大型低緩構(gòu)造碳酸鹽巖氣藏氣水分布精細描述
——以四川盆地磨溪龍王廟組氣藏為例

張 春 彭 先 李 騫 王 蓓 郭鴻喜

1.中國石油天然氣集團公司天然氣成藏與開發(fā)重點實驗室碳酸鹽巖天然氣成藏機理重點研究室2.中國石油西南油氣田公司勘探事業(yè)部

0 引言

目前，有關碳酸鹽巖有水氣藏氣水分布描述，已有學者開展過相關研究并取得一定成果認識，普遍認為具有統(tǒng)一氣水界面的構(gòu)造氣藏氣水關系易于描述，而對于低緩構(gòu)造背景下氣藏氣水關系描述研究甚少，通常也是采用傳統(tǒng)的統(tǒng)一氣水界面描述方法來刻畫氣水分布，但由于低緩構(gòu)造背景下邊部氣水關系明顯區(qū)別于常規(guī)氣藏，它廣泛存在氣水過渡區(qū)，因此，需要另辟蹊徑，探索出一套新的氣水描述方法，更好地表征這類氣藏氣水關系。

四川盆地磨溪龍王廟組氣藏構(gòu)造極為低緩（＜10°），屬于典型的大型低緩構(gòu)造碳酸鹽巖氣藏，氣水關系較為復雜。因此，以磨溪龍王廟組氣藏為研究對象，針對目前低緩構(gòu)造碳酸鹽巖氣藏氣水關系描述困難這一關鍵技術問題，通過精細描述現(xiàn)今構(gòu)造細節(jié)特征，應用印模法恢復研究區(qū)二疊系沉積前古地貌成果，精細描述古構(gòu)造特征，結(jié)合成藏演化過程，充分剖析氣水分布控制因素，在此基礎上，建立低緩構(gòu)造背景下氣水分布模式，揭示不同區(qū)塊氣水分布規(guī)律，分析不同類型水體對生產(chǎn)可能造成的影響，為類似氣藏流體分布描述提供借鑒。

1 大型低緩構(gòu)造細節(jié)精細描述

1.1 地震—地質(zhì)層位精細標定

應用VSP測井和聲波合成記錄兩種方式完成地震地質(zhì)層位標定。利用VSP資料建立地震反射層和VSP井中地層界面之間的對比關系，進行地震反射波的地質(zhì)層位標定。在VSP層位標定基礎上，利用區(qū)內(nèi)27口鉆穿龍王廟組的鉆井資料，對各反射層進行地質(zhì)層位標定，從合成地震記錄結(jié)果來看，合成記錄與實際地震道各反射層的波形特征、波組關系及波間時差均較一致，表明可利用該時深關系對地質(zhì)層位進行地震層位標定。

從標定結(jié)果來看，龍王廟組底界在地震剖面上表現(xiàn)為穩(wěn)定的波谷反射特征，龍王廟組底巖性界面為泥晶白云巖與下伏滄浪鋪組頂部泥質(zhì)粉砂巖整合接觸，該巖性界面對應的強反射特征可作為全區(qū)對比追蹤的重要標志層，據(jù)此標定龍王廟組底界形態(tài)特征。

磨溪地區(qū)龍王廟組頂界經(jīng)地震層位標定，不同區(qū)塊表現(xiàn)出多種響應模式，大體在弱波峰或波谷上，或在相對可靠底界向上30～40 ms時窗追蹤頂界。從地質(zhì)體結(jié)構(gòu)分析，磨溪地區(qū)龍王廟組上覆高臺組底部為粉砂巖或白云質(zhì)粉砂巖，與龍王廟組頂部白云巖或砂質(zhì)白云巖整合接觸，頂界上下地層速度差異變化不大，其標定位置在弱波峰或波谷上變化。因此，建立不同井區(qū)龍王廟組頂界地震反射模式，如MX8、MX9、MX11等井區(qū)龍王廟組頂界表現(xiàn)為弱峰特征，而MX10、MX204井區(qū)頂界為波谷特征，實鉆與地震標定是完全吻合的，故可通過建立不同井區(qū)頂界反射模式標定龍王廟組頂界，據(jù)此追蹤龍王廟組頂界。

