支龍飛

（西安石油大學(xué)，陜西西安710065）

地層水特征與油氣保存條件的研究

支龍飛

（西安石油大學(xué)，陜西西安710065）

以胡尖山延8和延9儲(chǔ)層為例，通過研究其地層水測(cè)試數(shù)據(jù)，分析該地層水的化學(xué)組成特征及變化規(guī)律，在已知區(qū)域沉積和構(gòu)造的基礎(chǔ)上，對(duì)油田水的成因類型進(jìn)行劃分。水化學(xué)特征分析表明，延8和延9油層組地層水主要陽(yáng)離子中，K++Na+含量最高，Ca2+次之，Mg2+最??；主要陰離子中，Cl-含量最高，HCO3-次之，SO42-最小，其中K++Na+、Cl-有向組分端元集中的分異特點(diǎn)。延8和延9油層組地層水水型均為氯化鈣型油藏，該型油藏水文地質(zhì)分帶處于緩慢水交替帶，構(gòu)造的閉合程度屬于弱沖洗的未開啟構(gòu)造。根據(jù)國(guó)內(nèi)外許多油氣田水化學(xué)統(tǒng)計(jì)，并對(duì)比各種水化學(xué)特征系數(shù)值，延8和延9油層組地層水完全符合油氣伴生水的特點(diǎn)。

油田水；油藏；礦化度梯度

延8和延9儲(chǔ)層構(gòu)造面貌與陜北斜坡的區(qū)域構(gòu)造面貌一致，其油層組為三角洲沉積，主要發(fā)育三角洲平原，分流河道和分流間灣是其主要的沉積微相。儲(chǔ)層特征均為低孔低滲儲(chǔ)層，巖性以巖屑長(zhǎng)石砂巖為主，孔隙類型以溶蝕粒間孔和殘余粒間孔為主，孔喉分選性中等。成巖作用主要有壓溶、壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用、交代作用；成巖階段屬于中成巖A期[1，2]。

1 地下水的化學(xué)成分基本特征

根據(jù)延8和延9儲(chǔ)層的地層水分析資料得知：地層水中的無機(jī)離子主要由Na+（K+）、Mg2+、Ca2+、Cl-、SO42-、HCO3-組成。

1.1 陽(yáng)離子組成特點(diǎn)

經(jīng)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)：延8和延9油層組中地層水的陽(yáng)離子含量差異懸殊，其以堿金屬離子Na+為主。具體各層陽(yáng)離子含量的分析表（見表1）。

延8和延9油層組中鈉離子含量平均約占陽(yáng)離子總量的90%。通過分析知，鈉鹽具有很高溶解度和很強(qiáng)的遷移性能，以及鈉離子不易被黏土吸附，則在儲(chǔ)層水中的含量相對(duì)較多；而鉀離子遷移性能弱，且易被土壤和巖石吸附，因此地下水中鉀的含量相對(duì)較少。延8和延9油層組主要為陸相沉積，其多被黏土所吸附，因此地層水中Ca2+含量較低，平均約占陽(yáng)離子總量6%。鎂的物理化學(xué)性質(zhì)與鈣相似，易被黏土吸附，使其在水中的含量減少。

綜上所述，在地層水中鈉、鉀、鈣、鎂等離子含量差異大，其特點(diǎn)為向鈉、鉀元素端元集中。

1.2 陰離子組成特點(diǎn)

在主要陰離子Cl-、SO42-、HCO3-中，Cl-有很強(qiáng)的遷移性能，它的鈉、鎂、鈣鹽的溶解度都很高，且不易被黏土或其他礦物表面吸附，則在儲(chǔ)層水中的含量相對(duì)較多。硫酸根的含量受細(xì)菌活動(dòng)和水中鈣、鋇等離子含量以及pH值的影響，延8和延9地下水的pH值多數(shù)為5～6，偏酸性，所以延8和延9地層的硫酸根離子（SO42-）含量總體不高，而且分布不均。各層具體的陰離子分析參數(shù)（見表2）。

從表1，表2中可以看出，延8和延9油層組地層水中各離子含量關(guān)系排列順序：陽(yáng)離子依次為Na+> Ca2+>Mg2+、陰離子Cl->HCO3->SO42-，而且這些地層水組分具有向鈉、氯端元集中的分異特征。

表1 延8和延9油層組儲(chǔ)層水陽(yáng)離子平均含量表

表2 延8和延9油層組儲(chǔ)層水陰離子平均含量表

2 地下水與油氣保存條件

地層水化學(xué)特征系數(shù)包括鈉氯系數(shù)、氯鎂系數(shù)、變質(zhì)系數(shù)等，這些系數(shù)與油氣的運(yùn)聚和保存條件有關(guān)[4]，下面擬主要從以下幾個(gè)方面來研究。

