中拐地區(qū)侏羅系地層水特征及油氣勘探有利區(qū)預(yù)測(cè)

陳小蓉 夏 青 蔡義峰 白雪峰 于浩業(yè)

(1.中國(guó)石油新疆油田公司準(zhǔn)東采油廠 2.中國(guó)石油新疆油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院)

0 引言

中拐凸起已鉆探井50余口，鉆井過(guò)程中均見(jiàn)到不同程度的油氣顯示，在侏羅系有多井試油獲工業(yè)油氣流，并上交了控制和預(yù)測(cè)儲(chǔ)量。前人已對(duì)這些地區(qū)在地震、沉積相、測(cè)井、層序地層等方面都進(jìn)行了細(xì)致的研究，取得了許多成果，對(duì)中拐地區(qū)的深入研究做出了重要貢獻(xiàn)。筆者查閱了大量的該區(qū)研究資料，發(fā)現(xiàn)前人的研究雖內(nèi)容尚多，可是就地層水與石油分布狀況進(jìn)行專門研究的報(bào)告較少，本文依據(jù)中拐地區(qū)豐富的單井油、水資料。為了在這一方面取得認(rèn)識(shí)，從而指導(dǎo)勘探和評(píng)價(jià)，筆者決定統(tǒng)計(jì)這些資料，同時(shí)運(yùn)用水文地質(zhì)原理來(lái)分析研究區(qū)的地層水特征，從而總結(jié)出中拐地區(qū)的地層水特征與油氣藏的關(guān)系，并結(jié)合該區(qū)的原油物理特征來(lái)預(yù)測(cè)油氣勘探有利區(qū)，以期指導(dǎo)下一步的勘探和評(píng)價(jià)工作。

1 工區(qū)基本情況

中拐凸起處于瑪湖凹陷、盆1井西凹陷和沙灣凹陷之間近北西—南東向展布的繼承性正向二級(jí)構(gòu)造單元(圖1)，構(gòu)造特征為一向東南傾斜的單斜，地層展布西北薄、東南厚。自石炭紀(jì)中晚期開(kāi)始發(fā)育的長(zhǎng)期繼承性隆起構(gòu)造，在不同的地質(zhì)時(shí)期隆起的幅度不同，因而地層的發(fā)育程度也不同；自上而下鉆揭的地層為第三系、白堊系、侏羅系西山窯組(J2x)、三工河組(J1s)、八道灣組(J1b)、三疊系、二疊系、石炭系。試油結(jié)果表明油氣主要分布在三工河組，八道灣組也有個(gè)別井出油，此次地層水的樣品主要采用這兩層的數(shù)據(jù)。

圖1 工區(qū)構(gòu)造位置圖

2 地層水特征

油田水的分類很多，目前，國(guó)際上普遍采用前蘇聯(lián)地球化學(xué)家蘇林的分類，他根據(jù)水溶解鹽類的不同組合，提出的一種方法，按照此方法將地層水分為四種：硫酸鈉(Na2SO4)水型、重碳酸鈉(NaHCO3)水型、 氯化鈣(CaCl2)水型和氯化鎂(MgCl2)水型；它們分別代表了四種環(huán)境，大陸地表環(huán)境、大陸環(huán)境、深成環(huán)境和海洋環(huán)境。氯化鈣水型反映了封閉性較好的環(huán)境，重碳酸鈉水型反映了過(guò)渡型的環(huán)境，硫酸鈉水型反映了開(kāi)放的氧化環(huán)境，高硫化氫反映了封閉環(huán)境。當(dāng)然地層水的礦化度同樣也可以反映環(huán)境的封閉性，高礦化度地層水反映了地層的較好封閉性，低礦化度則反映有地表水參與的開(kāi)放型環(huán)境[1-5]。

2.1 影響地層水的因素

中拐凸起從石炭紀(jì)末就開(kāi)始隆起，此層中地層水除石炭系受構(gòu)造影響小外，二疊系、三疊系和侏羅系受構(gòu)造影響均較大，即構(gòu)造對(duì)地層水的影響較大。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，從而改變水型，水型的變化也是環(huán)境的變化。

沉積環(huán)境對(duì)地層水也有很重要的影響，如二疊系以快速沉積的水下扇為主，其環(huán)境也是封閉性的氯化鈣水型為主；侏羅系以河流相為主，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，水型就以氯化鈣為主了，而砂體在河流的干涸期以開(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，以氯化鈣水型為主了，這也就是為什么侏羅系以雙水型為主了。