1.2 斷裂描述

地震識別表明：總體上，斷層欠發(fā)育，傾角高、斷距小、延伸短。

從區(qū)域構(gòu)造變動來看，研究區(qū)雖歷經(jīng)多次構(gòu)造運動，以升降運動為主，但因處于盆地中部，褶皺不強烈，構(gòu)造極為平緩。

據(jù)地震相干和曲率屬性分析，研究區(qū)二疊系以下以正斷層為主，發(fā)育3條大斷層，走向為北東向（磨溪①斷層）和北西向（磨溪②、磨溪④斷層）。

磨溪①斷層為區(qū)內(nèi)主要的大斷裂，走向北東向，斷裂層位從寒武系的洗象池組至震旦系下統(tǒng)，向北傾斜，傾角為60～70°；磨溪②、磨溪④為深斷裂，走向為近北西向。其余的斷裂多為小斷裂，斷裂深度不大、規(guī)模小，斷開層位多為洗象池組至滄浪鋪組（圖1）。

1.3 構(gòu)造圈閉精細描述

區(qū)域上，磨溪龍王廟組構(gòu)造總體格局表現(xiàn)為在樂山 —龍女寺古隆起背景上的北東東向鼻狀隆起，構(gòu)造平緩，由西向北東傾伏，呈多高點、多排復式構(gòu)造特征。

根據(jù)構(gòu)造解釋成果，磨溪地區(qū)主要呈現(xiàn)南北2個構(gòu)造圈閉形態(tài)，北大南小，被工區(qū)內(nèi)最大的磨溪①號斷層切割，形成2個斷高圈閉，北部的磨溪主高點圈閉和南部的磨溪南斷高圈閉（圖1）。

磨溪主高點潛伏構(gòu)造主軸方向為北東東向，長度42.0 km，構(gòu)造寬度8.3～14 km，高點海拔為－4 200 m，最低圈閉線海拔為－4 360 m，圈閉面積510 km2，閉合高度160 m。因構(gòu)造極為平緩，構(gòu)造圈閉內(nèi)呈現(xiàn)多個構(gòu)造高點和小洼陷。共計13個高點和13個小洼陷。此外，位于MX8、9井區(qū)之間顯示出構(gòu)造中部存在一條橫貫構(gòu)造的北西向溝槽。

磨溪南潛伏斷高緊鄰磨溪主高點潛伏構(gòu)造的南面，構(gòu)造圈閉規(guī)模相對較小。

圖1 研究區(qū)目的層頂界地震反射構(gòu)造圖

統(tǒng)計分析地震解釋結(jié)果與27口實鉆井目的層頂界海拔之間的誤差，總體上，絕對誤差小于20 m，相對誤差小于1%，其中大部分絕對誤差在10 m左右，相對誤差小于0.5%，表明構(gòu)造精細解釋結(jié)果滿足精細描述的需求。

2 儲層分布精細描述

2.1 儲層巖性特征描述

根據(jù)目的層段全取心巖心描述和薄片鏡下觀察，揭示研究區(qū)巖性變化大，并受白云石化和重結(jié)晶作用改造，發(fā)育包括與顆粒灘沉積相關的砂屑白云巖、鮞粒白云巖、礫屑白云巖及細—中晶殘余砂屑或鮞粒白云巖，與灘間海沉積相關的泥晶白云巖、泥晶灰?guī)r，與混積潮坪沉積相關的砂質(zhì)云巖和泥質(zhì)云巖，儲集層巖性主要為砂屑白云巖、生屑白云巖和粉—中晶白云巖[1-8]。

