摘 要

摘　要：四川盆地孝泉——豐谷構造帶位于四川盆地川西坳陷中段，同一構造帶內上三疊統須家河組氣藏氣、水、干層共存，氣水關系異常復雜。為弄清須家河組氣藏氣水分布的

摘　要：四川盆地孝泉——豐谷構造帶位于四川盆地川西坳陷中段，同一構造帶內上三疊統須家河組氣藏氣、水、干層共存，氣水關系異常復雜。為弄清須家河組氣藏氣水分布的控制因素，利用氣井歷年地層水分析資料，結合生產動態數據研究了該區地層水的特征，認為鉆井生產過程中產出水包含了凝析水以及地層水與凝析水的混合水，地層水的產出與氣藏含氣豐度密切相關。在此基礎上，采用洛瓦克相圖分析了氣水分布的控制因素。結果表明：①須家河組氣藏同一局部構造范圍內底水、邊水并存，地層水分布橫向連通性差，平面上分布規模較小，為各自獨立的氣水系統；②古、今構造高部位均有利于水溶氣脫溶成藏，但成藏期古構造起到了決定性作用；③高地層水礦化度、低地層壓力區更有利于游離氣氣藏的發育。最后，分析了須二段、須四段的油氣勘探潛力，結論認為：須二段、須四段游離氣、溶解氣共存，須二段水溶氣脫溶程度高于須四段，勘探潛力更大；合理利用及開采水溶氣有利于擴大氣藏規模。

關鍵詞：四川盆地  孝泉一豐谷構造帶  凝析水  水溶氣脫溶  氣水分布  控制因素  勘探潛力  晚三疊世

Factors controlling gas-water contact and the exploration potential of the Xujiahe Fm gas reservoirs in the Xiaoquan-Fenggu structural zone,Sichuan Basin

Abstract：The Xiaoquan Fenggu structural zone is located in the central section of Western Sichuan Depression．Gas，water and drylayers coexist in the Upper Triassic Xujiahe Fm in this structural zone and the gas-water contract is very complex．In order to make clear the factors controlling gas-water contact in the Xujiahe Fm gas reservoirs，the produced water analysis results obtained over the years were integrated with the dynamic production performance data to study the characteristics of formation water．It is belleved that the produced water during drilling operation and production is a mixture of condensate water and formation water．The productlon of condensate water is closely related with gas reservoir abundance．The Nvok phase diagrams were used to analvze the factors controlling gas-water contract．The following conclusions were obtained．(1)Edge water and bottom water coexist in a single local structure in the Xuj iahe Fm gas reservoir．The lateral continuity of formation water is poor and its areal distribution is limited．Eachlocal structure has a separate gas water system．(2)Both the ancient and modern structural highs are favorable for the degassing and accumulation of water dissolved gas．However，the palaeo-structure of reserv for oiring stage plays a decisive role．(3)Such areas　with high formation water salinity and low formation pressure are more favorable the accumulation of free gas．Finally，the exploration potential of the 2^nd and 4^th members of Xujiahe Fm was analyzed．It is believed that free gas and dissolved gas coexist there．But in the 2^nd member of Xujiahe Fm the degassing degree of water soluble gas is relatively higher，and this brings about a higher exploration potential there．Rational utilization and recovery of water dissolved gas is favorable for enlarging the scale of a gas reservoir．

Key words：Xiaoquan-Fenggu structural zone，Sichuan Basin，condensate water，degas of water dissolved gas，gas-water contact．controlling factor，exploration potential，Late Triassic

孝泉豐谷構造帶位于川西坳陷中段，為燕山期北東東向大型古隆起，受喜馬拉雅構造運動改造在古隆起之上形成孝泉、新場、羅江、合興場、高廟子、豐谷等多個局部構造^[1-2]。目前上三疊統須家河組勘探的主要目的層為須二段、須四段，辮狀河三角洲平原分流河道、前緣水下分流河道、河口壩是主要的儲集相帶，分流河道的頻繁擺動造成巨厚砂體(50～80m)連片發育^[3]，深埋藏強烈壓實作用使得砂體總體致密或超致密，特殊物質(火山碎屑、碳酸鹽巖屑、長石等)的溶蝕作用^[4-6]。致使厚大砂體內部普遍發育5～8m的相對優質儲層。

