基于D函數(shù)鑒別地層水的方法與應(yīng)用

封 猛，肖 輝，胡廣文，王 倩，張俊明，王福升

（1.中國石油西部鉆探試油公司，新疆克拉瑪依 834000；2.中國石油大學(xué)（華東））

基于D函數(shù)鑒別地層水的方法與應(yīng)用

封 猛1，肖 輝1，胡廣文1，王 倩2，張俊明1，王福升1

（1.中國石油西部鉆探試油公司，新疆克拉瑪依 834000；2.中國石油大學(xué)（華東））

在準(zhǔn)噶爾盆地試油過程中，對于測試產(chǎn)出液少、壓裂后排液周期長、使用過射孔液或壓井液的地層，利用目前的方法很難準(zhǔn)確鑒別地層水，這不僅會影響下步的試油方案，還容易造成試油周期的延長。文章論述了D函數(shù)鑒別地層水的方法，并對盆地內(nèi)的NaHCO3和CaCl2型地層水進(jìn)行了分析判別，實(shí)踐證明效果好，適用性強(qiáng)。

準(zhǔn)噶爾盆地；D函數(shù)；試油；地層水

試油的最終目的是獲取地層的壓力、產(chǎn)能、液性及地層參數(shù)等資料，如果不能及時(shí)準(zhǔn)確判別地層的真實(shí)液性，將直接影響油藏儲量的計(jì)算和開發(fā)。

傳統(tǒng)的水性鑒定方法主要有離子含量法、pH值法和比圖法，但對于試油過程中的一些具體問題，例如壓裂時(shí)排液不徹底的油層，地層測試無法解除井周污染的低產(chǎn)層，采用過CaCl2或KCl壓井液的試油層，利用水力泵排液的井層等，傳統(tǒng)的方法和手段受到了限定［1］。

油氣的生成、運(yùn)移和聚集，乃至油氣藏的破壞，均與地層水密切相關(guān)，它是烴類運(yùn)移、聚集的動力和載體，它們之間存在經(jīng)常性的物質(zhì)成分交換［2］，所以地層水中含有的化學(xué)成分與鉆井液、壓裂液、壓井液等外來液體有著本質(zhì)的區(qū)別。利用D函數(shù)的原理，將地層水中各種化學(xué)組分的含量綜合成一個(gè)D函數(shù)特征值，根據(jù)這個(gè)值的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對地層水的鑒別。

1 D函數(shù)的定義與計(jì)算

D函數(shù)又稱為分類函數(shù)，是由某一系統(tǒng)內(nèi)的端元組分組成的特征函數(shù)，它提供了在某一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)各組分之間比率的綜合特征［3］。D函數(shù)的公式為：

式中：D——D函數(shù)的特征值，無量綱；P——地層水中各種化學(xué)組分的比率，%；ΔPm——相鄰P的所有正差的第一大差值，%；ΔPvm——第二大差值，%。

D函數(shù)值的大小能反映陽離子或陰離子之間的比率關(guān)系，高的D函數(shù)值表示各組分的含量相差較小，低的D函數(shù)值則表示一種組分占優(yōu)勢［4］。由于準(zhǔn)噶爾盆地內(nèi)K＋＋Na＋的含量占絕對優(yōu)勢，所以采用地層水中陽離子（K＋＋Na＋，Mg2＋，Ca2＋）的含量，計(jì)算D函數(shù)值。

2 準(zhǔn)噶爾盆地地層水的D函數(shù)特點(diǎn)

對準(zhǔn)噶爾盆地內(nèi)600多個(gè)試油層水樣統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，NaHCO3水型占59%，CaCl2水型占34%，Na2SO4水型占5%，MgCl2水型占2%。盆地內(nèi)的水型主要是NaHCO3型和CaCl2型，分別對這兩種水型進(jìn)行陽離子的D函數(shù)計(jì)算，結(jié)果表明：NaHCO3水型D函數(shù)值主要分布范圍在0.14～10之間（圖1）；CaCl2水型的D函數(shù)值分布范圍在4～130之間（圖2）。