2.2 儲層物性特征描述

利用鑄體薄片鏡下觀察，儲集空間類型復雜多樣，包括溶蝕孔洞、粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、晶間孔及晶間溶孔，以粒間溶孔、晶間溶孔及小溶洞為主，同時發(fā)育構(gòu)造縫和溶蝕縫，儲集空間類型以裂縫—孔洞型為主。根據(jù)巖心分析物性數(shù)據(jù)統(tǒng)計，儲層物性總體上表現(xiàn)為低孔、中低滲，孔隙度通常在2%～6%之間，平均為4.2%，滲透率一般為0.1 ～10.0 mD，平均為0.7 mD。儲層孔隙結(jié)構(gòu)受溶蝕孔洞發(fā)育影響，可劃分為粗孔中—大喉道型和細孔小—微喉道型，前者表現(xiàn)為“兩高”：最大進汞飽和度高（大于90%）、退汞效率高（大于80%），后者表現(xiàn)為“兩低”：最大進汞飽和度低、退汞效率低[9]。

根據(jù)儲集巖中孔、洞、縫發(fā)育規(guī)模及其組合關系，將研究區(qū)儲層類型劃分為3種：Ⅰ類儲層為中孔中高滲裂縫—孔洞型儲層，為研究區(qū)最優(yōu)質(zhì)儲層；Ⅱ類儲層為中—低孔低滲裂縫—孔隙型儲層，儲滲性能較好；Ⅲ類儲層為低孔低滲晶間孔型儲層，儲滲性能相對較差。

2.3 儲層分布精細描述

在儲層巖電標定的基礎上，總結(jié)出實鉆井儲層地震響應模式[10-11]，再根據(jù)儲層對比剖面（圖2），可以看出，龍王廟組儲層單層厚度在2～20 m之間，累計儲層厚度在20～60 m之間，相對優(yōu)質(zhì)儲層（孔洞型儲層）在10～30 m之間，儲層總體連續(xù)性較好，橫向可追蹤對比。

圖2 研究區(qū)目的層典型連井儲層對比圖

據(jù)后期投產(chǎn)井具先期壓降特征，進一步表明龍王廟組儲層總體連通。

據(jù)井間干擾試井分析，若相對優(yōu)質(zhì)儲層連續(xù)分布，短時間內(nèi)即可見明顯井間干擾；若相對低滲儲層連續(xù)分布為主，井間干擾不明顯；表明由于儲層物性及連續(xù)性差異，井間連通程度存在差異。

在巖心描述和成像測井識別縫洞儲層的基礎上，井震結(jié)合，建立溶蝕孔洞儲層地震響應模式：層內(nèi)強波峰地震反射特征對應大套孔洞型優(yōu)質(zhì)儲層，弱波峰—空白地震反射特征對應孔洞型儲層欠發(fā)育。通過井震聯(lián)合儲層地震響應模式，有效識別出溶蝕孔洞發(fā)育區(qū)和溶蝕孔洞欠發(fā)育區(qū)，平面上表現(xiàn)為四分特征：MX9-MX12-MX10井區(qū)和MX8-MX205-MX11井區(qū)兩區(qū)域為溶蝕孔洞最發(fā)育區(qū)，其間磨溪203-磨溪19-磨溪202井區(qū)一帶因發(fā)生相變，儲層物性明顯變差，以相對低滲儲層為主。此兩區(qū)域西北地區(qū)為溶蝕孔洞次發(fā)育區(qū)，其東南地區(qū)為溶蝕孔洞欠發(fā)育區(qū)（圖3）。

圖3 研究區(qū)溶蝕孔洞發(fā)育程度分區(qū)圖

3 氣水分布精細描述

3.1 氣水分布控制因素

3.1.1 現(xiàn)今構(gòu)造因素

龍王廟組經(jīng)歷印支期、燕山期及喜山期等多期構(gòu)造運動[12-13]，使得地層遭受多種構(gòu)造作用力的影響，形成現(xiàn)今構(gòu)造低緩、圈閉規(guī)模較大、閉合度小、多高點的圈閉特征。

在掌握研究區(qū)儲層分布的基礎上，將現(xiàn)今構(gòu)造與氣水井疊合（圖4），發(fā)現(xiàn)區(qū)域上“三分”特征明顯：在現(xiàn)今構(gòu)造圈閉內(nèi)，大多數(shù)氣井分布其中，未見水井，內(nèi)側(cè)低洼帶和邊部分別見1口氣水同產(chǎn)井；在海拔－4 410 m以外，多數(shù)為水井，局部高點見少數(shù)氣水井；在現(xiàn)今構(gòu)造圈閉與海拔－4 410 m之間，多數(shù)為氣井，見少量水井和氣水同產(chǎn)井。

