熊 亮，衡 勇

中国石化西南油气分公司勘探开发研究院，四川 成都610041

引言

与常规气藏相比，致密砂岩气藏具有储层致密、非均质性强、气水关系复杂、自然产能低等特点[1-3]，其中，复杂的气水关系制约着致密砂岩气藏的井位部署。前人针对致密砂岩气藏的气水分布规律及主控因素开展了大量研究，但多集中在四川盆地须家河组[4-6]和苏里格气田石盒子组[7-12]等近源成藏的地层，远源成藏致密砂岩气藏气水分布及主控因素的研究则相对较少，如四川盆地须家河组为源储紧邻的生储盖结构，须一段、须三段和须五段烃源岩与须二段、须四段和须六段储层呈“广覆式”接触[13-14]，天然气以压差驱动作用为动力，近距离垂向运移成藏，其气水分布受优质储层、裂缝和构造控制，纵向上可分为个气水系统。苏里格气田石盒子组致密砂岩气藏可见上气下水型、上水下气型、气水界面倾斜型和气水混杂型气水分布模式[2]，其气水分布受构造、烃源展布、储层非均质、微观孔隙结构、源-储压差与充注动力条件等因素控制。

川西拗陷具有丰富的油气资源，其中，中浅层致密砂岩气藏烃源岩为须家河组湖相泥岩，烃源岩和储层呈跨越式接触，为深源浅聚的次生致密砂岩气藏[15]。前期针对川西中浅层气藏的研究重点主要集中在成藏[16-18]、储层特征[19]和高产富集规律[20-21]等方面，对于该区地层水和气水分布特征的关注程度相对不高。随着气藏开发的不断深入，测试气井出现了不同程度的产水现象，复杂的气水关系严重制约着该类气藏的高效开发。本文以中江沙溪庙气藏为例，基于岩芯、测井、试气、生产和地层水化学分析等资料，对地层水的微观赋存状态、宏观分布规律及主控因素进行研究，明确了“深源浅聚”型致密砂岩气藏气水分布及主控因素，可为同类型气藏的开发提供指导。

1 地质概况

川西拗陷是晚三叠世以来经历了多期构造运动形成的前陆盆地，中江气田位于川西拗陷东部斜坡区（图1），自上而下发育蓬莱镇组、遂宁组、沙溪庙组、千佛崖组、自流井组和须家河组，其中，沙溪庙组、遂宁组和蓬莱镇组为川西拗陷的主力含油气层系（图1）。

图1 中江气田地质特征概况Fig.1 Geological characteristics of Zhongjiang Gas Field

受龙门山推覆作用及下覆膏盐滑脱层褶皱变形影响[22]，气田西部知新场构造带发育多条断层。断层沟通须家河组烃源岩与中浅层砂岩储层，为天然气运移的良好通道。川西地区须家河组烃源岩埋深在3 500～5 000 m，主要为湖相暗色泥页岩沉积，其中，须五段烃源岩的累计生烃强度可达20×108m3/km2以上[23]。中江气田主力产层沙溪庙组为浅水三角洲沉积体系，以浅水三角洲平原和内前缘为主，发育（水下）分流河道、泛滥平原、河口坝和席状砂等沉积微相，以（水下）分流河道微相为主。河道砂体厚度在15～25 m，岩性以细--中粒岩屑长石砂岩、长石岩屑砂岩为主，砂岩岩芯分析孔隙度平均为8.07%；渗透率平均为0.2 mD，为孔隙度与渗透率的相关性较好的致密砂岩气藏。

2 地层水化学特征及气水分布

2.1 地层水化学特征

在沉积成藏过程中，地层水经历了漫长而复杂的演化过程，其化学组成特征包含了大量与油气藏形成和保存相关的信息[24]。中江气田沙溪庙组正常地层水矿化度在15 363.00～78 277.19 mg/L，平均为44 347.00 mg/L，主要阳离子为Na+、K+和Ca2+，主要阴离子为Cl-、，水型以CaCl2为主，可见少量Na2SO4型（表1），表明中江沙溪庙气藏总体保存条件较好，部分区域保存条件较差。

表1 中江沙溪庙组地层水化学特征Tab.1 Chemical characteristics of formation water of Shaximiao Formation in Zhongjiang

钠氯系数越小，地层水的封闭性越好，有学者依据钠氯系数对氯化钙型地层水进行了进一步分类[8]。中江沙溪庙组正常地层水的钠氯系数值在0.360～0.750，按此分类标准，以III～V 型CaCl2型地层水为主，为封闭条件下的残留水，部分近断层区域气井地层水受地表水或浅层水下渗淡化影响，为矿化度较低、钠氯系数高（＞0.750）的II 型CaCl2型，该类区域气藏保存条件相对较差，如位于断层发育区的ZX105 井地层水矿化度为20 178.00 mg/L，钠氯系数为0.750，为II 型CaCl2型地层水，该井区天然气保存条件差，含气性差，测试产水36 m3/d；距断层约1.5 km 的JS323-4 井地层水矿化度为15 363.00 mg/L，钠氯系数为0.753（图2），投产至今累产气69×104m3，累产水246.45 m3。