同一種水型在不同的地區(qū)，D函數(shù)值也有各自的特點(diǎn)。如西北緣地區(qū)風(fēng)城組的地層水，水型是NaHCO3型，其D函數(shù)值具有偏小的特點(diǎn)（小于3）（圖3）；車排子地區(qū)八道灣組的地層水主要是CaCl2型，D函數(shù)值分布范圍在20～35之間（圖4）；北三臺地區(qū)石炭系地層水主要是CaCl2型，D函數(shù)值主要分布在70～110之間（圖5）。

圖1 NaHCO3型地層水D函數(shù)值特征

圖2 CaCl2型地層水D函數(shù)值特征

圖3 西北緣地區(qū)地層水D函數(shù)值特征

圖4 車排子地區(qū)地層水D函數(shù)值特征

圖5 北三臺地區(qū)地層水D函數(shù)值特征

在對準(zhǔn)噶爾盆地試油層水樣的統(tǒng)計(jì)分析中發(fā)現(xiàn)，對于NaHCO3水型，如果D函數(shù)值不超過10，即可以判定為地層水。

對于CaCl2水型，D函數(shù)值的分布范圍較大，但它的區(qū)域特征明顯：同一個(gè)地區(qū)，D函數(shù)值差別很小；不同的地區(qū)，D函數(shù)值差別較大。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，可以對CaCl2水型進(jìn)行鑒別。

3 實(shí)例分析

在鉆井、射孔、壓裂、壓井等施工中，外來液體可能會造成D函數(shù)值的變化，但試油實(shí)踐證明，其值受到的影響很小，且它比離子含量法更準(zhǔn)確。

3.1 中拐地區(qū)JL6井

對JL6井壓裂前后的水樣進(jìn)行化驗(yàn)分析，繪制了Cl－含量與D函數(shù)值的變化曲線（圖6）。壓裂施工后，Cl－的含量升高，并且隨著壓裂液的不斷退出，Cl－含量逐漸回落。所以對于這種壓裂井，壓裂液對Cl－的含量影響較大，離子含量法受到了一定的局限。

圖6 壓裂前后Cl－含量與D函數(shù)值變化曲線

但從圖6可看出，壓裂前后D函數(shù)值從78.9下降至61.1（水型是CaCl2），曲線始終是遞減的，變化趨勢沒有改變，壓裂液對D函數(shù)值的影響較小，所以D函數(shù)法比離子含量法更有優(yōu)勢。

3.2 西北緣地區(qū)FN9井

該井在鉆到目的層時(shí)，漏失鉆井液847.6 m3。射孔后抽汲45天，日產(chǎn)水11 m3，累計(jì)產(chǎn)水420 m3，水樣的顏色由黑褐色逐漸變淺，水型為NaHCO3，pH值是9，Cl－含量由15 706 mg／L增加到23 566 mg／L。當(dāng)時(shí)，鉆井漏失液未退完，Cl－含量仍然不穩(wěn)定，所以還不能確定是地層水。

通過統(tǒng)計(jì)得知，該地區(qū)風(fēng)城組的水型均是NaHCO3型，并且D函數(shù)值具有小于3的特點(diǎn)（圖3）。根據(jù)FN9井不同時(shí)期的水樣，繪制出D函數(shù)值變化曲線（圖7）。在試油初期，D函數(shù)值為0.37，符合該地區(qū)地層水的D函數(shù)值特點(diǎn)。

圖7 試油不同時(shí)期D函數(shù)值變化曲線

試油后期采用水力噴射泵排液，當(dāng)累計(jì)產(chǎn)液達(dá)1 088.4 m3（超過鉆井液漏失量），各離子含量相對穩(wěn)定時(shí)，離子濃度法才可以確定產(chǎn)出的是地層水。但是在整個(gè)試油過程中，D函數(shù)值（從0.37到0.28）變化幅度并不大，始終滿足該地區(qū)D函數(shù)值的特點(diǎn)，所以在試油初期就可以判斷產(chǎn)出的水是地層水。

