鶯歌海盆地東方 1-1氣田地層水特征及其與油氣保存的關系

王英超 劉 平 李國良 胡勝輝

(1.中海油湛江南海西部研究院 2.中海油湛江分公司 3.中國地質大學(武漢)資源學院)

鶯歌海盆地東方 1-1氣田地層水特征及其與油氣保存的關系

王英超1劉 平2李國良3胡勝輝1

(1.中海油湛江南海西部研究院 2.中海油湛江分公司 3.中國地質大學(武漢)資源學院)

氣田中 6口井的 17個鶯二段的地層水樣品進行化學組分分析,采用目前油田水研究普遍應用的蘇林分類法進行分類。分別從平面上和垂向上來分析研究地層水的特征與成因,并綜合本區構造活動及伴隨的 CO2上侵和巖石學方面的特征進行分析,判斷氣田水文地質條件、封閉狀況及油氣保存條件。研究結果認為,本區鶯二段地層水以代表大陸環境的沉積水 NaHCO3水型為主,也見 Na2SO4及MgCl2水型。該區整體水動力較弱,油氣保存較好,有利于天然氣成藏。圖 5表 1參 6

鶯歌海盆地 東方 1-1氣田 地層水特征 礦化度 油氣保存

在含油氣盆地中,地層水作為盆地流體的一個主要組成部分,以不同的形式與油氣共存于地下巖石孔隙空間中。地層水的活動及性質直接或間接指示盆地流體系統的開放性和封閉性,與油氣的生、運、聚、散過程有著十分密切的關系[1],特別是地層水地球化學性質是油氣保存條件的表征。因此,研究地層水對指導油氣勘探具有十分重大的意義。而對于天然氣成藏來說,保存條件更是制約著天然氣氣藏勘探成功的重要因素。

目前,我國普遍采用前蘇聯地球化學家蘇林的分類 ,將地層水分成 Na2SO4、NaHCO3、MgCl2和CaCl24種類型。一般認為 Na2SO4型水表示存在和形成的大陸環境;NaHCO3型水表示存在和形成的大陸環境,通常以過渡形式分布在油田垂直剖面上;MgCl2型水指示存在和形成的海洋環境;CaCl2型水指示存在和形成的深部環境,通常出現在水文地質封閉性良好的地殼內部[2]。

1 區域地質

鶯歌海盆地位于我國海南島西部海域 (圖 1)。盆地總體為不規則菱形,主要由鶯西斜坡、中央凹陷、鶯東斜坡 3個一級構造單元組成。其中東方 1-1構造位于中央凹陷北部,距海南省鶯歌海鎮100km;是一個底辟背斜構造,構造長軸近南北向,主要受近南北走向的斷層系控制。該構造中淺層研究重點評價的目標在黃流組一段和鶯歌海組二段[3]。

圖1 鶯歌海盆地示意圖

筆者對中淺層重點目標層段之一的鶯二段的地層水數據進行分析。尋找地層水化學特征與油氣保存條件的關系,綜合評價鶯歌海盆地東方 1-1氣田的中淺層天然氣保存條件。

2 地層水化學特征

鶯歌海盆地目前商業性氣藏主要分布于中央凹陷的底辟帶,與氣層相關的地層水的資料相當豐富。本文對東方 1-1氣田 6口井的 17個地層水樣進行了常規的水化學分析,全部樣品來自鶯歌海組二段。總體來看,Ca2+、Mg2+和 SO42-的含量遠小于世界海水,HCO3-的含量遠大于世界海水,礦化度的變化范圍不大 (7.2 g/L～43.7g/L),水型以 NaCO3(重碳酸鈉)為主,表示了整體上的陸相沉積水特征 (表 1)。

表1 地層水中主要離子含量及礦化度 (單位:mg/L)

2.1 地層水平面分布特征及成因

(1)平面分布特征

東方 1-1氣田鶯二段地層水以 NaHCO3水型為主 ,局部存在 Na2SO4、MgCl2水型。DF1-1-3、DF1-1-4、DF1-1-7井的 7個水樣均為 NaHCO3型水;DF1-1-5、DF1-1-8、DF1-1-9井出現Na2SO4型水,其中遠離斷裂系統的 DF1-1-5、DF1-1-9井還出現MgCl2水型。本區鶯二段地層水中未出現指示深部環境的 CaCl2型水。

(2)成因分析

鶯歌海盆地是在早期左旋走滑時產生了一系列軸向南北、雁行狀排列的各構造帶,晚期又在右旋走滑時產生了南北向的斷裂,中央底辟幕式發育[4]。其中,DF1-1構造在這種構造演化背景下形成了近南北向的斷裂系(圖 2),其淺層氣藏存在流體侵入、粘土礦物演化和 CO2分布富集的特征,并均具有明顯的分塊性和分層性[5]。

其中,DF1-1-7井、DF1-1-3井分別位于東方 1-1氣田斷裂系統的北部末端和近中部。這兩口井的淺層部位均有來自底部的 CO2經斷裂上侵充注 (圖 3),這時地層水發生主要化學反應:CO2→HCO3

