川西坳陷中段須家河組天然氣藏凝析水地球化學(xué)特征及其意義

尚長(zhǎng)健,歐光習(xí)，朱振宏，樓章華

(1.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029;2.浙江大學(xué)海洋學(xué)院，浙江 杭州 310058)

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川西坳陷中段須家河組天然氣藏凝析水地球化學(xué)特征及其意義

尚長(zhǎng)健1,歐光習(xí)1，朱振宏2，樓章華2

(1.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029;2.浙江大學(xué)海洋學(xué)院，浙江 杭州 310058)

川西坳陷；須家河組；致密儲(chǔ)層；凝析水；地球化學(xué)特征

油田地下水是油氣運(yùn)移的主要驅(qū)動(dòng)力與載體，其地球化學(xué)特征和運(yùn)動(dòng)規(guī)律與油氣的生成、運(yùn)聚、成藏、保存或破壞有著十分密切的聯(lián)系[1-3]。因此研究油田地下水的水文地球化學(xué)和水動(dòng)力場(chǎng)特征，對(duì)研究礦物的形成與轉(zhuǎn)化、儲(chǔ)層質(zhì)量、地層壓力場(chǎng)、油氣藏形成與保存具有重要的指導(dǎo)意義。對(duì)于川西坳陷陸相領(lǐng)域地下水的地球化學(xué)特征，前人研究主要集中于地層水的產(chǎn)出規(guī)律、成因、縱向變化及同位素特征等方面[4-8]。而對(duì)川西坳陷須家河組凝析水方面的研究比較薄弱，制約了區(qū)內(nèi)油氣藏的進(jìn)一步勘探開(kāi)發(fā)。

凝析水是一種礦化度值很低或者為零的特殊油田地下水[9]。高溫高壓的天然氣藏中，地下水以水蒸汽形式存在，氣態(tài)水在氣井生產(chǎn)過(guò)程中被天然氣攜入井筒。由于流動(dòng)過(guò)程中溫度不斷下降、壓力不斷減小，天然氣與氣態(tài)水發(fā)生分異，氣態(tài)水發(fā)生凝析作用，形成凝析水。本文在對(duì)川西坳陷須家河組凝析水的地球化學(xué)特征進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，分析其與地層水的異同和來(lái)源及其氫氧同位素特征，并結(jié)合新856井的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，進(jìn)一步研究凝析水與地層水的演化過(guò)程，明確凝析水在天然氣開(kāi)采開(kāi)發(fā)中的意義。

1 地質(zhì)概況

川西坳陷位于揚(yáng)子板塊西北緣，為四川盆地西部晚三疊世以來(lái)形成的前陸盆地，北接西秦嶺褶皺帶，西以龍門(mén)山斷裂帶為界，南接峨嵋、瓦山斷塊，東與川中隆起平緩相接，面積近4×104km2，地表以白堊系尖滅線(xiàn)為邊界。根據(jù)沉積特征和構(gòu)造形變特征，川西坳陷中段可以分成5個(gè)次一級(jí)的構(gòu)造單元。其中，孝泉-豐谷構(gòu)造帶內(nèi)發(fā)育的天然氣藏主要是新場(chǎng)氣田。

川西坳陷上三疊統(tǒng)發(fā)育優(yōu)質(zhì)的烴源巖，合理的生儲(chǔ)蓋配置，具有豐富的天然氣資源，勘探潛力巨大[10]。其中，須三、須五段是主要的烴源巖，須二段和須四段是主要的砂巖儲(chǔ)層。砂巖儲(chǔ)層屬于致密性?xún)?chǔ)層，具有“低孔低滲”的特點(diǎn)。整體而言，須家河組埋深大、超壓，儲(chǔ)層致密-超致密，構(gòu)造具有超晚期的特點(diǎn)，并且具有充足的烴源和較強(qiáng)的生氣強(qiáng)度[11-12]。

2 須家河組凝析水地球化學(xué)特征

該地區(qū)凝析水的水化學(xué)特征主要有：(1)水型以碳酸氫鈉型為主；(2)陰離子以氯離子和碳酸氫根離子為主，碳酸氫根離子在全部離子中所占比例高達(dá)12.4%，明顯高于其他類(lèi)型水，含少量或不含硫酸根離子；陽(yáng)離子中鉀離子、鈉離子和鈣離子占優(yōu)勢(shì)，含少量鎂離子；(3)礦化度較低，其值一般低于1g/L；(4)凝析水鈉氯系數(shù)明顯較其他類(lèi)型水高，鹽化系數(shù)低；(5)當(dāng)凝析水中開(kāi)始混入地層水時(shí)，氯離子含量迅速增加，引起水型改變[13]。