該區共有須家河組生產井超過40口，幾乎所有鉆井產氣的同時都有地層水產出，只是產水的多少不同。隨著勘探開發和研究的深入，更多復雜情況凸現，如孝泉豐谷古隆起范圍內氣、水、干層共存，現今構造位置相當或更高、儲層物性好的儲層反而出水嚴重(XC6、FG21井)，構造位置更低且儲層物性稍差的層段卻獲工業氣流(X5、FG22井)。可見，須家河組氣水關系及分布控制因素異常復雜。

前人對須家河組地層水特征及其分布規律等做過大量有益的研究，認為川西坳陷須家河組大多數氣藏為水溶脫氣罔閉，氣水分布、富集與調整受古、今構造，尤其是受斷裂控制及儲層非均質性的影響^[7-9]，但研究多以靜態的地質特征分析為主。為此，筆者首先通過大量鉆井歷年地層水分析資料，結合生產動態數據，分析地層水特征；再利用洛瓦克相圖分析手段，刻畫氣水分布特征；進而認識氣藏特征，分析氣水分布控制因素及勘探潛力，以期為下一步研究及勘探部署指明方向。

1　氣水分布特征及控制因素

1．1　地層水特征

1．1．1動態分析

生產井生產動態及地層水化學分析資料均表明鉆井生產過程中產出水不能籠統地理解為須家河組地層水，其中包含了凝析水及地層水與凝析水的混合水，且地層水總礦化度隨著天然氣產量的上升而降低(表1)。地層水總礦化度的降低應是受氣藏凝析水的影響，已有研究通過地層水化學特征、微量元素及氫氧穩定同位素論證了四川盆地須家河組氣藏凝析水的存在^[10-11]。

 

選取該區須家河組氣藏典型井進行生產動態與地層水產出特征綜合分析(表1)。須二段氣藏Cl井生產初期氣產量大于50×10⁴m³／d、水產量小于5m³／d；C3井生產初期氣產量大于l0×10⁴m³／d、水產量小于1m³／d，此時水分析總礦化度極低，分布在0.094～2.694g／L，產出水為氣藏凝析水；之后氣產量降低，水產量增加，產出水從混合水變為地層水。C2井情況相反，2007年氣藏未打開之前，氣、水產量均不高，產出水礦化度較高，2007年之后儲層改造獲得成功，獲5×10⁴～6×10⁴m³／d的天然氣產能，產出水總礦化度隨著時間的推移不斷降低，可見地層水中凝析水的混合逐漸增多。

須四段氣藏C4井在氣產量大于30×10⁴m³／d的情況下，仍有3～6m³／d水產出，隨后在不到la的時間內氣產量迅速F降至7×l0⁴～10×10⁴m³／d，而水產也同步增至40～50m³／d，可見該井開始生產都有地層水產出，只是含量較低，為混合水，產量下降后產出水應為須四段地層水。C5井為低產工業氣井，僅生產初期產凝析水，其后均產混合水。

可見，生產初期氣產量較高時產出總礦化度較低的為凝析水，后期較長一段時間穩定產出且與本段平均礦化度接近的才能視為地層水。地層水的產出與氣藏含氣豐度密切相關，氣產量降低水產量上升，二者為此消彼長的關系，鉆井開采過程中應適當控制生產壓差，保持穩定的含氣豐度。

