大宛齊油田地層水化學(xué)特征與油氣保存條件分析

楊 冬，虞 兵，唐 浩，李 偉

（西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，四川成都 610500）

大宛齊油田油氣藏分布于新近系康村組，為下生上儲型油氣藏，具有油藏埋深淺、油層厚度薄、油砂體連通性差的特點，油藏類型為斷塊巖性油藏。通過油田生產(chǎn)情況以及測井資料發(fā)現(xiàn)，該油田縱向上油水分布較為紊亂，油水界面模糊。直接通過研究油水分布來認(rèn)識油藏特征難度較大，而通過研究其油田水化學(xué)特征，可以得到一些對準(zhǔn)確認(rèn)識油藏特征十分有利的依據(jù)。在油氣生成、運(yùn)移、聚集、保存和散失過程中，地下水與周圍介質(zhì)間會不斷進(jìn)行物質(zhì)與能量的交換，從而使得油田水蘊(yùn)含了許多與油氣成藏歷史相關(guān)的信息［1］。因此，通過對油田地層水的化學(xué)特征的研究，可以了解到油藏的油氣生成、分布以及保存條件等一些重要信息，為油藏認(rèn)識及油氣勘探開發(fā)提供輔助作用［2］。

1 地層水化學(xué)特征

1.1 pH值

從大宛齊油田已有的水分析資料來看，大宛齊油田地層水的pH值多數(shù)為6～8，平均為6.72（圖1），顯示弱酸－弱堿性。

圖1 本區(qū)地層水pH值分布

由于大宛齊區(qū)內(nèi)無強(qiáng)酸或強(qiáng)堿性水，儲層也就無法形成強(qiáng)烈的埋藏溶蝕－增孔作用。通過區(qū)內(nèi)巖心掃描電鏡資料發(fā)現(xiàn)，粒間孔內(nèi)基本未見溶蝕殘余物，表明區(qū)內(nèi)儲層的粒間孔隙是原生成因，而不是膠結(jié)物或基質(zhì)溶蝕后形成。此外，區(qū)內(nèi)極少見高嶺石及石英膠結(jié)物等與酸性水溶蝕作用相伴而生的礦物。

綜合分析認(rèn)為，大宛齊油田地層水主要儲集空間為原生的，地層水較好地保留了原始水的特征。

1.2 礦化度縱向分布

地層水礦化度是指水中含有的各種礦物元素總含量，其大小受沉積環(huán)境、埋藏深度等條件的影響。大宛齊油田地層水中常見的元素有 Na＋、K＋、Ca2＋、Mg2＋、Cl－等常量元素，還有B、Br 等微量元素。

對區(qū)內(nèi)多口井的地層水分析資料統(tǒng)計分析表明，大宛齊油田地層水礦化度具有下列明顯特征：①地層水總礦化度高，主要分布區(qū)間為（20～25）×104mg／L（見圖2），屬于高礦化度的鹽水及鹵水范疇。②新近系康村組地層水礦化度普遍較高，為（19～23）×104mg／L；而第四系地層水礦化度則較低，一般小于16×104mg／L。

從區(qū)內(nèi)已有的水分析資料分析得出，大宛齊油田地層水礦化度總體上表現(xiàn)為：隨深度增加逐漸增大（見圖3）。一般情況下，單層地層水的礦化度隨深度的增加而增大。但總的來說，地層水礦化度的變化還與構(gòu)造運(yùn)動、地層水的成因環(huán)境、以及蒸發(fā)濃縮程度等多種因素有關(guān)。因此，地層水礦化度也能在一定程度上反映油氣保存條件的好壞。

圖2 大宛齊油田地層水礦化度分布

圖3 大宛齊油田地層水礦化度與深度的變化關(guān)系

1.3 常量元素特征

由表1可知，本區(qū)地層水中含量最高的離子是Cl－和Na＋，其次是 HCO3－和Ca2＋，主要離子含量順序為：Cl－＞ Na＋＞ K＋＞ Ca2＋＞ Mg2＋＞HCO3－＞SO42－。陽離子中含量最高的是Na＋，其含量一般為5577～77270 mg／L，平均為39394 mg／L，占陽離子總含量的76.89%；Ca2＋的含量較低，且隨礦化度的增加緩慢增加；Mg2＋含量更低，且基本不隨礦化度的增加而變化（圖4、圖5）。區(qū)內(nèi)地層水中Ca2＋的低含量可能是由成巖過程中析出化合物、自生方解石、自生硬石膏和沸石等多種因素造成。此外，在成巖過程中，由于Mg2＋參與了一些不穩(wěn)定砂巖組分（如長石）的綠泥石化作用，以及成巖自生礦物的結(jié)晶作用，使得Mg2＋被大量消耗。上述情況的綜合影響，使得大宛齊油田地層水中的陽離子以Na＋為主。

