張莉莉，李久娣

（中國(guó)石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司，上海 200120）

地層水中的離子濃度和水型是反映油氣運(yùn)聚與保存條件的重要水化學(xué)因素。按照蘇林分類(lèi)法，水型主要分為硫酸鈉型、碳酸氫鈉型、氯化鎂、氯化鈣型。氯化鈣型多分布于區(qū)域水動(dòng)力相對(duì)阻滯區(qū)，地下水強(qiáng)烈地濃縮，并發(fā)生脫硫作用，使SO42-離子含量急劇減少，而Cl-和Ca2+離子相對(duì)富集，反映了儲(chǔ)層封閉條件良好，對(duì)氣藏形成和保存十分有利。硫酸鈉型和碳酸氫鈉型的特征是 “大規(guī)模水交替的地質(zhì)層”，即自流水循環(huán)的特征，反映儲(chǔ)層封閉條件較差。通過(guò)對(duì)現(xiàn)今地層水離子濃度及水型的分析結(jié)果可反映油氣藏形成和保存的歷史，為后續(xù)油氣開(kāi)發(fā)提供重要的信息[1-3]。

而目前中央背斜帶各生產(chǎn)井產(chǎn)出水氯離子濃度及水型存在明顯區(qū)域分帶差異，導(dǎo)致生產(chǎn)井生產(chǎn)特征差異明顯。中南部地區(qū)地層水氯離子濃度達(dá)到7 000～10 000 ppm，水型多為氯化鈣型，一旦產(chǎn)水，水量大、水氣比高、產(chǎn)水上升速度快、產(chǎn)氣量明顯受氣井產(chǎn)水影響，需盡量避免初期采氣速度大，影響無(wú)水采氣期及最終采收率。而北部地區(qū)氯離子濃度僅為2 000～3 000 ppm時(shí)即已產(chǎn)出地層水，水型多為碳酸氫鈉型，水量小，水氣比小，產(chǎn)水上升速度慢，生產(chǎn)受產(chǎn)水的影響小，初期可相應(yīng)的提高采氣速度生產(chǎn)。

本次通過(guò)分析中央背斜帶不同區(qū)域儲(chǔ)層物性和深度同水型的關(guān)系及地層水的地球化學(xué)特征，綜合確定影響離子濃度和水型分布規(guī)律的主要因素，在以后氣田的生產(chǎn)過(guò)程中可根據(jù)氣井產(chǎn)水礦化度、水型等多要素綜合判斷產(chǎn)水對(duì)氣井生產(chǎn)可能的影響，來(lái)確定該井合理的生產(chǎn)制度，未來(lái)也可通過(guò)各儲(chǔ)層地層水的研究成果，尋找封閉性較好的儲(chǔ)層，以利于后期的穩(wěn)定開(kāi)發(fā)。

1 區(qū)域簡(jiǎn)介

中央背斜帶構(gòu)造復(fù)雜，斷裂發(fā)育，容易形成通道，導(dǎo)致地層流體再分配。它由四個(gè)擠壓背斜帶組成，呈右行雁行狀錯(cuò)列分布，剖面上具有西陡東緩的擠壓背斜和西翼斷裂發(fā)育等特征。發(fā)育有NNE和NWW向兩組斷裂體系，且以NNE向?yàn)橹鳎缙跀嗔芽刂频貙拥某练e及凹陷的東西分帶，中期斷裂促使局部構(gòu)造的形成并對(duì)油氣的運(yùn)聚有重要的通道作用，而晚期斷裂則使構(gòu)造進(jìn)一步復(fù)雜化，導(dǎo)致地層流體的再分配。

沉積環(huán)境影響水型形成。中央背斜帶中南部漸新統(tǒng)花港組以陸相河流三角洲為主，北部始新統(tǒng)平湖組中上段以潮坪、三角洲為主，不同的沉積環(huán)境導(dǎo)致水型差異。

中央背斜帶南北儲(chǔ)層埋深差異大。中南部地區(qū)凝析氣藏主要分布于3 200 m以上的中淺層，儲(chǔ)層以中孔中滲儲(chǔ)層為主。而北部地區(qū)凝析氣藏主要分布在3 200 m以下的花港組下段及平湖組，儲(chǔ)層以中低-低孔、中低滲-低滲為主[2]。

