鄂爾多斯盆地烏審旗—橫山地區(qū)下奧陶統(tǒng)氣水分布主控因素研究

晏寧平，王 旭，高 遠(yuǎn)，鄭海亮

(中國石油長慶油田第一采氣廠，陜西榆林718500）

靖邊氣田為目前國內(nèi)所發(fā)現(xiàn)最大的下古生界氣田，屬于低孔、低滲，分布廣泛的古巖溶氣藏，面積約4.8×104km2。中奧陶世以后經(jīng)歷長達(dá)130Ma的加里東構(gòu)造運動，使華北板塊被整體抬升，鄂爾多斯盆地馬家溝組儲層頂部遭受長期的風(fēng)化剝蝕及淋濾作用，發(fā)育風(fēng)化殼及溶蝕孔、縫，成為天然氣儲集的有利空間。烏審旗—橫山地區(qū)位于靖邊氣田西北部，是靖邊氣田的外延。由于風(fēng)化殼儲層具有強烈的非均質(zhì)性，儲層孔洞發(fā)育程度、充填情況復(fù)雜，氣藏分布連片性差，氣水關(guān)系復(fù)雜，因而前期開發(fā)力度不大。目前，為了提高該區(qū)開發(fā)效果，迫切對研究區(qū)馬五段儲層地層水的地化特征和氣水分布規(guī)律進(jìn)行分析，并對氣水分布的影響因素進(jìn)行研究，歸納氣水分布模式，為該區(qū)今后天然氣勘探開發(fā)提供理論參考和技術(shù)儲備。

1 地層水地球化學(xué)特征

1.1 地層水類型及酸堿性

烏審旗—橫山地區(qū)馬五段地層水陽離子主要有K+、Na+、Ca2+、Mg2+，陰離子主要有Cl-、SO42-和HCO3-，其中，陽離子以Ca2+為主，陰離子以Cl-為主。按照蘇林分類，該區(qū)地層水水型以CaCl2型為主，同時，17個地層水樣品分析數(shù)據(jù)表明，研究區(qū)馬家溝組地層水的pH值一般在6左右，說明該區(qū)地層水處于弱酸性環(huán)境。

1.2 地層水礦化度及離子組成

該區(qū)地層水樣品中離子含量差別顯著，其中陽離子以Ca2+為主，濃度甚至可達(dá)到62.77g/L，遠(yuǎn)高于海水的鹽度35g/L，達(dá)鹵水級別，另外，K+、Na+次之，Mg2+貧乏，整體上表現(xiàn)出深埋藏型、高礦化度的地層水特征。該區(qū)地層水水型豐富，既有過渡性、開放性環(huán)境形成NaHCO3型、Na2SO4型或MgCl2型，也有封閉性環(huán)境中形成的CaCl2型，整體地層水是以CaCl2型為主。馬家溝組地層處于海相碳酸鹽巖環(huán)境，水體埋藏深，封閉條件良好，保存了較多的原始?xì)堄嗪Ｋ卣?，并在漫長的地質(zhì)發(fā)展過程中，不斷的濃縮變質(zhì)，才成為現(xiàn)今高礦化度地層水。

1.3 地球化學(xué)特征參數(shù)

鈉氯系數(shù)（rNa+/rCl-）反映地層水的濃縮變質(zhì)作用程度以及儲層水文地球化學(xué)環(huán)境。通常認(rèn)為，地下水封閉性越好，越濃縮，變質(zhì)越深，其（rNa+/rCl-）比值就越小，對油氣的保存越有利。研究區(qū)馬家溝組鈉氯系數(shù)主要分布在0.03～0.72之間，平均值為0.25，表明該區(qū)地層水大部分為CaCl2型水，水動力不活躍，基本沒有受到淺層水的影響，屬于原始沉積-高度變質(zhì)水，說明地層封閉，油氣保存條件好。

脫硫系數(shù)（100×rSO42-/rCl-）是油氣藏保存好壞的環(huán)境指標(biāo)。通常認(rèn)為脫硫系數(shù)越小，反映地層水封閉性越好，有利于油氣的保存。脫硫系數(shù)小于1的地層水，通常表明地層水還原徹底，埋藏于封閉良好地區(qū)，反之，則認(rèn)為還原作用不徹底，可能受淺表層氧化作用的影響。該區(qū)地層水的脫硫系數(shù)大多數(shù)為0，僅有少數(shù)分布在0.64～5.31之間，表明研究區(qū)地層水大部分是在還原作用下形成的，僅在個別地區(qū)，地層水發(fā)生較為明顯的氧化。

