蘇里格氣田石盒組盒8段地層水礦化度分析

自1999年發(fā)現(xiàn)以來，已基本弄清了蘇里格氣候領(lǐng)域的輪廓。主要支持氣層的部分是下石盒2組的8個(gè)部分，平面上顯示了幾乎向南的條帶狀氣藏。近年來勘探成果顯示,盒8段儲(chǔ)層中含氣性廣泛,具有良好的勘探前景,但卻陸續(xù)發(fā)現(xiàn)多口井出水,產(chǎn)出地層水的井?dāng)?shù)大約占總鉆井?dāng)?shù)的30%,其中日產(chǎn)水量超過10m3大約占40%。這表明蘇里格氣田盒8段含氣豐度變化大,氣水分布關(guān)系與控制因素復(fù)雜。為了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)蘇里格氣田的形成規(guī)律和擴(kuò)大勘探領(lǐng)域,作者根據(jù)近年的試氣成果及地層水分析資料,對(duì)盒8段氣藏的氣水分布特征及控制因素進(jìn)行了綜合分析。1蘇里格氣田地層水ca2+、me2+蘇里格地區(qū)石盒子組盒8段除少數(shù)井段產(chǎn)出水受鉆井液和氣層凝析水影響外,絕大多數(shù)地層水礦化度的在20g/L~50g/L之間,地層水水型均為氯化鈣型。地層水組成變化大,陽離子中以堿金屬離子Na+占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),其含量為415.44mg/L~18297.52mg/L,它們占陽離子總量的45.8%~95.5%;Ca2+含量為274.05mg/L~4282.05mg/L,占陽離子總量的4.5%~48.6%;Mg2+含量甚微,只占陽離子總數(shù)的0~6.3%(表1)。在主要陰離子Cl-、SO42-、HCO3-中,Cl-具有最強(qiáng)的遷移性能,不易被粘土或其它礦物表面吸附,也不為生物所積累。因此,蘇里格氣田地層水中Cl-含量在866.11mg/L~35556.25mg/L,最大值占陰離子總量的98.7%,最小值占33.9%。HCO3-離子含量在123.31mg/L~1926.71mg/L,占陰離子總量的2.2%~65.1%。蘇里格地區(qū)盒8段地層水的Na+、Cl-在水中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),具有沉積水經(jīng)漫長水巖作用、深循環(huán)、徑流速度較小或交替緩慢、深度濃縮、正變質(zhì)特征。按照博雅爾斯基對(duì)氯化鈣型水的細(xì)分類,盒8段地層水主要為Ⅳ型和Ⅴ型,屬于天然氣聚集成藏與保存的封閉、還原的水文地球化學(xué)環(huán)境。這種水化學(xué)環(huán)境反映了儲(chǔ)層封閉的條件良好,有利于氣藏形成和保存。2區(qū)上古生界地層水研究蘇里格地區(qū)上古生界地層水在層位上主要分布在石盒子組和山西組,其次是太原組。根據(jù)蘇里格地區(qū)上古生界320口井的試氣資料統(tǒng)計(jì),在66口探井的石盒子組共170個(gè)試氣層段中,產(chǎn)氣層段95個(gè),產(chǎn)水層段28個(gè);產(chǎn)出地層水的井?dāng)?shù)大約占總鉆井?dāng)?shù)的30%。產(chǎn)地層水的層段厚度一般1m~3m,日產(chǎn)水量為0.89m3~45.5m3,其中日產(chǎn)水量超過10m3大約占40%。2.1氣層/水層結(jié)構(gòu)類型盒8段氣水層在縱向上,除了氣層與水層之間被泥巖或致密砂巖分隔而呈相互獨(dú)立的分布外,同一層段的砂體中水層與氣層的分布關(guān)系比較復(fù)雜。根據(jù)測(cè)井解釋和試氣成果可以劃分為三種類型:氣層/水層、氣水互層和氣水同層。