2 中央背斜帶地層水離子濃度和水型分布規(guī)律

中央背斜帶自南向北包括六個(gè)在產(chǎn)油氣田，分別為A氣田、C氣田、CX氣田、CXB氣田、HY1-1氣田、HY2-2氣田。總結(jié)該區(qū)帶各氣田水型分布規(guī)律主要有以下四個(gè)方面：（1）從水型上看，平面上中南部氣田水型多為CaCl2型，而北部氣田多為NaHCO3型（表1）；（2）從氯離子濃度看，中南部氣田氯離子濃度高，達(dá)到7 000～10 000 ppm，而北部地區(qū)則低得多，僅為2 000～3 000 ppm（圖1）；（3）從氯離子濃度與地層深度變化規(guī)律看，隨著地層埋深的增加，氯離子濃度呈現(xiàn)出明顯下降的趨勢(shì)，水型也發(fā)生了明顯的變化，淺層（3 200 m以上）基本為氯化鈣型，而深層（3 200 m以下）基本為碳酸氫鈉型（圖2、圖3）；（4）從氯離子濃度與生產(chǎn)水氣比變化規(guī)律看，相對(duì)而言北部氣田地區(qū)氯離子濃度與水氣比均較低，而中南部氣田氯離子濃度高與水氣比均較高；中南部地區(qū)單井生產(chǎn)水氣比最高可達(dá)40 m3/104m3，而北部地區(qū)最高水氣比僅在3 m3/104m3左右。

表1 中央背斜帶單井水型表Table 1 Water types of single well in Central Anticline Zone

圖1 各氣田氯離子含量圖Fig. 1 Content of Chloride ion in each gas field

圖2 氯離子濃度同深度關(guān)系圖Fig. 2 Relationship between Chloride ion concentration and depth

圖3 水型同深度關(guān)系圖Fig. 3 Relationship between water type and depth

3 影響離子濃度和水型分布規(guī)律因素研究

根據(jù)前述觀(guān)點(diǎn)，中央背斜帶地層水水型呈現(xiàn)出南北分帶、深淺不一的變化特征，且在生產(chǎn)過(guò)程中，最高水氣比、水侵強(qiáng)度差異大，生產(chǎn)動(dòng)態(tài)差異明顯。通過(guò)對(duì)比分析并結(jié)合調(diào)研，上述氯離子濃度和水型分布規(guī)律主要與氣田生產(chǎn)層位的深度、物性、構(gòu)造演化和沉積環(huán)境有關(guān)。

3.1 深度和物性影響氯離子濃度和水型

隨著儲(chǔ)層埋深的增加，氯離子濃度呈現(xiàn)出明顯下降的趨勢(shì)，水型也由氯化鈣型轉(zhuǎn)為碳酸氫鈉型（圖2、圖3），因此儲(chǔ)層深度可能是影響水型的一大要素，當(dāng)深度加深時(shí)，有機(jī)質(zhì)進(jìn)入高成熟階段或有機(jī)酸生成量減少，溶蝕作用減弱，膠結(jié)作用增強(qiáng)，使得地層水氯離子濃度降低。

物性差的儲(chǔ)層可能本身含鹽量低。圖4為路易斯安那州Manchester油田中砂巖和頁(yè)巖中水的含鹽量隨深度的變化狀況。由于頁(yè)巖物性極差，總體而言頁(yè)巖含鹽量較低。而砂巖在淺層由于其物性好，儲(chǔ)層含鹽量比頁(yè)巖高出數(shù)倍，但隨著深度的變化，物性變差，壓力上升，砂巖含鹽量驟然降低，10 kft之下，基本降至與頁(yè)巖同一水平。因此可能物性差的儲(chǔ)層本身含鹽量較低。

圖4 砂巖和頁(yè)巖中隙間水含鹽量隨深度變化圖（Schmidt）Fig. 4 Variation of salt content of interstitial water with depth in sandstone and shale (Schmidt)

根據(jù)上述分析，中央背斜帶北部氣田與中南部氣田水型及氯離子濃度差異的原因主要包括以下兩個(gè)方面：一是北部?jī)?chǔ)層深度較中南部氣田儲(chǔ)層深度深，使得氯離子濃度變低；二是深度和物性之間關(guān)系較為密切，埋深較大程度影響了儲(chǔ)層的滲透率，北部地區(qū)深度增加導(dǎo)致儲(chǔ)層物性變差（儲(chǔ)層測(cè)試滲透率僅為（0.5～0.9）×10-3μm2），從而使得儲(chǔ)層本身含鹽量較低，氯離子濃度低。

3.2 構(gòu)造演化和沉積環(huán)境影響氯離子含量和水型

根據(jù)蘇林分類(lèi)法，原生水一般不含有重碳酸鹽和硫酸鹽成分，僅大氣水存在重碳酸鹽成分。目前中央背斜帶北部氣井產(chǎn)出水氯離子含量低、水型為碳酸氫鈉型，分析可能與儲(chǔ)層的構(gòu)造演化和沉積環(huán)境有關(guān)。本次主要從地層水礦化度、常規(guī)離子組成、成因系數(shù)和微量元素的差異性綜合分析構(gòu)造演化和沉積環(huán)境對(duì)地層水水型和氯離子濃度的影響[4-6]。

