地層水特征與油氣保存條件的研究

支龍飛

（西安石油大學，陜西西安710065）

地層水特征與油氣保存條件的研究

支龍飛

（西安石油大學，陜西西安710065）

以胡尖山延8和延9儲層為例，通過研究其地層水測試數據，分析該地層水的化學組成特征及變化規(guī)律，在已知區(qū)域沉積和構造的基礎上，對油田水的成因類型進行劃分。水化學特征分析表明，延8和延9油層組地層水主要陽離子中，K++Na+含量最高，Ca2+次之，Mg2+最?。恢饕庪x子中，Cl-含量最高，HCO3-次之，SO42-最小，其中K++Na+、Cl-有向組分端元集中的分異特點。延8和延9油層組地層水水型均為氯化鈣型油藏，該型油藏水文地質分帶處于緩慢水交替帶，構造的閉合程度屬于弱沖洗的未開啟構造。根據國內外許多油氣田水化學統計，并對比各種水化學特征系數值，延8和延9油層組地層水完全符合油氣伴生水的特點。

油田水；油藏；礦化度梯度

延8和延9儲層構造面貌與陜北斜坡的區(qū)域構造面貌一致，其油層組為三角洲沉積，主要發(fā)育三角洲平原，分流河道和分流間灣是其主要的沉積微相。儲層特征均為低孔低滲儲層，巖性以巖屑長石砂巖為主，孔隙類型以溶蝕粒間孔和殘余粒間孔為主，孔喉分選性中等。成巖作用主要有壓溶、壓實作用、膠結作用、溶蝕作用、交代作用；成巖階段屬于中成巖A期[1，2]。

1 地下水的化學成分基本特征

根據延8和延9儲層的地層水分析資料得知：地層水中的無機離子主要由Na+（K+）、Mg2+、Ca2+、Cl-、SO42-、HCO3-組成。

1.1 陽離子組成特點

經統計發(fā)現：延8和延9油層組中地層水的陽離子含量差異懸殊，其以堿金屬離子Na+為主。具體各層陽離子含量的分析表（見表1）。

延8和延9油層組中鈉離子含量平均約占陽離子總量的90%。通過分析知，鈉鹽具有很高溶解度和很強的遷移性能，以及鈉離子不易被黏土吸附，則在儲層水中的含量相對較多；而鉀離子遷移性能弱，且易被土壤和巖石吸附，因此地下水中鉀的含量相對較少。延8和延9油層組主要為陸相沉積，其多被黏土所吸附，因此地層水中Ca2+含量較低，平均約占陽離子總量6%。鎂的物理化學性質與鈣相似，易被黏土吸附，使其在水中的含量減少。

綜上所述，在地層水中鈉、鉀、鈣、鎂等離子含量差異大，其特點為向鈉、鉀元素端元集中。

1.2 陰離子組成特點

在主要陰離子Cl-、SO42-、HCO3-中，Cl-有很強的遷移性能，它的鈉、鎂、鈣鹽的溶解度都很高，且不易被黏土或其他礦物表面吸附，則在儲層水中的含量相對較多。硫酸根的含量受細菌活動和水中鈣、鋇等離子含量以及pH值的影響，延8和延9地下水的pH值多數為5～6，偏酸性，所以延8和延9地層的硫酸根離子（SO42-）含量總體不高，而且分布不均。各層具體的陰離子分析參數（見表2）。

從表1，表2中可以看出，延8和延9油層組地層水中各離子含量關系排列順序：陽離子依次為Na+> Ca2+>Mg2+、陰離子Cl->HCO3->SO42-，而且這些地層水組分具有向鈉、氯端元集中的分異特征。