表1 本區(qū)主要離子含量分布 mg·L－1

圖4 地層水礦化度與Ca2＋離子的關(guān)系

圖5 地層水礦化度與Mg2＋離子的關(guān)系

一般情況下，淡水中的陽離子以Ca2＋離子為主，隨著含水層埋深增加及沉積環(huán)境的改變，水中的Ca2＋離子不斷以化合物的形式析出，其濃度不斷減小，并最終使得深層水中陽離子明顯以Na＋離子占優(yōu)勢。從本區(qū)地層水陽離子的組成特征可以看出，大宛齊油田地層水呈現(xiàn)明顯的深層水特征。

對大宛齊地層水資料的分析結(jié)果表明，Na＋與Cl－離子含量均與礦化度保持良好的線性關(guān)系（圖6、圖7），這說明大宛齊油田地層水礦化度受Na＋及Cl－含量控制較強(qiáng)［3］，也表明本區(qū)地層水礦化度受蒸發(fā)濃縮作用影響大。在沉積物堆積過程中，水體的蒸發(fā)量明顯大于補(bǔ)給量，導(dǎo)致了區(qū)內(nèi)較高的地層水礦化度。此外，持續(xù)的蒸發(fā)濃縮作用有利于膏鹽層的生成，并最終造成了大宛齊油田的膏巖蓋層特征。

2 地層水特征系數(shù)與油氣保存條件分析

地層水中特定的離子組合可以在一定程度上反映水成因環(huán)境特征，而不同的水成因環(huán)境則與油氣保存條件有很大的關(guān)聯(lián)。因此可以用脫硫系數(shù)、變質(zhì)系數(shù)、鈉鈣系數(shù)、碳酸鹽平衡系數(shù)等地層水特征系數(shù)表征其成因環(huán)境及對應(yīng)的油氣保存條件。

2.1 脫硫系數(shù)（SO42－×100／Cl－）

脫硫作用一般都是在缺氧的還原環(huán)境中進(jìn)行的，而還原環(huán)境對油氣藏保存較為有利。故脫硫系數(shù)可作為一種還原環(huán)境指示，對判別油氣保存條件具有一定意義。

圖6 礦化度與Cl－離子的關(guān)系

圖7 礦化度與Na＋離子的關(guān)系

油田水中硫酸鹽含量一般較低，脫硫系數(shù)小于1。造成油田水中脫硫系數(shù)低的主要原因有：在地下埋藏密閉環(huán)境下厭氧細(xì)菌具有一定的還原作用，它可以將硫酸鹽還原；或在與烴類直接發(fā)生作用時，生成H2S氣體而逐漸逸散。此外，由于區(qū)內(nèi)存在石膏蓋層，蓋層中硫酸巖礦物的溶解又可以使得部分SO42－離子進(jìn)入地層水中，從而使本區(qū)地層水中含微量的SO42－離子。對區(qū)內(nèi)已取水樣的分析，其脫硫系數(shù)一般都為0.030～0.855，平均值為0.259，表明大宛齊油田地層水處于封閉性較好的還原成因環(huán)境中，對油氣保存較為有利。

2.2 變質(zhì)系數(shù)（（Na＋／C1－）

變質(zhì)系數(shù)也稱為鈉氯系數(shù)，是表征地層水變質(zhì)程度的重要水文地球化學(xué)參數(shù)。在地層水的形成過程中，Cl－離子化學(xué)性質(zhì)較為穩(wěn)定，其含量一般較為穩(wěn)定，而Na＋離子則可能由于吸附、沉淀等化學(xué)反應(yīng)而減少，總體上表現(xiàn)為地層水變質(zhì)系數(shù)逐漸變小。一般情況下，地層水變質(zhì)系數(shù)越小代表其變質(zhì)程度越深、地層水越濃縮、地層封閉性也越好。因此，可以根據(jù)地層水的變質(zhì)程度，推測地層水的成因環(huán)境及相應(yīng)的油氣保存條件。

博雅爾斯基按變質(zhì)系數(shù)，將CaCl2水型進(jìn)行分類（表2）。在該分類中，變質(zhì)系數(shù)大于0.75時，地層水的成因環(huán)境封閉性較差，而且一般有外來淡水的混入；而處于相對封閉的保存條件下的油田水，其變質(zhì)系數(shù)應(yīng)低于0.75。

表2 CaCl2水型鈉氯系數(shù)（據(jù)博亞爾斯基，1979）

大宛齊油田水樣測算變質(zhì)系數(shù)為0.362～0.592，平均為0.480。按照博氏分類理論，屬于IV、V類CaCl2水型，代表埋藏封閉性較好的水成因環(huán)境，這對油氣的聚集與保存是較為有利的［4］。

