渤南洼陷北部陡坡带地层水特征与油藏保存

姜 超

(中石化胜利油田分公司勘探开发研究院,山东东营257015)

地层水与油气成藏具有密切的关系,其化学特征代表了成岩过程及成藏过程中流体与周围岩石相互作用的结果[1-3],因此可以通过现今地层水的化学特征的分析,研究油藏所处的水化学环境,明确优质油藏的有利分布区[4-7]。研究表明,盆地内地层水化学特征在垂向上一般具有分带性[8-10],不同带内的水动力环境具有不同的特点,决定了油藏特点也具有不同的特征。近年来,随着湖盆陡坡带砂砾岩油藏勘探的深入,积累了大量该类油藏内的地层水分析资料,为进一步研究砂砾岩储层内地层水与油藏性质的关系奠定了良好的基础。笔者以沾化凹陷渤南洼陷北部陡坡带为例,探讨湖盆陡坡带地层水化学特征,并对储层成岩演化和原油物性响应特征进行分析。

1 地质背景

渤南洼陷位于渤海湾盆地济阳坳陷沾化凹陷的中部,四周被埕东凸起、陈家庄凸起、义和庄凸起和孤岛凸起所环绕,面积约600 km2,是沾化凹陷内最大的洼陷[11]。研究区位于渤南洼陷北部陡坡带,埕南断层为本区的边界断层,区内还发育多条埕南断层的派生断层,与埕南断层一起构成了复杂的断裂系统。受埕南断层持续活动的影响,渤南北部陡坡带自沙四段至东营组均有砂砾岩的发育,其中,沙四段晚期至沙三段沉积时期,埕南断层活动强烈,古地形呈山高水深的特点,以近岸水下扇沉积为主,砂砾岩扇体厚度大、分布广;沙二段至东营组沉积时期,随着断层活动强度减弱,古地形高差减小,沉积类型转变为扇三角洲,砂砾岩扇体规模有所减小。截止目前,渤南洼陷北部陡坡带已探明石油地质储量4 989.9×104t,控制储量 3 467.56×104t。 已上报储量层系主要集中在深层的沙四段上亚段和沙三段,占总探明储量的75.8%,中浅层沙二段至东营组储量相对较少。

2 地层水化学场特征

2.1 总矿化度及水型

一般而言,盆地内的地层水矿化度随着埋深的增大而增加,而陡坡带邻近控盆断裂,常发育盆倾派生断层,因此陡坡带流体动力系统与洼陷内明显不同。渤南洼陷北部陡坡带地层水矿化度一般低于20 g/L,远低于现今海水的矿化度(35 g/L)。从研究区地层水矿化度与埋深的关系看,矿化度垂向分带性不强,但总体随着埋深增加矿化度具有增大的特征:在埋深1 500～3 000 m之间,矿化度集中分布在5～15 mg/L之间;埋深大于3 000 m,地层水矿化度随深度增加明显,但最大未见超过30 mg/L的样本点(图2)。

本区主要阳离子有3种类型,分别为钾钠离子、钙离子和镁离子,其相对含量表现为钾钠离子＞钙离子＞镁离子,且钾钠离子含量占有绝对优势。阴离子主要有3种类型,分别为氯离子、碳酸氢根离子和硫酸根离子,其相对含量表现为氯离子＞碳酸氢根离子＞硫酸根离子。垂向上,埋深小于3 000 m,各离子浓度随深度的变化不明显;埋深大于3 000 m,不同离子浓度随深度变化表现出不同的特征:钾钠离子和氯离子浓度随深度增加而增加,钙离子和碳酸氢根离子浓度随深度增加而减小,而镁离子和硫酸根离子浓度随深度增加变化不明显。

