大宛齊油田地層水化學特征與油氣保存條件分析

楊 冬，虞 兵，唐 浩，李 偉

（西南石油大學資源與環境學院，四川成都 610500）

大宛齊油田油氣藏分布于新近系康村組，為下生上儲型油氣藏，具有油藏埋深淺、油層厚度薄、油砂體連通性差的特點，油藏類型為斷塊巖性油藏。通過油田生產情況以及測井資料發現，該油田縱向上油水分布較為紊亂，油水界面模糊。直接通過研究油水分布來認識油藏特征難度較大，而通過研究其油田水化學特征，可以得到一些對準確認識油藏特征十分有利的依據。在油氣生成、運移、聚集、保存和散失過程中，地下水與周圍介質間會不斷進行物質與能量的交換，從而使得油田水蘊含了許多與油氣成藏歷史相關的信息［1］。因此，通過對油田地層水的化學特征的研究，可以了解到油藏的油氣生成、分布以及保存條件等一些重要信息，為油藏認識及油氣勘探開發提供輔助作用［2］。

1 地層水化學特征

1.1 pH值

從大宛齊油田已有的水分析資料來看，大宛齊油田地層水的pH值多數為6～8，平均為6.72（圖1），顯示弱酸－弱堿性。

圖1 本區地層水pH值分布

由于大宛齊區內無強酸或強堿性水，儲層也就無法形成強烈的埋藏溶蝕－增孔作用。通過區內巖心掃描電鏡資料發現，粒間孔內基本未見溶蝕殘余物，表明區內儲層的粒間孔隙是原生成因，而不是膠結物或基質溶蝕后形成。此外，區內極少見高嶺石及石英膠結物等與酸性水溶蝕作用相伴而生的礦物。

綜合分析認為，大宛齊油田地層水主要儲集空間為原生的，地層水較好地保留了原始水的特征。

1.2 礦化度縱向分布

地層水礦化度是指水中含有的各種礦物元素總含量，其大小受沉積環境、埋藏深度等條件的影響。大宛齊油田地層水中常見的元素有 Na＋、K＋、Ca2＋、Mg2＋、Cl－等常量元素，還有B、Br 等微量元素。

對區內多口井的地層水分析資料統計分析表明，大宛齊油田地層水礦化度具有下列明顯特征：①地層水總礦化度高，主要分布區間為（20～25）×104mg／L（見圖2），屬于高礦化度的鹽水及鹵水范疇。②新近系康村組地層水礦化度普遍較高，為（19～23）×104mg／L；而第四系地層水礦化度則較低，一般小于16×104mg／L。

從區內已有的水分析資料分析得出，大宛齊油田地層水礦化度總體上表現為：隨深度增加逐漸增大（見圖3）。一般情況下，單層地層水的礦化度隨深度的增加而增大。但總的來說，地層水礦化度的變化還與構造運動、地層水的成因環境、以及蒸發濃縮程度等多種因素有關。因此，地層水礦化度也能在一定程度上反映油氣保存條件的好壞。

圖2 大宛齊油田地層水礦化度分布

圖3 大宛齊油田地層水礦化度與深度的變化關系

1.3 常量元素特征

由表1可知，本區地層水中含量最高的離子是Cl－和Na＋，其次是 HCO3－和Ca2＋，主要離子含量順序為：Cl－＞ Na＋＞ K＋＞ Ca2＋＞ Mg2＋＞HCO3－＞SO42－。陽離子中含量最高的是Na＋，其含量一般為5577～77270 mg／L，平均為39394 mg／L，占陽離子總含量的76.89%；Ca2＋的含量較低，且隨礦化度的增加緩慢增加；Mg2＋含量更低，且基本不隨礦化度的增加而變化（圖4、圖5）。區內地層水中Ca2＋的低含量可能是由成巖過程中析出化合物、自生方解石、自生硬石膏和沸石等多種因素造成。此外，在成巖過程中，由于Mg2＋參與了一些不穩定砂巖組分（如長石）的綠泥石化作用，以及成巖自生礦物的結晶作用，使得Mg2＋被大量消耗。上述情況的綜合影響，使得大宛齊油田地層水中的陽離子以Na＋為主。

表1 本區主要離子含量分布 mg·L－1

圖4 地層水礦化度與Ca2＋離子的關系

圖5 地層水礦化度與Mg2＋離子的關系

一般情況下，淡水中的陽離子以Ca2＋離子為主，隨著含水層埋深增加及沉積環境的改變，水中的Ca2＋離子不斷以化合物的形式析出，其濃度不斷減小，并最終使得深層水中陽離子明顯以Na＋離子占優勢。從本區地層水陽離子的組成特征可以看出，大宛齊油田地層水呈現明顯的深層水特征。