由于致密儲(chǔ)層低孔低滲的特征，地下水難以流動(dòng)，氣驅(qū)水很難進(jìn)行。天然氣在產(chǎn)出過(guò)程中，氣態(tài)的凝析水隨之一起產(chǎn)出。因此，須家河組凝析水普遍發(fā)育，新場(chǎng)氣田及大邑氣田須家河組的生產(chǎn)井前期均產(chǎn)出凝析水(圖1)。由于受到儲(chǔ)層致密性、地溫梯度、構(gòu)造形變等控制，儲(chǔ)層內(nèi)的氣水過(guò)渡帶厚度不同，導(dǎo)致凝析水向普通地層水過(guò)渡的時(shí)間長(zhǎng)短不一。隨著時(shí)間的推移，生產(chǎn)井產(chǎn)出的水將逐漸過(guò)渡為普通地層水，水、氣比值也發(fā)生變化。如新場(chǎng)地區(qū)的新856井，水、氣比值從初期的4.9×10-6過(guò)渡為5.854×10-3。

凝析水的礦化度普遍較低，如開(kāi)發(fā)初期新2井產(chǎn)出的凝析水，礦化度為8.17g/L。本次研究統(tǒng)計(jì)了須家河組的91個(gè)鉆井凝析水樣品，均為鉆井生產(chǎn)初期的產(chǎn)出水，平均值為2.43g/L，水型主要為碳酸氫鈉型，主要陽(yáng)離子為鉀離子和鈉離子，陰離子為碳酸氫根離子和氯離子(表1)。

圖1 須家河組凝析水產(chǎn)量直方圖Fig.1 Historgram of the condensate water production of Xujiahe formation

井號(hào)K++Na+Ca2+Mg2+Cl-SO2-4HCO-3CO2-3礦化度大邑1183070009429010021737大邑102619大邑3007007006005028053聯(lián)150171026003299029015006524新2320010001417063817新3298033002277006863新851004001003001017030新853062013001109012025002241新856002004014025

注：表中數(shù)值均為平均值，單位為g/L。

圖2 凝析水與地層水陰離子和陽(yáng)離子毫克當(dāng)量含量對(duì)比圖Fig.2 The milligram equivalent of condensate water and formation water1—凝析水；2—地層水。

2.1 凝析水礦化度特征及來(lái)源

2.2 凝析水氫氧同位素特征

對(duì)油田采集到的須家河組地下水進(jìn)行了氫氧同位素分析，結(jié)果顯示安縣-鴨子河-大邑構(gòu)造帶的大邑103井和大邑1井、孝泉-豐谷構(gòu)造帶的新5井和聯(lián)150井產(chǎn)出水的氫氧同位素特征值明顯較普通地層水偏低(圖3)。沈忠民等研究認(rèn)為，川西坳陷陸相領(lǐng)域大氣水影響的范圍有限，僅為530 m左右[7]。筆者認(rèn)為，凝析水是地層水蒸發(fā)之后與天然氣發(fā)生復(fù)雜的混合作用的產(chǎn)物。水的分餾效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致氫氧同位素特征值較低，因此須家河組凝析水的氫氧同位素特征值普遍偏低，應(yīng)是分餾作用造成的。

3 新856井產(chǎn)出動(dòng)態(tài)

新856井位于新場(chǎng)氣田內(nèi)，處于新場(chǎng)構(gòu)造五郎泉高點(diǎn)南翼陡帶，與鄰井新853井、新2井位于同一條構(gòu)造帶上。新856井位于兩條南北走向?qū)A斷層之間，斷層對(duì)儲(chǔ)層物性具有改善作用。新856井的產(chǎn)出層位是須二段，埋深為4811～4858 m，地溫梯度為2.27℃/100m (恒溫層取德陽(yáng)地區(qū)平均年氣溫16.2℃)，地溫為110℃左右，產(chǎn)層中部地層壓力79.7 MPa，壓力系數(shù)為1.68。