變質(zhì)系數(shù)[（rCl--rNa+）/rMg2+]說明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。據(jù)國內(nèi)外眾多油氣田研究，與油氣伴生的地層水變質(zhì)系數(shù)一般大于1。馬家溝組地層水變質(zhì)系數(shù)分布在2～33之間，平均值達(dá)18.57，遠(yuǎn)大于1，屬于高凝縮階段的地層水。

2 氣水分布特征

2.1 平面分布特征

研究區(qū)313口井生產(chǎn)資料表明，產(chǎn)純水井和氣水同產(chǎn)井21口，分布較為分散，整體上集中分布在研究區(qū)中西部，其中7口產(chǎn)水井分布相對集中，形成1個富水區(qū)。綜合研究區(qū)馬五段儲層構(gòu)造和產(chǎn)水井分布特征，總結(jié)出該區(qū)氣水分布主要特征：①整體上受儲層?xùn)|北高、西南低構(gòu)造趨勢的影響，產(chǎn)水井相對集中分布在研究區(qū)西部；②存在一個相對富水區(qū)位于研究區(qū)西部，其它產(chǎn)水井受儲層物性封閉遮擋，地層水滯留在構(gòu)造高部位，呈零散分布。

2.2 氣水剖面分布特征

（1）構(gòu)造平緩區(qū)氣水交互分布。研究區(qū)馬家溝組氣藏整體上構(gòu)造比較平緩，儲層普遍致密，氣、水層在橫向上的連續(xù)性和連通性普遍較差。此類氣藏氣水分布與致密砂巖氣藏具有相似的分布特征，氣水分異性不明顯，甚至出現(xiàn)氣水倒置等現(xiàn)象（圖1）。

（2）構(gòu)造起伏區(qū)氣水分異明顯。研究區(qū)馬家溝組氣藏中，局部地區(qū)構(gòu)造起伏明顯，當(dāng)這些位置儲層物性相對較好時，氣層呈厚層狀發(fā)育，且氣層在橫向上的連續(xù)性均較好。在構(gòu)造發(fā)育的氣藏中，氣水分異普遍較為徹底，氣水界限較為明顯（圖2）。

3 氣水分布的主控因素

烏審旗—橫山地區(qū)氣水分布規(guī)律復(fù)雜，其受控因素較多，分析認(rèn)為控制氣水分布的地質(zhì)因素主要表現(xiàn)如下。

3.1 區(qū)域構(gòu)造控制氣水分布的基本形態(tài)

前人研究表明，馬五地層經(jīng)歷了早期的西高東低的構(gòu)造格局，這一時期承壓水流方向主要向西。隨著地層埋深的增加，有機(jī)質(zhì)演化進(jìn)入“液態(tài)烴窗”，上覆石炭系山西組—本溪組烴源巖演化進(jìn)入油氣生成階段，生成的油氣經(jīng)運移進(jìn)入馬五儲層中并在西北部相對構(gòu)造高部位形成聚集。這一時期天然氣可能集中分布在盆地西部可能的地層圈閉中，具有一定連通性的物性相對較好的儲層則被運移來的油氣所占據(jù)。燕山構(gòu)造運動時期，山西地塊上升造成盆地東部抬升，使區(qū)域構(gòu)造由東傾單斜變?yōu)槲鲀A單斜，此時有機(jī)質(zhì)演化進(jìn)入成氣階段，反轉(zhuǎn)前天然氣主要富集在西部構(gòu)造高部位，反轉(zhuǎn)后必然要從西部低部位向東部高部位運移。由于馬家溝組頂部風(fēng)化殼儲層非均質(zhì)強，一部分天然氣在低部位滯留下來，同時，一些地層水向西排的過程中由于儲層的局部變差也會滯留在原地，或者排到西部相對低部位形成聚集，這就形成了研究區(qū)中西部富水而東部富氣的現(xiàn)象。

研究區(qū)內(nèi)一定的構(gòu)造高差，是促使氣水分異、天然氣富集和后期調(diào)整的必要條件。產(chǎn)氣井主要分布在研究區(qū)東部的構(gòu)造高部位，馬五段地層缺失線構(gòu)造120m以上成為該區(qū)氣水分布的界線，該界線以西為水井、氣水同產(chǎn)井混合分布區(qū)，界線以東以氣井為主（圖3）。同時，在研究區(qū)西部一些小幅度鼻狀隆起區(qū)，產(chǎn)氣井也有分布。

3.2 古巖溶成為天然氣富集“甜點”