中拐地區(qū)有5套重要的區(qū)域性蓋層，即中二疊統(tǒng)下烏爾禾組、上三疊統(tǒng)白堿灘組、下侏羅三工河組、下白堊統(tǒng)吐谷魯群及古近系安集河組。它們均是一套穩(wěn)定的湖相泥巖沉積為主的地層，最大單厚近百米，累積厚度為100～300m。而蓋層可以使地層水處于穩(wěn)定的環(huán)境之中，與外界長(zhǎng)時(shí)間的隔絕，一般環(huán)境為還原環(huán)境，水型以氯化鈣水型為主，但是構(gòu)造運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生斷裂，斷裂使地層水與外界溝通，打破這種平衡，使地層水多樣化，同時(shí)也使油氣沿層運(yùn)移的通道。因而地層水可隨構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的變遷而變化，同時(shí)也受蓋層沉積環(huán)境的影響。本文統(tǒng)計(jì)的樣品是受多種因素影響的最終地層水水型和礦化度。

2.2 取樣的標(biāo)準(zhǔn)

首先檢查樣品是否受污染，主要的指標(biāo)是根據(jù)表1的標(biāo)準(zhǔn)[6](據(jù)王仲侯，1987)來(lái)界定，如果樣品受到了污染則不用該樣品，否則就用該樣品。按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，確認(rèn)了每個(gè)樣品都真實(shí)、可靠，從而確保分析的結(jié)果也真實(shí)可靠。

表1 地層水受污染程度判別表

2.3 地層水垂向分布特征

在選擇完樣品后，首先對(duì)地層水從深層至淺層水型和礦化度的變化進(jìn)行了研究(表2)。由表2可知，石炭系、二疊系和三疊系水型以氯化鈣水型為主；且隨著地層由石炭系向二疊系和三疊系的變換，碳酸氫酸水型的樣品個(gè)數(shù)也在增多；而侏羅系和白堊系則是以碳酸氫鈉水型為主。兩種水型的過(guò)渡帶即壓力平衡帶，應(yīng)該在侏羅系早期。該帶是油氣最易聚集的層位。目前侏羅系出油井點(diǎn)最多，也證明了這一點(diǎn)。

表2 不同層系各水型分布表

從水型上看，石炭系、二疊系和三疊系的水型以氯化鈣水型為主，封閉性較好、而侏羅系以碳酸氫鈉水型為主的過(guò)渡型的環(huán)境，封閉性相比較差些。從而可以看出從石炭系至侏羅系，封閉性越來(lái)越差。從而說(shuō)明石炭系至三疊系油藏保存的較好，不易受破壞，但也有可能受大斷裂的影響而變化；而侏羅系的油藏封閉性次之。

2.4 侏羅系地層水平面分布特征

由水型分布平面圖(圖2)可知該層的水型主要以碳酸氫鈉水型為主，指示大陸環(huán)境，通常以過(guò)渡形式分布在油田垂直剖面上；而鉆到侏羅系的井在整個(gè)工區(qū)都有分布，從目前統(tǒng)計(jì)來(lái)看，以過(guò)渡環(huán)境為主；但局部封閉環(huán)境也較發(fā)育，如拐201井區(qū)、拐205井、拐206井；也有雙水型分布如拐17井，既有過(guò)渡的碳酸氫鈉水型、也有氧化環(huán)境的硫酸鈉水型，表現(xiàn)出了雙水型環(huán)境。從三疊系到侏羅系，水型從氯化鈣水型為主轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓釟溻c水型為主，說(shuō)明壓力平衡帶就位于侏羅系，是油氣聚集的最有利區(qū)。目前在侏羅系三工河組已發(fā)現(xiàn)的油氣藏較多，也說(shuō)明了這個(gè)問(wèn)題。

圖2 侏羅系水型分布平面圖

2.5 侏羅系地層水定性判定斷裂目前處于封閉狀態(tài)

為了研究斷裂的封閉性，筆者選擇緊挨斷裂的井或者打穿斷裂的井，并且能夠在該井獲得同層或不同層多水樣品，以便更好的研究斷裂的封閉性。

在拐8井西邊緊挨的斷裂帶侏羅系水型包括碳酸氫鈉水型和硫酸鈉水型，且這兩種水型是不連通的，也就是說(shuō)拐8井西斷裂目前在侏羅系是封閉的，不具有溝通油源的作用；目前運(yùn)用地層水對(duì)斷裂封閉性進(jìn)行判定還處于探索階段。

2.6 侏羅系地層水定性的判定稠油為非氧化成因

稠油的成因分為原生型和次生型，后者包括氧化、水洗、生物降解。蘇林認(rèn)為硫酸鈉水型指示大陸環(huán)境，通常表示地層的水文封閉性差，反映了開(kāi)放的氧化環(huán)境[7-9]。這說(shuō)明氧化型稠油的水型應(yīng)以硫酸鈉水型為主。如侏羅系拐35井和車34井都是稠油油藏(圖2)，但他們的水型均是碳酸氫鈉，是過(guò)渡型的環(huán)境，也表明稠油的成因是非氧化原因，具體是何種成因應(yīng)結(jié)合地化進(jìn)行研究，目前運(yùn)用地層水對(duì)稠油成因進(jìn)行判定還處于探索階段。