1．1．2地層水化學特征

該區須家河組247個地層水樣品分析結果表明，陽離子主要有K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺，以Na⁺為主；陰離子主要有Cl^-、S04^2-和HCO3^-，以Cl^-為主。不同樣品離子含量差別很大，即使同一口井不同時期所取樣品分析結果也存在較大差異。地層水總礦化度分布范圍較大，小于1g／L與大于100g／L的樣品均存在。通過以上分析，排除凝析水的影響，認為須二段地層水總礦化度分布在78.087～86.35g／L，平均礦化度為89.25g／L。須四段地層水含量較多，氣水同產情況嚴重，地層水多為混合水，總礦化度存在較大差異，為47.57～101.3mg／L，平均為70.866mg／L。

1．1．3凝析水——水溶脫氣的產物

該區須家河組氣藏凝析水的形成與水溶脫氣有關。有研究表明凝析水是僅在石油天然氣藏內才能出現的特殊狀態的地層水，其成因是水蒸氣的凝結作用^[10]，地層強烈抬升是凝析水形成的必要條件^[11]。由于須家河組地層水相當活躍，且烴源充足、地層保持超壓，滿足水溶氣存在的所有條件^[12-14]，并且新場—豐谷構造帶受到燕山期、喜馬拉雅期多期構造運動抬升、擠壓，可以認為水溶氣隨著地層抬升溫度、壓力降低從地層水中脫出將水分子帶出而形成游離氣藏凝析水。

1．2　洛瓦克相圖分析

洛瓦克相圖常被用于判別不同地層水來源，依靠水化學相圖的相似性來尋找地層水及油氣的遷移軌跡，并在局部構造乃至四川盆地地層水研究中取得了成功^[15]。筆者嘗試應用該方法認識地層水分布及油氣運移特征。

1．2．1地層水分布特征

通過對孝泉  豐谷地區生產井歷年地層水洛瓦克相圖系統分析，選擇相同層位具有代表性且相同或相近時間段的樣品分析結果進行對比，表明研究區須家河組同一地區縱向上地層水具相似特征，在同一局部構造范圍內底水和邊水并存，但地層水分布橫向連通性差，不同的構造部位水體不連通，平面上分布規模較小，為獨立的氣水系統。

1．2．1．1須二段

孝泉豐谷地區須二段地層水相圖特征大體相似，但不同地區各自略有不同(圖1)。合興場地區CHl00、CHl27、CHl37井歷年地層水分析表明，生產后期產出均為須二段的地層水，CHl27、CHl37井地層水洛瓦克相圖也顯示出相似的特征，分析為連通的同一水體。新場地區X853、X856、X2井2009年同一批次水樣分析礦化度接近，相圖特征相似，且3口井距離很近，據此判斷X856井區地層水已連通。可見須二段局部裂縫發育地區氣藏是連通的。而距X856井區西部6～7km的Xl0井，和東部4～5km的L150井，還有高廟子地區的CG561井相圖都不相同，說明不同局部構造水體不連通。這3口井均為工業氣井，地層水總礦化度均較低，應受凝析水影響。

 

1．2．1．2須四段

須四段的地層水相圖(圖1)表明地層水分布橫向連通性差，下亞段新場、豐谷地區各不相同，但各構造部位縱向上地層水相圖有一定的相似性。新場地區XC22井下亞段與X882井上亞段地層水相圖特征相似，豐谷地區CF563中亞段與CFl75下亞段相岡特征相似。X882井區斷層發育，而豐谷地區斷層不發育，可見須四段氣水運移不僅依靠斷層、裂縫等快速通道，同時存在垂向運移。

1．2．2水溶脫氣特征

現今的地層水是由最初的沉積水經過深埋藏、參與成巖作用、濃縮變質而成。由于整個須家河組總體屬于三角洲沉積，同一時期沉積水化學特征應具有相似性，但是須二、須四段物源、埋深等仍存在差異，又使得各段的地層水有其特殊性。地層水化學相圖能揭示這一特征，圖1可見須二、須四段地層水洛瓦克相圖總體上具相似性，各亞段之間存在差異，而須二上亞段和須四下亞段的相圖卻相似，認為二者均是受到須三段地層水的影響。

