梁積偉，李榮西，陳玉良

(1.長安大學(xué)資源學(xué)院，陜西西安710054; 2.西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710069)

地層水是油氣儲(chǔ)層中與油氣伴生的地下水，是油氣運(yùn)移的動(dòng)力和載體。地層水中常常保留了油氣運(yùn)移、聚集和成藏的信息［1-5］。地層水與石油、天然氣共存于同一地層流體系統(tǒng)中，它們之間存在著密切的成因聯(lián)系。從有機(jī)質(zhì)的熱演化到油氣生成、運(yùn)移和聚集成藏，乃至油氣藏后期破壞，地層水在其中都起到重要作用。因此，地層水化學(xué)成分及其分布特征在一定程度上反映了油氣形成與分布特征。研究地層水性質(zhì)及地球化學(xué)特征，推斷地層水的成因，對于發(fā)現(xiàn)油氣田油、氣、水分布規(guī)律，分析油氣運(yùn)移、聚集和油氣藏形成都具有重要意義［6-8］。

蘇里格氣田主力含氣層段為二疊系下石盒子組8段(盒8 段)和山西組1 段(山1 段)［9-10］。近年來，隨著蘇里格氣田勘探向西推進(jìn)，在蘇里格氣田西部探區(qū)盒8 段也見到了良好的氣層，部分井具有較高的產(chǎn)能;但是不同井產(chǎn)能差別較大，部分井出水嚴(yán)重。如蘇75井日產(chǎn)氣8.7 ×104m3，緊鄰的鄂6 井產(chǎn)氣僅為0.01 ×104m3、產(chǎn)水20.9 t;蘇60 井產(chǎn)水25 t，而其周圍緊鄰的蘇48、蘇41、蘇61、蘇18、蘇59 和蘇44 井分別產(chǎn)氣4.3 ×104，7.6 ×104，12.6 ×104，1.5 ×104，8.8 ×104和7.3 ×104m3。這些產(chǎn)能數(shù)據(jù)顯示，蘇里格氣田西部探區(qū)氣、水分布關(guān)系復(fù)雜，氣、水分布控制因素不明，由此影響了蘇里格氣田西部探區(qū)天然氣勘探進(jìn)展。本文通過研究蘇里格氣田西部盒8 段地層水性質(zhì)及地球化學(xué)特征，推斷地層水的成因，進(jìn)而指出天然氣富集有利區(qū)，希望對該區(qū)的油氣勘探有借鑒意義。

1 盒8 段地層水pH 值和礦化度

1.1 地層水pH 值

蘇里格氣田西部盒8 段地層水樣品統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，其pH 值在5.5～6.5，多數(shù)為6.0，偏酸性。偏酸性地層水也是油氣層地層水的一大特點(diǎn)［11］。

1.2 地層水總礦化度

蘇里格氣田西部盒8 段39 口井的水樣數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析表明，盒8 段地層水的總礦化度為5.47～79.12 g/L，主要分布范圍是30.55～69.32 g/L，平均43.69 g/L。對比表明，地層水礦化度高于地表水(一般為0.1 g/L 左右)，大部分?jǐn)?shù)據(jù)也高于海水礦化度(35 g/L)，但是低于下伏的馬家溝組地層水礦化度(130～356 g/L)［12］。一般情況下，地層水的礦化度可以反映出儲(chǔ)層封閉條件的好壞［13］。封閉條件好的儲(chǔ)層，地層水的礦化度相對較高。研究區(qū)盒8 段地層水封閉條件相對較好。

從蘇里格氣田西部盒8 段地層水礦化度等值線圖(圖1a)可以看出，盒8 段地層水的總礦化度值總體分布是以蘇86—蘇87—蘇135—蘇136—蘇2—蘇130—蘇98—蘇70—蘇53—蘇74 井一線為界，此線以北和以西地區(qū)礦化度大于40 g/L，此線以南和以東地區(qū)的礦化度小于40 g/L。這種礦化度的分布與砂體分布是一致的。由砂體邊緣向中心，總礦化度值增加，主要陰離子中的Cl-離子含量也增加，而HCO-3離子含量趨向減少，反映出由砂體邊緣向中心地層水逐漸濃縮的特點(diǎn)。盒8 段總礦化度平面分布主要出現(xiàn)3 個(gè)高值區(qū)(＞60 g/L)，分別為察1—鄂6—蘇65—蘇64 井區(qū)、蘇100—蘇52 井區(qū)和蘇56—蘇51 井區(qū)。這3 個(gè)高值區(qū)與砂體厚度等值線的高值區(qū)一致，即砂體厚度越大的地區(qū)，其地層水的總礦化度值越大，說明高礦化度的地層水為厚砂體原生地層水，封閉性好。