3.2.1 水型、礦化度與常規(guī)離子組成特征差異性

3.2.1.1 礦化度

地層水的礦化度反映了環(huán)境的封閉性，高礦化度地層水反映了地層有較好封閉性，低礦化度則反映有地表水參與的開(kāi)放型環(huán)境。

由表1所知，中央背斜帶自CXB氣田開(kāi)始水型以碳酸氫鈉型為主，礦化度較低，普遍小于海水35 g/L，說(shuō)明曾經(jīng)受到過(guò)明顯的淡化改造作用，封閉性較差；中南部多為氯化鈣型，礦化度較高，保存條件好于北部區(qū)塊（CXB氣田、HY1-1氣田、HY2-2氣田）。

3.2.1.2 陰陽(yáng)離子組成

中南部區(qū)塊地層水陰離子大多表現(xiàn)為Cl-＞HCO3-＞SO42-，陽(yáng)離子表現(xiàn)為Na+＞Ca2+＞Mg2+，總體表現(xiàn)出類(lèi)似于大洋水的特征（圖5、圖6）。北部區(qū)塊地層水陰離子存在兩種表現(xiàn)，一種表現(xiàn)為HCO3-＞Cl-＞SO42-，陽(yáng)離子Na+＞Ca2+＞Mg2+；另一種為Cl-＞HCO3-＞SO42-，陽(yáng)離子表現(xiàn)為Na+＞Ca2+＞Mg2+，相比中南部區(qū)塊HCO3-增加，Cl-減少，表明北部區(qū)塊地層水受到的淡化作用強(qiáng)于中南部區(qū)塊[7]。

圖5 中南部地區(qū)離子含量曲線(xiàn)Fig. 5 Curve of ion content in central and southern China

圖6 北部地區(qū)離子含量曲線(xiàn)Fig. 6 Curve of ion content in northern China

3.2.1.3 Na-Cl、Br-Cl關(guān)系

Na-Cl關(guān)系顯示，幾乎所有花港組和平湖組地層水的數(shù)據(jù)投點(diǎn)都分布在海水蒸發(fā)曲線(xiàn)（SET）上，說(shuō)明各氣田地層水都屬于蒸發(fā)濃縮殘留成因[8]。

Br-Cl關(guān)系圖上，南部區(qū)塊數(shù)據(jù)點(diǎn)均位于蒸發(fā)曲線(xiàn)上方，高于海水的Br/Cl比值；因Br在海水蒸發(fā)過(guò)程中不形成自己的礦物，隨著殘留鹵水濃度的增加，Br含量幾乎呈直線(xiàn)上升，反映南部區(qū)塊各氣田地層水是海水蒸發(fā)殘余，現(xiàn)今整體為沉積封存水（埋藏水），保存條件較好，后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)淡水改造相對(duì)較小。

北部區(qū)塊數(shù)據(jù)投點(diǎn)基本位于蒸發(fā)曲線(xiàn)的左側(cè)及左下方部位），屬于比值偏低區(qū)域，分析原因可能與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)淡水改造，及后期再次封存蒸發(fā)濃縮尚未完全有關(guān)（圖7）。

圖7 各氣田地層水中主要陰離子與鈉及溴關(guān)系圖Fig. 7 Relationship of main anions with sodium and bromine in formation water of each gas field

3.2.2 成因系數(shù)與微量元素差異性

3.2.2.1 成因系數(shù)[9-10]

該區(qū)帶中南部區(qū)塊和北部區(qū)塊地層水變質(zhì)系數(shù)、脫硫系數(shù)、碳酸鹽平衡系數(shù)等成因系數(shù)（圖8）存在差異。中南部區(qū)塊變質(zhì)系數(shù)、脫硫系數(shù)小，鹽化系數(shù)高；北部區(qū)塊變質(zhì)系數(shù)、脫硫系數(shù)大，鹽化系數(shù)低。

圖8 不同區(qū)塊地層水變質(zhì)系數(shù)、脫硫系數(shù)、鹽化系數(shù)柱狀圖Fig. 8 Histogram of formation water metamorphic coefficient, desulfurization coefficient and salinization coefficient in different blocks