天然氣同位素分析，須二段氣藏的d¹³C1為-31.1‰～-31.97‰，d¹³C2為-24.35‰～-28.06‰，均呈現正碳同位素系列。但CHl37井d¹³C2(-24.35‰)> d¹³C3(-26.22‰)，并且d¹³C2更接近于須四段天然氣特征(-21.53‰～-25.33‰)，其來源特征與其余各井存在較大差異。須四段的氣源主要來自于下伏須三段烴源巖，CHl37井產層位于須二段頂部，可能有須三段烴源向下注入。可見，須二上亞段與須四下亞段均受到須三段烴源的影響，天然氣以水溶氣的形式，或脫出成游離氣，但也難免攜帶水分子，將須三段地層水的特征帶到儲集層中。

1．3　氣水分布的控制因素

以上通過對地層水化學特征及洛瓦克相圖特征論證了須家河組氣藏具水溶脫氣特征。因此，控制水溶氣脫出程度的因素，也即是氣藏氣水分布的控制因素。

1．3．1古、今構造

以須二段氣藏為例，成藏關鍵期較多認識為須家河組沉積末期或中、晚侏羅世等^[16-17]，通過對不同時期古構造的恢復，可見千佛崖組沉積末期古構造對早期油氣聚集的控制作用與現今勘探實際較為吻合(圖2)。成藏期古構造特征為西低東高，東部地區更有利于游離氣氣藏發育，西部地區地層水、水溶氣、游離氣共存。

 

東部高廟子地區CG561井從2007年至今一直保持5×10⁴～6×10⁴m³／d的天然氣產能，幾乎不產地層水，GM2、GM4井、豐谷地區CF563等井由于測試工藝問題雖未獲工業產能，但均不產地層水，而向西的合興場、新場地區，由于其古構造降低，但現今構造在高部位而有利于水溶氣脫出，獲得大于10×10⁴m³／d的工業產能，但受古構造影響早期分配的地層水含量高，鉆井無水開采時間較短，分別持續1～2a不產或產少量地層水，其后高產氣井多隨著地層水的產出而氣產量降低到小于l×10⁴m³／d，有的甚至關井停產。

須二段構造變形程度較須四段強，水溶氣脫出程度應高于須四段氣藏，與現今生產情況吻合，須四段獲得工業氣井較少，多為氣水同產。

由此可見，多期構造運動作用使得研究區構造形跡復雜，導致水溶氣的脫出程度在同一構造帶內存在較大差異，形成現今復雜的氣水分布局面。古、今構造高部均有利于水溶氣脫溶成藏，但成藏期古構造起決定性作用。

1．3．2地層水礦化度

孝泉  豐谷地區須二段地層水總礦化度大于須四段，從圖3可見，須二段地層水總礦化度多數大于75g／L，而須四段大部分則小于75g／L。對于水溶氣而言，天然氣在地層水中的溶解度隨地層水礦化度的增加而降低^[18]，因此須二段水溶脫氣程度大于須四段，而勘探實踐也證明須二段氣藏勘探成果較須四段好。

 

從平面上看，須二段現今氣藏氣井多位于地層水總礦化度大于75g／L的高礦化度區域，更有利于水溶脫氣；須四段現今氣藏則正好相反，氣井多位于地層水總礦化度小于75g／L的地區，才會出現多數鉆井產水或氣水同產的局面。

因此，地層水礦化度影響、控制了氣藏的規模。須二段地層水總礦化度大于須四段，須二、須四段現今氣藏分別對應高、低礦化度區域，須二段水溶氣脫出程度較須四段強。

1．3．3地層壓力

須二段地層壓力系數變化范圍不大，分布在1.57～1.66，須四段大于須二段，且平面上壓力變化大，地層壓力系數分布在1.47～2.15，均屬超壓(強超壓)氣藏。天然氣在地層水中的溶解度隨地層壓力的增加而增大^[18]，因此低地層壓力區域更有利于水溶氣脫出，不產地層水。豐谷地區須四段氣藏FG22、CG561井測試獲低產氣流，不產地層水，2口井均位于相對低地層壓力區域，地層壓力系數小于l.6；而CFl75、FGl井雖獲大于20×10⁴m³／d的高產工業氣流，但產水l4m³／d，且產水量上升很快，以至于關井停產，相反的這2口井所處位置地層壓力系數大于2.0。