圖2 東方 1-1氣田構造井位圖

-。這表現在這兩口井的淺層部位鶯二段中HCO3-濃度相對其它的井高 (表 1),水型也表現出NaHCO3型水也就不難理解。

圖3 東方 1-1氣藏 CO2分布特征

在氣藏西邊的 DF1-1-4、DF1-1-5、DF1-1-8和 DF1-1-9井區,由于無熱流體侵入和 CO2充注 (圖 3),粘土礦物演化為正常特征,均未出現異常低的伊蒙混層比特征,主要的儲層段均富集 CH4為主的烴類氣,CH4高達 67%～81%以上,CO2含量小于 1%。DF1-1-5、DF1-1-9井直觀上看存在指示海洋環境的MgCl2水型,相對于表中其它水型的樣品,SO42-、HCO3-濃度均較低 ,Cl-、Ca2+濃度較高。但是,與世界海水對比看,、HCO-、

3Mg2+的濃度相差都很大,所以不能認為這種MgCl2水型來源于海水的影響。實際上,從表 1數據分析來看,其中的 Cl-、Na+是分別在陰陽離子中占絕對優勢的,其它離子相對含量較低,這樣一來,Cl-、Na+含量的某些細微變化就可能引起水型的轉變[5]。如果 NaHCO3型水的優勢在一定范圍內時,雖然 Na+的當量濃度大于 Cl-,但由于 Cl-的含量增加,其 Cl-、Na+的當量濃度差減小,當小于時,水型便為 Na2SO4型水;相反,如果 Na+的含量增加,其 Cl-、Na+的當量濃度差也減小,當小于 Mg2+時,水型便為MgCl2型水;這也就是 DF1-1-5、DF1-1-8、DF1-1-9井中顯示出 Na2SO4、MgCl2水型的主要原因[6]。

2.2 地層水垂向分布特征及成因

(1)垂向分布特征

在一般正常情況下,地層水的礦化度將隨埋深的加大而增高,水中的陰離子組分也按→HCO3-→Cl-順序富集。最后,水型隨埋深的加大出現的順序是 Na2SO4→NaHCO3→MgCl2→CaCl2。

在東方 1-1氣田中 ,DF1-1-3、DF1-1-4、DF1-1-5、DF1-1-8、DF1-1-9井中淺層鶯二段總礦化度均為向深部變高的正向沉積水序列 (表1)。其中 DF1-1-5、DF1-1-8、DF1-1-9井在1386m～1410m、1369m～1405m、1318m～1325m和1450m～1470m為 Na2SO4水型;DF1-1-5、DF1-1-9井分別在深度 1447m～1467m、1425m～1433m處水型為MgCl2;而 DF1-1-7井在深度上顯示了由淺到深礦化度由高到低的反向水化學沉積序列。

(2)成因分析

據資料分析,泥底辟構造帶上的東方 1-1淺層氣藏具有流體侵入、粘土礦物演化和 CO2分布富集特征,并具有明顯的分塊性和分層性 (圖 3)。在東方 1-1氣田構造圖上,我們選取了兩幅連井剖面圖來近似給出該氣田中淺層的空間分布特征 (圖 4、圖5),兩幅剖面圖在平面上的位置見圖 2。

圖4 東方 1-1氣田連井剖面 1

圖5 東方 1-1氣田連井剖面 2

在氣藏的 DF1-1-3井和 DF1-1-7井區,由于存在熱流體強烈上侵活動,導致其粘土礦物伊蒙混層比 I/S(%S)劇降,出現異常低的伊蒙混層特征。其中DF1-1-7井區熱流體上侵活動導致粘土礦物演化出現明顯的異常有關,在 1290m～1550m深度處,粘土礦物演化程度急劇增高,粘土礦物伊蒙混層 (I/S)中蒙脫石含量 (混層比%S)由80%～60%降至 20%～10%,隨深度加深,蒙脫石向伊利石轉化會脫出大量的層間水,生成的水難以排出而保留在孔隙中,從而淡化了地層水[6]。使得DF1-1-7井區出現了反向地層水沉積序列,也證明了該區儲層封閉性好。同時,CO2等非烴氣在本層段富集,到達 60%以上。地層水中的化學反應:CO2→HCO3-占主導地位,大量 HCO3-富集 ,所以兩口井中淺層鶯二段水型均為NaHCO3型水。

在氣藏西塊的 DF1-1-4、DF1-1-5、DF1-1-8和 DF1-1-9井區,由于無熱流體侵入,粘土礦物演化為正常特征,均未出現異常低的伊蒙混層比特征,CO2含量小于 1%。所以這幾個井區地層水中沒有因 CO2大量充注而產生的 HCO3-占主導地位,在垂向上除顯示為正向沉積水序列外,水型隨深度沒有明顯的序列變化。原因是,地層水中 Cl-、Na+分別在陰陽離子中占絕對優勢,其它離子相對含量較低,Cl-、Na+含量的細微變化可能引起了水型的轉變。例如,隨著埋深的增加,喜氧菌耗盡氧氣后,厭氧細菌開始在不含氧的地層水中活躍。其中,溶解在水中的 SO42-就會成為硫酸鹽還原菌消耗的對象,SO4

