克拉蘇構造帶超深氣藏地層水特征及水化學相圖建立

周鵬,朱文慧,王佐濤 王振鴻,尚江偉

(中石油塔里木油田分公司勘探開發研究院，新疆 庫爾勒 841000)

位于塔里木盆地庫車坳陷北部的克拉蘇構造帶超深氣藏獲得持續性突破(圖1)，自2007年起，先后發現了克深2、克深5、克深8、克深9、克深10等大型氣藏，單井日產氣量最高超過1×106m3。目前,眾多學者在氣藏構造、沉積、儲層及裂縫分布規律等方面做了大量的研究[1～4]，為克拉蘇超深氣藏夯實萬億立方米天然氣資源量提供了理論基礎。隨著勘探程度的提高，克拉蘇構造帶氣藏見水井逐漸增多，空間上水型、水性、產水量及見水位置均存在較大的差異性，如克深2氣藏的KS203井、KS209井均在構造軸部，相距僅1700m，在相同海拔、相近測試段且遠離氣水界面的情況下，測試既有純氣井也有氣水同出井；克深9氣藏的KS904井，在證實氣底范圍內測試氣水同出，產水量隨測試時間的延長趨于降低。復雜的氣水關系直接影響氣藏勘探及評價進程。因此，明確超深儲層的水體特征及差異已成為困擾該區井位部署及試油層段優選的重要問題之一。在油氣田地層水研究中，由于試驗原因，區內地層水分析數據中的大部分K+、Na+無法分離，常規水化學特征研究方法(圖解法、離子法等)、蘇林分類法、國際上經典的斯蒂夫水化學相圖[5～10]已經不能有效解決不同構造位置、不同類型氣田水的判別；此外，針對克拉蘇構造帶超深氣藏儲層水體，鮮有公開發表的研究成果。因此，在明確了克拉蘇構造帶儲層地層水特征的基礎上，根據水分析試驗結果、構造特征的綜合研究，筆者建立了一套針對超深儲層不同類型地層水化學相圖，并結合測試及試采資料探討5種類型水體與氣井產能之間的關系，有利于在氣藏勘探-評價階段對單井測試出水期地層水源頭進行準確追蹤、分析，以判定不同類型氣田水對鉆井、開采過程影響，為今后正確認識氣藏水體性質、氣藏規模及氣井測試方案優化提供一定的指導。

圖1 克拉蘇構造帶克深段氣水井平面分布

1 研究區地質及氣水分布特征

1.1 地質特征

研究區克拉蘇構造帶是在燕山運動和喜馬拉雅運動背景下發育的一系列逆沖疊瓦狀斷背斜型干氣氣藏，平面呈近東西走向展布，勘探目的層白堊系巴什基奇克組埋藏深度為6000～8000m，地層厚度約300m。根據應力環境的差異，垂向上自上而下劃分為3個應力段[5]，即張性段、過渡段、壓扭段。張性段儲層受局部拉張應力的影響，抵消了部分擠壓應力，儲層物性品質相對較高，裂縫以縱張裂縫為主，開度大，有效性高，天然氣資源量占總資源量的60%以上，厚度一般為40～150m；壓扭段儲層所受擠壓應力強，儲層致密程度高，裂縫發育規模小、有效性低，以傾角雜亂的網狀縫為主，天然氣資源量占總資源量的10%左右；過渡段儲層性質總體介于張性段、壓扭段之間，一般比較接近張性段，天然氣資源量占總資源量近30%，厚度一般40～100m。

1.2 氣水分布特征

考慮到鉆井的復雜程度及逆沖疊瓦構造的疊置范圍，各氣藏構造北翼幾乎無鉆井。勘探早期，平面上氣井主要分布在構造軸部及南翼，平均日產氣量普遍超過2×105m3，測試見水井在構造軸部、東西兩翼及南翼近斷裂均有一定程度的分布(圖1)。 根據單井測井解釋結果，垂向上白堊系巴什基奇克組儲集層一般隨著海拔的增加，含水飽和度有所增高。測試資料也可以證實，氣層分布在儲集層的中上部，即張性段-過渡段，氣水同層或水層分布在儲層下部的壓扭段居多，總體表現為正常的上氣下水重力分異氣水分布特征(圖2)。

