碳酸鹽巖氣藏出水類型及孔隙發(fā)育特征

碳酸鹽巖氣藏出水類型及孔隙發(fā)育特征

碳酸鹽巖儲(chǔ)層是油氣儲(chǔ)層的重要類型之一。前人在碳酸鹽巖儲(chǔ)層的研究方面取得了重要進(jìn)展。蘇4奧陶系碳酸鹽巖潛山氣藏位于冀中坳陷東北部,潛山形態(tài)為四周被正斷層所切割的斷塊山,總體呈東北高、西南低,面積約14km2。油氣開(kāi)發(fā)中,增油和增氣機(jī)理研究是很重要的課題,但隨著油氣開(kāi)采程度的增加,其含水量逐漸升高。自1988年12月402井投入開(kāi)發(fā)以來(lái),蘇4氣藏采出程度逐漸增加。從1993年1月天然氣開(kāi)采程度超過(guò)1.3%之后,氣藏開(kāi)始出水。隨著采出程度的增加,氣藏累積產(chǎn)水量逐漸上升,上升幅度逐漸加快。各井在生產(chǎn)過(guò)程中存在不同程度的含水狀況,其中以蘇401井、蘇402井出水量最大(最高超過(guò)15m3/d)。1凝析水與地層水根據(jù)蘇4氣藏各井在試氣或生產(chǎn)過(guò)程中獲得水樣的化學(xué)分析結(jié)果(表1),發(fā)現(xiàn)蘇4氣藏各井的產(chǎn)出水包括凝析水和地層水兩種類型,其中凝析水的礦化度、Cl-和其他離子的含量較低,而地層水的礦化度、Cl-和其他離子的含量較高。1.1地層壓力下降過(guò)程蘇4氣藏在原始地層條件下,凝析水以氣體的形式與天然氣混合存在。在氣藏開(kāi)發(fā)過(guò)程中,隨著采出程度的增加,地層壓力的降低,凝析水逐漸被采出。凝析水出水有以下特點(diǎn):①凝析水產(chǎn)于氣-水界面(含水層最高界面)以上的產(chǎn)氣層段;②原始地層壓力下降過(guò)程中逐漸產(chǎn)水,含水量上升較慢且產(chǎn)水量一般較低,單井產(chǎn)水量一般低于5m3/d;③凝析水礦化度低,各種離子的濃度很低。根據(jù)凝析水的成因特征,蘇402井、蘇4-6井、蘇4井和蘇4-14井產(chǎn)凝析水,各井出水特征各不相同:①蘇4-6井在地層壓力降低到46.5MPa以下之后,從1993年1月至現(xiàn)今產(chǎn)凝析水,產(chǎn)水量為0.14～2.93m3/d;②蘇402井在地層壓力降低到46.7MPa以下之后,從1993年1月至1998年12月產(chǎn)凝析水,產(chǎn)水量為0.3～2.95m3/d;③蘇4-1井在地層壓力降低到46MPa以下之后,從1996年12月至現(xiàn)今產(chǎn)凝析水,產(chǎn)水量為0.4～2.13m3/d;④蘇4-14井從1998年10月至現(xiàn)今產(chǎn)凝析水,產(chǎn)水量為3～5.18m3/d。1.2地層水采集特點(diǎn)在蘇4氣藏開(kāi)發(fā)過(guò)程中,如果開(kāi)發(fā)井段中分布含水層段,或者隨著采出程度的增加而在開(kāi)發(fā)井段中形成含水層段,那么在該井段的開(kāi)采過(guò)程中,地層水必然被逐漸采出。地層水出水有以下特點(diǎn):①地層水產(chǎn)于氣-水界面(含水層最高界面)以下的含水層段;②地層水見(jiàn)水后,含水上升快,產(chǎn)水量一般較大,單井產(chǎn)水量一般高于5m3/d;③地層水礦化度高,各種離子的濃度很高。蘇4氣藏地層水的產(chǎn)生方式主要有以下幾種。(1)采出水量的大小在一定的生產(chǎn)壓差之下,水層中的地層水被采出,導(dǎo)致生產(chǎn)井出水。出水量的大小取決于水層的物性特征。蘇401井早期(1997年10月之前)出水即為此種類型。(2)橫向水淤,導(dǎo)致水損此類型發(fā)生于高角度裂縫發(fā)育區(qū)。