自20世纪90年代实施大范围勘探^[1]至2014年, 苏里格气田的累计探明与基本探明天然气储量已接近3.0×10⁸m^3[2], 成为中国第一特大型气田。多年来的勘探成果显示, 苏里格气田上古生界气藏资源总量巨大, 大面积分布, 含气层段较多^[3], 但储层空间展布不稳定, 物性致密且非均质强, 气水混相无统一界面, 含气性不均一, 成藏系统众多^[4-9], 因此气藏的分布规律与含气特征十分复杂^[10]。

本研究在前人研究的基础上, 针对研究区复杂的含气特点, 从宏观至微观, 深入分析盒8段、山1段气藏的气水分布规律与控制因素。

1 宏观气水分布控制因素分析

现有的研究成果表明, 鄂尔多盆地上古生界烃源岩具有“广覆式生烃特征”^{[2-4, 11]}, 地层发育稳定, 构造相对不发育, 生成的天然气就近运移至岩性圈闭成藏^[12-13], 因此具有大面积分布的特征。但是, 研究区不同区块的生排烃强度不同, 储层分布不稳定, 因而气藏的宏观分布受其制约。

1.1 生烃强度因素

对于鄂尔多斯盆地苏里格气田上古生界气藏而言, 区域性的高生排烃强度意味着气源与充注动力更加充足与强劲。生排烃强度相对高的区域, 气产量高, 水产量低; 生排烃强度相对低的区域, 气产量降低, 水产量增加。生烃强度^[1]与前人气水分布方面的研究成果^{[7, 14-16]}均体现出含气性与上古生界烃源岩的生烃强度具有较强的正相关关系, 因此生排烃强度控制着气水分布的总格局。

1.2 源储配置因素

在“大面积生烃, 蒸发式排烃, 弥漫式充注”的成藏模式下^[17-19], 天然气生成、运移、充注与聚集成藏是连续的过程。成藏充注动力、充注强度都随运移距离的增加而降低, 近源储层在气源供给、充注动力等方面具有“近水楼台”的有利成藏优势, 所以能够优先成藏。

以盒8段与山1段为例, 各区带盒8段孔隙度与渗透率基本上大于山1段, 但含气饱和度却低于山1段5%~25%。所以, 源储配置关系控制着气藏纵向分布的总格局, 近源储层具有先天性成藏的优势。

1.3 储层展布因素

鄂尔多斯盆地上古生界地层为三角洲体系和湖泊体系沉积^[20-21], 沉积的砂体往往以透镜状、河道条带状或叠置形态分布, 砂体形态的多样性使气藏表现为“岩性集群式成藏”^[22]。气藏在平面上显示为大面积展布, 实际上为纵向叠合。因此, 砂体的展布形态决定了气藏分布的空间形态(见图 2)。

但是, 砂体的空间展布与气藏并不完全重合, 致密气藏以及气藏中的“甜点”在空间不稳定地发育, 使气藏的连续性介于连续与不连续之间, 表现为准连续的特征。

2 微观气水分布控制因素分析

气藏内部细致的气水分布规律直接关系到开发效果, 一直是学界研究的焦点。中国学者很早就注意到三角洲相致密砂岩气藏的气水关系复杂、无统一气水界面、无明显边界的特点^[23]。本研究针对上述气藏特征, 通过单一砂层的地质条件分析, 探讨储层内气水分布的微观控制因素。

2.1 储层物性因素

取心样品实测分析结果表明, 研究区由于物性致密, 较强的毛细作用阻碍了气水的分异作用, 天然气与地层水“弥漫式”地分布于储层内部, 含气性与物性呈正相关。受储层非均质性的影响, 含气饱和度并不均一(见图 3)。

本研究将多井、多段储层的物性与含气饱和度进行交会, 发现二者之间没有明显的相关性(见图 4)。分析认为, 物性与含气性正相关的前提是其他成藏要素相同或差别不大; 而苏里格气田的生排烃强度、充注方式、充注强度、物性以及孔喉结构都具有不同程度的差异, 含气饱和度的影响因素较多, 所以物性不是含气差异性的唯一控制因素, 对含气性没有绝对控制作用。因此, 在多井、多段储层内, 物性与含气性的关系复杂, 没有明显的正相关性。

2.2 孔喉结构因素

由于盒8段、山1段为岩性集群式成藏, 不同区块、不同层位、不同砂体的沉积背景、成岩演化存在差异, 所以储层的孔喉结构并不一致。在同等成藏条件下, 被相对宽大的喉道连通的孔隙可以被较好地充注, 被相对窄小的喉道连通的孔隙难以充足, 含气性差于前者。储层大孔喉的比例高, 同等成藏条件下含气饱和度也高。如苏里气田中区发现井S-L井的单层砂体内, A样块与B样块取样间隔约2 m, 孔隙度与渗透率无明显差别, 但中值半径A样块远大于B样块, 大孔喉相对更发育, 因此在同等成藏条件下含气饱和度明显更高(见表 2)。

2.3 充注方式因素

由于充注方式的不同, 储层的含气饱和度也可能有所区别:一是因储层致密存在非达西流, 使储层不同部位获得非均质充注^[24-29]。二是由于源岩与储层、储层与储层之间的配置关系多样化, 致使充注方式不同, 最终体现为含气饱和度的差异性。砂岩透镜体相对封闭, 持续充注过程中气含量不断累积, 含气饱和度可能较高; 连通性好的空间叠置砂体或河道砂体, 由于砂体的封闭性不足, 充注时则可能通过最佳运移通道继续向上或侧向运移(见图 5)。

学者王震亮提出了“烟囱式运移”^[30]理论。以东区全取心井SD-OYYO-YOS井为例(见表 3), 2^#与3^#近源储层上部泥岩发育厚度较薄, 天然气能够持续向上运移, 致使本段储层充注的累积不足, 含气饱和度反而小于上部的1^#远源储层。而最佳运移通道的侧部, 储层气源供给充分, 含气饱和度高; 储层远离通道的边部与侧部, 含气饱和度相对偏低。该含气特点亦为前人的研究所证实^[31-34]。

3 共同作用因素分析

苏里格气田盒8段、山1段成藏模式下的一些成藏要素对含气性具有叠加、相对等价或互补作用。如随着源储距离增加, 气源供给量与充注动力减小, 成藏的可能性逐渐递减。当气源供给量充足, 充注动力强劲时, 较差的储层也可能形成较高的含气饱和度。

4 结论

1) 研究区上古生界源岩的生烃强度、源储配置关系控制了区域气水分布的宏观格局。在大面积生烃与就近成藏的模式下, 高生烃强度区与近源储层是气藏的相对富集区域与层位。储层砂体的展布形态决定了气藏分布的空间形态, 气藏虽然在平面上显示为大面积展布, 但实际上为纵向多层叠置, 其形式为岩性集群式的成藏。储层的致密性与非均质性控制气水分布的微观格局, 造成气水在储层内“弥漫式”地分布, 不同部位的含气饱和度不均一。

2) 苏里格气田盒8段、山1段储层砂体的展布具有多样性, 物性致密且非均质, 不同层位的含气饱和度有所差异; 致密气藏以及气藏中的“甜点”呈空间不稳定发育; 气藏形态连通而成藏系统却并不统一, 连续性介于连续与产连续之间, 其类型为准连续型致密砂岩气。