元壩氣田復雜生物礁氣藏氣水分布精細表征方法

楊麗娟，王勇飛，張明迪，劉成川，任世林

（中國石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院，四川 成都 610041）

0 引言

元壩氣田生物礁有水氣藏儲層非均質性強，氣水分布復雜［1-5］。準確描述地層水分布，是產水預測、配產調整、氣藏高效開發(fā)的關鍵。若不能準確描述地層水分布，則會影響對地層水靜態(tài)分布及水侵動態(tài)的認識，甚至會影響對氣藏儲量的認識和氣藏開發(fā)效果。而滲流特征的精細表征是準確描述氣水分布的基礎。

對非均質性嚴重的氣藏，描述儲層儲滲特征及流體飽和度分布的常規(guī)方法適應性較差，不能很好地描述生物礁氣藏復雜的氣水分布特征。常規(guī)做法是根據四川盆地川東北地區(qū)碳酸鹽巖分類標準對相對滲透率曲線和毛細管壓力曲線進行分類，然后將分類結果用于平面宏觀分區(qū)，以描述氣藏流體飽和度分布。這樣存在2個方面的問題：一是采用常規(guī)儲層分類標準較難充分體現復雜生物礁儲層的非均質性。二是常規(guī)方法在分類使用相對滲透率曲線及毛細管壓力曲線時，一般是簡單地按宏觀區(qū)域進行分區(qū)，但不能較好地體現儲層微觀孔喉的差異性，較難準確描述由此引起的氣水飽和度在氣藏中的分布；因此，描述的氣水飽和度分布與實際氣藏氣水分布情況符合程度較差。

為了得到與實際氣藏更相符的氣水分布精細數值模擬模型，在前人研究的基礎上［6-13］，建立了新的儲層分類標準，并將分類歸一化的相對滲透率曲線和毛細管壓力曲線賦予到精細分類和分區(qū)的地質模型中；針對生物礁氣藏的復雜性，刻畫由儲層儲滲非均質性引起的流體飽和度分布差異，實現對氣藏氣水飽和度分布及氣水過渡帶的精細描述和表征。利用該方法建立的元壩氣田長興組復雜生物礁氣藏的流體飽和度場，能夠充分反映氣藏氣水分布的非均質性，且與各種靜動態(tài)資料吻合較好，取得了較好的應用效果，具有較大的推廣價值。

1 原理及步驟

1.1 儲層分類標準建立

確定儲層分類評價指數，并對各相對滲透率實驗和毛細管壓力實驗巖心樣品及氣藏模型儲層屬性進行分類。參考前人研究成果［14-15］，主要引用流動單元指數（FZI）、儲層質量指數（RQI）和物性綜合指數（Zs），綜合判別儲層類型，建立分類標準。FZI是流動單元的定量表征，是對橫向及垂向連續(xù)的，具有相似滲透率、孔隙度和層理特征的儲集帶的定量描述，該參數能通過巖心數據來認識不同巖相中孔隙幾何形態(tài)的復雜變化。

式中：φe為巖心有效孔隙度；K為巖心滲透率，10-3μm2。

1.2 巖心樣品分類歸一化

根據相對滲透率實驗和毛細管壓力實驗巖心樣品的分類結果，分別對相對滲透率曲線及毛細管壓力曲線進行標準化和分類平均。

1.2.1 相對滲透率曲線分類歸一化

相對滲透率曲線分類歸一化［16］是指對每類巖心樣品的相對滲透率端點按照式（4）進行標準化，按照式（5）對進行回歸擬合，得到回歸系數a，b；對每類巖心樣品的 a，b，Swi，Sgr進行平均，得到平均值；然后給定 SwD（0～1 的小數），按照式（6）計算，得到每類巖心樣品的平均相對滲透率曲線。

式中：Krw，Krg分別為水相、氣相相對滲透率；Krw（Sgr）為殘余含氣飽和度Sgr時的水相相對滲透率；Krg（Swi）為原始含水飽和度Swi時的氣相相對滲透率；Sw為含水飽和度；分別為標準化后的水相、氣相相對滲透率；為標準化后的含水飽和度；a，b為回歸系數；SwD為定值含水飽和度；分別為平均水相、氣相相對滲透率；為平均含水飽和度。