當(dāng)開(kāi)發(fā)速度過(guò)高時(shí),底水沿裂縫縱向竄至生產(chǎn)井段,快速形成水錐而產(chǎn)水。此類型出水迅速,出水量大,對(duì)氣井危害極大。如果未能及時(shí)控水,則會(huì)導(dǎo)致氣井水淹;甚至在縱向水竄的基礎(chǔ)上產(chǎn)生橫向水侵,導(dǎo)致氣藏在大范圍內(nèi)受到損害。蘇402井在提氣試驗(yàn)階段(1998年8月)產(chǎn)水即為此種類型。(3)含水層段式產(chǎn)水在氣藏開(kāi)發(fā)過(guò)程中,隨著天然氣采出程度的增大,產(chǎn)水頂界面逐漸上升,氣水過(guò)渡帶逐漸擴(kuò)大。當(dāng)產(chǎn)水頂界面上升的高度超過(guò)開(kāi)采井段的底界時(shí),開(kāi)采井段內(nèi)出現(xiàn)含水層段,因而導(dǎo)致氣井產(chǎn)水。此類產(chǎn)水量的大小取決于氣-水界面上升的速度。蘇4井(1999年1月至今)、蘇401井關(guān)井前(1997年11月至1998年1月)和蘇402井(1999年1月至今)在生產(chǎn)階段產(chǎn)水即為此種類型。研究發(fā)現(xiàn),地層水產(chǎn)出對(duì)氣藏破壞性極大。2層的特性2.1儲(chǔ)集空間的劃分根據(jù)鑄體薄片和鉆井資料,蘇4氣藏奧陶系儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間可劃分為洞、孔、縫3個(gè)大類11個(gè)小類,即溶洞,晶間孔、粒間孔、溶蝕孔、鳥(niǎo)眼孔、藻架孔、殘余孔,構(gòu)造縫、壓溶縫、溶蝕縫和殘余縫。2.2北部沿邊緣地區(qū)根據(jù)鉆井取心資料和測(cè)井解釋資料分析,蘇4氣藏奧陶系裂縫非常發(fā)育,其中峰峰組2～4層、上馬家溝組1～5層和下馬家溝組上部最發(fā)育,平面上以斷塊北部最發(fā)育,次為斷塊東部,裂縫類型以高角度裂縫較為發(fā)育。據(jù)蘇4-6井取心碳酸鹽巖觀察統(tǒng)計(jì),裂縫面傾角大于45°的裂縫占90%。據(jù)蘇401井傾角測(cè)井解釋,本區(qū)裂縫呈北北東-南南西向展布,與東部邊界斷層延伸方向基本一致,本區(qū)有效裂縫寬度以0.1～0.3mm為主,大于0.3mm的裂縫次之。根據(jù)鉆井取心薄片觀察分析,蘇4地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖裂縫以構(gòu)造縫為主,充填礦物主要為白云石和方解石,次為泥質(zhì)、黃鐵礦、螢石和石英等。2.3第、第原生孔隙帶根據(jù)取心碳酸鹽巖薄片觀察分析,蘇4氣藏碳酸鹽巖儲(chǔ)層有效孔隙以構(gòu)造縫、溶蝕縫、晶間孔和溶孔、溶洞為主體,其他類型孔隙發(fā)育較差,其中構(gòu)造縫、溶縫常與溶孔、溶洞伴生分布。本區(qū)氣層的產(chǎn)能主要取決于碳酸鹽巖次生孔隙的發(fā)育規(guī)模。本區(qū)鉆井過(guò)程中未見(jiàn)明顯的擴(kuò)徑和放空現(xiàn)象,因此,大縫大洞不發(fā)育;但本區(qū)鉆井液漏失現(xiàn)象非常普遍,說(shuō)明本區(qū)裂縫-孔洞型孔隙較為發(fā)育。根據(jù)本區(qū)勘探與開(kāi)發(fā)資料分析,奧陶系儲(chǔ)層自上而下發(fā)育第Ⅰ、第Ⅱ和第Ⅲ3個(gè)次生孔隙帶。奧陶系碳酸鹽巖地層在加里東-海西期長(zhǎng)期出露地表,經(jīng)過(guò)風(fēng)化淋漓和溶蝕作用,在潛山頂面形成了裂縫-孔洞型高孔高滲的垂直滲流帶——第Ⅰ次生孔隙帶,發(fā)育裂縫和溶洞、溶孔,孔隙連通性好,具有裂縫-孔洞型孔隙組合。