南海常壓與超壓氣水過(guò)渡帶巖電特征與氣藏結(jié)構(gòu)

于俊峰 ，吳其林 ，晁彩霞 ，林懿瑜 ，詹子欽 ，賴煥明

（1.廣東石油化工學(xué)院石油工程學(xué)院，廣東 茂名 525000；2.中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057）

0 引言

氣水過(guò)渡帶是氣藏的一部分，是由于氣藏下傾部位氣柱產(chǎn)生的浮力不能完全排替其中的可動(dòng)水，從而在氣水界面附近（純氣段下部）形成一段含氣飽和度向上呈逐漸升高趨勢(shì)的含氣水層、氣水同層段。氣藏中氣水過(guò)渡帶識(shí)別模式見(jiàn)參考文獻(xiàn)［1］。迄今為止，關(guān)于氣水過(guò)渡帶的研究甚少，原因在于常規(guī)氣藏的氣水過(guò)渡帶短，未引起足夠的重視。近年來(lái)，隨著高溫高壓氣藏的發(fā)現(xiàn)與鉆探的展開(kāi)［2-3］，逐漸了解到超壓氣藏氣水過(guò)渡帶可以較厚（如鶯歌海盆地XF14井的氣水過(guò)渡帶厚度近80 m，而深水的XL17井氣水過(guò)渡帶僅3 m左右），氣藏下部含氣面積大，蘊(yùn)藏了大量的天然氣資源。以前通常以低于經(jīng)濟(jì)含氣飽和度界面為氣層底界來(lái)計(jì)算天然氣儲(chǔ)量，但開(kāi)采過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，大多實(shí)際采出量大于探明儲(chǔ)量。這說(shuō)明天然氣開(kāi)采過(guò)程中氣水過(guò)渡帶天然氣資源不斷出溶形成游離氣，彌補(bǔ)采出氣原有空間，從而使實(shí)際采出量大于初始估算探明儲(chǔ)量。

超壓氣田大量鉆井發(fā)現(xiàn)，超壓氣層與常壓氣層氣水過(guò)渡帶巖電標(biāo)志的不同體現(xiàn)了氣水過(guò)渡帶控制的氣藏結(jié)構(gòu)的區(qū)別。目前，在成因、類型、氣藏模式上仍然存在很多不確定性，因此，有必要在這一領(lǐng)域進(jìn)行探索。

1 氣水過(guò)渡帶巖電標(biāo)志

高溫高壓環(huán)境下，水溶氣和部分水會(huì)以混相狀態(tài)從水層離析出來(lái)，進(jìn)入儲(chǔ)層空間并滯留在孔隙內(nèi)，靠近純水層的含水較高的部分便形成了較長(zhǎng)的氣水過(guò)渡帶。這是超壓氣層和常壓氣層最顯著的區(qū)別。

超壓氣藏段實(shí)際包括純氣層、氣水過(guò)渡帶（氣水同層和含氣水層）及水層。過(guò)渡帶厚度主要受溫壓條件與儲(chǔ)層因素控制：溫壓越高，氣水過(guò)渡帶越厚；束縛水飽和度高的致密儲(chǔ)層越厚，氣水過(guò)渡帶也越厚。東方區(qū)塊超壓氣田已鉆探的氣水過(guò)渡帶厚度為10～100 m。這些氣水過(guò)渡帶有的是常規(guī)儲(chǔ)層高溫超壓作用形成的，有的是致密儲(chǔ)層與常規(guī)儲(chǔ)層條件共同作用形成的。

1.1 常壓氣藏氣水過(guò)渡帶

瓊東南盆地深水峽谷的黃流組、鶯歌海組氣藏為常壓氣藏。以XL17-X井為例（見(jiàn)圖1），儲(chǔ)層段基本為細(xì)砂巖、粉砂巖，局部的薄層為泥質(zhì)粉砂巖。本區(qū)儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)和成熟度高，物性好，平均孔隙度為28.8%，平均滲透率為 543.2×10-3μm2。

圖1 XL17-X井常壓氣藏的巖電結(jié)構(gòu)

氣藏測(cè)井曲線表現(xiàn)為低自然伽馬、低密度特征，電阻率曲線大體呈兩段式，分別對(duì)應(yīng)氣層段和水層段。氣層共 47 m，電阻率為 18.0～40.0 Ω·m；水層共 87 m，電阻率為1.5 Ω·m。相比之下，該井鉆遇的氣水過(guò)渡帶極短，僅3 m，電阻率為2.5 Ω·m，氣水過(guò)渡帶段電阻率與水層接近，說(shuō)明常壓條件下氣水分異充分，氣水界面清晰，過(guò)渡帶短。該種氣水過(guò)渡帶對(duì)氣藏結(jié)構(gòu)及儲(chǔ)量計(jì)算無(wú)較大影響。