中南部區(qū)塊和北部區(qū)塊變質(zhì)系數(shù)均大于0.87（圖9），表明均經(jīng)歷了明顯的逆變質(zhì)作用，但兩區(qū)塊逆變質(zhì)作用程度不同?？傮w來(lái)說(shuō)，中南部區(qū)塊逆變質(zhì)作用程度不大，北部區(qū)塊逆變質(zhì)作用強(qiáng)烈。變質(zhì)系數(shù)和脫硫系數(shù)越小，表明地層水受滲入水影響越弱，地層越封閉，對(duì)烴類(lèi)保存越有利。反之則地層水受滲入水影響越強(qiáng)，對(duì)烴類(lèi)保存不利。從目前來(lái)看，ZYBX帶中南部地區(qū)受滲入水影響小，保存條件較好；北部區(qū)塊相對(duì)較差，而造成這種情況可能同構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與古沉積環(huán)境有關(guān)。

圖9 不同區(qū)塊地層水變質(zhì)系數(shù)與脫硫系數(shù)關(guān)系對(duì)比圖Fig. 9 Correlation between formation water metamorphic coefficient and desulfurization coefficient in different blocks

構(gòu)造運(yùn)動(dòng)時(shí)必然產(chǎn)生斷裂，斷裂是地層水與外界溝通的通道，從而改變了水型。中南部地區(qū)砂體厚，砂體連續(xù)性好，斷層側(cè)向封堵性強(qiáng)，大氣水淡化改造弱。而北部區(qū)塊從始新世裂谷期開(kāi)始發(fā)育的共軛正斷層持續(xù)發(fā)育到中新世龍井運(yùn)動(dòng)，雖是油氣垂向運(yùn)移的唯一通道，控制了油氣在垂向上的分布，但可能也導(dǎo)致了與外界的不斷溝通，因而造成礦化度較低。

沉積環(huán)境對(duì)地層水也有很重要的影響，如水下扇沉積，其環(huán)境可能以封閉性的氯化鈣水型為主；河流相則水型既有支流間灣的弱相，也有河道水流急的砂體相。弱相以還原環(huán)境為主，水型以氯化鈣為主；而砂體在河流的干涸期則以開(kāi)放環(huán)境為主；水型以碳酸氫鈉為主；穩(wěn)流期以還原環(huán)境為主，以氯化鈣水型為主。

該區(qū)帶中南部花港組砂體主要為淺水三角洲-濱淺湖灘壩沉積，且以水下分流河道、河口壩發(fā)育為特征。北部區(qū)塊僅花上段H5段的三角洲前緣水下分流河道相砂體普遍發(fā)育，其它層段的砂體都不連續(xù)，僅在局部發(fā)育。不同的沉積環(huán)境與砂體發(fā)育程度造成了水型的差異。

3.2.2.2 微量元素

圖10為不同區(qū)塊地層水溴和碘含量關(guān)系對(duì)比圖，從圖10可以看出，不同區(qū)塊地層水微量元素組成也存在差異。中南部區(qū)塊地層水Br與I含量明顯高于北部區(qū)塊，表明一方面原始沉積水中微量元素含量存在差異，即沉積環(huán)境存在差異；另一方面濃縮作用存在差異，表明地層水改造過(guò)程存在差異。

圖10 不同區(qū)塊地層水溴和碘含量關(guān)系對(duì)比圖Fig. 10 Comparison of bromine and iodine contents in formation water of different blocks

4 結(jié)論

（1）中央背斜帶兩區(qū)塊間地層水存在差異，中南部氣井/氣田產(chǎn)水后產(chǎn)水量大，水氣比高，而北部產(chǎn)水量小，水氣比低；從水型上看，中南部地層水多為氯化鈣型，而北部地區(qū)多為碳酸氫鈉型。

（2）在封閉體系下，地層水濃度存在類(lèi)似的蒸發(fā)濃縮作用，當(dāng)深度加深時(shí)，有機(jī)質(zhì)進(jìn)入高成熟階段或有機(jī)酸生成量減少，溶蝕作用減弱，膠結(jié)作用增強(qiáng)，使得地層水礦化度降低。

（3）物性相對(duì)較差的儲(chǔ)層，本身地層水的含鹽量低，氯離子濃度低，水型偏向碳酸氫鈉型。

（4）中央背斜帶中南部和北部沉積環(huán)境不同，而沉積環(huán)境決定了地層水的原始屬性。構(gòu)造運(yùn)動(dòng)也對(duì)地層水進(jìn)行改造，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的斷裂通道對(duì)地層水進(jìn)行了淡化改造，而這種改造兩區(qū)塊間存在差異，北部地區(qū)強(qiáng)于中南部地區(qū)，中南部地區(qū)地層封閉性好，大氣水淡化改造不明顯，北部區(qū)塊地層封閉性差，導(dǎo)致淡化改造作用明顯。