裂縫以高角度裂縫為主。該帶位于奧陶系風(fēng)化面以下峰峰組2層底部至4層上部。該帶在鉆井、地層測(cè)試、測(cè)井解釋和試氣過(guò)程中有良好的顯示,蘇402井、蘇4-6井和蘇4-14井鉆遇此帶時(shí)發(fā)生鉆井液漏失(表2)。第Ⅱ次生孔隙帶位于上馬家溝組1層至5層頂部,第Ⅲ次生孔隙帶位于下馬家溝組頂部(表2)。峰峰組4層下部至5層的泥質(zhì)碳酸鹽巖為第Ⅰ次生孔隙帶和第Ⅱ次生孔隙帶的隔層,上馬家溝組7段泥質(zhì)碳酸鹽巖為第Ⅱ次生孔隙帶和第Ⅲ次生孔隙帶的隔層。在奧陶系沉積以后,華北地臺(tái)抬升,本區(qū)奧陶系碳酸鹽巖在加里東-海西期長(zhǎng)期暴露地表發(fā)生風(fēng)化淋濾的過(guò)程中,除了在蘇橋潛山頂部形成風(fēng)化淋濾高孔隙帶以外,在潛水面附近,由于地下水的長(zhǎng)期溶蝕作用,還形成了水平喀斯特溶蝕帶,以裂縫-孔洞型次生孔隙為主。隨著蘇橋潛山帶在加里東-海西期穩(wěn)定抬升和古潛水面的下降,該區(qū)在奧陶系中自上而下形成兩個(gè)高孔高滲水平溶蝕帶,即第Ⅱ、第Ⅲ次生孔隙帶。測(cè)井解釋和試氣成果顯示,在本區(qū)奧陶系3個(gè)次生孔隙帶中,第Ⅰ、第Ⅱ次生孔隙帶產(chǎn)氣,其分布區(qū)是蘇4氣藏天然氣高產(chǎn)的有利區(qū)帶;第Ⅲ次生孔隙帶產(chǎn)水,其分布區(qū)是蘇4氣藏底水活躍的地區(qū)。3地層水分析結(jié)果根據(jù)蘇4氣藏地質(zhì)特征和動(dòng)態(tài)資料分析發(fā)現(xiàn),蘇4氣藏奧陶系碳酸鹽巖孔隙結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性決定了氣藏底水活躍程度的不均一性,從而導(dǎo)致了各井地層中出水時(shí)間和產(chǎn)水量的不一致性,尤其是對(duì)氣水界面的變化影響最明顯。蘇4氣藏碳酸鹽巖受成巖作用的改造,孔隙結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的非均質(zhì)性,有效裂縫和孔隙分布非常復(fù)雜,導(dǎo)致該氣藏在同一壓力系統(tǒng)下,各井區(qū)之間氣-水界面深度變化較大,形成很寬的氣水過(guò)渡帶,各井區(qū)之間氣水過(guò)渡帶的最高產(chǎn)水界面深度差異明顯(表3)。在氣藏各井相繼投入開(kāi)發(fā)之后,碳酸鹽巖的非均質(zhì)性使得各井氣-水界面的上升很不均一,在底水活躍的井區(qū)氣-水界面上升很快,而在底水不活躍的井區(qū)氣-水界面上升較慢,結(jié)果導(dǎo)致蘇4氣藏各井區(qū)之間氣-水過(guò)渡帶寬度和最高產(chǎn)水界面深度的差異進(jìn)一步擴(kuò)大。研究發(fā)現(xiàn),本區(qū)蘇4井、蘇401井和蘇402井地層水出水特征及氣-水界面的變化特征更為明顯。①蘇4井開(kāi)采井段為4590～4870m。據(jù)試氣資料,在該氣藏投入開(kāi)發(fā)前該井段基本不產(chǎn)地層水。隨著氣藏采出程度逐漸增大,氣藏氣-水界面逐漸升高。至1998年6月,該井段試氣過(guò)程中日產(chǎn)水達(dá)11.1m3/d,經(jīng)過(guò)水樣分析化驗(yàn),其總礦化度為36518.5mg/L,Cl-濃度為22023.3mg/L,為地層水,說(shuō)明該區(qū)氣-水過(guò)渡帶的最高產(chǎn)水界面深度已上升至4870m以上。