烏審旗—橫山地區(qū)有利巖溶發(fā)育區(qū)主要分布在巖溶高地的殘丘，巖溶斜坡的緩丘、溝槽兩側(cè)等三級巖溶地貌單元。受地層疊置關(guān)系影響，風(fēng)化作用的改造強度與地層出露程度密切相關(guān)，隨著地層埋深增加，改造強度逐漸弱化。研究區(qū)產(chǎn)氣井主要分布在緩丘之上，這與緩丘單元的物性較好關(guān)系明顯（圖4）。緩丘在接受儲層改造之前，屬于高地地貌單元，受加里東運動影響，后期出露地表時間長，受到雨水等沖刷剝蝕，極大程度地改善了儲層物性，增加了儲集空間，為天然氣運移成藏提供有利條件。

3.3 儲層非均質(zhì)性造成相對富水區(qū)

研究區(qū)馬家溝組儲層在平面上表現(xiàn)出強烈的非均質(zhì)性，即有效儲層厚度與物性在區(qū)域上分布不連續(xù)。宏觀上，馬家溝組儲層的發(fā)育與古巖溶關(guān)系密切，不同地貌單元溶蝕強度差別，不同程度的發(fā)育溶蝕孔洞。巖溶洼地孔隙充填程度高，孔喉配置性差，而在緩坡或殘丘等部位，由于風(fēng)化作用改造程度高，溶蝕孔洞發(fā)育，物性條件較好。后期進(jìn)入深埋藏成巖期，經(jīng)溶蝕、膠結(jié)、交代等作用，儲層非均質(zhì)性進(jìn)一步增強。當(dāng)區(qū)域構(gòu)造反轉(zhuǎn)后，由于儲層的非均質(zhì)性造成一系列的富水區(qū)，形成相對獨立的氣水系統(tǒng)。統(tǒng)計表明，研究區(qū)儲層物性與氣、水分布對應(yīng)關(guān)系良好，產(chǎn)氣井主要分布在孔滲條件較好的區(qū)域內(nèi)，氣井儲層孔隙度大于6.5%，甚至達(dá)到了15%左右，而產(chǎn)水井、氣水同產(chǎn)井其孔隙度一般小于7.5%。

3.4 成巖相類型影響儲層含氣性

烏審旗—橫山地區(qū)馬五儲層先后經(jīng)歷同生成巖階段、早成巖階段、表生成巖階段和深埋藏成巖階段，受壓實、溶蝕、膠結(jié)、交代等成巖作用的共同作用，儲層非均質(zhì)性進(jìn)一步增強，應(yīng)用聚類分析方法，將研究區(qū)馬五段儲層劃分為4類成巖相，其中，Ⅰ類成巖相儲層以白云巖為主，白云巖化程度高，溶蝕作用最為發(fā)育，膠結(jié)作用發(fā)育程度最弱，而Ⅳ類成巖相儲層以方解石為主，溶蝕作用最不發(fā)育，膠結(jié)作用最強。整體上，氣藏主要發(fā)育在Ⅰ類、Ⅱ類成巖相區(qū)域，而Ⅲ、Ⅳ成巖相區(qū)域，隨著溶蝕作用的減弱，儲層物性條件逐漸變差，儲層的含氣性逐漸下降（圖5）。

4 結(jié)論

烏審旗—橫山地區(qū)馬家溝組儲層氣、水分布具有如下特征：

（1）研究區(qū)奧陶系馬家溝組地層水呈弱酸性，離子濃度高，水型以氯化鈣型水為主。

（2）地球化學(xué)特征表明，研究區(qū)地層水具有油氣伴生水特點，屬于天然氣充注時留下的殘余地層水，形成于深層、封閉、還原環(huán)境中。

（3）研究區(qū)馬五段受儲層?xùn)|北高、西南低構(gòu)造趨勢的影響，產(chǎn)氣井相對集中分布在研究區(qū)東部；在構(gòu)造起伏明顯地區(qū)，氣水分異較為徹底，氣水分界線較為明顯，而在構(gòu)造平緩區(qū)，氣水混雜分布，甚至出現(xiàn)氣水倒置現(xiàn)象。

（4）該區(qū)氣水分布受區(qū)域構(gòu)造、古巖溶、成巖改造等多個因素共同影響，在“廣覆式生烴”條件下，潮上帶的云坪、膏云坪形成了天然氣富集的有利的先天條件，經(jīng)過后期區(qū)域構(gòu)造運動和成巖改造等因素的影響，在奧陶系馬家溝組古溝槽周圍發(fā)育物性較好的緩丘等地貌單元是天然氣有利富集區(qū)域，而水層主要發(fā)育在構(gòu)造低部位或受巖性遮擋的地層中。

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