注：A處為封存水；B處為過渡帶水；C處為凝析水。 圖2 克拉蘇構造帶氣藏水體分布模式圖

然而隨著勘探程度的提高，測試見水井從早期的鉆遇正常的邊底水，逐漸變得“復雜化”。通過統計測試出水井的構造位置，克拉蘇構造帶測試見水井目前主要有如下分布特征：①鉆遇明顯水層或圈閉溢出點，如KS502井、KS7井等；②南翼邊界斷裂帶附近測試見水，如KS207井、KS2-2-3井、KS2-2-5井、KS2-1-7井等；③垂向上過渡段-壓扭段測試出水，如KS205井、KS207井等；④儲層頂部張性段儲層測試出水，如KS209井、KS13井、KS131井等。

上述4種類型測試見水井，在水型、水性及其與產能之間的關系上均存在較大的差異。如克深2氣藏中構造東翼的KS203井、KS209井，水型均為CaCl2型，在相似測試位置且測試位置距離氣水界面有一定高度的范圍內，KS203井在2012～2016年的測試、試采過程中，日產氣量普遍超過2×105m3，未見水；而僅距其1700m的KS209井，在2014年測試顯示產氣量低，日產氣不足1×104m3，日產水約10m3。類似的“復雜井”還有KL204井、KS904井等。

2 地層水化學特征

2.1 地層水樣品篩選

通過對克拉蘇地區60余口單井測試資料的統計、研究發現，測試過程中普遍含液。因此，并非在勘探、評價階段測試過程中出液就能證實測試段地層含水[6，9]。由于克拉蘇構造帶氣藏埋藏深度大、儲層物性差、裂縫普遍發育，鉆井過程中，儲集層會出現不同程度的鉆井漏失，視裂縫有效性的差異，尤其是在張性段、過渡段，裂縫有效性較高，單井漏失泥漿量在幾十到幾百立方米不等；除此之外，由于儲集層致密，不經任何改造措施而獲得高產氣流的井較少，大多數井會通過酸化、壓裂等措施提高產量。改造后，由于返排不充分，部分液體滯留在地層中無法排除，地層中也會存在一定程度的改造液。通過測試、試采及水樣資料的分析(圖3)，Cl-質量濃度小于55g/L的液體主要是鉆井液、酸化液、壓裂液等混合液，這些井一般產氣量穩定，測試普遍獲得日產氣2×105m3以上高產氣流。開井后，在生產壓差的作用下從地層內返排，產水量在短時間內減少顯著，該流體不屬于地層水范疇，需要在研究過程中予以剔除，以免干擾研究成果的準確性。

2.2 地層水常規參數特征

測試過程中取得的水樣分析結果表明，地層水以CaCl2型為主，局部地區水體以NaHCO3型為主。CaCl2型地層水較常見，占測試見水井數的85%以上，是由于Cl-的遷移能力最強，不易被黏土或其他的礦物所吸附，也難以被生物所積累；NaHCO3型地層水主要分布在克拉蘇構造南部的局部構造的構造頂部，如克拉蘇構造帶克深段最南端的克深13氣藏中的KS13井、KS131井等。

圖3 克深2氣藏Cl-質量濃度與海拔關系

3 地層水水化學相圖的建立

統計表明，85%以上測試見水井的水型均為CaCl2型，在構造位置、測試見水特征明顯的情況下，常規的蘇林分類法已經不適用于克拉蘇構造帶的流體性質分析、規模判定等方面的研究。國內外學者普遍認為，相似的水化學成分具有相似的水體形成環境，目前在該領域中應用最廣泛的是水化學相圖法[7～12]。

結合構造、儲層、水型、水性等多因素的分析，認為克拉蘇構造帶白堊系儲層中流體主要分為5大類：邊底水、封存水、過渡帶水、凝析水、非地層水(圖4)。

邊底水是克拉蘇地區最常見的一種水體，水化學相圖表現為均一刻度下的高Cl-、高Ca2+、高礦化度，形態表現為“蝌蚪形”(圖4(a))。常發育在氣水界面或圈閉溢出點等構造位置較低處或調解裂縫帶[14]等處。一般情況下，測試段距離氣水界面或圈閉溢出點較近，如KS7井、KS503井等；另一種情況，克拉蘇構造帶儲層由于埋藏深、擠壓應力強，裂縫的有效性決定了氣井的高產，因此測試段常選擇裂縫有效性高的位置，或者在儲層測試段有一定的避水高度。如在較低層段測試過程中溝通了有效性強的調節裂縫帶[14]，即使前期測試獲得高產工業氣流，在較大的生產壓差下，底水沿著裂縫帶或開啟性斷裂上侵，見水速度也會較快，如KS602井、KS2-2-3井、KS2-2-5井等。

