川西坳陷致密气藏束缚水赋存状态与产出机理

张 岩，王勇飞，高 伟，王琼仙，刘 叶

（中国石化西南油气分公司勘探开发研究院，四川成都 610041）

油气藏中地层水通常以可动水和束缚水两种状态赋存。川西坳陷致密砂岩气藏无明显活跃的边底水，原始含水饱和度较高，大多数气井在开采中后期均出现不同程度地产水、井筒积液。因其储层微观孔喉细小且结构复杂，普遍存在束缚水，其分布规律、赋存状态及流动机理对致密储层含气性和微观气水两相渗流影响较大。前人研究主要集中在束缚水饱和度的静态测定，对束缚水产生的影响因素和流动机理等动态方面研究较少[1-3]。深化束缚水饱和度研究，不仅是准确评价致密储层含气性、储量计算的需要，同时也是探索储层非达西渗流规律、提高气井产量、提高产水气井及气藏开发效果的基础。目前测试束缚水饱和度的方法较多，最准确的是油基泥浆密闭取心直接测量，但此方法要进行专项钻井取心，成本较高，现场一般实施较少。此外还有相渗实验法、压汞实验法、离心法、核磁共振法、半渗透隔板法等。前人研究表明，实际地层温度、驱替压力对束缚水饱和度的准确测定具有重要影响，而半渗透隔板法所用仪器简单，可以模拟地层环境，是相对油基泥浆密闭取心以外较准确的方法，因此适用范围较广。

川西坳陷位于四川盆地西部，呈北东向展布，西以安县-都江堰断裂与龙门山冲断带为界，东以龙泉山-南江为界，南以峨眉断裂与川滇南北构造带为界，北至米仓山前缘，具有“三隆、两凹、一斜坡”的构造格局，平面和纵向上低渗透-致密砂岩气藏广泛分布，先后发现7 个大中型气田，不同区域、不同层系气藏特征差异较大[4-5]。不同类型的气藏具有不同的地质特征，呈现不同的束缚水分布特征。本文以川西坳陷上侏罗统蓬莱镇组、遂宁组和中侏罗统沙溪庙组三个主力气藏为研究对象，利用半渗透隔板法和核磁共振实验，测定束缚水和可动水饱和度，一方面结合微观孔隙结构，从静态角度研究束缚水饱和度大小的影响因素；另一方面结合气水两相渗流，从动态角度研究束缚水与可动水在一定压力梯度下或外来流体诱导下的流动机理，为气藏开发提出针对性措施提供支撑。

1 多层叠置条带状致密砂岩气藏

多层叠置条带状致密砂岩气藏以新场气田蓬二段气藏为典型代表，具有多层、条带状、叠合程度较低的特征，为高压、中低孔、致密砂岩气藏。该气藏样品共计18 个，分别取自X33 井、X43 井、CX216井等8 口气井蓬二段两个砂层组，半渗透隔板法测定的束缚水饱和度为 27.32%～44.95%，平均为35.90%。束缚水饱和度与孔隙度、渗透率的关系呈明显的负相关；随着孔渗值的增加，物性变好，束缚水饱和度逐渐减小，当孔隙度大于15.00%或渗透率值大于3.00×10-3μm2时，束缚水饱和度小于30.00%，与低渗透气藏非常相近。束缚水饱和度小于35.00%的样品为44.04%，束缚水饱和度小于40.00%的样品达72.00%（图1）。气藏原始束缚水饱和度整体偏低，究其原因，微观孔隙结构的特征是影响束缚水饱度的内在因素，蓬二段储层为典型的孔隙型储层，喉道以孔隙缩小型为主，呈双峰特征，分布区间为0.07～0.75 μm、0.75～7.50 μm，主要以后者的中-粗孔喉峰值为主，赋存束缚水的微细孔喉较少[6-9]。因此束缚水饱和度较低，相应的开发中后期可动水饱和度较低，气井产水和井筒积液较少。

图1 新场气田蓬二段气藏束缚水饱和度分布特征

2 多层叠置毯状致密砂岩气藏

多层叠置毯状致密砂岩气藏以新场气田沙二段气藏为典型代表，具有毯状、叠合程度高、异常高压的特征，为中低孔、致密砂岩气藏。

该气藏样品共计33 个，分别取自X804 井、X808井、CX132 井等12 口气井沙二段4 个砂层组，半渗透隔板法测定的束缚水饱和度为44.42%～70.95%，平均为54.18%，与新场气田蓬二段气藏相比，明显偏高且变化范围更大，主峰值分布在50.00%～55.00%（图2）。该气藏储层孔隙半径较大，主要分布在100.00～180.00 μm，平均为135.00 μm，但细微喉道、片状、缩颈状喉道发育，孔喉分选性差，呈多峰特征，微细喉道较多，主要分布在0.10～0.93 μm，平均为0.20 μm，具有大孔细喉的特征，原始地层水极易被捕集在孔喉尺寸急剧变化处或微细孔喉中，同时被微细喉道所控制的较大孔隙中也存在一定的束缚水[10-12]。当渗透率小于0.10×10-3μm2时，束缚水饱和度大于60.00%，渗透率越低，束缚水越多。束缚水饱和度大于50.00%的样品比例高达70.00%。该气藏束缚水饱和度整体较高，可动水饱和度亦较高，产水气井较多，加之其孔喉细微，渗透率低，在开采中启动压力梯度较大，井筒积液比新场气田蓬二段气藏严重。

