林海萍,李謙定,南葉飛
(西安石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,陜西西安710065)
油田化學(xué)
蘇里格氣田西區(qū)產(chǎn)水規(guī)律研究
林海萍,李謙定,南葉飛
(西安石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,陜西西安710065)
蘇西區(qū)是蘇里格氣田近年來投入開發(fā)的重要區(qū)塊,隨著開發(fā)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,部分生產(chǎn)井出現(xiàn)了含水較高的現(xiàn)象。為進(jìn)一步提高氣井綜合開發(fā)水平,通過水質(zhì)分析方法對產(chǎn)出水進(jìn)行部分陰、陽離子質(zhì)量濃度分析,利用產(chǎn)出水總體化學(xué)特征,礦化度與各離子的關(guān)系,結(jié)合化學(xué)特征系數(shù)(變質(zhì)系數(shù)、脫硫系數(shù)、成因系數(shù))確定了該區(qū)的產(chǎn)水類型(正常地層水、淡化地層水、凝析水),并對單井產(chǎn)水類型進(jìn)行了識別,從而系統(tǒng)地總結(jié)了蘇西區(qū)氣田產(chǎn)水規(guī)律。最后,簡述了產(chǎn)水規(guī)律在油氣勘探中的應(yīng)用。
蘇西區(qū);產(chǎn)水規(guī)律;產(chǎn)水類型;化學(xué)特征系數(shù);總礦化度
蘇里格氣田西區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市鄂托克前旗及鄂托克旗境內(nèi),區(qū)域構(gòu)造隸屬鄂爾多斯盆地伊陜斜坡西北部,西鄰天環(huán)坳陷。隨著蘇里格氣田開發(fā)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,蘇里格部分區(qū)塊氣井產(chǎn)水量出現(xiàn)上升趨勢,前期勘探開發(fā)實(shí)踐表明,蘇里格氣田西區(qū)是蘇里格氣田產(chǎn)水最嚴(yán)重的區(qū)塊,產(chǎn)水井約占測試井的48%[1,2],平均水氣比已經(jīng)達(dá)到1方·萬方-1,2013年底投產(chǎn)氣井560口,單井日均產(chǎn)氣0.77×104m3·d-1左右,單井日均產(chǎn)水185m3· d-1左右。該區(qū)在開發(fā)過程中普遍見水,大部分氣井從投產(chǎn)初期階段就開始產(chǎn)水。氣井產(chǎn)水容易引起井底產(chǎn)生積液,從而導(dǎo)致天然氣水合物的生成,影響氣井的正常生產(chǎn),降低了氣藏的采收率[3]。為了提高投產(chǎn)氣井的生產(chǎn)效率、實(shí)現(xiàn)單井采收率的最大化,亟需開展該區(qū)氣田產(chǎn)水規(guī)律研究,這對提出針對蘇西區(qū)合理的治水對策、提高氣藏開發(fā)綜合水平具有重要意義[4]。
參照SY/T5523-2006《油田水分析方法》及SY/T5329-2012《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法》中的規(guī)定,進(jìn)行單口井產(chǎn)出水水質(zhì)分析。
2.1 產(chǎn)出水化學(xué)總體特征
2.1.1 水型、pH值及總礦化度
圖1 研究區(qū)28口氣井井位圖Fig.1 The geological base map of 28 gas wells in the researched area
依照蘇林分類,蘇里格西區(qū)28口氣井產(chǎn)出水均為單一的CaCl2水型,都呈弱酸性或近中性(pH值為5.65~6.81)。此區(qū)塊產(chǎn)出水總礦化度分布較寬,在514.21~33705.92mg·L-1之間,平均為12698.49mg· L-1。水型及產(chǎn)出水總礦化度綜合反映離子含量多少比例關(guān)系及其成分。分析結(jié)果表明,地層水位于水動力相對滯留區(qū)域,處于相對還原環(huán)境,進(jìn)一步反映儲層封閉條件較良好,有利于油氣的運(yùn)聚與成藏。
2.1.2 常量元素分析該區(qū)塊產(chǎn)出水的無機(jī)常量元素主要包括K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、、等離子。陽離子質(zhì)量濃度大小順序?yàn)镵++Na+>Ca2+>Mg2+,陰離子質(zhì)量濃度大小順序?yàn)镃l->(表1)。陰、陽離子總質(zhì)量濃度比值約為1.68,陽離子中K++Na+和Ca2+含量占優(yōu)勢,K++Na+含量在90.25~6851.34mg·L-1之間,平均為2967.33mg·L-1;Ca2+含量在63.26~5329.12mg·L-1之間,平均值為1654.35 mg·L-1,分別均占陽離子總量的62.7%和35.0%,Mg2+質(zhì)量濃度相對較低,平均為93.07mg·L-1,占陽離子總量的1.97%。陰離子中Cl-占絕對優(yōu)勢,在268.49~20875.36mg·L-1之間,平均為7555.75mg·L-1,其質(zhì)量濃度約占陰離子總量的94.8%。質(zhì)量濃度相對較低,平均值為388.44mg·L-1,占陰離子總量的4.88%。