氣層/水層是同一層段砂體中氣層在上,水層在下,氣層與水層之間沒有明顯的泥巖封隔層(或者厚度小于2m泥質(zhì)砂巖)。氣水互層是指同一層段砂體中氣層分布在上下水層之間,或水層分布在上下氣層之間,如統(tǒng)19盒8上(圖1)和蘇9井盒8段。氣水同層是指同一層段砂體中沒有氣層與水層的分界面,即既產(chǎn)水又同時(shí)產(chǎn)氣。2.2蘇里格縱向產(chǎn)水現(xiàn)狀在平面上同一層位內(nèi)產(chǎn)氣與產(chǎn)水層分布復(fù)雜,產(chǎn)水層厚度小(一般在1m~3m),分布范圍不穩(wěn)定,氣水分布缺乏統(tǒng)一邊界。石盒子組產(chǎn)出地層水主要分布在蘇里格廟西北的蘇2井—蘇9井—蘇11井—蘇32井—鄂11井—鄂6井一帶和烏審旗東北的盟4井—統(tǒng)18井—統(tǒng)6井—陜199井一帶(圖2)。總體而言,蘇里格地區(qū)在縱向上多層位產(chǎn)水,產(chǎn)水層段厚度較小,無統(tǒng)一的氣水界面。石盒子組盒8段地層水在平面上主要集中在蘇里格廟西北和烏審旗東北,在其它地區(qū)只有零星分布,產(chǎn)水井之間往往被產(chǎn)氣井被分割,日產(chǎn)水量也相對(duì)較低。產(chǎn)水層段不受構(gòu)造或海拔高程控制,在傾向西南的區(qū)域平緩單斜構(gòu)造高部位和低部位都有地層水相對(duì)富集區(qū)(如蘇6井區(qū)),處于構(gòu)造相對(duì)高部位的蘇9井盒8段(海拔-2008.96m)與構(gòu)造低部位的蘇2井盒8層(海拔-2058.04m)均產(chǎn)水,平面上缺乏統(tǒng)一的氣水分布邊界。3不同圈閉類型氣水分布蘇里格地區(qū)地層平緩,局部構(gòu)造圈閉和斷層不發(fā)育,圈閉類型主要為巖性圈閉,并且儲(chǔ)層物性總體較差,因此,氣水分布不僅主要受沉積微相、儲(chǔ)層物性控制,氣體充注強(qiáng)度也有一定影響。3.1儲(chǔ)層物性相對(duì)較高沉積微相控制了蘇里格地區(qū)上古生界巖性圈閉的砂體儲(chǔ)層規(guī)模以及空間展布。沉積相研究和區(qū)域構(gòu)造-沉積演化背景的綜合分析表明,蘇里格地區(qū)的主力儲(chǔ)集層系主要形成于辮狀河、曲流河沉積作用占主導(dǎo)地位的河流-三角洲沉積環(huán)境,砂體類型有河道充填砂體、辨狀河砂壩、邊灘(點(diǎn)壩)砂體以及廢棄河道充填和決口扇、天然堤。不同微相砂體的物性差異大,決口扇、天然堤以及廢棄河道充填砂體分布規(guī)模相對(duì)較小、連續(xù)性較差(圖3)。由于顆粒較細(xì)、雜基含量較高以及分選較差等因素的影響,儲(chǔ)層孔滲條件較差,多數(shù)為致密儲(chǔ)層。分流河道砂壩厚度大、連片分布范圍大,由于沉積水動(dòng)力強(qiáng),顆粒粗、分選好,砂體物性好,往往發(fā)育相對(duì)較高孔滲的儲(chǔ)層。根據(jù)蘇里格地區(qū)石盒子組盒8段產(chǎn)純氣層段的物性統(tǒng)計(jì),產(chǎn)層平均孔隙度為9.7%,多數(shù)在8%~12%之間,而產(chǎn)水層段(包括氣水同產(chǎn))的平均孔隙度為8.3%,多數(shù)在5%~8%之間(圖4)。總體而言,水層的儲(chǔ)層物性比氣層的差一些。由于不同沉積微相砂體的儲(chǔ)層物性差異,油氣運(yùn)聚受到毛細(xì)管阻力大小有所不同,從而形成厚度不同的油(氣)水過渡帶。王允誠等(1999)在陸相不同沉積微相砂巖儲(chǔ)層的毛管壓力曲線特征研究基礎(chǔ)上,模擬計(jì)算出各自的油水過渡帶高度(表2)。