②蘇401井開(kāi)采井段為4903～5090m(1998年關(guān)井之前),其底界深度5090m位于該井區(qū)的氣-水界面5066m之下,因此該井在開(kāi)發(fā)過(guò)程中必然會(huì)采出一定量的地層水。但是,由于該區(qū)下馬家溝組上段碳酸鹽巖發(fā)育第Ⅲ次生孔隙帶,該井在鉆井過(guò)程中于5128～5194m(下馬家溝組上部)井段發(fā)生井漏,漏失鉆井液134.8m3,因此該區(qū)位于氣-水界面以下、發(fā)育于第Ⅲ次生孔隙帶的底水非常活躍,中途測(cè)試過(guò)程中獲得日產(chǎn)水19.27m3/d的產(chǎn)能。至1998年1月該井日產(chǎn)水量上升至220m3/d,通過(guò)水樣的分析化驗(yàn),地層水中Cl-濃度為14237mg/L。該井在1997年10月以后,氣-水界面已由原始界面5066m上升至4953m之上。③蘇402井開(kāi)采井段為4800～4980m,位于該區(qū)氣-水界面(4990m)之上,下馬家溝組上部碳酸鹽巖地層發(fā)育第Ⅲ次生孔隙帶,在鉆井過(guò)程中于5047m處(下馬家溝組上部)發(fā)生鉆井液漏失,顯示該區(qū)位于氣-水界面以下,在開(kāi)采過(guò)程中出現(xiàn)地層水的現(xiàn)象。在1998年7月末該井提氣生產(chǎn)過(guò)程中,產(chǎn)氣量達(dá)到15×104?m3/d時(shí),該井僅產(chǎn)凝析水,化驗(yàn)分析Cl-濃度為18.3mg/L;當(dāng)產(chǎn)氣量升至20.9×104?m3/d時(shí),氣井快速產(chǎn)出大量地層水,化驗(yàn)分析Cl-濃度為14700mg/L,這是由于采氣速度過(guò)大,日產(chǎn)氣量過(guò)高而導(dǎo)致底水發(fā)生縱向水竄后形成的。此次出水對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層起到了一定破壞作用,在一定程度上加快了該區(qū)氣-水界面的上升,但由于及時(shí)控水,因而未對(duì)本區(qū)氣層造成大的破壞。根據(jù)以上分析,當(dāng)?shù)姿钴S時(shí)易導(dǎo)致氣井產(chǎn)出地層水。當(dāng)?shù)姿换钴S時(shí),氣藏的氣-水界面上升不明顯,氣井出水以凝析水為主,此種類型以蘇4-1井開(kāi)采最明顯。蘇4-1井開(kāi)采井段為4480.6～4990.0m,該井段底界位于氣-水界面4900m以下,其中4970～4990m井段于1995年10月29日抽汲日產(chǎn)水僅為1.26m3/d。該井區(qū)氣-水界面以下碳酸鹽巖物性很差,次生孔隙很不發(fā)育,結(jié)果導(dǎo)致該區(qū)底水很不活躍,開(kāi)采過(guò)程中氣-水界面無(wú)顯著變化,而且位于開(kāi)采井段中的致密含水層基本不出水,生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)水以凝析水為主,1998年8月6日取樣分析化驗(yàn)Cl-濃度為73.7mg/L。4碳酸鹽巖氣藏開(kāi)發(fā)的影響因素(1)碳酸鹽巖氣藏出水類型分為凝析水和地層水兩類。凝析水產(chǎn)于氣-水過(guò)渡帶以上的產(chǎn)氣層段,產(chǎn)水量小;地層水產(chǎn)于氣-水過(guò)渡帶最高產(chǎn)水面以下的層段,產(chǎn)水量大。(2)凝析水產(chǎn)水量小,對(duì)碳酸鹽巖氣藏開(kāi)發(fā)影響不大;碳酸鹽巖儲(chǔ)層發(fā)育的孔、洞、縫