2.1 鈉氯系數(shù)（Na+/Cl-）

鈉氯系數(shù)可以表征地層水的變質(zhì)程度，鈉氯系數(shù)值越低，水變質(zhì)程度就越高，油氣形成與保存條件也越好。研究表明，鈉氯系數(shù)為0.6～1.0的氯化鈣型分布區(qū)最有利于油氣藏的形成與保存。延8油層組儲(chǔ)層地下水鈉氯系數(shù)為0.71～0.93，占統(tǒng)計(jì)數(shù)的82.2%；延9油層組儲(chǔ)層地下水中有78.3%鈉氯系數(shù)介于0.68～0.94。則可分析知延8和延9油層組的變質(zhì)程度為中等，有油藏和凝析氣藏存在，且氣藏中凝析油含量高。

2.2 氯鎂系數(shù)（Cl-/Mg2+）和變質(zhì)系數(shù)（（Cl-－Na+）/Mg2+）

氯鎂系數(shù)和變質(zhì)系數(shù)可表征地層水在運(yùn)移過程中水巖作用的強(qiáng)度和離子交替置換的程度。延8油層組儲(chǔ)層地下水中（Cl--Na+）/Mg2+比值為49.10～13 380；氯鎂系數(shù)（Cl-/Mg2+）平均值為2 128.65；延9油層組儲(chǔ)層地下水中的（Cl--Na+）/Mg2+比值為4.17～8 072；氯鎂系數(shù)（Cl-/Mg2+）平均值為570.33。通過分析知，離子交換作用與水巖作用有關(guān)，Na+、Mg2+含量隨著水巖作用時(shí)間增長(zhǎng)而變少，Ca2+含量相對(duì)變多，水的變質(zhì)程度變深。在地層的深處，沿水巖作用和生物化學(xué)作用加強(qiáng)的方向，Ca2+、Cl-增加，而Mg2+減少，Na+逐漸被Ca2+置換，表現(xiàn)為氯鎂系數(shù)和變質(zhì)系數(shù)較大。則由這兩個(gè)系數(shù)指標(biāo)說明延8和延9油層組儲(chǔ)層封閉良好。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外許多油氣田水化學(xué)統(tǒng)計(jì)，油氣藏地下水特征（見表3）。

可以明顯看出延8和延9油層組地層水的水化學(xué)特征系數(shù)（見表4）與國(guó)內(nèi)外的油氣藏水（見表3）的性質(zhì)吻合，屬于典型的油氣藏水類型。

2.3 閉合系數(shù)（Mb）

閉合系數(shù)Mb，又稱礦化度梯度，它是地層水的礦化度與其埋藏深度的比值。延8和延9油層組礦化度與埋藏深度關(guān)系圖（見圖1，圖2）。

延8和延9的平均閉合系數(shù)和礦化度分析統(tǒng)計(jì)表（見表5）。俄羅斯地臺(tái)北半部及波羅的海地區(qū)閉合度分類（見表6）。

表3 國(guó)內(nèi)外的油氣藏水的水化學(xué)特征系數(shù)

表4 延8和延9油層組地層水的水化學(xué)特征系數(shù)

圖1 延8油層組礦化度與深度關(guān)系圖

圖2 延9油層組礦化度與深度關(guān)系圖

表5 地下水的閉合系數(shù)Mb

表6 俄羅斯地臺(tái)北半部及波羅的海地區(qū)閉合度分類

根據(jù)延8和延9地層閉合系數(shù)對(duì)比俄羅斯地臺(tái)北半部及波羅的海地區(qū)的閉合系數(shù)可知：延8和延9的閉合系數(shù)在50～100，水文地質(zhì)分帶處于緩慢水交替帶，這有利于油、氣存在。構(gòu)造的閉合程度屬于弱沖洗的未開啟構(gòu)造，這對(duì)烴類成藏與聚集非常有利[5]。

3 地層水類型的確定

根據(jù)油田水文地質(zhì)預(yù)測(cè)與判斷地層水類型的需要，選擇了2種主要的離子比值作為特征指標(biāo)：鈉氯系數(shù)（ρ（Na+）/ρ（Cl-））、變質(zhì)系數(shù)（ρ（Cl--Na+）/ρ（Mg2+））。按照蘇林分類法，根據(jù)地層水中的6種基本離子的當(dāng)量比，可以將地層水劃分為：NaHCO3型、CaCl2型、Na2SO4型和MgCl2型（見表7）。并提出烴類聚集與水型關(guān)系的密切程度為：氯化鈣型＞重碳酸鈉型＞氯化鎂型＞硫酸鈉型[6]。

表7 蘇林水型分類表

經(jīng)計(jì)算，延8油層組的鈉氯系數(shù)（ρ（Na+）/ρ（Cl-））為0.72，延9油層組的鈉氯系數(shù)（ρ（Na+）/ρ（Cl-））為0.74；延8油層組的變質(zhì)系數(shù)（ρ（Cl--Na+）/ρ（Mg2+））為1 873.54，延9油層組的變質(zhì)系數(shù)（ρ（Cl--Na+）/ρ（Mg2+））為355.25；根據(jù)蘇林分類法（見表7）可以分析得知，延8和延9油層組地下水水型均為氯化鈣型。