封存水的水化學相圖與邊底水相似(圖4(b))，均表現為均一刻度下的高Cl-、Ca2+的“蝌蚪形”相圖。與邊底水不同的主要有2點：①該種類型測試見水位置常分布在構造的軸部、高部位(張性段)且集中在東翼；②在其周邊2km范圍內存在長時期高產氣井，如KL204井、KS209井、KS904井等。

非地層水的相圖多樣，受地層中混有的鉆井漏失泥漿、酸化液、壓裂液等配方的不同，形態各異。該種類型水體的相圖呈雜亂狀而明顯有別于上述的4種水體相圖，且在相圖中常存在相圖某一端角元素的缺失，主要特征為低Cl-、低礦化度(圖4(e))。

圖4 克拉蘇構造帶氣藏水體水化學相圖

4 不同類型水體與產能的關系

對克拉蘇構造帶60余口單井測試、試采資料的解析(結合上述的5種類型水體)研究表明，不同類型水體與產能之間的關系顯著不同，如在不區分水型的前提下，測試見水就界定為氣水界面，則會低估甚至錯估氣藏的規模。根據上述分類原則，探討不同類型水體與產能之間的關系(圖5)。

4.1 邊底水

由于邊底水能力充足，鉆遇該種水體后，初始產氣量低、產水量較高、油壓低，隨著試采時間增加，產氣量持續降低甚至無法計量，而日產水量高且趨于平穩。鉆遇該種水體幾乎沒有任何工業性產能。

圖5 克拉蘇構造帶5種典型水體求產曲線及氣藏剖面

4.2 封存水

該種類型水體可能是由于儲層局部致密造成在成藏過程中的早期水體未被及時驅替而形成的局部封存水，該種水體常見克深2、克深9、克拉2氣藏東翼儲層中上部的張性段、過渡段中上部，水體規模有限，視致密程度的差異，產能差異較大。試采過程中，該種水體在十幾天至數月內，相同工作制度下，日產水量呈減少的趨勢。

4.3 過渡帶水

該種類型水體常見于儲層的過渡段中下部至壓扭段，隨著深度的加深，儲層品質有所降低，含水飽和度有所上升。該種類型水體常表現為油壓低，產氣量、產水量小，無工業產能，且隨著測試時間的增加，產水量有所降低，產氣量有所升高。

4.4 凝析水

該種類型水體由于Cl-及礦化度低的特點，早期由于酸液、壓裂液等的注入會造成一定程度的Cl-短期含量高，但在十幾天至幾十天內，Cl-質量濃度下降顯著，從100g/L下降至10g/L以下。

4.5 非地層水

由于克拉蘇構造帶儲層埋藏深度大，擠壓應力強，“中和面效應”明顯，會在儲層的中上部產生一定數量規模大、有效性高的裂縫，鉆井過程中常發生鉆井漏失，單井漏失量50～1200m3。除此之外在測試過程中，常會通過酸化、壓裂等改造方式提供產能，數十至數百立方米的改造液擠入地層。測試過程中，一般該類液體60%以上均會返排出地層，不影響產能，試采曲線上表現為短期內測試出水量急劇降低，從日產幾十立方米下降至日產幾立方米。

5 結論

1)克拉蘇構造帶超深氣藏中水體主要為CaCl2型，其次為NaHCO3型。CaCl2型水體分布范圍較廣、較常見，而NaHCO3型主要分布在克拉蘇構造帶南部克深13氣藏的構造高部位。

2)全面、系統地建立了庫車坳陷克拉蘇構造帶白堊系巴什基奇克組儲層中地層水水化學相圖，將克拉蘇構造帶勘探-評價階段測試見水類型分為5類：邊底水、過渡帶水、凝析水、封存水、非地層水。其中，邊底水、過渡帶水常位于氣水界面或圈閉溢出點附近，對氣井產能影響較大，氣井較難獲得高產氣流；凝析水常分布在克拉蘇南部構造的儲層中上部,對產能影響較小，氣井常獲高產氣流,產水量總體小且持續穩定；封存水常見于氣藏東翼的儲層中上部，初期產水量較大，隨著開采時間的增加,產氣量逐漸上升,產水量逐漸減少。