蘇里格氣田石盒組盒8段地層水礦化度分析

自1999年發現以來，已基本弄清了蘇里格氣候領域的輪廓。主要支持氣層的部分是下石盒2組的8個部分，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段儲層中含氣性廣泛,具有良好的勘探前景,但卻陸續發現多口井出水,產出地層水的井數大約占總鉆井數的30%,其中日產水量超過10m3大約占40%。這表明蘇里格氣田盒8段含氣豐度變化大,氣水分布關系與控制因素復雜。為了進一步認識蘇里格氣田的形成規律和擴大勘探領域,作者根據近年的試氣成果及地層水分析資料,對盒8段氣藏的氣水分布特征及控制因素進行了綜合分析。1蘇里格氣田地層水ca2+、me2+蘇里格地區石盒子組盒8段除少數井段產出水受鉆井液和氣層凝析水影響外,絕大多數地層水礦化度的在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+占絕對優勢,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,只占陽離子總數的0~6.3%(表1)。在主要陰離子Cl-、SO42-、HCO3-中,Cl-具有最強的遷移性能,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%。蘇里格地區盒8段地層水的Na+、Cl-在水中占絕對優勢,具有沉積水經漫長水巖作用、深循環、徑流速度較小或交替緩慢、深度濃縮、正變質特征。按照博雅爾斯基對氯化鈣型水的細分類,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環境。這種水化學環境反映了儲層封閉的條件良好,有利于氣藏形成和保存。2區上古生界地層水研究蘇里格地區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。根據蘇里格地區上古生界320口井的試氣資料統計,在66口探井的石盒子組共170個試氣層段中,產氣層段95個,產水層段28個;產出地層水的井數大約占總鉆井數的30%。產地層水的層段厚度一般1m~3m,日產水量為0.89m3~45.5m3,其中日產水量超過10m3大約占40%。2.1氣層/水層結構類型盒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立的分布外,同一層段的砂體中水層與氣層的分布關系比較復雜。根據測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,即既產水又同時產氣。2.2蘇里格縱向產水現狀在平面上同一層位內產氣與產水層分布復雜,產水層厚度小(一般在1m~3m),分布范圍不穩定,氣水分布缺乏統一邊界。石盒子組產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18井—統6井—陜199井一帶(圖2)。總體而言,蘇里格地區在縱向上多層位產水,產水層段厚度較小,無統一的氣水界面。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,在其它地區只有零星分布,產水井之間往往被產氣井被分割,日產水量也相對較低。產水層段不受構造或海拔高程控制,在傾向西南的區域平緩單斜構造高部位和低部位都有地層水相對富集區(如蘇6井區),處于構造相對高部位的蘇9井盒8段(海拔-2008.96m)與構造低部位的蘇2井盒8層(海拔-2058.04m)均產水,平面上缺乏統一的氣水分布邊界。3不同圈閉類型氣水分布蘇里格地區地層平緩,局部構造圈閉和斷層不發育,圈閉類型主要為巖性圈閉,并且儲層物性總體較差,因此,氣水分布不僅主要受沉積微相、儲層物性控制,氣體充注強度也有一定影響。3.1儲層物性相對較高沉積微相控制了蘇里格地區上古生界巖性圈閉的砂體儲層規模以及空間展布。沉積相研究和區域構造-沉積演化背景的綜合分析表明,蘇里格地區的主力儲集層系主要形成于辮狀河、曲流河沉積作用占主導地位的河流-三角洲沉積環境,砂體類型有河道充填砂體、辨狀河砂壩、邊灘(點壩)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模相對較小、連續性較差(圖3)。由于顆粒較細、雜基含量較高以及分選較差等因素的影響,儲層孔滲條件較差,多數為致密儲層。分流河道砂壩厚度大、連片分布范圍大,由于沉積水動力強,顆粒粗、分選好,砂體物性好,往往發育相對較高孔滲的儲層。根據蘇里格地區石盒子組盒8段產純氣層段的物性統計,產層平均孔隙度為9.7%,多數在8%~12%之間,而產水層段(包括氣水同產)的平均孔隙度為8.3%,多數在5%~8%之間(圖4)。總體而言,水層的儲層物性比氣層的差一些。由于不同沉積微相砂體的儲層物性差異,油氣運聚受到毛細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層的毛管壓力曲線特征研究基礎上,模擬計算出各自的油水過渡帶高度(表2)。由表2可見,在儲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層中,油、水過渡區厚度可達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造高點產出純油或天然氣,如果圈閉的閉合度高度小于油(氣)水過渡厚度,那么就會出現油(氣)水同產。