2.2 總礦化度與各陰、陽離子關(guān)系
總礦化度對地層水化學(xué)性質(zhì)有著一定的主導(dǎo)作用。蘇西區(qū)氣田產(chǎn)出水總礦化度的影響因素諸多,所以總礦化度分布范圍較寬,但依然有規(guī)律可以遵循。本文考察了總礦化度與各離子的關(guān)系,結(jié)果見圖2~5。
由圖2~5可知,總礦化度與各離子的關(guān)系有直線型和散點(diǎn)型兩種類型。其中總礦化度與Cl-、K++Na+、Ca2+質(zhì)量濃度具有正相關(guān)性,尤其與Cl-的正相關(guān)性最好,通過線性回歸分析,得出總礦化度與氯離子質(zhì)量濃度的一次方程式:
Y(Cl-質(zhì)量濃度)=0.6208X(總礦化度)-308.51,R2=0.9987
此方程的確定性系數(shù)R2十分逼近于1,表明地層水中的總離子量被Cl-含量嚴(yán)格控制,Cl-含量與總礦化度幾乎同步等速在變化;而總礦化度隨、、Mg2+質(zhì)量濃度的改變并沒有明顯的變化趨勢,即呈散點(diǎn)關(guān)系,不具有相關(guān)性。綜上所述,該區(qū)塊產(chǎn)出水的總礦化度主要受Cl-、K++Na+、Ca2+含量的影響。
圖2 總礦化度與Cl-質(zhì)量濃度的關(guān)系Fig.2 The relationship between total salinity and mass
圖3 總礦化度與K++Na+質(zhì)量濃度的關(guān)系Fig.3 The relationship between total salinity and mass
圖4 總礦化度與HC質(zhì)量濃度的關(guān)系Fig.4 The relationship between total salinity and mass
圖5 總礦化度與Ca2+質(zhì)量濃度的關(guān)系Fig.5 The relationship between total salinity and mass concentration of Calcium
2.3 產(chǎn)出水化學(xué)特征系數(shù)
僅利用水型和總礦化度對油氣聚集及儲存環(huán)境的判斷有一定的偏差,還應(yīng)該結(jié)合化學(xué)特征系數(shù)綜合判斷,化學(xué)特征系數(shù)更能真實(shí)地反映地層水的聚集、運(yùn)移及儲存狀態(tài),是判識產(chǎn)出水類型的重要指標(biāo)。當(dāng)前,運(yùn)用最多的化學(xué)特征系數(shù)有變質(zhì)系數(shù)、脫硫系數(shù)、成因系數(shù)。若將總礦化度與化學(xué)特征系數(shù)結(jié)合起來判斷,效果會更佳。本文通過對變質(zhì)系數(shù)、脫硫系數(shù)、成因系數(shù)的研究,并分析其與總礦化度之間的關(guān)系,從而判定出該區(qū)塊的產(chǎn)出水類型。
2.3.1 變質(zhì)系數(shù)rNa+/rCl-該系數(shù)也稱為鈉氯系數(shù)。它是地層封閉性、地層水變質(zhì)程度和運(yùn)動性的重要指標(biāo),與油氣無直接關(guān)系,屬環(huán)境指標(biāo)[5]。蘇西區(qū)產(chǎn)出水都屬于CaCl2水型,通過進(jìn)一步計算該區(qū)塊產(chǎn)出水Na+、Cl-質(zhì)量濃度的比值,可以總結(jié)出:rNa+/rCl-值變化在0.31~0.55之間,平均值為0.40,同時,分析其與總礦化度之間的相關(guān)性,結(jié)果表明,在總礦化度增大的同時,鈉氯系數(shù)有相應(yīng)減小的趨勢(圖6)。依照博雅爾斯基的細(xì)分標(biāo)準(zhǔn)(1970),鈉氯系數(shù)如果大于0.85認(rèn)為是自由水特征,此值若小于0.50則認(rèn)為是滯留環(huán)境,而蘇西區(qū)產(chǎn)出水的鈉氯系數(shù)主要集中于0.3~0.5之間,屬于此細(xì)分標(biāo)準(zhǔn)中的第Ⅴ類,表明地層封閉性較好,地層水受滲入水影響較弱,對烴類的保存比較有利,非常有利于油氣的運(yùn)聚和儲存。
圖6 總礦化度與鈉氯系數(shù)關(guān)系Fig.6 The relationship between total salinity and metamorphic coefficient
圖7 總礦化度與脫硫系數(shù)關(guān)系Fig.7 The relationship between total salinity and desulfurization factor