據(jù)實鉆井揭示的流體分布與現(xiàn)今構(gòu)造之間的關系，可以看出：①天然氣在研究區(qū)廣泛分布，富集程度明顯受控于現(xiàn)今構(gòu)造圈閉；②氣井主要分布于構(gòu)造圈閉內(nèi)，受構(gòu)造低緩影響，在圈閉內(nèi)大面積含氣的背景下微幅構(gòu)造變化控制局限水體分布，導致在局部低洼處形成局部滯留地層水，但水體位于儲層下部且范圍有限；③流體分布不完全受控于構(gòu)造因素，圈閉范圍之外且具有一定構(gòu)造背景的優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育區(qū)仍是天然氣富集有利區(qū)，但儲層下部往往發(fā)育與外部邊水溝通的水體；④在位于圈閉之外的構(gòu)造低部位廣大區(qū)域，雖然水體廣泛發(fā)育，但局部高點仍然具有較好的含氣性，既存在“水包氣”的分布特征，也存在高壓環(huán)境下水溶氣的獨特現(xiàn)象。

3.1.2 古構(gòu)造及成藏演化因素

在漫長的油氣聚集成藏演化過程中，油氣的生成、運移、聚集與早期古地貌高低和古構(gòu)造演化存在密切聯(lián)系，古地貌既影響儲層發(fā)育，又控制流體早期分布。四川盆地川中平緩構(gòu)造帶，在早寒武世晚期至早二疊世，受加里東和海西構(gòu)造運動影響，發(fā)生繼承性的構(gòu)造抬升、風化剝蝕及沉積充填，至二疊紀盆地大規(guī)模海侵開始填平補齊，此時，來自下寒武統(tǒng)優(yōu)質(zhì)泥頁巖進入生烴階段[14-16]，開始向上覆龍王廟組地層運移并聚集。

根據(jù)風化殼古地貌的充填程度與古地貌形態(tài)的負相關關系[17-19]，編制研究區(qū)二疊系沉積前龍王廟組古地貌[9]（圖5），古地貌總體格局表現(xiàn)為 “一緩一陡一凹、三區(qū)分帶”的特征：西以MX105-MX103-MX47井區(qū)為界，東以MX205-MX18井區(qū)為界，以北地勢較為平緩，以東南方向地勢下降幅度變陡，在平緩區(qū)內(nèi)部，存在局部凹陷區(qū)[9]。

圖4 研究區(qū)現(xiàn)今構(gòu)造圈閉與氣井分布疊合圖

圖5 二疊系沉積前磨溪龍王廟組古地貌格局

綜合古地貌格局、構(gòu)造演化和氣水井分布，研究表明鉆獲100×104m3/d以上的高產(chǎn)氣井全部聚集于古地貌地勢相對較高部位，分析認為早期古構(gòu)造高部位有利于油氣聚集，后期構(gòu)造調(diào)整后仍然為構(gòu)造有利位置，加之該井區(qū)孔洞型優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育，在古、今構(gòu)造位置優(yōu)和儲層優(yōu)質(zhì)的“三優(yōu)”條件下，最終形成油氣富集區(qū)域。位于平緩區(qū)內(nèi)部的局部凹陷區(qū)，由于地勢相對較低，易形成局部滯留富水區(qū)。在古構(gòu)造高部位、地勢平緩區(qū)鉆遇氣層和水層，分析原因可能是顆粒灘欠發(fā)育、物性變差以及地層不整合面封堵造成流體排除不暢形成局部封存水，這一認識已為四川盆地諸多氣藏所證實，如位于川東的五百梯、沙罐坪等石炭系氣藏。

