地层水特征与油气保存条件的研究

支龙飞

（西安石油大学，陕西西安710065）

地层水特征与油气保存条件的研究

支龙飞

（西安石油大学，陕西西安710065）

以胡尖山延8和延9储层为例，通过研究其地层水测试数据，分析该地层水的化学组成特征及变化规律，在已知区域沉积和构造的基础上，对油田水的成因类型进行划分。水化学特征分析表明，延8和延9油层组地层水主要阳离子中，K++Na+含量最高，Ca2+次之，Mg2+最小；主要阴离子中，Cl-含量最高，HCO3-次之，SO42-最小，其中K++Na+、Cl-有向组分端元集中的分异特点。延8和延9油层组地层水水型均为氯化钙型油藏，该型油藏水文地质分带处于缓慢水交替带，构造的闭合程度属于弱冲洗的未开启构造。根据国内外许多油气田水化学统计，并对比各种水化学特征系数值，延8和延9油层组地层水完全符合油气伴生水的特点。

油田水；油藏；矿化度梯度

延8和延9储层构造面貌与陕北斜坡的区域构造面貌一致，其油层组为三角洲沉积，主要发育三角洲平原，分流河道和分流间湾是其主要的沉积微相。储层特征均为低孔低渗储层，岩性以岩屑长石砂岩为主，孔隙类型以溶蚀粒间孔和残余粒间孔为主，孔喉分选性中等。成岩作用主要有压溶、压实作用、胶结作用、溶蚀作用、交代作用；成岩阶段属于中成岩A期[1，2]。

1 地下水的化学成分基本特征

根据延8和延9储层的地层水分析资料得知：地层水中的无机离子主要由Na+（K+）、Mg2+、Ca2+、Cl-、SO42-、HCO3-组成。

1.1 阳离子组成特点

经统计发现：延8和延9油层组中地层水的阳离子含量差异悬殊，其以碱金属离子Na+为主。具体各层阳离子含量的分析表（见表1）。

延8和延9油层组中钠离子含量平均约占阳离子总量的90%。通过分析知，钠盐具有很高溶解度和很强的迁移性能，以及钠离子不易被黏土吸附，则在储层水中的含量相对较多；而钾离子迁移性能弱，且易被土壤和岩石吸附，因此地下水中钾的含量相对较少。延8和延9油层组主要为陆相沉积，其多被黏土所吸附，因此地层水中Ca2+含量较低，平均约占阳离子总量6%。镁的物理化学性质与钙相似，易被黏土吸附，使其在水中的含量减少。

综上所述，在地层水中钠、钾、钙、镁等离子含量差异大，其特点为向钠、钾元素端元集中。

1.2 阴离子组成特点

在主要阴离子Cl-、SO42-、HCO3-中，Cl-有很强的迁移性能，它的钠、镁、钙盐的溶解度都很高，且不易被黏土或其他矿物表面吸附，则在储层水中的含量相对较多。硫酸根的含量受细菌活动和水中钙、钡等离子含量以及pH值的影响，延8和延9地下水的pH值多数为5～6，偏酸性，所以延8和延9地层的硫酸根离子（SO42-）含量总体不高，而且分布不均。各层具体的阴离子分析参数（见表2）。

从表1，表2中可以看出，延8和延9油层组地层水中各离子含量关系排列顺序：阳离子依次为Na+> Ca2+>Mg2+、阴离子Cl->HCO3->SO42-，而且这些地层水组分具有向钠、氯端元集中的分异特征。

表1 延8和延9油层组储层水阳离子平均含量表

表2 延8和延9油层组储层水阴离子平均含量表

2 地下水与油气保存条件

地层水化学特征系数包括钠氯系数、氯镁系数、变质系数等，这些系数与油气的运聚和保存条件有关[4]，下面拟主要从以下几个方面来研究。

2.1 钠氯系数（Na+/Cl-）

钠氯系数可以表征地层水的变质程度，钠氯系数值越低，水变质程度就越高，油气形成与保存条件也越好。研究表明，钠氯系数为0.6～1.0的氯化钙型分布区最有利于油气藏的形成与保存。延8油层组储层地下水钠氯系数为0.71～0.93，占统计数的82.2%；延9油层组储层地下水中有78.3%钠氯系数介于0.68～0.94。则可分析知延8和延9油层组的变质程度为中等，有油藏和凝析气藏存在，且气藏中凝析油含量高。

2.2 氯镁系数（Cl-/Mg2+）和变质系数（（Cl-－Na+）/Mg2+）

氯镁系数和变质系数可表征地层水在运移过程中水岩作用的强度和离子交替置换的程度。延8油层组储层地下水中（Cl--Na+）/Mg2+比值为49.10～13 380；氯镁系数（Cl-/Mg2+）平均值为2 128.65；延9油层组储层地下水中的（Cl--Na+）/Mg2+比值为4.17～8 072；氯镁系数（Cl-/Mg2+）平均值为570.33。通过分析知，离子交换作用与水岩作用有关，Na+、Mg2+含量随着水岩作用时间增长而变少，Ca2+含量相对变多，水的变质程度变深。在地层的深处，沿水岩作用和生物化学作用加强的方向，Ca2+、Cl-增加，而Mg2+减少，Na+逐渐被Ca2+置换，表现为氯镁系数和变质系数较大。则由这两个系数指标说明延8和延9油层组储层封闭良好。

