井口油壓下降幅度增大，且油套壓差增大趨勢明顯，表明水侵對氣井生產(chǎn)的影響越來越嚴(yán)重。

3.3 產(chǎn)水特征

圖6 DPH102井采氣曲線圖

東坪基巖氣井初期產(chǎn)水主要是由高產(chǎn)量氣攜帶出的返排鉆井液及壓裂液，返排結(jié)束后產(chǎn)水量回落，產(chǎn)出水為凝析水，持續(xù)時間為1～2年，而后受底水錐進(jìn)的影響，氣井生產(chǎn)動態(tài)出現(xiàn)產(chǎn)水量持續(xù)上升、產(chǎn)氣量快速下降的趨勢（圖6），嚴(yán)重者水淹停產(chǎn)。2015年后東坪基巖氣藏的產(chǎn)水量呈快速增長趨勢，水氣比增至0.95 m3/104m3，2016年部分氣井水淹停產(chǎn)，產(chǎn)水總量有所下降，但是水侵加劇的趨勢未變，目前在產(chǎn)井的水氣比已達(dá)2.29 m3/104m3，有21口氣井水淹停產(chǎn)，占投產(chǎn)井?dāng)?shù)的42%。水淹停產(chǎn)井主要分布在構(gòu)造低部位，僅東坪1井區(qū)的3口水淹停產(chǎn)井在構(gòu)造高部位。對于存在邊、底水的基巖氣藏，高導(dǎo)流能力的裂縫不僅為氣體流動提供了優(yōu)勢通道，也為底水錐進(jìn)、邊水侵入提供了快捷通道。如果氣藏開采不均衡，極易發(fā)生局部水侵，造成氣井產(chǎn)量降低，甚至暴性水淹。

3.4 動態(tài)儲量

分別采用壓降法、產(chǎn)量不穩(wěn)定分析法及數(shù)值模擬法對東坪基巖氣藏開展動態(tài)儲量評價[12-13]。結(jié)果顯示，直井動態(tài)儲量介于1.74×108～6.36×108m3，平均4.38×108m3；水平井動態(tài)儲量介于0.88×108～21.79×108m3，平均8.30×108m3。動態(tài)儲量差異較大，原因在于基巖儲層的裂縫發(fā)育程度存在差異，且氣井鉆遇的氣層厚度變化較大。因此，開發(fā)過程中需結(jié)合巖心、薄片和測井等資料進(jìn)行裂縫分布描述，精細(xì)刻畫基巖內(nèi)幕，加深對基巖氣藏儲層非均質(zhì)性的認(rèn)識。

4 指標(biāo)評價與開發(fā)建議

東坪基巖氣藏自2013年全面投產(chǎn)至今已有5年，充分利用氣藏靜、動態(tài)資料，結(jié)合數(shù)值模擬技術(shù)與氣藏工程分析方法，確定適宜的開發(fā)井型、井網(wǎng)及氣井的合理配產(chǎn)等指標(biāo)，為同類氣藏的開發(fā)提供指導(dǎo)。

4.1 開發(fā)井型及井網(wǎng)

東坪基巖氣藏按照“整體評價、少井高產(chǎn)、均衡開采”的開發(fā)原則，采用直井加水平井的混合井網(wǎng)。在氣藏高部位優(yōu)先部署水平井以提高儲量動用程度，實現(xiàn)氣藏的快速建產(chǎn)；距離氣水界面較近的低部位部署直井，便于后期氣井生產(chǎn)管理。

4.2 氣井合理配產(chǎn)及氣藏采速

對于底水發(fā)育的基巖氣藏，氣井合理生產(chǎn)制度的確定必須考慮氣井?dāng)y液能力的大小和底水的侵入，以實現(xiàn)氣藏的均衡開發(fā)。針對東坪基巖氣藏，分別采用壓降速率法和數(shù)值模擬法預(yù)測氣井穩(wěn)產(chǎn)6年前提下對應(yīng)的產(chǎn)氣量，同時應(yīng)用橢球體液滴模型評價氣井臨界攜液流量[14]，綜合確定氣井的合理產(chǎn)量，其中直井為3.2×104～7.5×104m3/d，水平井為12.4×104～25.6×104m3/d，分別為各井無阻流量的1/4～1/3。在氣井后續(xù)生產(chǎn)過程中需持續(xù)跟蹤評價氣井的臨界攜液產(chǎn)氣量，實現(xiàn)氣井配產(chǎn)的動態(tài)優(yōu)化。考慮到基巖氣藏裂縫、溶蝕孔洞發(fā)育，且底水活躍，極易發(fā)生水侵，氣藏采氣速度應(yīng)控制在3%以內(nèi)。

4.3 開發(fā)建議

鑒于基巖氣藏的特殊性，裂縫系統(tǒng)描述是氣藏內(nèi)幕刻畫的核心，而由于裂縫發(fā)育情況復(fù)雜、分布規(guī)律性差，預(yù)測難度大，除了深化地質(zhì)描述外，需加強(qiáng)初期的試井分析，為氣藏物性參數(shù)場的建立和儲量評價提供參考。同時部署直井進(jìn)行探邊，確定水體規(guī)模大小并對水體活躍程度進(jìn)行監(jiān)測，為氣藏開發(fā)指標(biāo)的合理確定提供重要的依據(jù)。

5 結(jié)論

1）東坪基巖氣藏儲層裂縫和溶蝕孔洞發(fā)育，具有低孔隙度、高滲透率、大滲透率級差的特點(diǎn)，氣藏屬于典型的整裝構(gòu)造氣藏，底水發(fā)育。

2）東坪基巖氣藏初期單井產(chǎn)量高、壓降速率小，后期受水侵影響，氣井產(chǎn)量大幅下降，甚至水淹停產(chǎn)。

3）以“整體評價、少井高產(chǎn)、均衡開采” 為基巖氣藏開發(fā)部署原則，宜采取高部位部署水平井與邊部部署直井的混合井網(wǎng)進(jìn)行開發(fā)。

4）東坪基巖氣藏直井合理產(chǎn)氣量介于3.2×104～7.5×104m3/d，水平井合理產(chǎn)氣量介于12.4×104～25.6×104m3/d，氣井合理產(chǎn)量控制在其無阻流量的1/4～1/3；氣藏采氣速度宜控制在3%以內(nèi)。