2-濃度的變化就會導致地層水的水型變化。

3 地層水與油氣關系

東方 1-1氣田為底辟背斜構造,其中央近南北走向的斷層系對本區淺層流體活動有一定制約作用。其中,在氣藏的 DF1-1-3井和 DF1-1-7井區,存在熱流體強烈上侵活動,出現異常低的伊蒙混層比特征,CO2等非烴氣在本層段富集,到達 60%以上,地層水中的化學反應:CO2→HCO3-占主導地位 ,大量 HCO3-富集,兩口井中淺層鶯二段水型均為NaHCO3型水。DF1-1-3井區為正向地層水沉積序列,DF1-1-7井區由于上侵的熱流體使蒙脫石向伊利石轉化,脫出了大量層間水,因為儲層封閉性好,脫出的層間水無法排出,從而淡化了地層水礦化度,進而出現了反向地層水沉積序列。在氣藏西塊的 DF1-1-4、DF1-1-5、DF1-1-8和 DF1-1-9井區,由于無熱流體侵入,粘土礦物演化為正常特征,均未出現異常低的伊蒙混層比特征,CO2含量小于 1%。該區地層水由于個別層段上的硫酸鹽被厭氧細菌還原和 Na+、Cl-含量的細微變化引起了沒有明顯規律的水型變化。

從表 1中注意到,各井段的離子濃度與世界海水的對應離子濃度差別很大,表明本區地下水與地表水 (海水)的聯系差,即水文地質開啟程度差。淺層鶯二段地層水礦化度以陸相沉積水 NaHCO3型水為主。這說明該區蓋層封閉性好,有利于油氣的保存,從而使來自深部地層中的天然氣在泥底辟背斜構造圈閉中形成氣藏。

根據上述特點,東方 1-1氣田各井區之間的各種地層水水型差異情況說明本區地層水沖刷作用有限,不足以克服油氣分子和巖石之間的吸附力,進行大范圍的水化學交換,從而導致油氣藏的破壞。

4 結論

(1)東方 1-1氣田淺層鶯二段地層水以陸相沉積水NaHCO3型水為主;

(2)本區水文地質開啟程度差,蓋層封閉性好,有利于天然氣的保存;

(3)本區各井區間水型、地層水沉積序列和礦化度存在局部差異,地層水沖刷作用有限,有利于氣藏保存。

1 劉方槐,顏婉蓀 .油田水文地質學原理[M].北京:石油工業出版社,1991,29-54.

2 楊緒充 .油氣田水文地質學[M].山東東營:石油大學出版社,1993,79-124.

3 張啟明,劉福寧,楊計海 .鶯歌海盆地超壓體系與油氣運聚[J].中國海上油氣,1996,10(2):65-75.

4 李思田,林暢松,張啟明,等 .南海北部大陸邊緣盆地幕式裂陷的動力過程及 10Ma以來的構造事件[J].科學通報,1998,43(8):797-810.

5 姜林,宋巖,查明,等 .準噶爾盆地莫索灣地區地層水研究[J].石油與天然氣地質,2008,29(1):72-77.

6 查明,張衛海,曲江秀,等 .準噶爾盆地異常高壓特征、成因及勘探意義[J].石油勘探與開發,2000,27(2):31-35.

FORMATION-WATER CHARACTERISTICS AND ITS RELATIONSHIP WITH HYDROCARBON PRESERVATION,DF1-1 GASFIELDIN YINGGEHAI BASIN

WANG Yingchao1,LIU Ping2,LI Guoliang3and HU Shenghui1(1.Research Institute,CNOOC Nanhai West Co.;2.CNOOC Zhanjiang Company;3.Resources School,China University of Geosciences-Wuhan).

In this study,17 formation-water samples of Yinggehai 2Member,from sixwells in DF1-1 gasfield,are at first carried out an analysis on chemical composition;and then they are classified by Sulin way;thirdly,the formation-water characteristics and origin are analyzed in lateral and vertical;at last,the hydrogeological,closure and preservation conditions of the gasfield are analyzed based on tectonic movements,accompanied CO2invasion upward and petrology.It is considered that(1)the formation water of the member is mainly NaHCO3type,a type of sedimentary water representing continental settings;(2)both Na2SO4and MgCl2types can be also found in for mation water;and(3)in this gasfield,its hydrodynamics is basically poorwhereas its hydrocarbon preservation is better,favorable for forming gas reservoir.

YinggehaiBasin,DF1-1 gasfield,formation-water characteristics,salinity,hydrocarbon preservation

王英超,男,1979年出生,碩士;2002年畢業于中國石油大學(北京)并獲學士學位,2006年畢業于中科院廣州地化所并獲碩士學位,主要從事石油地質綜合研究工作。地址:(524057)廣東湛江坡頭區中海油湛江南海西部研究院。電話:(0759)3900229,15018575345。E-mail:wangych1@cnooc.com.cn

NATURALGASEXPLORAT ION&DEVELOPMENT.v.33,no.2,pp.19-22,4/25/2010

2009-05-08 編輯 景岷雪)