1.2 超壓氣藏常規(guī)儲(chǔ)層氣水過(guò)渡帶

常規(guī)儲(chǔ)層超壓氣藏是浮力驅(qū)動(dòng)形成的礦藏，受構(gòu)造圈閉或巖性圈閉控制［4-5］。 趙靖舟［6］則把常規(guī)儲(chǔ)層準(zhǔn)確地定量化為滲透率大于10×10-3μm2的儲(chǔ)層。

常規(guī)儲(chǔ)層超壓氣藏常規(guī)儲(chǔ)層的氣層與水層之間存在較長(zhǎng)的氣水同層、含氣水層段，揭示了儲(chǔ)層具有規(guī)模大、物性好等特點(diǎn)。

常規(guī)儲(chǔ)層超壓氣藏常規(guī)儲(chǔ)層的電阻率曲線的變化最明顯。XF13-X1井氣層發(fā)育一套厚層粉細(xì)砂巖，鏡下薄片粒度特征揭示儲(chǔ)層均質(zhì)性好［7］。氣層的測(cè)井曲線具有明顯的三段式——?dú)鈱佣巍⑦^(guò)渡帶段和水層段，過(guò)渡帶段占主要部分（見(jiàn)圖2）。

圖2 XF13-X1井常規(guī)儲(chǔ)層氣層段的巖電特點(diǎn)

氣水過(guò)渡帶又表現(xiàn)為氣水同層和含氣水層的過(guò)渡，說(shuō)明含氣飽和度是逐漸減小的。自然伽馬和密度曲線同常壓曲線一致，電阻率曲線值從氣層段—水層段逐漸減小，曲線平滑。這一重要現(xiàn)象說(shuō)明，常規(guī)儲(chǔ)層高溫高壓條件下，氣層的含氣飽和度從氣藏頂至底是逐漸降低的。

1.3 含致密砂巖段的超壓氣藏氣水過(guò)渡帶

致密砂巖透鏡體是氣藏中極為常見(jiàn)卻又易被忽視的一種砂巖類型，油氣工作者很少將砂巖透鏡體的存在與油氣空間分布聯(lián)系起來(lái)。

諸多學(xué)者把致密砂巖定義為低滲—特低滲儲(chǔ)層，致密砂巖一般孔隙度小于12%，空氣滲透率小于1×10-3μm2，致密砂巖氣需通過(guò)大規(guī)模壓裂或特殊采氣工藝才能產(chǎn)出具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的產(chǎn)量［8-9］。 鄒才能等［10-12］認(rèn)為，致密砂巖孔隙度小于10%，原地滲透率小于0.1×10-3μm2或空氣滲透率小于 1×10-3μm2，孔喉半徑小于1 μm，含氣飽和度小于60%。

儲(chǔ)層內(nèi)致密砂巖段發(fā)育局部水。非均質(zhì)性較強(qiáng)的儲(chǔ)層，孔喉分布頻帶較寬，存在多級(jí)別的孔隙喉道，氣驅(qū)替水時(shí)，超致密砂體內(nèi)已封存完好的水體無(wú)法驅(qū)替，形成殘留地層水［13-14］。當(dāng)非均質(zhì)儲(chǔ)層內(nèi)氣柱不足以克服所有級(jí)別喉道的毛細(xì)管阻力時(shí)，孔隙中的水被擠出的程度不同，即氣藏的排水分異程度存在差異，形成含水飽和度縱向上的不同，即在純氣和純水之間存在氣水混相過(guò)渡帶［15-16］。

致密砂巖與水道的組合不僅限于氣頂模式［17］，至少還有3種模式——水道底滯留型、水道頂覆型及砂巖內(nèi)透鏡體型，其他類型為這3種形式的組合。不管哪種組合，含致密砂巖段儲(chǔ)層巖電特點(diǎn)也呈明顯的三段式，而且砂巖透鏡體段電阻率曲線與氣層段均呈現(xiàn)突變的特征。