2.3.3 成因系數(shù)(Cl--Na+)/2Mg2+成因系數(shù)即為Cl--Na+與2Mg2+質(zhì)量濃度的比值,是蘇林通常采用的產(chǎn)出水類型判識系數(shù),具有一定研究意義。蘇西區(qū)成因系數(shù)主要集中在5.00~40.00之間,平均值為48.39。通過分析該系數(shù)與總礦化度之間的相關(guān)程度,可得,隨著總礦化度的增大,成因系數(shù)并沒有明顯的變大或減小的趨勢,在總礦化度比較低的范圍內(nèi),該系數(shù)波動異常(圖8)。大量文獻(xiàn)統(tǒng)計資料顯示,與油氣相伴生的地下水的成因系數(shù)通常都大于0.5[6],而此區(qū)塊該系數(shù)都大于5,在上述指標(biāo)內(nèi),表明該區(qū)塊儲層封閉條件較為良好。
圖8 總礦化度與成因系數(shù)關(guān)系Fig.8 The relationship between total salinity and genetic coefficient
2.4 產(chǎn)水類型判定
通過對蘇西區(qū)氣田產(chǎn)出水的化學(xué)總體特征,礦化度與各陰、陽離子的相關(guān)程度、化學(xué)特征系數(shù)的分析,進(jìn)一步結(jié)合博雅爾斯基的細(xì)分標(biāo)準(zhǔn),類比近幾年以來該區(qū)塊氣田產(chǎn)出水的研究規(guī)律,確定該區(qū)塊產(chǎn)出水可分為3類:正常地層水、淡化地層水和凝析水,并識別出11口井為正常地層水、10口井為淡化地層水、7口井為凝析水(表2~4)??梢缘贸觯5貙铀急壤畲?,其次是淡化地層水,然后是凝析水。
2.4.1 正常地層水正常地層水是指天然氣進(jìn)入儲集層后,氣水分異不徹底而殘存于孔隙中的束縛水或因氣驅(qū)能量有限而未排盡的自由水[7]。該區(qū)塊正常地層水的總礦化度較大,在14281.07~33705.92mg· L-1之間,可能各種水以不同的比例混入,此變化范圍較寬,其中有60%大于16000.00mg·L-1,變質(zhì)系數(shù)為0.38~0.48,脫硫系數(shù)為0~0.83,成因系數(shù)為12.51~332.55。
表2 蘇西區(qū)塊產(chǎn)出水正常地層水判識Tab.2 Distinction of normal formation water in the researched area
2.4.2淡化地層水
表3 蘇西區(qū)塊產(chǎn)出水淡化地層水判識Tab.Distinction of desalinized formation water in the researched area
淡化地層水是指致密透鏡體水或氣層滯留水與凝析水的混合液[8]。該區(qū)塊淡化地層水與正常地層水相比,礦化度相對偏低些,總礦化度在9476.21~14539.31mg·L-1之間,變質(zhì)系數(shù)為0.35~0.43,脫硫系數(shù)為0.05~0.68,成因系數(shù)為10.72~96.81??赡芑烊氲母鞣N水比例不一樣,各陰、陽離子含量存在一定的變化,但是總的來說,變化范圍比較小。故淡化地層水總體系數(shù)跟正常地層水基本相似,水型與正常地層水也相同。
2.4.3 凝析水
凝析水是指開采過程中隨著壓力、溫度的驟降,導(dǎo)致天然氣中水蒸氣凝結(jié)而產(chǎn)出的液態(tài)水[2]。地層中的天然氣均伴隨有少量水蒸汽。在采氣過程中,隨著地層壓力和溫度驟降,都有可能會造成凝析水的析出。凝析水一般在井筒周圍地層中凝結(jié),同時伴隨有一部分少量的地層水,所以氣田在開采過程中的凝析水產(chǎn)出量一般大于理論值,通常以水蒸氣的形式存在于地下[8]。該區(qū)塊凝析水的主要水化學(xué)特征是:礦化度相對正常地層水和淡化地層水較低,一般在9000mg·L-1以下,水型也是CaCl2型,無機(jī)常量元素主要包括陰離子Cl-、HC和陽離子Ca2+、Na+、K+,含少量S和Mg2+變質(zhì)系數(shù)為0.32~0.55,脫硫系數(shù)為0.09~7.10,成因系數(shù)為5.06~33.58。結(jié)果表明,凝析水在總礦化度和化學(xué)特征系數(shù)方面,都與正常地層水和淡化地層水存在較為明顯的差異。
地球化學(xué)場是尋找油氣藏的有利區(qū)域。大量研究統(tǒng)計資料表明,對油氣聚集和儲存最有利的環(huán)境,應(yīng)是地層水交替平緩和滯留的環(huán)境。從當(dāng)前水化學(xué)特征來看,這些區(qū)域是以Na+、Cl-為主的高礦化度水分布區(qū)域。但對于某些地質(zhì)條件較特殊的油氣藏來說,用水文地球化學(xué)特征來判斷油氣聚集及儲存條件,標(biāo)準(zhǔn)也就不一樣。在判斷油氣運(yùn)聚方向及儲存條件時,通常還采用鈉氯系數(shù)、脫硫系數(shù)及成因系數(shù)等。一般認(rèn)為:距停滯區(qū)越近其系數(shù)值越小,距供水方向越近其系數(shù)值越大。在水化學(xué)剖面上,油氣水運(yùn)聚的前方,以上系數(shù)值越小。