2.7 礦化度的最大值在地層深度中段

氯根、總礦化度和重碳酸根的礦化度最高值在地層的中段(圖3B、圖3C、圖3D)，約2000～4000m，而2000m向上4000m向下時(shí)，其總礦化度、重碳酸根、氯根含量都在減小。這說(shuō)明各種離子含量并不是越深其含量越大，而是有一個(gè)大致的深度，在這個(gè)深度，其值是最大的，再向上、向下都會(huì)減小。筆者通過(guò)對(duì)總礦化度和氯根關(guān)系的研究(圖3A)，發(fā)現(xiàn)兩者呈顯著的線性相關(guān)，所有的樣點(diǎn)基本在一條直線上。然而氯根和總礦化度具有如此好相關(guān)性的原因有待我們進(jìn)一步的研究，這主要是陰離子以氯根為主的原因。同時(shí)，筆者也對(duì)氯根、總礦化度與碳酸氫根的關(guān)系進(jìn)行了研究，他們呈雜亂狀，無(wú)規(guī)律可找。

圖3 地層水離子之間及離子與深度交匯圖

3 侏羅系勘探有利區(qū)預(yù)測(cè)

由已鉆井可知三工河組和八道灣組主要發(fā)育砂泥巖互層，且砂厚10m左右的，但砂體分布穩(wěn)定，儲(chǔ)層較發(fā)育；區(qū)內(nèi)侏羅系逆斷裂發(fā)育，為斷塊圈閉、斷塊巖性圈閉形成提供了較好的條件，斷裂也為下覆二疊系油源的油氣運(yùn)移提供了便利條件；構(gòu)造位置優(yōu)越，長(zhǎng)期位于油氣運(yùn)移指向區(qū)，有兼收三個(gè)生烴凹陷的烴類運(yùn)移、聚集之利，油源供給充足；砂泥巖互層中的泥巖為油氣提供了很好的蓋層；由圖2可知，侏羅系出油井有車35井、紅91井、紅94井、拐25井、拐19井、拐16井和拐201井，它們也具有中高礦化度的特點(diǎn)，而且它們是預(yù)測(cè)有利區(qū)的基礎(chǔ)。M區(qū)的拐14井在侏羅系見(jiàn)到很好的熒光顯示，測(cè)井解釋油水同層，試油后見(jiàn)到了少許油，但結(jié)果仍為含油水層；金龍2井在三工河組見(jiàn)到了14m的熒光顯示，但該井沒(méi)有試油；這2口井雖沒(méi)有獲得商業(yè)油流，但見(jiàn)到了少許油，另一口測(cè)井解釋油水同層。

根據(jù)以上地質(zhì)分析，結(jié)合侏羅系所有樣品試油的不同結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(圖4A)，結(jié)果表現(xiàn)試油結(jié)果為純水層時(shí)，其礦化度才是最高的，試油結(jié)果為油(氣)流、油水同層等有油氣顯示級(jí)別時(shí)，其礦化度為中高。獲工業(yè)油層時(shí)其礦化度濃度介于5000mg/L～30000mg/L之間。該濃度區(qū)間就是侏羅系礦化度勘探有利區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合地層水礦化度變化圖和上段地質(zhì)分析(圖4B)，而且無(wú)井區(qū)礦化度正好落在了中高礦化度區(qū)，符合油氣的特征，也是下一步勘探的重點(diǎn)，綜合以上的各種因素劃出了有利區(qū)圖2中的L和M區(qū)。

圖4A 侏羅系不同試油結(jié)果礦化度變化圖 圖4B 侏羅系地層水礦化度變化圖

4 結(jié)論

(1)地層水水型在石炭系、二疊系、三疊系以氯化鈣水型為主，反映封閉的環(huán)境；侏羅系以碳酸氫鈉水型為主，是過(guò)渡帶(壓力平衡帶)，是油氣聚集的最有利層位。

(2)氧化成因的稠油水型應(yīng)該是硫酸鈉水型，侏羅系拐35井和車34井都是稠油油藏，但他們的水型均是碳酸氫鈉，反映過(guò)渡的環(huán)境，表明兩井稠油的成因是非氧化原因。

(3)二疊系拐8井西邊緊挨的斷裂在侏羅系具有碳酸氫鈉水型和硫酸鈉水型，表明這兩個(gè)水型是不連通的，也就是說(shuō)拐8井西斷裂目前在侏羅系是封閉的，不具有溝通油源的作用；目前運(yùn)用地層水對(duì)斷裂封閉性進(jìn)行判定還處于探索階段。

(4)氯離子、碳酸根離子和總礦化度在適中深度段最高，向淺或向深都會(huì)增大；氯根與總礦化度離子濃度具有很好的正相關(guān)關(guān)系。

(5)通過(guò)分析每個(gè)層的試油結(jié)果，表明中高礦化度是油氣聚集有利區(qū)，高礦化度是純水層的特點(diǎn)。從而制定了侏羅系油藏的礦化度標(biāo)準(zhǔn)5000mg/L～30000 mg/L，并確定勘探侏羅系勘探有利區(qū)塊。

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