自投入生產(chǎn)以來(lái)，新856井產(chǎn)氣量由持續(xù)高產(chǎn)到產(chǎn)量慢慢減少，產(chǎn)水量由逐漸上升后轉(zhuǎn)為逐漸下降，壓力也隨之發(fā)生變化(圖4)。產(chǎn)出水中的礦化度、鈉離子、氯離子含量則逐漸增大，鹽化系數(shù)呈不規(guī)則變化(圖5)。

圖3 須家河組凝析水δD-δ18O關(guān)系圖(據(jù)Craig等，1961；Taylor等，1991)Fig.3 The δD-δ18O diagram of condensate water in Xujiahe formation

圖4 新場(chǎng)氣田新856井單井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)Fig.4 Well Xin 856 production performance in Xinchang gas field

生產(chǎn)前期，油套壓持續(xù)高壓僅輕微波動(dòng)，產(chǎn)氣量也隨之輕微波動(dòng)，產(chǎn)出水量很少且為凝析水，礦化度僅為0.54 g/L。生產(chǎn)后期，油套壓較小，產(chǎn)水量較大，且波動(dòng)較大，水、氣比值也較之前增大。此時(shí)的產(chǎn)出水為地層水，礦化度最大值超過(guò)120 g/L，而天然氣的產(chǎn)量則變得很小。生產(chǎn)中期為凝析水和地層水的過(guò)渡階段，產(chǎn)出水的地球化學(xué)特征介于兩者之間。上述現(xiàn)象是由于凝析水與天然氣賦存于高溫高壓的致密-超致密砂巖儲(chǔ)層中，氣水流動(dòng)不暢所導(dǎo)致。生產(chǎn)前期，地層內(nèi)部壓力較大，凝析水與天然氣產(chǎn)量也較大。隨著時(shí)間推移，壓力減小，普通地層水侵入，造成生產(chǎn)井產(chǎn)出的普通地層水含量越來(lái)越大，直至全為普通地層水。據(jù)此可以認(rèn)為，凝析水是天然氣高產(chǎn)的標(biāo)志，產(chǎn)出水只能由凝析水向普通地層水轉(zhuǎn)化，不會(huì)發(fā)生反轉(zhuǎn)。

圖5 新856井產(chǎn)出水地球化學(xué)特征變化圖Fig.5 The geochemical characteristics changes of produced-water of new well 856

4 結(jié)論

通過(guò)分析川西坳陷須家河組致密砂巖儲(chǔ)層氣藏的凝析水特征，得出以下結(jié)論：

(1)致密-超致密儲(chǔ)層為凝析水的賦存提供了便利的條件，因此在川西坳陷中段須家河組凝析水普遍發(fā)育。通過(guò)凝析水與地層水各離子的含量當(dāng)量百分比對(duì)比研究，認(rèn)為凝析水來(lái)源于地層水蒸發(fā)，之后又與天然氣發(fā)生復(fù)雜的混合作用。

(2)大邑103井、大邑1井、聯(lián)150井等凝析水氫氧同位素特征值明顯較普通地層水低，投影在全球大氣降水曲線(xiàn)附近，是由于蒸發(fā)分餾作用導(dǎo)致的。

(3)通過(guò)對(duì)新856井的研究，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)出水只能由凝析水向普通地層水轉(zhuǎn)化，且產(chǎn)水量增大，產(chǎn)氣量減少，水、氣比值隨之增大。

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Geochemical Characteristics and Its Significance of Condensate Water in Gas Reservoirs of Xujiahe Formation in The Middle of Western Sichuan Depression

SHANG Chang-jian1,OU Guang-xi1, ZHU Zhen-hong2, LOU Zhang-hua2

(1.BeijingResearchInstituteofUraniumgeology,Beijing100029,China2.DepartmentofOceanSciencesandEngineer,ZhejiangUniversity,Hangzhou,Zhejiang310058,Chian)

western Sichuan depression; Xujiahe formation; tight reservoir; condensate water；geoche-mical characteristics

10.3969/j.issn.1000-0658.2015.04.006

“油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室資助項(xiàng)目(編號(hào)：PLC201002)和國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)聯(lián)合資助。

2014-10-29 [改回日期]2014-11-30

尚長(zhǎng)健(1985—)，男，工程師，從事地質(zhì)流體地球化學(xué)研究工作。E-mail：changjian_shang@163.com

1000-0658(2015)04-0453-06

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