表1 延8和延9油層組儲層水陽離子平均含量表

表2 延8和延9油層組儲層水陰離子平均含量表

2 地下水與油氣保存條件

地層水化學特征系數包括鈉氯系數、氯鎂系數、變質系數等，這些系數與油氣的運聚和保存條件有關[4]，下面擬主要從以下幾個方面來研究。

2.1 鈉氯系數（Na+/Cl-）

鈉氯系數可以表征地層水的變質程度，鈉氯系數值越低，水變質程度就越高，油氣形成與保存條件也越好。研究表明，鈉氯系數為0.6～1.0的氯化鈣型分布區(qū)最有利于油氣藏的形成與保存。延8油層組儲層地下水鈉氯系數為0.71～0.93，占統計數的82.2%；延9油層組儲層地下水中有78.3%鈉氯系數介于0.68～0.94。則可分析知延8和延9油層組的變質程度為中等，有油藏和凝析氣藏存在，且氣藏中凝析油含量高。

2.2 氯鎂系數（Cl-/Mg2+）和變質系數（（Cl-－Na+）/Mg2+）

氯鎂系數和變質系數可表征地層水在運移過程中水巖作用的強度和離子交替置換的程度。延8油層組儲層地下水中（Cl--Na+）/Mg2+比值為49.10～13 380；氯鎂系數（Cl-/Mg2+）平均值為2 128.65；延9油層組儲層地下水中的（Cl--Na+）/Mg2+比值為4.17～8 072；氯鎂系數（Cl-/Mg2+）平均值為570.33。通過分析知，離子交換作用與水巖作用有關，Na+、Mg2+含量隨著水巖作用時間增長而變少，Ca2+含量相對變多，水的變質程度變深。在地層的深處，沿水巖作用和生物化學作用加強的方向，Ca2+、Cl-增加，而Mg2+減少，Na+逐漸被Ca2+置換，表現為氯鎂系數和變質系數較大。則由這兩個系數指標說明延8和延9油層組儲層封閉良好。

根據國內外許多油氣田水化學統計，油氣藏地下水特征（見表3）。

可以明顯看出延8和延9油層組地層水的水化學特征系數（見表4）與國內外的油氣藏水（見表3）的性質吻合，屬于典型的油氣藏水類型。

2.3 閉合系數（Mb）

閉合系數Mb，又稱礦化度梯度，它是地層水的礦化度與其埋藏深度的比值。延8和延9油層組礦化度與埋藏深度關系圖（見圖1，圖2）。

延8和延9的平均閉合系數和礦化度分析統計表（見表5）。俄羅斯地臺北半部及波羅的海地區(qū)閉合度分類（見表6）。

表3 國內外的油氣藏水的水化學特征系數

表4 延8和延9油層組地層水的水化學特征系數

圖1 延8油層組礦化度與深度關系圖

圖2 延9油層組礦化度與深度關系圖

表5 地下水的閉合系數Mb

表6 俄羅斯地臺北半部及波羅的海地區(qū)閉合度分類

根據延8和延9地層閉合系數對比俄羅斯地臺北半部及波羅的海地區(qū)的閉合系數可知：延8和延9的閉合系數在50～100，水文地質分帶處于緩慢水交替帶，這有利于油、氣存在。構造的閉合程度屬于弱沖洗的未開啟構造，這對烴類成藏與聚集非常有利[5]。

3 地層水類型的確定

根據油田水文地質預測與判斷地層水類型的需要，選擇了2種主要的離子比值作為特征指標：鈉氯系數（ρ（Na+）/ρ（Cl-））、變質系數（ρ（Cl--Na+）/ρ（Mg2+））。按照蘇林分類法，根據地層水中的6種基本離子的當量比，可以將地層水劃分為：NaHCO3型、CaCl2型、Na2SO4型和MgCl2型（見表7）。并提出烴類聚集與水型關系的密切程度為：氯化鈣型＞重碳酸鈉型＞氯化鎂型＞硫酸鈉型[6]。

表7 蘇林水型分類表

經計算，延8油層組的鈉氯系數（ρ（Na+）/ρ（Cl-））為0.72，延9油層組的鈉氯系數（ρ（Na+）/ρ（Cl-））為0.74；延8油層組的變質系數（ρ（Cl--Na+）/ρ（Mg2+））為1 873.54，延9油層組的變質系數（ρ（Cl--Na+）/ρ（Mg2+））為355.25；根據蘇林分類法（見表7）可以分析得知，延8和延9油層組地下水水型均為氯化鈣型。