3.2 氣水分布精細描述

3.2.1 按不同賦存狀態(tài)描述水體分布

1）局部封存水

根據(jù)實鉆揭示氣水層分布和古今構(gòu)造對流體分布控制，認為圈閉內(nèi)微幅構(gòu)造控制局限水體分布，在圈閉內(nèi)可能存在多個局部水體，單個面積在0.5～2 km2不等，其中2個局部封存水已經(jīng)實鉆證實（圖6），局限水體在縱向上分布于龍王廟組下儲層段，平面上主要分布于局部低洼帶。從測試資料看，磨溪主體區(qū)范圍內(nèi)MX008-7-H1井下儲層段測試產(chǎn)水，據(jù)錄取的水樣品分析， Cl-含量124.74 g/L，密度1.12 g/cm3，總礦化度大于100 g/L，水型為CaCl2型，pH值7.41，表明水體類型為地層水。據(jù)測井曲線響應特征，深、淺側(cè)向電阻率曲線存在正差異，深側(cè)向電阻率在14～160 Ω·m之間，平均為50 Ω·m，測井解釋為水層，進一步表明龍王廟組下儲層存在地層水，從已鉆遇地層水的氣井分布來看，局部封存水在區(qū)內(nèi)分布局限，僅存在于局部井區(qū)。

2）邊翼部地層水

根據(jù)古今構(gòu)造及成藏演化對氣水分布的控制，綜合圈閉外圍實鉆井揭示氣水分布，綜合分析認為位于圈閉外古今構(gòu)造低部位控制外圍邊水分布，使得研究區(qū)南北兩翼廣泛發(fā)育邊水（圖7），邊水與氣區(qū)接觸范圍20～30 km2，北翼較南翼水體分布更為廣泛。

圖6 研究區(qū)MX27-MX8井區(qū)龍王廟組氣藏剖面圖

由于研究區(qū)氣藏氣水分布既受控于巖性圈閉，又受控于構(gòu)造圈閉，造成研究區(qū)氣水分布既具有碳酸鹽巖氣藏邊水分布基本模式，又具有其自身的獨特性。生產(chǎn)實踐證實，氣藏不具有統(tǒng)一的氣水界面，西區(qū)MX47井測試氣水同產(chǎn)，測井解釋上儲層為氣水同層，下儲層為水層，氣水界面－4 380 m；東區(qū)MX204井測試氣水同產(chǎn)，水層頂界海拔－4 385 m；南區(qū)氣井下部氣層底界海拔－4 390 m。由此可見，研究區(qū)龍王廟組氣藏氣水分布不完全受控于構(gòu)造因素。

3）過渡區(qū)

過渡區(qū)不同于因氣水分異不徹底形成的氣水過渡帶，二者既有區(qū)別又有聯(lián)系，共同點是底部是含水層，上部是含氣層，橫向邊界基本一致，區(qū)別在于過渡區(qū)縱向上上部是氣層，分布較廣且含氣性較好，易于開采，而氣水過渡帶縱向上分布較窄，含氣性差，含水飽和度較高，難于開采。因此，我們將過渡區(qū)定義為低緩構(gòu)造背景下廣泛存在于氣藏邊部上氣下水的區(qū)域（圖8）。

針對研究區(qū)地勢極為低緩，地層傾角為1～6°，通過建立不同地層傾角條件下過渡區(qū)占比總含氣面積的分析模型（圖8），研究表明，當構(gòu)造幅度遠大于地層厚度時，過渡區(qū)所占含氣面積比例小，可忽略不計；反之，當?shù)貙觾A角小于5°時，過渡區(qū)所占含氣面積比例較大，最大可超過50%。

根據(jù)低緩構(gòu)造氣水分布概念模型，建立低緩構(gòu)造過渡區(qū)物理-數(shù)學描述模型：

式中θ表示地層傾角；H表示過渡區(qū)構(gòu)造幅度；L表示過渡區(qū)內(nèi)、外邊界距離。

根據(jù)建立的數(shù)學模型，精細刻畫研究區(qū)過渡區(qū)的內(nèi)、外邊界，確定不同區(qū)塊過渡區(qū)邊界范圍，明確南北區(qū)兩翼過渡區(qū)分布面積，掌握純氣區(qū)分布范圍，為井位部署提供地質(zhì)依據(jù)。

