子洲气田气水倒置的成因分析

徐 森，朱玉双，李晓芸，樊志强

(1.西北大学 大陆动力学国家重点实验室，陕西 西安 710069;2.中国石油天然气股份有限公司 长庆油田分公司 第二采气厂，陕西 西安 710200)

气水倒置显现是1976年在加拿大西部的阿尔伯达盆地发现了巨型的深盆气田所引起的［1］。由于这类气藏主要发育于传统的油气地质理论认为不可能形成油气聚集的向斜或凹陷低洼地带，所形成的现象也就出现了气水倒置。然而气水倒置违背了基本的物理学定律［2］。所以其存在性也就引起争论。深盆气与常规圈闭气的圈闭遮挡有着一定的区别，庞雄奇等［7］研究认为，深盆气圈闭的形成存在一个地质门限，进入这一门限，就能形成深盆气圈闭。而这个门限的地质意义是什么?深盆气的地质意义是什么?

1 气水倒置存在的可能性

1.1 子洲气田中的气水倒置现象

子洲气田榆W区属于富水区域(图1)，投产的2口气井洲32－A及榆W井日产水量超10方，经研究分析为地层水。从剖面图上看(图2)，可以看到右侧的洲32－B井位于鼻隆的下部，测井解释及生产证明为气层。而在其剖面的左侧鼻隆高点的洲32－A井测井解释含水饱和度较高。生产中洲32－A产水，洲32－B试气未产水，并且成为新的无阻流量百万方井。这就出现了高点为水、低点为气的气水倒置现象

图1 富水区位置图

图2 榆W—洲32－B剖面图

1.2 物理学中的气水倒置可能性

1.2.1 开放空间中的气水分布

开放空间中的气水根据阿基米德定律，重力分异作用会按照密度大小把气水分层，出现气上水下。若人为气水倒置在开放空间中，很快就会反转成稳定的气上水下分布状态。

图3 开放空间中天然气受力图

1.2.2 均匀孔喉中的气水分布

低渗透气藏中孔隙吼，但依然受流体力学限制，当吼道中的饱含地层水，气体通过时就会出线图4的情形。气泡的受力状况如气体在顶部 a点受到一个向下的毛管压力的作用，气泡在底部 b点受到一个向上的毛管压力的作用，其数值与 a点相同。由因此，均匀毛细管中毛管压力对气泡不起作用。浮力和重力的合力向上［2］，因此，无论岩性物性差别，在均匀介质中，油气就能够向上运移。

图4 均匀孔喉中天然气受力图

1.2.3 上粗下细孔喉中的气水分布

如图5所示，在上粗下细吼道中，气体在顶部a点受到一个向下的毛管压力，在底部 b点受到一个向上的毛管压力，除了受到浮力和重力的合力基础上，还受到毛管压力的作用。下部孔隙半径小，毛管压力大，所以当气泡由小孔隙向大孔隙运移时，运移的动力更充足，这也是天然气从烃源岩石中运移的动力所在，因此气水倒置在上粗下细的吼道中也是不可能存在的。

图5 上粗下细孔喉中天然气受力图

1.2.4 下粗上细孔喉中的气水分布

既然上述几种均不可能出现气水倒置现象，那么在下粗上细的孔喉中依然遵守阿基米德定律。与上粗下细的孔喉相同(图6)，在气体在顶部 a点受到一个向下的毛管压力，气泡在底部b点受到一个向上的毛管压力，由于细孔喉毛管力大于粗孔喉毛管力，合力向下，又受到浮力和重力向上的合力，，所以当气体浮力、重力、毛管力合力小于等于0的时候，气体便停止运移。这也就是毛管力的合力大于等于重力与浮力的合力时，气泡停止运移。也就是常说的盖层封堵作用，其中的地层水流动缓慢，气体基本被封堵在粗吼道中。

3 气水倒置原因分析

从图6中可以看出，当遇到下粗上细的孔喉时，细吼道中的水出现在了粗吼道气体的上方，出现了气水倒置。然而这种气水倒置隙结构就是盖层的封盖作用，在鄂尔多斯盆地气田开发中已经证明，不仅泥岩、页岩可以作为盖层，致密砂岩也可以作为很好的盖层，特别是在靖边气田出现了砂岩作为盖层，多裂隙泥页岩作为储层的现象。

