姬塬油田长82段地层水矿化度平面分布主控因素及地质意义

冯程, 毛志强, 石玉江, 程玉梅, 李高仁

(1.北京市地球探测与信息技术重点实验室, 北京 102249; 2.中国石油大学地球物理与信息工程学院, 北京 102249;3.中国石油长庆油田公司勘探开发研究院, 陕西 西安 710018; 4.中国石油长庆油田公司勘探部, 陕西 西安 710018)

0 引 言

地层水是地下流体的重要组成部分,贯穿了整个油气生成、运移和储集的过程,以不同的形式存在于地下的岩石孔隙空间中,其分布特征是盆地演化过程中多种地质作用的综合反映[1]。关于地层水分布规律和主控因素,国内外专家已经进行过较多研究。从20世纪60年代开始,研究人员通过对不同地区实际资料的分析,不断总结出的成因类型主要集中于海水蒸发浓缩、大气淡水淋滤、复杂的水岩作用以及有机质生烃等[2-6]。前人在地层水矿化度与油气运移、油气藏分布的关系方面也进行过相关研究,其中以东营凹陷同生断层发育区高矿化度地层水与油气伴生的现象为典型[7-9]。

本文研究区位于鄂尔多斯盆地西北部的姬塬油田长82储层,横跨陕北斜坡和天环坳陷,发育浅水三角洲沉积,主要为三角洲前缘亚相,深度大于2 000 m,是典型的低渗透储层。本文共收集研究区29口井地层水化学分析资料,并反算39口井水层的地层水矿化度,其数值变化范围大,分布于5～60 g/L之间。基于此数据集,通过Geomap地质绘图软件绘制长82段地层水矿化度平面分布等值线图。研究发现,高矿化度区域与低矿化度区域呈现不连续分布,相互之间的变化没有明显的规律,平面分布复杂。

为弄清研究区地层水矿化度平面分布(即地层水矿化度复杂变化)的主控因素,本文对岩心资料、地层水化学分析资料、试油资料和测井资料的进行研究,从平面分布和单井特征2个方面,对比论述了高地层水矿化度与石油运移、聚集的关系,说明了低地层水矿化度受控于构造作用,揭示了研究区地层水矿化度平面分布与油藏圈闭演化的关系。

1 高地层水矿化度与成藏作用的关系

1.1 平面分布特征对比

研究区高地层水矿化度区域主要分布于中部及中部偏北,其地层水矿化度整体大于30 g/L。在这些区域内,除极个别井外,成因系数(rCl-rNa)/rMg>1,根据苏林地层水分类标准,这是CaCl2型地层水,是一种处于地壳深部的沉积埋藏水[5]。图1中红色矩形代表试油层产油,蓝色矩形代表试油层产水,红蓝相间则代表油水同出。试油结果显示,长82段高地层水矿化度区域,产油层富集,指示高地层水矿化度与储层的高含油性具有明显的相关性。

研究区的烃源岩位于长8段上部相邻层位长7段,石油在过剩压力的驱使下自上而下垂直运移直接进入长8储层成藏[10]。烃源岩的厚度在一定程度上反映了过剩压力的强弱,也间接反映出储层含油饱和程度的高低,故长7烃源岩的厚度和长8储层的含油性在一定程度上相关。图2为研究区长7烃源岩厚度平面分布图,颜色越深,代表烃源岩厚度越大。对比图1和图2可知,绝大部分高地层水矿化度区域的烃源岩厚度均大于30 m,反映出高地层水矿化度区域成藏动力更强。

图1 长82段地层水矿化度平面分布等值线图

图2 长82段烃源岩厚度平面分布等值线图

1.2 单井小层特征对比

为了进一步阐述高地层水矿化度与成藏作用的关系,对单井资料也进行了对比分析。首先,从横向上对比单井小层特征。如图1所示,C63和C93是位于研究区东部的2口长82段产水井。C63井长82段试油结果显示产水中带油花,C93井长82段试油结果显示产纯水。图3和图4分别为C63井和C93井长82段的常规测井曲线图,通过对比优质储层段岩性、物性和电阻率曲线,可知同为产水井,虽然C63井物性更差,但是其电阻率却低很多,结合研究区地层水矿化度变化大的特点,表明C63井长82段地层水矿化度应比C93井高很多。实际地层水分析资料也证实了这一点,C63井和C93井长82段地层水矿化度分别为47.45 g/L和22.25 g/L。这2口井地理位置相邻,同样试油产水,地层水矿化度却相差一倍,其中明显的不同在于C63井所产水中带有油花,指示其长82段曾经历过石油充注,而C93井却没有,这表明相似地层条件下,成藏时期经历过石油充注的水层地层水矿化度更高。

图3 C63井长82段常规测井曲线图

图4 C93井长82段常规测井曲线图

从纵向上对比单井小层特征。如图5所示,绘制L205井、L21井、L45井(井位如图1中南部所示)长82段油藏剖面图,其中,红色区域表示含油,蓝色区域表示含水,黄色区域表示岩性致密。图5中,L21井长82段共有2个小层,试油结果显示,上部小层为油水同层,通过上下2个小层电阻率的对比可知,下部小层为纯水层。L205井和L45井分布于L21井两侧,其长82段储层与L21井下部小层连通,试油结果显示,该2个层为纯水层。

地层水化学分析资料显示,L21井上部小层地层水矿化度为31.40 g/L,L205井和L45井地层水矿化度分别为20.80 g/L和16.92 g/L。由于L21井下部小层与L205井和L45井连通,因此,其地层水矿化度应介于16.92～20.80 g/L。假设L21井长82段2个小层在地质时期经历相似的地质作用,上部小层的地层水矿化度接近下部小层的2倍,造成这个差异的主要原因则是因为上部小层经历了石油充注的过程,下部小层没有(原油自上而下运移)。