由表2可見,在儲(chǔ)層物性比較差的河口砂壩、中扇水道間、水下分流河道和水下天然堤儲(chǔ)層中,油、水過渡區(qū)厚度可達(dá)383m~628m(換算為氣、水過渡帶高度大約在120m~220m),它們必然要求閉合度較高的圈閉才能在構(gòu)造高點(diǎn)產(chǎn)出純油或天然氣,如果圈閉的閉合度高度小于油(氣)水過渡厚度,那么就會(huì)出現(xiàn)油(氣)水同產(chǎn)。盒8段地層水主要分布Ⅱ類和Ⅲ類儲(chǔ)層中,少數(shù)為Ⅰ類儲(chǔ)層。分流河道砂壩儲(chǔ)層物性較好,砂體厚度較大,發(fā)育Ⅰ類儲(chǔ)層,其排驅(qū)壓力和中值壓力分別在0.01MPa~0.2MPa和0.2MPa~0.4MPa之間,相應(yīng)的氣水過渡帶高度大約在10m~30m之間;Ⅱ類儲(chǔ)層排驅(qū)壓力在0.1MPa~0.4MPa和1.0MPa~4.0MPa之間,氣水過渡帶高度大約在40m~60m之間。由于蘇里格地區(qū)地層平緩,按每公里平均坡降4m估算,Ⅰ類和Ⅱ類儲(chǔ)層的氣水過渡帶在南北方向上分布長度可分別達(dá)到2.5km~7.5km和10.0km~15.0km。在復(fù)合砂體中,不同砂體分布及其儲(chǔ)層物性具有非均質(zhì)性,大范圍分布的氣水過渡帶往往受砂體發(fā)育的規(guī)模和砂體物性的影響而呈斷續(xù)分布。3.2宏觀力學(xué)特性蘇里格地區(qū)上古生界儲(chǔ)層物性較差,除發(fā)育少數(shù)高孔滲砂體外,總體上為致密性儲(chǔ)層。砂體展布范圍大小懸殊,即使沿主河的連片分布的層狀或帶狀砂體,由于河道遷移形成的復(fù)合疊合砂體在物性上存在較強(qiáng)的非均質(zhì)性,從而使砂體內(nèi)部孔隙流體連通性受到不同程度的制約。因此,天然氣在充注成藏時(shí),砂體中孔隙自由水被氣體驅(qū)替方式和驅(qū)替程度必然存在差異。(1)儲(chǔ)層臨界高度天然氣排烴、運(yùn)移進(jìn)入圈閉的儲(chǔ)層后,儲(chǔ)層孔隙自由水通過兩種方式被排驅(qū)出圈閉:氣體浮力驅(qū)動(dòng)及氣體膨脹力驅(qū)動(dòng)。浮力驅(qū)動(dòng)是需要一定高度的連續(xù)氣柱克服毛細(xì)管阻力,然后向上傾方向置換孔隙自由水而聚集在圈閉高部位。浮力驅(qū)動(dòng)形成的氣藏往往具有統(tǒng)一的氣水界面和氣水過渡帶。儲(chǔ)層物性越好,氣水過渡帶的厚度就越小。浮力驅(qū)動(dòng)成藏要求圈閉閉合高度遠(yuǎn)大于連續(xù)氣柱的臨界高度。連續(xù)氣柱的臨界高度取決于儲(chǔ)層的排驅(qū)壓力。根據(jù)蘇里格地區(qū)上古生界儲(chǔ)層壓汞資料估算,Ⅰ類儲(chǔ)層形成連續(xù)氣柱的臨界長度為850m~1145m;Ⅱ類儲(chǔ)層(孔隙度為9%~12%,滲透率為1mD~3mD)的連續(xù)氣柱的臨界長度大約為3.4km~4.5km。蘇里格地區(qū)雖然發(fā)育有Ⅰ類高孔高滲儲(chǔ)層,但大范圍內(nèi)連續(xù)分布較差。對(duì)于Ⅱ、Ⅲ類儲(chǔ)層而言,雖然分布范圍大,在南北方向可達(dá)上百公里,但是儲(chǔ)層物性較差,天然氣運(yùn)移受到的毛細(xì)管阻力大,浮力作用的大范圍驅(qū)動(dòng)很困難。當(dāng)圈閉閉合高度相對(duì)較小或儲(chǔ)層物性較差時(shí),氣體充注主要依靠氣體膨脹力推擠孔隙自由水而在圈閉中聚集。國內(nèi)學(xué)者把這種氣體膨脹驅(qū)動(dòng)稱為“活塞式驅(qū)動(dòng)”。“活塞式驅(qū)動(dòng)”往往形成氣水倒置的分布關(guān)系,即氣體沿儲(chǔ)層上傾方向推擠孔隙自由水,形成水上氣下的分布格局。