图2 中江沙溪庙CaCl2 型地层水矿化度和钠氯系数交会图Fig.2 Crossplot of salinity and sodium-chloride coefficient of Shaximiao Formation in Zhongjiang

2.2 地层水微观赋存特征

地层水在储层中的赋存状态受微观孔隙结构和天然气充注动力影响，可分为束缚水、毛细管水和自由水[7，12]。由图3 可以看出，当储层中没有天然气充注时，为水层；随着天然气的充注，天然气优先驱替大孔隙中的自由水，储层由水层逐渐演变为气水同层和气层，对于微细孔喉发育的致密砂岩气藏，当驱替压力小于微细孔喉毛细管压力时，地层水滞留在微细孔喉及与微细孔喉相连的孔隙中，形成毛细管水[25]。恒速压汞表明，中江沙溪庙组I、II、III 类储层的喉道半径主要分布在0.60～1.50 μm、0.35～0.65 μm 和0.25～0.45 μm（图4），微细孔喉极为发育，易导致毛细管水发育。同时，核磁共振分析结果表明沙溪庙储层孔径主要分布在0.01～10.00 μm，且随物性变差，小孔隙所占比例越高。对比离心前后的孔径分布来看，离心后流体主要分布在孔径小于1.00 μm 的孔喉中，物性越差，束缚水饱和度越高（图5）。目前，中江气田沙溪庙组气井产水量主要在0.1～1.0 m3/d，水气比主要分布在（0.01～1.00）×10-4m3/m3，水气比较低，且生产过程中水气比缓慢上升，产出水主要为凝析水和少量毛细管水。

图3 致密砂岩储层气水赋存特征Fig.3 Occurrence characteristics of gas and water in tight sandstone reservoirs

图4 不同类型储层岩石喉道分布Fig.4 Distribution of rock throats in different reservoir types

图5 渗透率与束缚水饱和度关系Fig.5 Relationship between permeability and bound water saturation

2.3 气水宏观分布特征

测试资料统计表明，156 口试气井中，132 口井为产气井，占统计井数的84%，5 口井为气水同产井，19 口井为产水井，占井数的12.20%（表2）。纵向上60.87%的气水同产井和水井主要位于层、层和层等上沙溪庙组层位，39.13% 的气水同产井和水井位于下沙溪庙组，下沙溪庙组储层含气性相对较好；平面上气水同产井和产水井主要位于近断层区域、构造低部位和断砂配置差的河道上，以研究区中江气田GM33-2 井区为例，近断层的GM101 井和断层夹持区的GS304 井分别为产水井和气水同产井；位于构造相对低部位的GM33-2 井和GS306 井均为气水同产井，测试产水量为28.50 m3/d 和8.34 m3/d（图6）。

图6 中江地区高庙构造层气水平面分布特征Fig.6 Distribution characteristics of gas level inlayer of Gaomiao Structure in Zhongjiang Area

表2 中江沙溪庙测试井分类统计Tab.2 Gas well classification statistics of Shaximiao Formation in Zhongjiang

3 气水分布主控因素

近源成藏的致密砂岩气藏通常为先致密后成藏型，储层与烃源岩呈“广覆式”接触，其气水分布受生烃强度和储层非均质性的影响程度较大[11，26]，对于深源浅聚的次生致密砂岩气藏，由于储层埋深相对较浅，天然气通过断层运移成藏，且在主要成藏期储层尚未完全致密化，该类气藏的气水分布则受断层、构造以及储层非均质性共同控制。

3.1 断层控制着气水的宏观分布

断层是沟通烃源岩和储层的通道，也是散失的通道，因此，断层和砂体的有效配置是研究区天然气富集成藏的基础，断层的形态、断距、断穿层位、断层活动期和生烃高峰的匹配度均是气水分布的影响因素[27]。研究区西部断层极为发育，沙溪庙组断层共38 条，其中，烃源断层21 条（出露地表10 条），均为逆断层，F2、F3、F4、F9为未出露地表的有效烃源大断层（图7）。总体来看，断层夹持的构造变形区和近断层区域油气易逸散、易产水，以水层和气水同层为主（图6）。断层夹持区和近断层处（＜5 km）基本都产水，如JS304 井离断层3.2 km，测试产气量为0.37×104m3/d，产水量为8.64 m3/d。GS304 井位于断层夹持区，测试日产气量为0.055 8×104m3，测试日产水量为5.46 m3。断层断距对油气充注效率影响也较大，研究区F2、F3、F4、F9为有效烃源大断层，断距均较大，充注效率高，油气运移距离远，均在15 km 以上（图8），目前，中江沙溪庙气藏90% 气井位于距离断层5.0～25.0 km的高庙构造和中江--回龙构造的河道砂体中，丰谷构造砂体含气性相对较差（图7），如位于中江构造斜坡区域的JS318HF 井距离断层14.1 km，目的层砂体测井解释含气饱和度67.5%，测试无阻流量超过100×104m3/d。

