基于充注模拟实验的致密砂岩气成藏过程分析——以鄂尔多斯盆地为例

【作者】 赵子龙； 赵靖舟； 曹磊； 王江涛；

【机构】 西安石油大学地球科学与工程学院； 陕西省油气成藏地质学重点实验室；

【摘要】 鄂尔多斯盆地是我国致密砂岩气最为富集的盆地之一,已发现的有苏里格、榆林、乌审旗、子洲和大牛地等5个储量超过上千亿方的致密砂岩大气田。近年来许多学者（戴金星等,2012;赵靖舟等,2012a,2012b,2012c,2012d,2013;李军等,2013;曾溅辉等,2014;刘圣鑫等,2014）在天然气充注成藏过程等问题上,应用不同的研究方法,对其开展了大量、细致的研究工作,然而,有关致密砂岩气渗流机理,物性上、下限及充注过程等问题的认识,还存在争议。其中渗流机理和充注过程的认识,目前存在如下4种观点:1)非浮力驱动的短距离或长距离的二次渗流充注过程（Schmoker,1995,2002;Law,2002）;2)浮力驱动的长距离二次渗流充注过程（Shanley,2004;Cant,2011;）;3)非浮力驱动的初次运移或短距离二次渗流充注过程（赵靖舟等,2013;Zhao,et al,2014）;4)异常高压驱动下的幕式涌流和扩散作用引起的扩散流的渗流充注过程（李军等,2013）。后两种观点是从天然气地球化学特征、运移动力和输导条件等方面综合论证得出的,得到了大多数学者的认可。对物性上、下限进行定义且在研究方法上做了详细地介绍（郭睿,2014;姜航等,2014;杨玲等,2014）,目前存在如下观点:1)致密砂岩储层孔隙度下限分别为8.61%、4.67%和5.21%,渗透率下限为0.05×10^-3μm²（蒋裕强等,2010）,该学者应用启动压力梯度对不同层位确定其物性下限;2)孔隙度和渗透率下限分别为2.5%和0.025×10^-3μm²（白工等,2013）,基于经验统计法、最小流动半径法和统计分析方法进行综合论证。鉴于此,本文基于天然气充注模拟实验,对鄂尔多斯盆地苏里格气田、榆林气田致密砂岩气成藏过程进行了分析,并建立了天然气充注模式。研究表明,致密砂岩中天然气的充注存在启动压力,不符合经典的达西定律,主要为非达西流（图1）。致密砂岩气成藏的孔隙度、渗透率下限分别为1.5%和0.03×10^-3μm²,上限值分别为15%和10×10^-3μm²,结合生产实践,进一步确定工业气流的孔隙度、渗透率下限分别为4.5%和0.1×10^-3μm²。天然气的充注成藏可以分为三个阶段:1)非达西流缓慢充注阶段。随着充注压力的增加,在启动压力梯度<充注压力梯度<临界启动压力梯度时,天然气以非达西流的形式,缓慢、优先充注到致密砂岩中阻力较小的大孔隙中成藏（图2a）,鉴于国内外研究学者对致密砂岩气藏的研究,可知该阶段的天然气充注是致密砂岩气主要的充注成藏阶段;2)达西流快速充注阶段。临界启动压力梯度<充注压力梯度<最大成藏动力,天然气充注成藏的动力基本克服了致密砂岩中所有的运移阻力,气体以达西流快速充注成藏为主,随着充注动力的增大,致密砂岩中较小的孔隙和喉道被天然气进一步充注,运移路径进一步扩大（图2b）,由于天然气在此阶段中充注较快,致密砂岩物性较差,充注动力不能瞬时使得致密砂岩引起孔隙和喉道的进一步扩充等,此充注阶段不是天然气聚集成藏的主要阶段;3)达到充注极限,含气饱和度稳定阶段。天然气充注成藏的动力达到最大成藏动力时,天然气以达西流快速平稳地充注成藏,孔隙和喉道最终被天然气占据,主充注成藏路径最终形成（图2c）,天然气在致密砂岩中的最大含气饱和度趋于稳定,最终形成有效气藏,成为勘探开发的优选目标。更多还原