1.2.2 毛細管壓力曲線分類歸一化

毛細管壓力曲線分類歸一化，即建立各類巖心樣品的J-Swn關系。根據巖心毛細管壓力實驗結果，利用式（8）建立各實驗巖心樣品Swn對應的J函數值，并回歸擬合得到J-Swn關系式：

式中：J（Swn）為 J 函數；pc為毛細管壓力，MPa；σ 為流體界面張力，mN/m；θ為潤濕接觸角，（°）；Swn為標準化含水飽和度；Swc為束縛水飽和度；A，B為參數。

對各類巖心樣品J-Swn關系式的參數進行平均，即根據分類結果，分別對各類巖心樣品的回歸參數A，B進行平均［17-18］，平均值分別為，得到每類巖心樣品具有代表性的 J-Swn關系式：

1.3 模型儲滲屬性分區(qū)與氣水分布精細表征

根據分類結果對模型進行分區(qū)，同時將各類歸一化的相對滲透率曲線和毛細管壓力曲線進行組合，并對應賦予到分區(qū)后的氣藏模型。根據式（10）得到氣藏條件下的毛細管壓力，再由式（9）去標準化，就可以得到該處的含水飽和度Sw。

式中：pc，res為儲層實際毛細管壓力，MPa；σres為儲層實際流體界面張力，mN/m；θres為儲層實際潤濕接觸角，（°）。

2 實例應用

元壩氣田長興組氣藏屬于臺地邊緣生物礁沉積，發(fā)育4個礁帶、21個礁群、90多個單礁體。單個生物礁規(guī)模小，縱向上多期發(fā)育，橫向同期多個礁體疊置。該氣藏具有“一超、三高、五復雜”的地質特點，為高含硫、局部存在邊（底）水、受礁灘體控制的構造-巖性氣藏。該氣藏以Ⅱ，Ⅲ類氣層為主，局部區(qū)域存在氣水同層、水層。目前動用的4個礁帶東南段和1個疊合區(qū)均有水體分布，氣水關系復雜。以A礁帶為例：以A6井為界，西北段Ⅰ類氣層厚2.47 m，占儲層總厚度的3.40%；Ⅱ類氣層厚32.03 m，占44.12%；Ⅲ類氣層厚36.00 m，占49.59%；含氣層厚 2.10 m，占 2.89%；氣水同層、含氣水層、水層不發(fā)育。東南段儲層較西北段減薄，儲層垂厚58.70m，其中Ⅰ+Ⅱ類氣層厚9.80m，占單井儲層16.69%；Ⅲ類氣層厚38.70 m，占65.93%；含氣層厚2.30 m，占3.92%；氣水同層厚7.90 m，占13.46%。

2.1 巖心及儲層分類

A礁帶有74個壓汞實驗和25個氣水相對滲透率實驗數據，結合測井解釋、巖心分析、生產動態(tài)等資料，對這些實驗結果進行對比分析，認為樣品能代表該礁帶大部分儲層類型。

計算各樣品的 FZI，RQI，Zs，結合氣藏儲層物性、巖性、儲集空間類型和孔隙結構特征［19-21］，以及地震相預測、測井解釋、儲層裂縫分析、測試成果等進行綜合分析，建立元壩氣田長興組儲層分類評價標準（見圖1、表1）；以此標準為依據，對各相對滲透率實驗和毛細管壓力實驗巖心樣品及氣藏三維地質模型的儲層屬性進行分類。

圖1 A礁帶實驗巖心RQI與FZI聚類分析

表1 儲層分類標準對比及A礁帶模型分類結果統(tǒng)計

2.2 巖心實驗數據歸一化

根據巖心相對滲透率實驗的分類結果，歸一化后得到3類能夠代表不同儲滲區(qū)域的平均相對滲透率曲線。Ⅰ類樣品束縛水飽和度為38.49%，束縛水下氣相相對滲透率為0.560，等滲點含氣飽和度為23.72%，等滲點相對滲透率為0.109；Ⅱ類樣品束縛水飽和度為41.34%，束縛水下氣相相對滲透率為0.334，等滲點含氣飽和度為21.91%，等滲點相對滲透率為0.073；Ⅲ類樣品束縛水飽和度為53.52%，束縛水下氣相相對滲透率為0.061，等滲點含氣飽和度為13.15%，等滲點相對滲透率為0.021（見圖2）。