縱向上須二段地層壓力小于須四段，更有利于純氣藏發育；平面上，須二段現今氣藏對應于相對低地層壓力區域，相反須四段現今氣藏則對應于相對高地層壓力區域，因此須四段氣藏勘探效果不理想。

2　勘探潛力分析

2．1　須二段

須二段鉆井早期普遍產凝析水，且含凝析水時期越長證明氣藏規模越大。游離氣與水溶氣共生，強烈的構造形變、高地層水礦化度及相對較低且分布穩定的地層壓力均有利于水溶脫氣形成游離氣氣藏。

現今地層水中仍含有大量的水溶氣，把氣藏與其溶有氣體的底水或邊水當做一個整體看待，當氣藏由于開采時期較長，氣藏內的壓力(即游離氣的壓力)逐漸降低時，則原來與高壓氣藏處于平衡狀態的水溶氣也將隨之逐漸從水中析出而進入氣藏中，對常規氣藏進行補充，有利于延長氣藏開采時間。合興場地區CHl37、CHl27井開采時間長達20a，生產復壓和排水產氣措施對恢復產量效果較好，說明地層水中含有水溶氣，隨著開采的進行，氣藏壓力降低，不斷有天然氣從地層水中脫出，對氣源進行補充。

由于水溶氣的存在，擴大了天然氣成藏的規模或領域，如果合理開采，控制氣藏壓力緩慢下降，則溶解氣將慢慢析出而增加了可采儲量，就等于擴大了天然氣藏的規模。

2．2　須四段

須四段氣、水共存現象更為嚴重，氣藏含氣豐度較低，氣水層橫向連續性差，地層壓力橫向變化大，超壓、強超壓地層均有分布，具水溶氣富集的主要條件。新場地區須四上亞段產水明濕；豐谷地區須四中亞段鈣屑砂巖儲層孔隙性、連通性很好，同樣表現出低電阻率，高含水特征；豐谷地區須四下亞段為強超壓地層，生產初期高產，但由于開采壓差控制不嚴，邊水或底水迅速錐進，大量產地層水。

須四段鉆井多數產水，但地層超高壓，天然氣在水中溶解度大，這可能與地層水礦化度相對較低，且須四段氣源主要來自于須三段，也有須四中亞段烴源的貢獻，生烴增壓強度大有關，因此把氣藏與其溶有氣體的底水或邊水當做一個整體看待，須四段氣藏同樣具有可觀的勘探價值。

3　結論

1)鉆井生產過程中產出水包含了凝析水以及地層水與凝析水的混合水。地層水的產出與氣藏含氣豐度密切相關，氣產量降低水產量上升，鉆井開采過程中應適當控制生產壓差，保持穩定的含氣豐度。

2)須家河組同一局部構造范圍內底水和邊水并存，但不同的構造部位水體不連通。地層水分布橫向連通性差，平面上分布規模較小，為獨立的氣水系統。

3)古、今構造高部位均有利于水溶氣脫溶成藏，但成藏期古構造起決定性作用。高地層水礦化度、低地層壓力區域更利于游離氣氣藏發育。

4)須二段水溶氣脫溶的程度高于須四段。須二、須四段游離氣、溶解氣共存，合理利用及開采水溶氣有利于擴大氣藏規模。

 

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本文作者：劉莉萍  林小兵  李麗平

作者單位：中國石化西南油氣分公司勘探開發研究院

  “油氣藏地質及開發工程”國家重點實驗室·成都理工大學

  中國石油川慶鉆探工程公司物探公司研究中心