根据国内外许多油气田水化学统计，油气藏地下水特征（见表3）。

可以明显看出延8和延9油层组地层水的水化学特征系数（见表4）与国内外的油气藏水（见表3）的性质吻合，属于典型的油气藏水类型。

2.3 闭合系数（Mb）

闭合系数Mb，又称矿化度梯度，它是地层水的矿化度与其埋藏深度的比值。延8和延9油层组矿化度与埋藏深度关系图（见图1，图2）。

延8和延9的平均闭合系数和矿化度分析统计表（见表5）。俄罗斯地台北半部及波罗的海地区闭合度分类（见表6）。

表3 国内外的油气藏水的水化学特征系数

表4 延8和延9油层组地层水的水化学特征系数

图1 延8油层组矿化度与深度关系图

图2 延9油层组矿化度与深度关系图

表5 地下水的闭合系数Mb

表6 俄罗斯地台北半部及波罗的海地区闭合度分类

根据延8和延9地层闭合系数对比俄罗斯地台北半部及波罗的海地区的闭合系数可知：延8和延9的闭合系数在50～100，水文地质分带处于缓慢水交替带，这有利于油、气存在。构造的闭合程度属于弱冲洗的未开启构造，这对烃类成藏与聚集非常有利[5]。

3 地层水类型的确定

根据油田水文地质预测与判断地层水类型的需要，选择了2种主要的离子比值作为特征指标：钠氯系数（ρ（Na+）/ρ（Cl-））、变质系数（ρ（Cl--Na+）/ρ（Mg2+））。按照苏林分类法，根据地层水中的6种基本离子的当量比，可以将地层水划分为：NaHCO3型、CaCl2型、Na2SO4型和MgCl2型（见表7）。并提出烃类聚集与水型关系的密切程度为：氯化钙型＞重碳酸钠型＞氯化镁型＞硫酸钠型[6]。

表7 苏林水型分类表

经计算，延8油层组的钠氯系数（ρ（Na+）/ρ（Cl-））为0.72，延9油层组的钠氯系数（ρ（Na+）/ρ（Cl-））为0.74；延8油层组的变质系数（ρ（Cl--Na+）/ρ（Mg2+））为1 873.54，延9油层组的变质系数（ρ（Cl--Na+）/ρ（Mg2+））为355.25；根据苏林分类法（见表7）可以分析得知，延8和延9油层组地下水水型均为氯化钙型。

表8 各种注入水成分表

4 具体应用

在生产实践中，发现局部地区延8和延9油层组的油井出现渗透率、孔隙度较大，但驱替效率较小的问题。解决该问题的基本思路是：通过对地下水的化学成分分析，其Ca2+含量相对较少，可在该地区通过增加注入水中的Ca2+含量，使其在地层的中深部生成碳酸钙沉淀，降低主渗流通道的渗透率，使后面注入的水进入到中小孔道中，从而提高驱替效率。

为此，在该局部地区注水井中注入模拟水，考查模拟水和现场实际注入水对同一储层的物性参数和驱替效率的影响。与现场实际注入水相比，模拟地层水中只是向水中增加了Ca2+和CO32-的含量（分别加入，以免在井筒中就生成碳酸钙垢），其各种注入水成分（见表8）。

（1）注水层位：延8，水质岩心驱替的实验结果（见表9）。

表9 不同水质岩心驱替的实验结果

（2）注水层位：延9，水质岩心驱替的实验结果（见表10）。

表10 不同水质岩心驱替的实验结果

（3）实验结果与分析：由上述的实验（表9，表10）可知：①目前注入水的驱替效率＜模拟注入水的驱替效率；②目前注入水的水质基本达标，模拟地层水中增加的Ca2+和CO32-在地层的中深部生成碳酸钙沉淀，降低主渗流通道的渗透率，使后面注入的水进入到中小孔道中，达到改善吸水剖面的目的。

5 结论

（1）延8和延9油层组地层水主要阳离子中，K++ Na+含量最高，Ca2+次之，Mg2+最小；主要阴离子中，Cl-含量最高，HCO3-次之，SO42-最小。地下水中阴、阳离子含量差异大，其中钠、氯离子在水中占绝对优势，具有向组分端元集中的分异特点。

（2）延8和延9油层组地层水具有沉积水经漫长水岩作用、深循环、径流停滞或交替缓慢、深度浓缩、正变质特征。

（3）该油藏水文地质分带处于缓慢水交替带，这有利于油、气存在。构造的闭合程度属于弱冲洗的未开启构造，这对烃类成藏与聚集非常有利。

［1］杨俊杰.鄂尔多斯盆地构造演化与油气分布规律［M］.北京：石油工业出版社，2002.

［2］徐国盛，宋焕荣，周文.鄂尔多斯盆地中部气田水化学条件与天然气聚集［J］.石油实验地质，2000，22（4）：330-335.

［3］雍自权，杨斌，张长俊，等.充西气田须四精细气藏描述［R］.成都：成都理工大学能源学院，2010.

［4］刘斌，沈昆，等.流体包裹体热力学［M］.北京：地质出版社，1999.

［5］李英华.油田水地化指标研究的新认识［J］.中国海上油气（地质），1998，12（1）：19-23.

［6］苏林.天然水系中的油田水［M］.北京：石油工业出版社，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