3 砂泥薄互层毯状致密砂岩气藏

图2 新场气田沙二段气藏束缚水饱和度分布特征

砂泥薄互层毯状致密砂岩气藏以洛带气田一段气藏为典型代表。以毯状为主，为常压、特低孔、致密砂岩气藏。

该气藏样品共计23 个，分别取自L58 井、L80井、JS6 井等11 口气井遂一段两个砂层组，半渗透隔板法测定束缚水饱和度为25.29%～79.65%，平均为48.09%，整体较高且变化范围较大，主峰值分布在40.00%～50.00%（图3），与新场气田沙二段气藏相比，其平均束缚水饱和度略低。虽然该气藏孔喉尺寸微细，但孔隙缩小型、管束状喉道较发育，因此孔喉尺寸差异较小，喉道分布呈单峰特征，主要分布在0.74～7.35 μm，分选性好，孔喉体积比偏小，减小了喉道“瓶颈”处的渗流阻力，加之发育少量的裂缝，微观上束缚水的捕集作用较新场气田沙二段气藏更弱，束缚水饱和度小于50.00%的样品比例达到65.22%，整体上该气藏束缚水饱和度相对较低。

4 产出机理探讨

图3 洛带气田遂一段气藏束缚水饱和度分布特征

三个典型气藏的束缚水饱和度差异明显。相比之下，新场气田沙二段气藏束缚水饱和度最高，洛带气田遂一段气藏次之，新场气田蓬二段气藏最低。新场气田沙二段气藏有70.00%的样品束缚水饱和度在50.00%以上。这些高值束缚水在一般油气层压力梯度条件下不能自由流动，原始状态为束缚水。开发生产中在较大压力梯度的作用下，或可动水的“诱导”下，部分束缚水可以转化为临界水，最终成为可动水参与流动。

核磁共振实验证明:不同渗透率的岩样在不同驱动压差下，其含水饱和度变化趋势基本一致。CX129 井渗透率（K）为0.02×10-3μm2的岩样，当驱替压差从1.73 MPa 增加至3.51 MPa 时，可动水饱和度从10.96%增加至16.30%；CX469 井渗透率为0.25×10-3μm2的岩样，当驱替压差从1.04 MPa 增加至3.57 MPa 时，可动水饱和度从28.55%增加至37.52%。可见，随着驱替压差的增加，其可动用水饱和度快速增加（图4），渗透率越高，增加越快，捕集在大孔喉边角处的水膜最易发生流动，由此诱发、捕集在更小孔道处的残余地层水参与流动。

新场气田沙二段气藏核磁共振法测定的可动水饱和度为11.10%～43.45%，平均为29.43%。可动水量随着物性变化，物性越好，可动水量越大。究其原因，物性越好，束缚水的稳定性越差，在一般生产压差作用下，或气流的带动下很容易流动，同时在润湿性和毛管力的作用下，与物性差的小孔喉中的束缚水连在一起，成为更大的连续相，从而诱发物性差的孔喉中的束缚水也参与渗流，与天然气一同从储层中产出。

图4 沙二段气藏不同驱替压差下可动水饱和度特征

此外，成藏过程中，由于烃类充注驱替原始地层水在储集体空间不平衡或不彻底，气藏内部存在由物性变化而形成水的小圈闭“富水带”。这些含水饱和度较高的“富水带”，多数为可动水，压力条件稍有变化就参与流动，从而诱发其他孔隙空间中的束缚水参与流动，这是无明显边底水气藏生产过程中产水的主要原因。

气井排水采气是新场气田沙二段气藏开发中后期一项重要的工作，在开发过程中，切忌放大生产压差提产，一旦原始束缚水开始参与流动，气井产能就会急剧递减，导致可采储量降低。对于已产水井，加强泡沫排水采气工艺的早期介入，对于延缓气井产能递减具有一定作用。

5 结论

（1）不同类型的气藏具有不同的束缚水分布特征，新场气田沙二段气藏平均束缚水饱和度最高，达到54.18%，分布范围大，最高达70.00%，洛带气田遂一段气藏次之，达到48.09%，新场气田蓬二段气藏最低，仅有35.90%。

（2）微观孔隙结构的特征是影响束缚水饱和度高低的内在因素，孔隙半径较大，片状或缩颈状喉道发育，分选性差且微细孔喉较多，在这种“大孔、细喉”储层中，原始地层水极易被捕集在孔喉尺寸变化急剧处或微细孔喉中，导致束缚水饱和度偏高；而孔隙缩小型、管束状喉道较发育，分选性较好，微细孔喉占比较少或者孔喉体积比小，束缚水饱和度较低。

（3）新场气田沙二段气藏部分高值束缚水在较大压力梯度的作用或可动水的诱导下，部分束缚水可以转化为临界水，最终成为可动水参与流动，随天然气产出。因此，在开发过程中，切忌放大生产压差提产，一旦原始束缚水开始参与流动，将导致气井产水和开发中后期井筒积液。