2.3 鈉鈣系數(shù)（Na＋／Ca2）

一般情況下，暴露程度較高的水（如：地表河、淡水湖及雨水等），其鈉鈣系數(shù)值都比較小，一般小于1。而隨著含水層埋深增加及封閉性逐漸變好，其鈉鈣系數(shù)會逐漸增大。沉積盆地淺層水的鈉鈣系數(shù)較地表水略有增加，為1～4；深層地下水及油田水一般都超過5；而海水的鈉鈣比值最高，達(dá)到20以上。大宛齊油田地層水的鈉鈣系數(shù)為2.9～34.76，平均為7.465，明顯表現(xiàn)為深層水以及油田水特征，具有較好的封閉性，有利于油氣保存。

2.4 碳酸鹽平衡系數(shù)［（HCO3－＋ CO32－）／Ca2＋］

碳酸鹽平衡系數(shù)常被用來研究油氣分布與油氣保存條件的關(guān)系［5］。一般來說，已投產(chǎn)井的碳酸鹽平衡系數(shù)明顯比未投產(chǎn)井小；而且地層水碳酸鹽平衡系數(shù)值越較小，表明其地層越靠近油氣藏，其油氣保存條件也就越好。

大宛齊油田地層水碳酸鹽平衡系數(shù)很小，平均為0.9748。這表明區(qū)內(nèi)地層的封閉性很好，也證明了該油藏具有較好的油氣保存條件［6］。

2.5 地層水類型及油氣保存條件

蘇林（SLSXFL）根據(jù)不同的成因環(huán)境特征，依據(jù)其相應(yīng)的三個成因系數(shù)（Na＋／Cl－、（Na＋－Cl－）／SO42－及（Cl－－Na＋）／Mg2＋），將天然水劃分成四類［7］（表3）。

表3 蘇林地層水成因分類

大宛齊油田地層水為埋藏淺、高礦化度的CaCl2水型。區(qū)內(nèi)地層水的各成因系數(shù)如下：Na＋／Cl－均小于1；（Na＋－Cl－）／SO42－為－47～－2019，均小于0；（Cl－－Na＋）／Mg2＋為4420～140000，明顯大于1。按照蘇林成因分類，大宛齊油田地層水具有明顯的深層水特征。

相關(guān)研究表明，不同水型所對應(yīng)的水成因環(huán)境與深層油氣保存條件有緊密聯(lián)系［8］。CaCl2水型一般形成于水交替完全停止的封閉性水環(huán)境中，這種水環(huán)境的交換能力差，有利于油氣的保存；MgCl2水型一般形成于的海水環(huán)境中，古海水環(huán)境封閉性極好，對油氣保存十分有利；Na2SO4水型是屬于與地表水溝通性較好的水型，其水環(huán)境封閉差，對油氣的保存不利；NaHCO3水型形成于交換能力較強(qiáng)的水環(huán)境，對油氣藏具有一定的破壞作用。

結(jié)合大宛齊油田地層水地化特征、區(qū)內(nèi)地質(zhì)發(fā)育史及構(gòu)造運(yùn)動特征綜合分析認(rèn)為，大宛齊油田地層水系深層水經(jīng)斷層運(yùn)移到淺層，且整個油藏封閉性較好，保留了深層水的原有特征，故該區(qū)地層水表現(xiàn)為深盆地滯留水特征；進(jìn)一步可以判斷出大宛齊油田油氣運(yùn)移途徑為：油氣從中生界生油層系沿斷層向上運(yùn)移至淺部新近系康村組聚集成藏，在油氣運(yùn)移及聚集成藏的過程中，保持了深層的封閉環(huán)境及成藏特征，具有較為有利的油氣保存條件。

3 結(jié)論與認(rèn)識

（1）油田水化學(xué)特征能夠反映出地層水成因環(huán)境，而水成因環(huán)境又與油氣保存條件緊密相關(guān)；總體上，封閉性良好的還原性環(huán)境有利于油氣的保存。

（2）綜合離子組成、礦化度特征以及變質(zhì)系數(shù)、鈉鈣系數(shù)等特征系數(shù)等因素分析認(rèn)為，大宛齊油田水化學(xué)成分向著濃縮－變質(zhì)方向發(fā)展。

（3）大宛齊油田地層水具有高礦化度、CaCl2水型、深層水等特征，表明大宛齊油田具有封閉性較好的地層水成因環(huán)境及有利的油氣保存條件。

（4）地層水化學(xué)特征研究要與該地區(qū)的油田地質(zhì)特征特別是沉積及構(gòu)造發(fā)育史研究結(jié)合起來，單純從水類型及離子組合本身特征考慮，往往會受多解性的制約，研究結(jié)論會偏離實際情況。

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