表8 各種注入水成分表

4 具體應(yīng)用

在生產(chǎn)實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)局部地區(qū)延8和延9油層組的油井出現(xiàn)滲透率、孔隙度較大，但驅(qū)替效率較小的問題。解決該問題的基本思路是：通過對(duì)地下水的化學(xué)成分分析，其Ca2+含量相對(duì)較少，可在該地區(qū)通過增加注入水中的Ca2+含量，使其在地層的中深部生成碳酸鈣沉淀，降低主滲流通道的滲透率，使后面注入的水進(jìn)入到中小孔道中，從而提高驅(qū)替效率。

為此，在該局部地區(qū)注水井中注入模擬水，考查模擬水和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際注入水對(duì)同一儲(chǔ)層的物性參數(shù)和驅(qū)替效率的影響。與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際注入水相比，模擬地層水中只是向水中增加了Ca2+和CO32-的含量（分別加入，以免在井筒中就生成碳酸鈣垢），其各種注入水成分（見表8）。

（1）注水層位：延8，水質(zhì)巖心驅(qū)替的實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見表9）。

表9 不同水質(zhì)巖心驅(qū)替的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

（2）注水層位：延9，水質(zhì)巖心驅(qū)替的實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見表10）。

表10 不同水質(zhì)巖心驅(qū)替的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析：由上述的實(shí)驗(yàn)（表9，表10）可知：①目前注入水的驅(qū)替效率＜模擬注入水的驅(qū)替效率；②目前注入水的水質(zhì)基本達(dá)標(biāo)，模擬地層水中增加的Ca2+和CO32-在地層的中深部生成碳酸鈣沉淀，降低主滲流通道的滲透率，使后面注入的水進(jìn)入到中小孔道中，達(dá)到改善吸水剖面的目的。

5 結(jié)論

（1）延8和延9油層組地層水主要陽(yáng)離子中，K++ Na+含量最高，Ca2+次之，Mg2+最小；主要陰離子中，Cl-含量最高，HCO3-次之，SO42-最小。地下水中陰、陽(yáng)離子含量差異大，其中鈉、氯離子在水中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，具有向組分端元集中的分異特點(diǎn)。

（2）延8和延9油層組地層水具有沉積水經(jīng)漫長(zhǎng)水巖作用、深循環(huán)、徑流停滯或交替緩慢、深度濃縮、正變質(zhì)特征。

（3）該油藏水文地質(zhì)分帶處于緩慢水交替帶，這有利于油、氣存在。構(gòu)造的閉合程度屬于弱沖洗的未開啟構(gòu)造，這對(duì)烴類成藏與聚集非常有利。

［1］楊俊杰.鄂爾多斯盆地構(gòu)造演化與油氣分布規(guī)律［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2002.

［2］徐國(guó)盛，宋煥榮，周文.鄂爾多斯盆地中部氣田水化學(xué)條件與天然氣聚集［J］.石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2000，22（4）：330-335.

［3］雍自權(quán)，楊斌，張長(zhǎng)俊，等.充西氣田須四精細(xì)氣藏描述［R］.成都：成都理工大學(xué)能源學(xué)院，2010.

［4］劉斌，沈昆，等.流體包裹體熱力學(xué)［M］.北京：地質(zhì)出版社，1999.

［5］李英華.油田水地化指標(biāo)研究的新認(rèn)識(shí)［J］.中國(guó)海上油氣（地質(zhì)），1998，12（1）：19-23.

［6］蘇林.天然水系中的油田水［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1956.

Characteristics of formation water and preservation conditions of oil and gas

ZHI Longfei
（Xi'an Shiyou University，Xi'an Shanxi 710065，China）

Taking the Hujianshan Yan 8 and Yan 9 reservoirs as an example,the formation water characteristics of the formation water are analyzed by studying the formation water test data.Based on the deposition and structure of the known area,genetic type.The results show that the contents of K+,Na+,Ca2+and Mg2+in the main cations of Yan 8 and Yan 9 formations are the highest,the Cl-content is the highest,HCO3-is the second,SO42-is the smallest,where K++Na+,Cl-directional components of the terminal elements of the differentiated features.The formation water type of Yan 8 and Yan 9 reservoirs are all calcium chloride type reservoirs.The hydrogeologic zonation of this type of reservoir is in the slow water alternating zone,and the closure degree of structure is weakly flushing unopened structure. According to the water chemistry statistics of many oil and gas fields at home and abroad, and comparing the coefficient values of all kinds of water chemistry,the formation water of Yan 8 and Yan 9 reservoirs group fully accord with the characteristics of oil and gas associated water.

oilfield water；reservoir；salinity gradient

TE311

A

1673-5285（2017）02-0069-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.02.016

2016－12-26