3.3 西北緣地區(qū)FC1井

2009年對FC1井試油，射孔后不出，向地層擠入50 m3的SC－2地層保護(hù)液后（不含Cl－），進(jìn)行跨隔測試。測試中共回收水1.2 m3，折日產(chǎn)水2.7 m3，對取樣器中的水做全分析；水型為NaHCO3，Cl－為3 526 mg／L，HCO3－為896 mg／L，總礦化度為12 100 mg／L。由于HCO3－含量與鄰井相當(dāng)，但Cl－含量卻相差較大，所以不能確定是否是地層水。

利用D函數(shù)方法對取樣器中的水分析，計(jì)算出D函數(shù)值是36.4，對于NaHCO3水型，超出了D函數(shù)值10的范圍，故判定不是地層水。

繼續(xù)對該井抽汲求產(chǎn)一周，抽汲后探得液面不上升，表明地層基本無產(chǎn)出，所以取樣器中的水不是地層水，這與D函數(shù)方法判斷的結(jié)果是一致的。

3.4 北三臺地區(qū)XQ3井

2010年對XQ3井石炭系地層試油，射孔前使用密度為1.15 g／cm3的CaCl2壓井液壓井（期間可能造成漏失），地層測試回收油0.41m3，回收水0.84 m3，折日產(chǎn)油0.3 m3，日產(chǎn)水0.61 m3。對取樣器中的水做全分析，水型為CaCl2，Cl－為7 599 mg／L，SO42－為144 mg／L，HCO3－為254 mg／L，總礦化度為12 553.29 mg／L。由于Cl－和 HCO3－的含量與鄰近井相當(dāng)，根據(jù)離子含量法判定為地層水，測試結(jié)論為“含油水層”。

而利用D函數(shù)法對XQ3井取樣器中的水分析，D函數(shù)值為148.6，數(shù)值較高，不符合這個(gè)區(qū)域D函數(shù)值主要集中在70～110范圍內(nèi)的特點(diǎn)，所以判斷取樣器中的水不是地層水。

繼續(xù)對該井壓裂、抽汲求產(chǎn)，日產(chǎn)油0.13 m3，累產(chǎn)油15.5 m3，未見地層產(chǎn)水，所以離子含量法分析是錯(cuò)誤的，而D函數(shù)法判斷的結(jié)論與試油結(jié)果是一致的。

4 結(jié)論

（1）通過準(zhǔn)噶爾盆地內(nèi)水樣的統(tǒng)計(jì)和實(shí)踐驗(yàn)證，對于NaHCO3型的水樣，D函數(shù)值小于10，即可以判斷為地層水；而對于CaCl2水型，則可以根據(jù)地層水D函數(shù)值的區(qū)域性特征來判斷。

（2）由于D函數(shù)分析法受到外來液體的影響小，所以在鑒別試油層（尤其是受污染或測試低產(chǎn)層）的水樣時(shí)，比傳統(tǒng)的離子含量法更有優(yōu)勢。

（3）實(shí)踐證明，D函數(shù)在試油初期就可判別儲層是否產(chǎn)地層水，這對試油資料的錄取和生產(chǎn)具有重要意義。

［1］ 田家宏.張崢.王占海，等.吉林油田地層水鑒定新技術(shù)研究［J］.油氣井測試，2008，17（2）：37－39.

［2］ 徐國盛.含油氣系統(tǒng)中的古水文地質(zhì)分析－以陜甘寧盆地和四川盆地為例［D］.成都理工學(xué)院，1998.

［3］ 張金來.中國油田水的D函數(shù)規(guī)律及其形成［J］.地質(zhì)科學(xué)，1983，（1）：93－100.

［4］ 張金來.我國陸相油田水形成的若干水文地球化學(xué)作業(yè)［J］.地理化學(xué)，1981，（2）：108－116.

TE353

A

1673－8217（2012）04－0117－03

2011－12－19；改回日期：2012－03－20

封猛，1985年生，2009年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）資源勘查專業(yè)，主要從事試油現(xiàn)場工作。

劉洪樹