板876地下储气库水砂体评价与扩容利用❋

谢 俊， 潘芝平， 王亚洲， 梁会珍， 王皆明， 王金凯

(1.山东科技大学地球科学与工程学院，山东 青岛 266590； 2. 山东省高校深部矿产资源勘查开发地质研究重点实验室，山东 青岛 266590；3. 中国石油华北油田分公司第四采油厂，河北 廊坊 065007； 4. 中国石油勘探开发研究院，河北 廊坊 065007)

板876地下储气库自2002年6月建成投入运行后，经历了多轮的注采周期，但目前工作气量规模仅1.15×108m3[1]，储气库扩容速度缓慢，远未达到设计的工作气规模。由于该储气库地质构造的非均质性、储气库注采周期性及调峰气量的变化、气水界面周期性往复进退等特点，产生气侵、水体锥进[2]，造成气水非活塞指进或舌进现象，进而形成水封气或气侵，使建库后气水运动规律复杂化，降低气库的扩容效率[3-4]，如何提高气库库容和注采气能力，是板876地下储气库现阶段面临的主要问题。

枯竭气藏改建地下储气库技术和流程非常完善，而地下含水层改建地下储气库仍存在许多技术难题[5-7]，地下水体在储气库注采过程中容易产生水侵现象，减少了储气库的有效存储空间[8]，国内外文献关于水砂体的研究主要集中在水体能量、水侵量、水体侵入后的相态变化等方面[9-10]，很少有文献提及地下水层再利用的研究。枯竭气藏周边及邻近的边水、底水层(水砂体)具有物性好、流动性强、储集空间大等特点[11-12]，可以作为地下储气库的扩容空间，开展水砂体评价工作有助于枯竭气藏改建型地下储气库的达容和扩容，也对天然含水层改建地下储气库具有指导意义。

1 储气库地质概况

板876地下储气库由开采枯竭的板876气藏改建而来，位于板桥油气田板南中部，大张坨断层上升盘[13]。含气层位为下第三系沙一段下部板II油组1小层，包括3个单砂体(板2-1-1、板2-1-2、板2-1-3砂体)。该气藏为一背斜，处于一四周由断层封闭的断块内，断块面积8.5 km2。含气面积2.9 km2(见图1)，天然气地质储量5.36×108m3，凝析油地质储量13.2×104t。板876气藏表现出辫状三角洲沉积特征，河道分支多且迁移频繁，水下分流河道沉积构成了沙一段板II油组的骨架砂体，河口砂坝则不发育或者规模小。

1998年4月板876气藏天然气可采储量采出程度99.95%，气水界面由2 244 m上升到-2 210 m(见图1)，气藏枯竭，从而改建地下储气库，板876地下储气库2002年6月建成并投入运行，目前已经历了16个注采运行周期，注采实际工作气量仅维持在1.15×108m3左右，储气库库容量为(3.0～3.2)×108m3。

2 不同沉积相带水砂体可利用空间评价

板876气藏板II油组发育辫状三角洲沉积，由辫状河道入湖所形成的三角洲沉积体，是沿断陷盆地缓坡带短轴方向所发育的细粒三角洲，三角洲沉积的最大厚度位于坡折带附近，沉积主体为三角洲前缘沉积，其主要沉积微相有辫状河道、河口砂坝、席状砂和分流间湾等。

(A：大港储气库群位置图；B：板876储气库构造图；C：板876沉积微相与气水界面变化叠加图。A：The location map of Dagang gas storage group；B：The structural map of ban 876 gas storage；C：The superposition diagram of deposition microfacies and gas-water interface changes in plate 876.)

图1 板876地下储气库位置示意图及气水界面变化对比图
Fig.1 The schematic diagram and comparison diagram of gas-water interface changes of the Ban 876 underground gas storage

辨状河道和河口坝的砂体好，可以利用，席状砂的砂体较差，在气藏边部水淹和储气库沿主河道布井情况下，利用率小，因此不再考虑席状砂内的气体孔隙体积。辨状河道的物性好，砂体分布范围广，厚度大，连通性好，孔隙度大，喉道相对较粗，气驱水利用率高，有利于气体的运移[14]，考虑束缚水后，选取的孔隙体积利用率为100%；相比辨状河道，河口坝的物性较差、砂体分布范围小、粒度小、厚度薄、孔隙度小、喉道细，因此，孔隙体积利用率较低，根据室内模拟实验结果可按50%计算[15]。从沉积相分析，气砂体有效孔隙体积141.7×104m3，而气砂体的总孔隙体积为195×104m3，因此，总的气砂体利用率为73%。