图5 L205井、L21井、L45井长82段油藏剖面图

1.3 高地层水矿化度与成藏作用的关系

上述平面分布特征和单井小层的对比分析结果表明,研究区长82段高地层水矿化度主要受控于成藏作用。在成藏期,烃源岩随着埋深增加,进一步被压实,其内部的高矿化度地层水和有机质转化的石油一同被挤出,在过剩压力的驱使下,自上而下垂直运移进入相邻的长8储层。在储层不断被充注的过程中,其内部原始的沉积水有的被驱替,有的与外来的高矿化度地层水混合,使得储层被充注以后其地层水矿化度相对于原始沉积水更高。此外,低渗透储层中流体相互之间连通性差,决定这种矿化度的差异得以保存。

2 低地层水矿化度与构造作用的关系

如图1所示,低地层水矿化度区域主要位于研究区东西两侧,且西区横跨天环坳陷。储层发育的部分集中于古峰庄一带、红井子一带、油房庄及以东一带等3个区域,其地层水矿化度绝大部分小于15 g/L。

按照苏林地层水分类标准,研究区长82段地层水类型主要为CaCl2型,为封闭条件下与外界完全隔绝的残余水[5]。而在低地层水矿化度区域,包括长82段及其下部相邻的长9段,地层水离子浓度比例发生明显变化,部分井地层水水型变为MgCl2、NaHCO3以及Na2SO4型(见表1)。该异常现象间接指示该区域水动力条件变强,外界低矿化度地层水进入长82段乃至长9段,导致地层水矿化度明显降低。

表1 低矿化度区域水型异常井统计

前人研究成果显示,姬塬油田长8段发育构造裂缝成岩相,并以垂直构造裂缝为主,常成组发育[11]。H51井位于麻黄山以西(图1中低地层水矿化度区域),岩心照片显示,其长8段发育明显的高角度构造裂缝,为渗入水提供了良好的渗流通道。同时,郑希民(2006,未发表资料)通过对古峰庄一带的地震剖面解译,发现了6条断层,穿过长7和长9段[12]。成良丙等[13]对红井子一带的2个构造单元进行断层特征研究,通过地震资料解释、地层对比、岩心观察等方法,发现该区域长9段有21条正断层。

研究区长82段低地层水矿化度主要受控于构造作用,即断层和构造裂缝的发育,使得储层与上部低矿化度地层水相连,低矿化度地层水沿着断层和构造裂缝等通道渗入储层,储层中相对较高矿化度的原始沉积水遭到不断稀释,导致地层水矿化度相对原始沉积水明显降低。

3 地层水矿化度复杂变化的地质意义

研究区长82段表现为典型的低渗透储层近源成藏模式,不仅针对鄂尔多斯盆地三叠系延长组,还有其他地区,只要符合上述模式,经历成藏过程以后,高地层水矿化度和产油层很可能伴生,并且低渗透油层的含油饱和度本身并不高,这势必导致高地层水矿化度引起的低对比度油层的产生。因此,在对储层进行含油性评价的过程中,地层水矿化度复杂变化对储层电阻率的影响不能忽略,对地层水矿化度进行准确计算将成为含油性评价中至关重要的部分,这也为测井储层评价提供可靠的地质基础。

虽然高地层水矿化度区域很可能与油藏的分布范围吻合,但这并不意味着地层水矿化度高,储层就一定含油。因为成藏过程中,高矿化度地层水和石油并不只是垂向运移,还会进行侧向运移。当石油从水中逐渐析出以后,由于储层并没有完全饱和石油,在构造高部位往往形成油层,而构造相对较低部位则变成油水同层,甚至水层。在这种情况下,水层也会表现出高地层水矿化度,只是相比其他正常矿化度的水层而言,该水层经历过成藏过程。因此,在低渗透储层近源成藏的模式下,高地层水矿化度对储层是否经历成藏过程具有指示意义,并为研究区的油气精细勘探,寻找隐蔽油层提供了一种新的思路和决策依据。

4 结 论

(1) 利用68口井地层水矿化度数据绘制了长82段地层水矿化度平面分布等值线图,显示出高矿化度区域与低矿化度区域呈现不连续分布,平面分布规律复杂。

(2) 通过对高地层水矿化度平面分布区域与试油结果、烃源岩厚度的平面分布对比,并结合单井小层特征在横向和纵向上的对比结果,得出研究区长82段高地层水矿化度主要受控于成藏作用。成藏期,烃源岩排出的高矿化度地层水与石油在过剩压力的驱使下一同注入储层,与原始沉积水混合,导致地层水矿化度升高。

(3) 长82段低地层水矿化度区域,地层水水型发生变化,并且断层和构造裂缝发育,表明其低地层水矿化度主要受控于构造作用。上部地层的低矿化度地层水借助断层和构造裂缝等通道渗入储层,储层中较高矿化度的沉积水遭到不断稀释,导致地层水矿化度相对原始沉积水明显降低。

(4) 在低渗透岩性油气藏近源成藏模式下,高地层水矿化度及其导致的低对比度油层很可能伴生,对地层水矿化度进行准确地计算将成为含油性评价中一个至关重要的部分。高地层水矿化度对储层是否经历油气成藏过程具有指示意义,为研究区的油气精细勘探,寻找隐蔽油层提供了一种新的思路和决策依据。

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