2.2 地层水酸碱度

研究区弱酸性-碱性地层水均有发育,pH值一般在5～9之间。按照苏林地层水类型分类,常见的地层水类型可以分为4种:氯化钙型、碳酸氢钠型、硫酸钠型和氯化镁型。研究区地层水以碳酸氢钠型为主,其次为氯化钙型。氯化钙型地层水以酸性为主,pH值在5～7之间;碳酸氢钠型地层水以中性-碱性为主,pH值在7～9之间。垂向上,埋深小于3 000 m表现为酸性水、中性水和碱性水均有分布,但以中性水和碱性水为主,埋深大于3 000 m以酸性水和中性水为主(图1)。

图1 渤南洼陷北部陡坡带地层水化学组成与深度的关系

2.3 地层水系统划分

研究区不同埋深地层内水体活跃程度有所不同,整体可以分为3个带:埋深大于3 000 m为地层水交替作用停滞带,地层水矿化度高,pH值偏酸性,分析认为与沙三段厚层泥岩盖层的遮挡作用有关;埋深小于2 000为地层水交替作用活跃带,地层水矿化度与深层相比整体较低,水型以碳酸氢钠型为主,pH值偏中性和碱性,属于开放型水文系统;2 000～3 000 m为过渡带,地层水矿化度及离子浓度介于停滞带和活跃带之间,酸性、中性和碱性地层水并存。值得注意的是,埋深小于3 000 m,地层水虽然处于相对开放的水文系统,但在局部地区仍可存在相对封闭的环境,地层水化学特征保留了深部地层水的特征,所对应水型主要为相对较高矿化度、偏酸性氯化钙型水。

3 地层水特征对油藏保存的影响

地下水的化学行为是影响油气组成的重要因素,流经油藏的地下水通过选择性溶解作用可改变油气的组成和性质,原油的物性与地层水性质的关系反映了水化学条件对原油氧化、降解程度的控制作用[12]。本区原油物性自深部向浅层具有明显的变化规律(图2),深部原油密度、黏度及含硫量总体较低,向浅层原油物性参数明显增大,表明由深部到浅层,油藏所受到的氧化作用逐渐增强[13]。原油油性的变化与地层水化学特征的变化具有明显的耦合性,例如,埋深小于2 000 m原油以稠油、特稠油为主,且含硫量达到最大,而地层水的矿化度此时最低,且水型以碳酸氢钠型为主,表明原油的稠化作用与地层水的交替强度存在明显的相关性。

图2 渤南洼陷北部陡坡带原油物性参数与埋深的关系

油藏解剖表明,本区原油性质与地层水交替作用强度密切相关。在埋深小于2 000 m的地层水自由交替带,原油普遍受到地层水的水洗及氧化作用,导致埋深小于2 000 m原油以稠油、特稠油为主,平面上主要分布于埕91、埕915、埕918等井区。在埋深2 000～3 000 m之间,由于地层水交替作用较之浅层有所减弱,原油油性整体相对较好,以中质稀油-稠油为主,此外,扇体内部油性好,而边部油性偏差,表明原油油性受断层控制作用明显,当靠近断层时地层水交替作用增强,油性变稠。当埋深大于3 000 m,处于地层水交替作用的停滞区,原油油性最好,以稀油为主(图3)。

图3 渤南洼陷北部原油密度垂向分布特征

4 结 论

(1)研究区地层水矿化度整体偏低,水型以碳酸氢钠型为主。根据地层水矿化度、离子浓度和酸碱度特征,地层水化学动力场垂向上自下而上分为交替停滞带、交替过渡带和交替活跃带,埋深大于3 000 m为交替作用停滞带,地层水矿化度高,pH值偏酸性;埋深小于2 000 m为交替作用活跃带,地层水矿化度低,pH值偏中性和碱性;2 000～3 000 m为过渡带,地层水矿化度及离子浓度介于停滞带和活跃带之间,酸性、中性和碱性地层水并存。

(2)受中浅层开放型水文系统的影响,埋深小于1 2 000 m主要以稠油、特稠油为主,且原油含硫量普遍较高;埋深2 000～3 000 m时,原油油性相对好,以中质稀油-稠油为主,含硫量较低;埋深大于3 000 m时,原油油性最好,以低含硫稀油为主。