图7 中江地区沙溪庙组构造特征Fig.7 Structural characteristics of Shaximiao Formation in Zhongjiang Area

图8 主要烃源断层油气运移距离统计图Fig.8 Statistical histogram of hydrocarbon migration distance of major hydrocarbon source faults

3.2 局部构造对气水分布的影响

中江沙溪庙组气藏为深源浅聚、断砂疏导的次生气藏，其储层致密化时间在早白垩世晚期，生烃高峰期在10～100 Ma（中白垩世，燕山晚幕--喜马拉雅期），在主要成藏期，储层尚未完全致密化[28（]图9），天然气经断层由须家河运移至沙溪庙组后，沿河道砂体侧向运移成藏，由于储层尚未完全致密化，构造高部位天然气富集程度高，低部位含气性相对较差。喜马拉雅期的构造调整及改造作用，使得研究区西部断裂带整体抬升，近断层处裂缝发育，对于无岩性封堵的河道，顺河道方向非均质性弱，天然气向高部位运移，部分天然气在局部构造高部位聚集，部分天然气沿河道运移至高部位断层处散失，该类河道内部气水分布呈“上气下水”的模式，局部构造高部位主要为气层，构造低部位和近断层处为气水同层或水层（图10）。

图9 中江沙溪庙组成藏及孔隙度演化史Fig.9 Burial and porosity evolution history of Shaximiao Formation in Zhongjiang

图10 无岩性（物性）封堵河道气藏剖面图Fig.10 Section of channel gas reservoir without lithology(physical property)plugging

3.3 河道内部非均质性对气水分布的影响

中江沙溪庙组为曲流河入湖的浅水三角洲前缘--平原沉积，沿河流入湖方向，A/S 比增大，河流侧积能力减弱，河道由曲流型河道演变为低弯度分流河道和顺直河道，其中，低弯度河道内部由（废弃）河道和小规模边滩组成，（废弃）河道底部为砂岩沉积，上部多为泥质或粉砂质的细粒沉积，测井曲线上多为钟型（图11a），振幅响应弱，其原始孔隙度较低，压实减孔率较高，物性较差。边滩岩性为中砂岩或者细砂岩，测井曲线上多为箱型（图11b），振幅响应强，其物性较好，是有利的储集单元。

图11 典型废弃河道及边滩测井柱状图Fig.11 Logging histogram of typical abandoned channel and point bar

在主要成藏期，储层尚未完全致密化，天然气经断层由须家河运移至沙溪庙储层后，沿河道砂体侧向运移，边滩物性好，天然气充注程度高，（废弃）河道底部物性差，充注程度相对较低。晚白垩世晚期，烃源岩大规模排烃终止，成岩环境发生改变，碳酸盐胶结物得以沉淀，使得储层进一步致密化[28]，致密化的废弃河道形成岩性（物性）封堵。喜马拉雅期构造调整及改造作用使得研究区西部断裂带整体抬升后，岩性（物性）封堵能够阻止天然气沿河道向断层处运移，河道内部天然气保存较好，整体上，天然气呈“香肠式”分布，构造低部位也可见气层发育。近断层构造高部位处裂缝发育，天然气散失，以气水同层和水层为主（图12）。值得注意的是，当岩性（物性）封堵发育时，部分近断层的局部构造高部位也是油气聚集的有利区域，砂体含气性好，以气层为主。

图12 岩性封堵发育河道气藏剖面图（J304 井河道）Fig.12 Section of channel gas reservoir developed by lithologic plugging（Channel of Well JS304）

4 结论

（1）中江沙溪庙组正常地层水主要为III～V 型CaCl2型，矿化度在15 363.00～78 277.19 mg/L，为封闭条件下的残留水，有利于天然气的保存，近断层区域保存条件相对较差。

（2）中江沙溪庙I、II、III 类储层的喉道半径主要分布在0.60～1.50 μm、0.35～0.65 μm 和0.25～0.45 μm，微细孔喉极为发育，气井产水主要为凝析水和少量毛细管水。

（3）断层控制着气、水的宏观分布，气水同层或水层主要发育于断层夹持区、近断层区和未与断层相接的河道砂体中，距离断层较远区域油气充注效率低，气水同层也较为发育。

（4）局部构造和河道内部的非均质性控制着气、水的局部分布，顺河道非均质性弱的河道砂体中，气水呈“上气下水”的模式，局部构造高部位以气层为主，气水同层或水层发育于构造低部位，对于该类河道，应采用滚动扩边的方式进行生产井的部署；岩性（物性）封堵发育的河道砂体，天然气呈“香肠式”分布，构造低部位也可见气层发育，对于断砂配置较好且岩性（物性）封堵发育的河道砂体，可在其构造相对低部位进行评价井的部署。