可利用孔隙空间的计算一般依据容积法，但由于不同沉积相带的孔隙差异较大，需要借助精细的三维地质模型，对不同沉积相带单个网格孔隙体积计算后累加，计算了原始状态下不同沉积微相控制下的水砂体、气砂体孔隙体积(见表1，2)。从沉积微相来分析水砂体，研究区内辨状河道、河口砂坝和席状砂的水体孔隙体积与有效气孔隙体积的比值分别为0.76，1.7，7.27，与席状砂相比，河道与河口坝的水体规模较弱，但二者的物性好，砂体厚度大，属水体相对发育区，以板2-1-1砂体为例，水砂体相对发育区的孔隙体积为107×104m3，而两个不发育区的水体孔隙体积为72×104m3，板2-1-2和板2-1-3砂体内的河道和河口坝的水体能量较强，因此水砂体相对发育区可作为可扩容区域。图2为研究区板II油组主要含气层1小层3个单砂体在沉积微相内的水体相对发育区和不发育区分布图，图3显示了原始气藏状态下不同单砂体和不同微相下控制的水砂体孔隙体积。

图2 不同小层沉积微相控制下的水砂体相对发育分布图Fig.2 The distribution diagram of water-sand bodies in the different microfacies small layers

图3 原始气藏状态下水砂体所占的孔隙体积Fig.3 The pore volume of water-sand bodies in the original reservoir

表1 原始状态下不同沉积微相控制下的气砂体规模Table 1 The size of gas-sand body in different sedimentary microfacies in the original state

Note：①Bian shape channel;②Estuary dam;③Sand sheet;④Total.

表2 原始状态下不同沉积微相控制下的水砂体规模Table 2 The size of water-sand body in different sedimentary microfacies in the original state

Note：①Bian shape channel；②Estuary dam；③Sand sheet；④Total.

表3 原始状态下沉积微相中可扩容的体积Table 3 The expanding volume of a sedimentary microfacies in its original state

Note：①Bian shape channel；②Estuary dam；③Sand sheet；④Total.

3 可扩容规模估算

由沉积微相水砂体评价可知，研究区的水体相对发育，如果仍按气砂体评价的砂体利用率来计算，从沉积微相考虑，水体相对发育区为辨状河道和河口砂坝，能利用的水砂体孔隙体积分别为84×104，54×104m3，以含气饱和度为30%计算，则最终可以利用的孔隙体积分别为25.2×104，16.2×104m3，按照标准气态方程计算地面气体储气量分别为0.52×108，0.34×108m3，即总的可扩容量为0.86×108m3(见表3)。

水砂体中可扩容体积为41.4×104m3，在原始压力下，扩容量为0.86×108m3，气水界面以上可利用的气砂体地面标准储气量为(3～3.2)×108m3，水砂体中可扩容量为0.86×108m3，最终可达到的地质储量分布在(3.86～4.08)×108m3范围内，由于砂体内的细喉道，在原始压力下，气体很难占据这些孔隙，因此，只有当水砂体的孔隙体积被充分利用之后，储气库的库容量方可达到最大。

4 数值模拟验证

在组分延伸与相态特征研究的基础上，对等容衰竭过程中的地层反凝析液量进行实验分析[16-17]，并拟合原始凝析气的初始生产气油比、液相密度及气相密度，对板876凝析气藏根据沉积微相差异进行流体分区，共划分了三个不同的相对渗透率区域，进行气藏数值模拟研究。

由于边水的存在，气藏开发过程中随着气藏内部压力的不断下降，气水过渡带区域有比较明显的水侵。河道砂体的物性相对较好，气体的流动速度快，压降程度高，会形成比较明显的压差，水侵比较严重，而河口坝砂体和席状砂的物性条件差，砂体厚度薄，渗流阻力大，其在平面上的水侵不明显，该结论与数值模拟结果吻合(见图4)。

图4 板876凝析气藏B2-1-3砂体含水饱和度对比图Fig.4 The comparison diagram of water saturation of the sand body B2-1-3 in the Ban 876 condensate gas reservoir

受储层物性条件和井网控制程度的影响，气体的扩散和收缩主要集中在主流线方向上，注气过程气体在主流线附近气体向水域扩展程度明显，采气过程中水侵的程度也相对较大，单周期统计水侵量约为31×104m3左右，主流线水域扩展区宽度约350 m(见图5)。

图5 板876储气库过渡带井网布局与砂体动用程度图Fig.5 The diagram of well pattern layout and sand production degree in the transition zone of the Ban 876 underground gas storage

本次模拟中，气藏烃类孔隙体积为193×104m3，计算得到水体体积为386.83×104m3，以此得出水体体积为含气体积的2倍，这与气藏开采过程中边水供给能量较弱、地层压力下降较快相一致。

5 结论

(1)通过对水砂体的描述和评价，可利用水砂体扩容量为(0.86～0.88)×108m3，因此，板876地下储气库最终可达到的库容量为(3.86～4.08)×108m3。

(2)板876地下储气库建设表明：枯竭气藏周边及邻近的边水、底水层(水砂体)具有物性好、流动性强、储集空间大等特点，可以作为地下储气库的扩容空间，对其它类似储气库建设具有指导作用。