XF14井鉆探的黃流組水道砂頂沉積了一套致密砂巖透鏡體，即儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)從上到下為優(yōu)質(zhì)砂巖—致密砂巖—優(yōu)質(zhì)砂巖。XF14井在Ⅰ氣組共鉆遇89.0 m厚塊狀細(xì)砂巖，從三段式特征看，頂部的8.4 m氣層為最優(yōu)質(zhì)砂巖，鏡下薄片砂巖粒徑為130～400 μm，中值177 μm，孔徑均值 156 μm；透鏡體砂巖段粒徑為 65～125 μm，中值 90 μm 左右，孔徑均值 85 μm。 在常規(guī)測(cè)井（LWD）曲線上，氣層段跟氣水過(guò)渡帶段儲(chǔ)層沒(méi)有明顯的區(qū)別：自然伽馬曲線呈箱狀，值65 API，密度2.4 g·cm-3左右；電阻率區(qū)別明顯，氣層段電阻率 10 Ω·m，氣水過(guò)渡帶突降至4 Ω·m，底部水層減小至2 Ω·m。CMR 測(cè)井揭示，氣層段滲透率 13.2×10-3μm2，高于下部?jī)?chǔ)層的 0.1×10-3～0.3×10-3μm2。 這種現(xiàn)象說(shuō)明，孔隙結(jié)構(gòu)的差異性引起了電阻率曲線變化。

2 不同類型氣水過(guò)渡帶測(cè)井曲線模式

常規(guī)儲(chǔ)層常壓氣藏由于氣水分異充分，電阻率測(cè)井曲線基本呈兩段式，分別是高電阻率段和低電阻率段。高電阻率段曲線呈箱形或者指狀，對(duì)應(yīng)氣層；低電阻率段曲線幾乎平直，大致平行于基線，對(duì)應(yīng)水層（見(jiàn)圖3a）。常規(guī)儲(chǔ)層超壓氣藏即使出現(xiàn)氣水過(guò)渡帶，一般過(guò)渡帶長(zhǎng)度也很短，過(guò)渡帶在電阻率曲線上體現(xiàn)不明顯（見(jiàn)圖 3b）。

常規(guī)儲(chǔ)層超壓氣藏常規(guī)儲(chǔ)層條件下，電阻率曲線縱向上大致呈三段式：高電阻率段、次高電阻率段與低電阻率段（見(jiàn)圖3c）。其中，次高電阻率段對(duì)應(yīng)氣水過(guò)渡帶，由于高溫高壓引起的氣水過(guò)渡帶較厚，含氣飽和度由上至下亦逐漸降低，造成了電阻率值逐漸衰減至純水層值。

圖3 常壓、超壓氣藏氣層段結(jié)構(gòu)及測(cè)井曲線特征示意

含致密砂巖段的超壓氣藏，電阻率曲線也呈三段式，即高電阻率段、次高電阻率段與低電阻率段（見(jiàn)圖3d），但氣層的高電阻率段與氣水過(guò)渡帶的次高電阻率段的值產(chǎn)生突變，而次高電阻率段和低電阻率段又逐漸過(guò)渡。這一現(xiàn)象說(shuō)明，氣層段含氣飽和度遠(yuǎn)高于過(guò)渡帶段，過(guò)渡帶的低電阻率主要由致密砂巖的低含氣飽和度引起。鏡下薄片往往可見(jiàn)過(guò)渡帶儲(chǔ)層巖石學(xué)特征與氣層段有明顯差別。

3 氣藏結(jié)構(gòu)

3.1 常壓氣藏

常壓氣藏是最常見(jiàn)的一種氣藏類型，為典型的水氣兩段式結(jié)構(gòu)。常規(guī)儲(chǔ)層常壓條件下，氣藏一般氣水界面清楚，沒(méi)有明顯的過(guò)渡帶，氣水界面以上為氣層，資源量往往也以氣水界面為氣層底界，氣藏高點(diǎn)為頂界，通過(guò)蒙特卡洛法或者容積法計(jì)算（見(jiàn)圖4a）。

3.2 超壓氣藏常規(guī)儲(chǔ)層

常規(guī)儲(chǔ)層超壓氣藏分氣層、過(guò)渡帶、水層3段。鶯歌海盆地的XF13氣藏為常規(guī)儲(chǔ)層超壓氣藏［18］。XF13-X1井鉆探的氣藏氣層總厚度為40 m，下部氣水過(guò)渡帶為25 m，水層段為3.5 m。