圖2 A礁帶相對滲透率曲線分類歸一化結果

已知實驗室中汞與空氣的潤濕接觸角為140°，界面張力為 480.00 mN/m［22］；在地層條件下，氣水界面潤濕接觸角為0°，元壩氣田長興組氣藏的溫度一般在152℃左右，地層壓力在68 MPa左右，該氣藏條件下氣水兩相界面張力為35.68 mN/m。

根據巖心壓汞實驗分類結果，對各類樣品進行歸一化（見圖3），得到3類樣品平均后的J-Swn關系式：

圖3 A礁帶巖心的J-Swn曲線

2.3 分類組合、分區(qū)應用

結合氣藏整體分類、分區(qū)結果（見圖4），將分類歸一化后的各類相對滲透率曲線和毛細管壓力曲線分類組合后，分區(qū)應用到各類儲層，分類建立各類儲層條件下的J-Swn關系，精細表征復雜氣水分布。

圖4 A礁帶儲層分區(qū)剖面

結合3類相對滲透率曲線端點值，就能確定不同類型儲層中每個網格的含水飽和度，得到考慮了儲層微觀特征的氣水分布模型，從而實現對流體飽和度的精細表征。

3 應用效果

將優(yōu)化調整后的模型與各靜動態(tài)資料進行對比，結果表明，該模型在含水飽和度分布、儲量、底水水體體積、生產動態(tài)等方面都與實際情況符合較好。模型建立及調整過程中加深了對氣藏及氣井生產的認識，研究結果為A礁帶剩余氣分布預測及下一步挖潛調整提供了指導。

以A9井為例。該井測井解釋Ⅰ+Ⅱ類氣層厚20.8 m，Ⅲ類氣層厚33.7 m，氣水同層厚1.5 m，含氣水層厚5.4 m。模型中給定氣水界面的海拔為-6 210 m，該井所在網格氣水過渡帶頂端為-6 160 m，過渡帶高度約50 m。該井隔層以下底部1.5 m的氣水同層和5.4 m的含氣水層實際上是處于過渡帶，該井所在網格的-6 195 m處滲透率為 2.66×10-3μm2，孔隙度為3.0%，利用式（10）得出網格塊的毛細管壓力為-0.096 MPa，平均含水飽和度為73.3%。這與測井解釋的氣水同層對應海拔及含水飽和度一致。

對于氣水界面以下的地層，Sw=1。這樣對每個網格進行計算，就可確定整個氣藏模型的初始含水飽和度分布（見圖5），由此確定該礁帶天然氣地質儲量為391.31×108m3，底水水體體積為 762×104m3；與容積法計算的天然氣地質儲量（397.25×108m3）相比，誤差為1.5%?；诖四Ｐ?，對9口生產井的生產情況進行模擬。從擬合結果可以看出，各井在井口油壓、日產氣量、日產水量、見水時間等方面均和氣井實際生產情況一致（見圖 6）。

圖5 A礁帶初始含氣飽和度分布剖面

圖6 A9井井口油壓和日產水量擬合曲線

4 結論

1）綜合考慮多個儲層物性特征參數和滲流屬性參數對儲層進行分類，更能反映復雜生物礁氣藏的儲滲非均質性；以此為基礎，對氣藏模型進行立體分區(qū)，能夠對氣藏同時從平面和縱向上反映不同類型儲層的儲滲特征。

2）在基于儲滲屬性分區(qū)的氣藏模型中，利用J函數方法重新生成氣藏的毛細管壓力，并結合各類相對滲透率曲線的端點值，精細描述氣藏氣水分布特征，更好地反映氣藏流體分布的非均質性，更符合氣水分布規(guī)律；同時解釋了元壩氣田長興組氣藏產水井生產動態(tài)與前期地質認識不一致的現象。利用該方法建立的數值模擬模型與氣藏靜動態(tài)特征吻合度較高。