由于儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性,毛細(xì)管喉道總是大小不一,氣體膨脹克服的毛細(xì)管阻力有差異,相對(duì)大喉道的毛細(xì)管阻力較小,而小喉道的毛細(xì)管阻力較大。因此,氣體膨脹驅(qū)水過程中也不是整體同步進(jìn)行,也是同樣存在一個(gè)氣水過渡帶(圖5)。氣水過渡帶長度受天然氣充注強(qiáng)度和砂體長度的控制。天然氣膨脹充注強(qiáng)度越大,砂體長度相對(duì)較小時(shí),氣水過渡帶范圍越小,當(dāng)孔隙自由水完全被天然氣驅(qū)替時(shí),氣水過渡帶也隨之而消失。(2)儲(chǔ)層充注強(qiáng)度如上所述,蘇里格地區(qū)發(fā)育巖性圈閉的砂體規(guī)模大小懸殊,儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)。在高孔滲砂體中,氣體浮力充注,含氣范圍隨充注強(qiáng)度增加而增加,在含氣范圍內(nèi)不產(chǎn)水。大量致密砂體和分布規(guī)模較小的透鏡狀砂體則主要以氣體膨脹力充注成藏。充注強(qiáng)度越大,砂體中殘余的孔隙自由水飽和度就相對(duì)越低,產(chǎn)水量也相對(duì)越少;反之,孔隙自由水含量就相對(duì)高,產(chǎn)水量就相對(duì)較大(圖5)。蘇里格地區(qū)烴源巖生烴能力較高,本溪組—盒8段儲(chǔ)層的天然氣充注普遍達(dá)到中—強(qiáng)的程度,儲(chǔ)層中含氣飽和度可達(dá)40%~60%以上,孔隙自由水普遍受到不同程度的驅(qū)替。在相似充注強(qiáng)度條件下,砂體孔隙中自由水被驅(qū)替的程度與儲(chǔ)層物性有密切關(guān)系。在非均質(zhì)性儲(chǔ)層中,天然氣總是優(yōu)先充注毛細(xì)管阻力相對(duì)較小、充注途徑暢通的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層,孔隙自由水被驅(qū)替較徹底,而物性與連通較差的儲(chǔ)層孔隙水保存相對(duì)較多。對(duì)于透鏡狀砂體而言,四周多數(shù)被泥巖不同程度地封閉,孔隙自由水的排出條件較差,只有當(dāng)大量氣體充注使其孔隙流體超壓產(chǎn)生微裂縫或砂體孔隙流體的異常高壓超過圍巖壓力時(shí),孔隙自由水才能排出砂體。砂體孔隙壓力越高,氣體進(jìn)一步充注就越困難。由于不同層位或同一層位不同類型透鏡狀砂體圍巖的生烴能力和欠壓實(shí)程度的差異,天然氣充注強(qiáng)度必然有所差異。綜上所述,蘇里格地區(qū)上古生界地層水主要分布主河道翼部的Ⅱ類和Ⅲ類儲(chǔ)層中。由于地層平緩和河流相沉積的河道遷移、擺動(dòng)所形成儲(chǔ)層物性非均質(zhì)性較強(qiáng)的不同規(guī)模的砂體,導(dǎo)致氣藏的氣水過渡帶范圍大小懸殊,加之氣體浮力充注和氣體膨脹充注強(qiáng)度差異的影響,使不同類型巖性氣藏中氣水分布關(guān)系進(jìn)一步復(fù)雜化。總體而言,儲(chǔ)層物性較好、氣體充注強(qiáng)度較大的砂體,其孔隙自由水驅(qū)替程度高,地層水含量低,甚至不含自由水;儲(chǔ)層物性致密或孔隙水排泄條件差,氣體充注強(qiáng)度較低,孔隙自由水排驅(qū)不充分,含水飽和度相對(duì)較高。4同一門段砂體水層分布(1)蘇里格地區(qū)石盒子組儲(chǔ)層地層水水型為氯化鈣型,組成變化大,離子含量高低差異懸殊。這種水化學(xué)環(huán)境反映了儲(chǔ)氣圈閉的良好性質(zhì),是氣藏形成和保存的一種有利條件。(2)在縱向上,同一層段砂體中水層與氣層的分布