表8 各種注入水成分表

4 具體應用

在生產實踐中，發(fā)現局部地區(qū)延8和延9油層組的油井出現滲透率、孔隙度較大，但驅替效率較小的問題。解決該問題的基本思路是：通過對地下水的化學成分分析，其Ca2+含量相對較少，可在該地區(qū)通過增加注入水中的Ca2+含量，使其在地層的中深部生成碳酸鈣沉淀，降低主滲流通道的滲透率，使后面注入的水進入到中小孔道中，從而提高驅替效率。

為此，在該局部地區(qū)注水井中注入模擬水，考查模擬水和現場實際注入水對同一儲層的物性參數和驅替效率的影響。與現場實際注入水相比，模擬地層水中只是向水中增加了Ca2+和CO32-的含量（分別加入，以免在井筒中就生成碳酸鈣垢），其各種注入水成分（見表8）。

（1）注水層位：延8，水質巖心驅替的實驗結果（見表9）。

表9 不同水質巖心驅替的實驗結果

（2）注水層位：延9，水質巖心驅替的實驗結果（見表10）。

表10 不同水質巖心驅替的實驗結果

（3）實驗結果與分析：由上述的實驗（表9，表10）可知：①目前注入水的驅替效率＜模擬注入水的驅替效率；②目前注入水的水質基本達標，模擬地層水中增加的Ca2+和CO32-在地層的中深部生成碳酸鈣沉淀，降低主滲流通道的滲透率，使后面注入的水進入到中小孔道中，達到改善吸水剖面的目的。

5 結論

（1）延8和延9油層組地層水主要陽離子中，K++ Na+含量最高，Ca2+次之，Mg2+最??；主要陰離子中，Cl-含量最高，HCO3-次之，SO42-最小。地下水中陰、陽離子含量差異大，其中鈉、氯離子在水中占絕對優(yōu)勢，具有向組分端元集中的分異特點。

（2）延8和延9油層組地層水具有沉積水經漫長水巖作用、深循環(huán)、徑流停滯或交替緩慢、深度濃縮、正變質特征。

（3）該油藏水文地質分帶處于緩慢水交替帶，這有利于油、氣存在。構造的閉合程度屬于弱沖洗的未開啟構造，這對烴類成藏與聚集非常有利。

［1］楊俊杰.鄂爾多斯盆地構造演化與油氣分布規(guī)律［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2002.

［2］徐國盛，宋煥榮，周文.鄂爾多斯盆地中部氣田水化學條件與天然氣聚集［J］.石油實驗地質，2000，22（4）：330-335.

［3］雍自權，楊斌，張長俊，等.充西氣田須四精細氣藏描述［R］.成都：成都理工大學能源學院，2010.

［4］劉斌，沈昆，等.流體包裹體熱力學［M］.北京：地質出版社，1999.

［5］李英華.油田水地化指標研究的新認識［J］.中國海上油氣（地質），1998，12（1）：19-23.

［6］蘇林.天然水系中的油田水［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1956.

Characteristics of formation water and preservation conditions of oil and gas

ZHI Longfei
（Xi'an Shiyou University，Xi'an Shanxi 710065，China）

Taking the Hujianshan Yan 8 and Yan 9 reservoirs as an example,the formation water characteristics of the formation water are analyzed by studying the formation water test data.Based on the deposition and structure of the known area,genetic type.The results show that the contents of K+,Na+,Ca2+and Mg2+in the main cations of Yan 8 and Yan 9 formations are the highest,the Cl-content is the highest,HCO3-is the second,SO42-is the smallest,where K++Na+,Cl-directional components of the terminal elements of the differentiated features.The formation water type of Yan 8 and Yan 9 reservoirs are all calcium chloride type reservoirs.The hydrogeologic zonation of this type of reservoir is in the slow water alternating zone,and the closure degree of structure is weakly flushing unopened structure. According to the water chemistry statistics of many oil and gas fields at home and abroad, and comparing the coefficient values of all kinds of water chemistry,the formation water of Yan 8 and Yan 9 reservoirs group fully accord with the characteristics of oil and gas associated water.

oilfield water；reservoir；salinity gradient

TE311

A

1673-5285（2017）02-0069-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.02.016

2016－12-26