(1)蘇西區(qū)產(chǎn)出水都是單一的CaCl2型,總礦化度比較高,陽離子以K++Na+、Ca2+為主,陰離子中Cl-占絕對優(yōu)勢??偟V化度與Cl-、K++Na+、Ca2+質(zhì)量濃度具有正相關(guān)性,其中,總礦化度與Cl-的相關(guān)性最好;而與、、Mg2+呈散點(diǎn)關(guān)系。所以,該區(qū)塊總礦化度主要取決于Cl-、K++Na+、Ca2+的含量。
(2)該區(qū)塊產(chǎn)出水的變質(zhì)系數(shù)與總礦化度有一定的相關(guān)性,而脫硫系數(shù)和成因系數(shù)隨之改變并沒有明顯的變化趨勢,進(jìn)一步分析判定出11口井為正常地層水、10口井為淡化地層水、7口井為凝析水??傻茫5貙铀s占39%,淡化地層水約占35%,凝析水所占比例較小,約為26%。
(3)正常地層水和淡化地層水,除礦化度存在較大差異外,其化學(xué)特征系數(shù)總體很相似,而凝析水與正常地層水和淡化地層水在礦化度和水化學(xué)特征系數(shù)方面都有明顯的差異。
(4)通過水化學(xué)規(guī)律找油氣在油氣普查勘探中能夠比較準(zhǔn)確地反映出油氣聚集成藏的有利地帶,提供可靠的含油氣信息,具有效率高、成本低的特征。進(jìn)一步結(jié)合物探、地質(zhì)和化探分析成果可以提高油氣勘探綜合水平。
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Study on regularities of the produced water in western sulige gasfield
LIN Hai-ping,LI Qian-ding,NAN Ye-fei
(College of Chemistry and Chemical Engineering,Xi'an Shiyou University,Xi'an 710065,China)
The west district in Sulige Gasfield has been a major zone that has been brought into development in recent years.As the proportion is continuously expanded in great extent,the phenomenon of higher water production exists to some degree in some local producing gas-wells.For raising the comprehensive efficiency of gas exploration further and the method of analysis of water quality was done to the produced water to analyze the content of some Anion and cation,the types of the produced water(normal formation water,desalinized formation water,condensate water)were definited with the overall chemical characteristics,the relationship between salinity and the content of anion and cation,chemical characteristic data(metamorphic coefficient,desulfurization coefficient,genetic coefficient),and futher every producing gas-well was distinguished.All in all,the systematic analyses were made to the regularities of the produced water in western Sulige Gasfield.Lastly the regularities of the produced water applied to production of oil and gas exploration was showed simply.
western Sulige Gasfield;regularities of produced water;types of produced water;chemical characteristic datas;total salinity
TE341
A
1002-1124(2014)10-0034-05
2014-06-03
林海萍(1990-),女,漢族,陜西延安人,西安石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院在讀碩士研究生,主要從事油氣田化學(xué)方面的基礎(chǔ)科研工作。
導(dǎo)師簡介:李謙定(1959-),男,漢族,陜西富平人,教授,研究生導(dǎo)師,主要從事油氣田化學(xué)和精細(xì)化工方面的教學(xué)與科研工作。