2 地層水陰、陽離子組成及水型

地層水的化學(xué)成分同油氣一樣，經(jīng)歷了復(fù)雜而漫長的演化過程。在沉積、埋藏、變質(zhì)及淋濾等水文地質(zhì)發(fā)展階段，地層水的水型和水化學(xué)特征會(huì)發(fā)生變化，形成新的水型和特殊的水化學(xué)性質(zhì)，反映了油氣層流體分布與變化特征。

2.1 地層水陰、陽離子組成

盒8 段地層水主要陰離子有Cl-，SO2-4和HCO-3，主要陽離子有K+，Na+，Ca2+和Mg2+。地層水的離子組成和濃度(r)，受其水動(dòng)力特征和水文地球化學(xué)環(huán)境控制，能反映油氣保存條件的優(yōu)劣。從39 口井地層水的主要陰、陽離子含量表(表1)和組成三角圖(圖2)中可以看出，蘇里格氣田西部盒8 段地層水具有如下水化學(xué)特征。

盒8 段地層水中Cl-離子含量在2 136～45 333 mg/L，Cl-離子含量最大占陰離子總量的99.72%(鄂6 井)，最小占81.81%(蘇14 井)，平均為93.15%;HCO3-離子含量在82～706 mg/L，平均304 mg/L，占陰離子總量的0.23%～11.42%(平均1.18%);SO離子含量也很低。這說明地層水處于封閉、缺氧的還原環(huán)境［14］。

盒8 段地層水陽離子以K++Na+和Ca2+離子占優(yōu)勢，Mg2+離子含量低為最明顯特征。

盒8 段地層水主要離子濃度(r)隨總礦化度(TDS)的變化見圖3。Cl-離子濃度隨總礦化度增大而增高，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.99;K++ Na+和Ca2+離子濃度也隨總礦化度增大而升高，其正相關(guān)性比Cl-離子略差;Mg2+，SO和HCO-3離子濃度與總礦化度呈散點(diǎn)關(guān)系。這說明，盒8 段地層水的總礦化度大小主要取決于Cl-，Ca2+和K++ Na+離子的含量。

圖1 蘇里格氣田西部盒8 段地層水地球化學(xué)參數(shù)平面圖Fig.1 Outline of geochemical parameters of formation water of H8 in western Sulige gas field

表1 蘇里格氣田西部盒8 段地層水化學(xué)離子含量對比Table 1 Comparison of ion contents of formation water of H8 in western Sulige gas field

2.2 地層水水型

水型是反映油氣運(yùn)聚與保存條件的重要水化學(xué)因素［15］。蘇里格氣田西部盒8 段地層水的水化學(xué)特征參數(shù)見表2。按蘇林的分類［16］，研究區(qū)內(nèi)水型為氯化鈣(CaCl2)型地層水(圖4)。氯化鈣型水分布區(qū)是區(qū)域水動(dòng)力相對阻滯區(qū)，為深盆滯留水，地下水強(qiáng)烈地濃縮，并發(fā)生脫硫作用，使SO離子含量急劇減少，而Cl-和Ca2+離子相對富集，反映了儲(chǔ)層封閉條件良好，對氣藏形成和保存十分有利。

據(jù)博雅爾斯基等人研究［17］認(rèn)為，氯化鈣水型可進(jìn)一步劃分為5 類(表3)。在盒8 段的水型分布圖上可以看出(圖1b)，盒8 段水型具有成帶分布特征。研究區(qū)內(nèi)主要為Ⅴ型水;Ⅳ型水分布區(qū)呈孤立狀，分布于蘇73—蘇52 井、蘇96—蘇69—蘇99 井、蘇136—蘇61井和蘇60—蘇42 井區(qū)域;僅北部蘇100 井見出現(xiàn)Ⅲ型水?？傮w來說，研究區(qū)盒8 段地層水水型特征表明其有利于天然氣的聚集和保存。

3 地層水化學(xué)特征參數(shù)

圖2 蘇里格氣田西部盒8 段地層水主要陽、陰離子組成(r)三角圖Fig.2 Triangular diagram showing the major cation and anion concentration(r)of formation water of H8 in western Sulige gas field

圖3 蘇里格氣田西部盒8 段地層水主要離子濃度(r)隨總礦化度(TDS )的變化Fig.3 Variations of ion concentration(r)with total degree of salinity (TDS)of H8 in western Sulige gas field

地層水的化學(xué)特征參數(shù)通常包括鈉氯系數(shù)、脫硫系數(shù)、變質(zhì)系數(shù)及鎂鈣系數(shù)等，其成因、變化規(guī)律能夠反映油氣的運(yùn)移和保存信息。

3.1 鈉氯系數(shù)( /)