(1)观察尺度导致的“气水倒置”:从图7中可以看出当对连通性认识不清时，容易将两套认为是一套砂体，就会在大尺度范围内认为出现了气水倒置，可以通过试井，井间地震等方式证明为两套独立砂体，排除气水倒置。

图6 下粗上细吼道中天然气受力图

(2)在泥包砂的岩性油气藏(鄂尔多斯盆地油气藏常见)中:泥岩作为了盖层和遮挡条件，而储层内部的气水分布是正常的，即没有发生气水倒置。虽然气藏泥页岩围岩中都存在地层水，但都不是气水倒置。在有效砂体中，气水分布依然是气上水下(图7)。

图7 岩性气藏中气水分布图

(3)在纯砂岩地层中:砂泥岩的区分在物性方面，泥岩也可以看作是砂岩逐步变细的结果，即物性逐步变差的结果。如果把图7的泥岩变成细砂岩或粉砂岩，就会看到经常出现在砂岩地层中现象(图8):

正因为致密砂岩和粉砂岩也可以作为很好的盖层，就会出现由于地层非均质性致使的物性圈闭(李传亮2008)现象，物性好的较粗砂岩成为储集层，物性差的细砂、粉砂岩成为盖层和遮挡。含水的致密砂岩和粉砂岩，其地层水流动能力较弱(图6)，成为由物性圈闭成为的物性气藏，这种气藏可以出现在鼻隆的任意位置，因此洲32－B井所在的砂岩鼻隆的下部是由于物性圈闭造成的气下水上的“气水倒置(粗砂岩含气，致密砂岩含水)”现象(图9)。

图8 砂岩地层中物性圈闭气水分布图

从测井数据上也可以看出物性的差异，洲32－A作为产水井，在射孔段通过测井曲线计算的泥质含量、渗透率、含水饱和度和孔隙度的平均值如表1。从中可以看出，同样为砂岩地层，洲32－B的物性明显好于洲32－A，正好符合图8中的现象，从测井方面证明物性圈闭对于气水倒置的解释。

表1 测井解释参数表

图9 物性圈闭的存在

4 结语

气水倒置放在物理层面是不可能出现的，在泥包砂的地层中由于观察范围造成的视觉上的气水倒置。在纯砂岩地层是由于物性差异导致的物性圈闭。物性圈闭就是“深盆气”地质上的表现，也就是所谓的地质门限。［3，4］

(1)从物理学角度看，开放空间、均匀孔喉和上粗下细孔喉中都不可能出现气水倒置现象，浮力大于重力以及毛管力的作用，成为了气体运移的动力。上细下粗型毛细管会因为毛管压力的封堵作用，而使天然其气聚集起来。

(3)岩性油气藏盖层或围岩中会流动缓慢的地层水，但都不是气水倒置。

(4)砂岩地层因非均质性造成的物性圈闭在鼻隆侧部或底部聚气成藏，并非气水倒置，而是物性油气藏所造成。

(5)洲32－A是物性圈闭所造成的气水倒置，与洲32－B通过测井证明存在物性差异。

(5)下一步可以通过干扰试井，确定洲32－A是否与洲32－B连通，如若连通就会出现图8的现象。

(6)针对这类“气水倒置”现象，今后开发中可以适当寻找鼻隆低部位的物性圈闭气。

［1］Masters J A.Deep basin gas trap，western Canada［J］.AAPG Bulletin，1979，63(2):152 －181.

［2］李传亮，气水可以倒置吗?［J］.岩性油气藏.2010，22(2):128－132.

［3］李振铎 ，胡义军，谭芳.鄂尔多斯盆地上古生界深盆气研究［J］.天然气工业.1998，18(3):10 －16.

［4］戴金星.向斜中的油、气藏［J］.石油学报.1983，4(4):27 －30.

［5］李明诚，李先奇，尚尔杰.深盆气预测与评价中的两个问题［J］.石油勘探与开发.2001，28(2):6 －7.

［6］何更生.油层物理［M］.北京:石油工业出版社.1994:192－194.

［7］李传亮.油气倒灌不可能发生［J］.岩性油气藏.2009，21(1):6－10.