3.2.2 按水體對生產(chǎn)影響程度描述水體活躍性

圖7 研究區(qū)MX204-MX205井區(qū)龍王廟組氣藏剖面圖

圖8 過渡區(qū)氣藏剖面示意圖

在確定氣水分布的基礎上，根據(jù)水體對氣井生產(chǎn)影響程度[20]，將水體劃分為活躍水體和不活躍水體。

活躍水體區(qū)。儲層縫洞發(fā)育，以裂縫—孔洞型儲層為主，儲層連續(xù)性好，且與氣區(qū)連通性好，隨著氣藏開發(fā)的深入，壓降漏斗加大，水體快速侵入氣區(qū)，對氣井生產(chǎn)造成顯著影響，使氣相滲流能力快速下降，降低氣井產(chǎn)能，產(chǎn)水量快速上升且水量較大，在開發(fā)過程中需預防邊底水快速侵入井底造成水淹。

不活躍水體區(qū)。儲層縫洞欠發(fā)育，以孔隙型儲層為主，儲層連續(xù)性較好，與氣區(qū)連通性相對較差，但若存在裂縫則與氣區(qū)連通性好，隨著氣藏開發(fā)的深入，壓降漏斗逐漸加大，水體緩慢侵入氣區(qū)，然而一旦侵入井底則對氣井生產(chǎn)影響較大，造成水相滲透率增加，使得低滲儲層氣相滲流能力變得更差，表現(xiàn)為產(chǎn)水量緩慢上升、產(chǎn)氣量緩慢下降，在生產(chǎn)過程中需預防低滲水體緩慢侵入氣區(qū)影響氣井正常生產(chǎn)。

4 結(jié)論

1）綜合現(xiàn)今構(gòu)造細節(jié)刻畫和古地貌特征描述，結(jié)合成藏演化過程分析，認為古地貌控制了油氣早期聚集與成藏，磨溪及外圍龍王廟組大面積含油氣，二疊紀之后，經(jīng)歷原油裂解與多期構(gòu)造運動調(diào)整，天然氣逐漸聚集成藏，在川中地區(qū)富集于磨溪、龍女寺和高石梯等較大的構(gòu)造圈閉內(nèi)，奠定了現(xiàn)今氣水分布主體格局。

2）分析認為龍王廟組氣藏氣水分布除受構(gòu)造因素控制以外，同時受巖性和不整合面控制。磨溪西北方向受古構(gòu)造和不整合面控制，存在氣水同產(chǎn)區(qū)；磨溪主體構(gòu)造圈閉內(nèi)，受現(xiàn)今構(gòu)造和儲層物性控制，為天然氣富集區(qū)；圈閉內(nèi)部受局部低洼和水體自身重力影響，局部存在封存水體；磨溪主體以東區(qū)塊，受物性變差影響，氣水分異不徹底，低滲儲層底部易發(fā)育廣泛地層水；磨溪外圍有利斜坡區(qū)域，局部可形成含氣區(qū)。

3）針對研究區(qū)地勢極為低緩，提出運用過渡區(qū)描述方法研究大型低緩構(gòu)造氣水分布，建立不同地層傾角條件下過渡區(qū)占比總含氣面積的分析模型，研究表明，當?shù)貙觾A角小于5°時，過渡區(qū)所占含氣面積占比較大，最大可超過50%，表明地層傾角較低時，不僅對氣藏邊部氣水關系影響較大，而且易造成氣藏內(nèi)部存在滯留水體，因此，針對該類氣藏在井位部署尤其是開發(fā)井部署時需要考慮這一點。

4）根據(jù)水體對氣井生產(chǎn)影響程度，將水體劃分為活躍水體和不活躍水體，其中活躍水體與氣區(qū)連通性好，需預防邊底水快速侵入井底造成水淹；不活躍水體與氣區(qū)連通性相對較差，需預防低滲水體緩慢侵入氣區(qū)影響氣井生產(chǎn)。