常規(guī)儲(chǔ)層條件下，該超壓氣藏的氣層、過(guò)渡帶、水層層內(nèi)流體均有較好的滲流能力，在天然氣開(kāi)采過(guò)程中隨著壓力的降低，天然氣可以從過(guò)渡帶中不斷出溶，增加原始?xì)獠氐膬?chǔ)量，所以氣水過(guò)渡帶的部分天然氣為可動(dòng)用儲(chǔ)量。由此可見(jiàn)，XF13氣藏的天然氣儲(chǔ)量以過(guò)渡帶厚度的一半作為氣底，而不是經(jīng)驗(yàn)的氣水界面，這具有較高的合理性（見(jiàn)圖4b）。

圖4 XL17常壓氣藏與XF13常規(guī)儲(chǔ)層超壓氣藏結(jié)構(gòu)

浮力驅(qū)動(dòng)形成的氣藏具有統(tǒng)一的氣水界面和氣水過(guò)渡帶，往往儲(chǔ)層物性越好，氣水過(guò)渡帶的厚度就越小，這跟儲(chǔ)層天然氣浮力下克服毛細(xì)管阻力的能力有關(guān)［4］。由XF13-X1井氣水過(guò)渡帶25 m這一現(xiàn)象推測(cè)，氣水過(guò)渡帶厚度也與溫壓有較大關(guān)系。

3.3 含致密砂巖透鏡體超壓氣藏

氣藏中氣水過(guò)渡帶是氣藏氣柱高度所產(chǎn)生的浮力與儲(chǔ)層毛細(xì)管力相互作用產(chǎn)生的［19-20］。含致密砂巖透鏡體超壓氣藏氣水過(guò)渡帶的形成除了跟超壓有關(guān)，跟致密砂巖段的存在也關(guān)系較大。鶯歌海盆地東方13-1氣藏中氣水過(guò)渡帶也可以分為氣層、過(guò)渡帶、水層3段。不同的是，這種氣藏模式與常規(guī)儲(chǔ)層的超壓氣藏區(qū)別較大。

XF13-1 氣藏儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)［21-23］，XF14 井黃流組一段體現(xiàn)了致密砂巖控制的氣水過(guò)渡帶，這超出了以前對(duì)氣藏結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)。在XF13-1井海底扇朵葉的中部，XF14井在Ⅰ氣組2 912 m深度附近鉆遇厚89.0 m塊狀細(xì)砂巖，但僅頂部的8.4 m測(cè)井解釋為氣層，氣層段以下近80 m為含氣水層和水層。根據(jù)計(jì)算，該井鉆遇的水道溢出點(diǎn)深度為2 954 m，這表明2 920～2 954 m的過(guò)渡段不是局部深切水道底水，該段儲(chǔ)層致密，因而是過(guò)渡帶致密儲(chǔ)層束縛水。

如果氣藏具有明顯的氣水過(guò)渡帶，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(cè)井及取心資料確定是否存在砂巖透鏡體。如果是砂巖透鏡體而未遇純水層，且氣層段電阻率較高，則井點(diǎn)下傾方向仍為氣層；因此，綜合分析建立已鉆井區(qū)的氣藏模式，可以預(yù)測(cè)井點(diǎn)下傾方向是否仍具備繼續(xù)鉆遇氣層的潛力［23］。

4 結(jié)論

1）常壓與超壓氣水過(guò)渡帶巖電特征具有一定的區(qū)別。常規(guī)儲(chǔ)層超壓氣藏的測(cè)井電阻率曲線基本呈兩段式；常規(guī)儲(chǔ)層超壓氣藏條件下，電阻率曲線縱向上大致呈三段式；含致密砂巖段的超壓氣藏，電阻率曲線也呈三段式，但氣層段與下部過(guò)渡帶電阻率值產(chǎn)生突變，次高電阻率段和低電阻率段又逐漸過(guò)渡。過(guò)渡帶的低電阻率主要由致密砂巖的低含氣飽和度引起，鏡下薄片可見(jiàn)其巖石學(xué)特征與常規(guī)儲(chǔ)層有明顯差別。

2）常規(guī)儲(chǔ)層超壓氣藏的一般氣水界面清楚，沒(méi)有明顯的過(guò)渡帶，氣層以氣水界面為界；常規(guī)儲(chǔ)層超壓氣藏的過(guò)渡帶厚，過(guò)渡帶含氣飽和度也較高，應(yīng)在段內(nèi)取點(diǎn)作為氣水界面；含致密砂巖透鏡體超壓氣藏受致密砂巖透鏡體影響，氣水界面為非水平的，氣藏結(jié)構(gòu)跟砂巖透鏡體的頂面形狀相關(guān)。