盒8 段地層水的鈉氯系數(shù)較低，在0.30～0.78，平均0.45，絕大多數(shù)井小于0.50。在盒8 段，鈉氯系數(shù)等值線呈帶狀分布(圖1c)，與砂體分布具有一致性。在砂體中部，鈉氯系數(shù)較小;而在砂體邊部，鈉氯系數(shù)增大。鈉氯系數(shù)越小，對氣藏的聚集與保存越有利［9-10，18］。

表2 自然界地下水水型判別標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Classification and discrimination criterion of groundwater

3.2 脫硫系數(shù)(2 ×100 ×/)

盒8 段地層水的脫硫系數(shù)在0.34～12.53，平均4.19。脫硫系數(shù)越小，地層水封閉性越好［9-10，18］，越有利于氣藏的聚集與保存。

3.3 變質(zhì)系數(shù)［(rCl --)/］

盒8 段地層水的變質(zhì)系數(shù)為2.08～180.01，平均20.79。在盒8 段，變質(zhì)系數(shù)等值線也呈與砂體一致的帶狀分布(圖1d)。變質(zhì)系數(shù)越大，表明水巖作用的強(qiáng)度和離子交換的程度越大，油氣藏封閉性越好，越有利于油氣保存［9-10］。盒8 段變質(zhì)系數(shù)大于10 的高值區(qū)是天然氣最有利富集區(qū)。

圖4 蘇里格氣田西部盒8 段地層水蘇林成因分類Fig.4 Surin genetic classification diagram of the formation water in H8 in western Sulige gas field

3.4 鎂鈣系數(shù)( /)

4 結(jié)論和討論

蘇里格氣田西部盒8 段地層水具有如下特征:

1)地層水具弱酸性，中-高礦化度，水型以氯化鈣Ⅴ型水為主，局部有氯化鈣Ⅳ型和Ⅲ型水。

2)地層水的離子含量高低差異懸殊，以Cl-離子和Ca2+離子占優(yōu)勢。

表3 氯化鈣型水詳細(xì)分類(博雅爾斯基，1970)Table 3 Classification of the calcium chloride type water(from Burson-Marsteller Chhabra，1970)

圖5 蘇里格氣田西部石盒子組盒8 氣藏剖面(剖面位置見圖1a)Fig.5 Cross section of the H8 gas reservoir in western Sulige gas field (see Fig.1a for the location)

3)地層水化學(xué)特征參數(shù)具有鈉氯系數(shù)低、脫硫系數(shù)高、變質(zhì)系數(shù)高和鎂鈣系數(shù)低的特征，地層水具有油氣伴生水特點(diǎn)，屬于天然氣充注時(shí)留下的殘余地層水，形成于封閉、還原的水文地球化學(xué)環(huán)境。

4)盒8 段地層水的地球化學(xué)特征在空間上存在差異，表明盒8 段地層水不屬于統(tǒng)一的流體場。

對于低滲透性巖性氣藏來說，構(gòu)造對地層水分布的影響程度相對較弱?？碧綄?shí)踐也證明，蘇里格氣田西部探區(qū)盒8 段不存在統(tǒng)一的邊水和底水［9］。而地層水與砂體分布和成藏的關(guān)系可能更為密切。按照沉積旋回，盒8 段可以進(jìn)一步分為4 個(gè)含氣砂層，從上向下分別為盒8上(1)、盒8上(2)、盒8下(1)和盒8下(2)。推測蘇里格氣田西部地層水可能受以下3 個(gè)因素控制。

1)孤立砂體控水

透鏡狀孤立砂體在天然氣充注時(shí)，原始地層水排出受透鏡狀孤立砂體限制，該類型儲(chǔ)層砂體含原始地層水。蘇60 井盒8上(1)砂體、蘇65 井盒8上(2)砂體和蘇65 井盒8下(1)砂體都屬于孤立砂體控水(圖5)。

2)弱動(dòng)力生烴氣水驅(qū)替不完全殘留水

砂體因成巖致密滲透性變差，或者由滲透層變成不滲透層，氣、水置換不徹底，殘余地層水被砂體封閉。

3)弱動(dòng)力成藏大砂體低部位滯水

由于蘇里格氣田西部遠(yuǎn)離生烴中心，也不在天然氣運(yùn)移的優(yōu)勢方向，所以天然氣供給能力有限，造成氣、水驅(qū)替動(dòng)力不足，使連通性好的大砂體低部位殘留了原始地層水，造成大砂體低部位只產(chǎn)水、不產(chǎn)氣。蘇60 井盒8上(2)發(fā)育大砂體，該砂體南北向延伸大于50 km，厚度25 m。蘇60 井位于構(gòu)造低部位，使得蘇60 井處大量產(chǎn)水(圖5)。

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