盒8段地層水主要分布Ⅱ類和Ⅲ類儲層中,少數為Ⅰ類儲層。分流河道砂壩儲層物性較好,砂體厚度較大,發育Ⅰ類儲層,其排驅壓力和中值壓力分別在0.01MPa~0.2MPa和0.2MPa~0.4MPa之間,相應的氣水過渡帶高度大約在10m~30m之間;Ⅱ類儲層排驅壓力在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。由于蘇里格地區地層平緩,按每公里平均坡降4m估算,Ⅰ類和Ⅱ類儲層的氣水過渡帶在南北方向上分布長度可分別達到2.5km~7.5km和10.0km~15.0km。在復合砂體中,不同砂體分布及其儲層物性具有非均質性,大范圍分布的氣水過渡帶往往受砂體發育的規模和砂體物性的影響而呈斷續分布。3.2宏觀力學特性蘇里格地區上古生界儲層物性較差,除發育少數高孔滲砂體外,總體上為致密性儲層。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合疊合砂體在物性上存在較強的非均質性,從而使砂體內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,砂體中孔隙自由水被氣體驅替方式和驅替程度必然存在差異。(1)儲層臨界高度天然氣排烴、運移進入圈閉的儲層后,儲層孔隙自由水通過兩種方式被排驅出圈閉:氣體浮力驅動及氣體膨脹力驅動。浮力驅動是需要一定高度的連續氣柱克服毛細管阻力,然后向上傾方向置換孔隙自由水而聚集在圈閉高部位。浮力驅動形成的氣藏往往具有統一的氣水界面和氣水過渡帶。儲層物性越好,氣水過渡帶的厚度就越小。浮力驅動成藏要求圈閉閉合高度遠大于連續氣柱的臨界高度。連續氣柱的臨界高度取決于儲層的排驅壓力。根據蘇里格地區上古生界儲層壓汞資料估算,Ⅰ類儲層形成連續氣柱的臨界長度為850m~1145m;Ⅱ類儲層(孔隙度為9%~12%,滲透率為1mD~3mD)的連續氣柱的臨界長度大約為3.4km~4.5km。蘇里格地區雖然發育有Ⅰ類高孔高滲儲層,但大范圍內連續分布較差。對于Ⅱ、Ⅲ類儲層而言,雖然分布范圍大,在南北方向可達上百公里,但是儲層物性較差,天然氣運移受到的毛細管阻力大,浮力作用的大范圍驅動很困難。當圈閉閉合高度相對較小或儲層物性較差時,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。國內學者把這種氣體膨脹驅動稱為“活塞式驅動”。“活塞式驅動”往往形成氣水倒置的分布關系,即氣體沿儲層上傾方向推擠孔隙自由水,形成水上氣下的分布格局。由于儲層孔隙結構的不規則性,毛細管喉道總是大小不一,氣體膨脹克服的毛細管阻力有差異,相對大喉道的毛細管阻力較小,而小喉道的毛細管阻力較大。因此,氣體膨脹驅水過程中也不是整體同步進行,也是同樣存在一個氣水過渡帶(圖5)。氣水過渡帶長度受天然氣充注強度和砂體長度的控制。天然氣膨脹充注強度越大,砂體長度相對較小時,氣水過渡帶范圍越小,當孔隙自由水完全被天然氣驅替時,氣水過渡帶也隨之而消失。(2)儲層充注強度如上所述,蘇里格地區發育巖性圈閉的砂體規模大小懸殊,儲層非均質性較強。在高孔滲砂體中,氣體浮力充注,含氣范圍隨充注強度增加而增加,在含氣范圍內不產水。大量致密砂體和分布規模較小的透鏡狀砂體則主要以氣體膨脹力充注成藏。充注強度越大,砂體中殘余的孔隙自由水飽和度就相對越低,產水量也相對越少;反之,孔隙自由水含量就相對高,產水量就相對較大(圖5)。蘇里格地區烴源巖生烴能力較高,本溪組—盒8段儲層的天然氣充注普遍達到中—強的程度,儲層中含氣飽和度可達40%~60%以上,孔隙自由水普遍受到不同程度的驅替。在相似充注強度條件下,砂體孔隙中自由水被驅替的程度與儲層物性有密切關系。在非均質性儲層中,天然氣總是優先充注毛細管阻力相對較小、充注途徑暢通的優質儲層,孔隙自由水被驅替較徹底,而物性與連通較差的儲層孔隙水保存相對較多。對于透鏡狀砂體而言,四周多數被泥巖不同程度地封閉,孔隙自由水的排出條件較差,只有當大量氣體充注使其孔隙流體超壓產生微裂縫或砂體孔隙流體的異常高壓超過圍巖壓力時,孔隙自由水才能排出砂體。砂體孔隙壓力越高,氣體進一步充注就越困難。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程度的差異,天然氣充注強度必然有所差異。綜上所述,蘇里格地區上古生界地層水主要分布主河道翼部的Ⅱ類和Ⅲ類儲層中。由于地層平緩和河流相沉積的河道遷移、擺動所形成儲層物性非均質性較強的不同規模的砂體,導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度差異的影響,使不同類型巖性氣藏中氣水分布關系進一步復雜化。總體而言,儲層物性較好、氣體充注強度較大的砂體,其孔隙自由水驅替程度高,地層水含量低,甚至不含自由水;儲層物性致密或孔隙水排泄條件差,氣體充注強度較低,孔隙自由水排驅不充分,含水飽和度相對較高。4同一門段砂體水層分布(1)蘇里格地區石盒子組儲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。這種水化學環境反映了儲氣圈閉的良好性質,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