對大宛齊地層水資料的分析結果表明，Na＋與Cl－離子含量均與礦化度保持良好的線性關系（圖6、圖7），這說明大宛齊油田地層水礦化度受Na＋及Cl－含量控制較強［3］，也表明本區地層水礦化度受蒸發濃縮作用影響大。在沉積物堆積過程中，水體的蒸發量明顯大于補給量，導致了區內較高的地層水礦化度。此外，持續的蒸發濃縮作用有利于膏鹽層的生成，并最終造成了大宛齊油田的膏巖蓋層特征。

2 地層水特征系數與油氣保存條件分析

地層水中特定的離子組合可以在一定程度上反映水成因環境特征，而不同的水成因環境則與油氣保存條件有很大的關聯。因此可以用脫硫系數、變質系數、鈉鈣系數、碳酸鹽平衡系數等地層水特征系數表征其成因環境及對應的油氣保存條件。

2.1 脫硫系數（SO42－×100／Cl－）

脫硫作用一般都是在缺氧的還原環境中進行的，而還原環境對油氣藏保存較為有利。故脫硫系數可作為一種還原環境指示，對判別油氣保存條件具有一定意義。

圖6 礦化度與Cl－離子的關系

圖7 礦化度與Na＋離子的關系

油田水中硫酸鹽含量一般較低，脫硫系數小于1。造成油田水中脫硫系數低的主要原因有：在地下埋藏密閉環境下厭氧細菌具有一定的還原作用，它可以將硫酸鹽還原；或在與烴類直接發生作用時，生成H2S氣體而逐漸逸散。此外，由于區內存在石膏蓋層，蓋層中硫酸巖礦物的溶解又可以使得部分SO42－離子進入地層水中，從而使本區地層水中含微量的SO42－離子。對區內已取水樣的分析，其脫硫系數一般都為0.030～0.855，平均值為0.259，表明大宛齊油田地層水處于封閉性較好的還原成因環境中，對油氣保存較為有利。

2.2 變質系數（（Na＋／C1－）

變質系數也稱為鈉氯系數，是表征地層水變質程度的重要水文地球化學參數。在地層水的形成過程中，Cl－離子化學性質較為穩定，其含量一般較為穩定，而Na＋離子則可能由于吸附、沉淀等化學反應而減少，總體上表現為地層水變質系數逐漸變小。一般情況下，地層水變質系數越小代表其變質程度越深、地層水越濃縮、地層封閉性也越好。因此，可以根據地層水的變質程度，推測地層水的成因環境及相應的油氣保存條件。

博雅爾斯基按變質系數，將CaCl2水型進行分類（表2）。在該分類中，變質系數大于0.75時，地層水的成因環境封閉性較差，而且一般有外來淡水的混入；而處于相對封閉的保存條件下的油田水，其變質系數應低于0.75。

表2 CaCl2水型鈉氯系數（據博亞爾斯基，1979）

大宛齊油田水樣測算變質系數為0.362～0.592，平均為0.480。按照博氏分類理論，屬于IV、V類CaCl2水型，代表埋藏封閉性較好的水成因環境，這對油氣的聚集與保存是較為有利的［4］。

2.3 鈉鈣系數（Na＋／Ca2）

一般情況下，暴露程度較高的水（如：地表河、淡水湖及雨水等），其鈉鈣系數值都比較小，一般小于1。而隨著含水層埋深增加及封閉性逐漸變好，其鈉鈣系數會逐漸增大。沉積盆地淺層水的鈉鈣系數較地表水略有增加，為1～4；深層地下水及油田水一般都超過5；而海水的鈉鈣比值最高，達到20以上。大宛齊油田地層水的鈉鈣系數為2.9～34.76，平均為7.465，明顯表現為深層水以及油田水特征，具有較好的封閉性，有利于油氣保存。

2.4 碳酸鹽平衡系數［（HCO3－＋ CO32－）／Ca2＋］

碳酸鹽平衡系數常被用來研究油氣分布與油氣保存條件的關系［5］。一般來說，已投產井的碳酸鹽平衡系數明顯比未投產井??；而且地層水碳酸鹽平衡系數值越較小，表明其地層越靠近油氣藏，其油氣保存條件也就越好。

大宛齊油田地層水碳酸鹽平衡系數很小，平均為0.9748。這表明區內地層的封閉性很好，也證明了該油藏具有較好的油氣保存條件［6］。

2.5 地層水類型及油氣保存條件

蘇林（SLSXFL）根據不同的成因環境特征，依據其相應的三個成因系數（Na＋／Cl－、（Na＋－Cl－）／SO42－及（Cl－－Na＋）／Mg2＋），將天然水劃分成四類［7］（表3）。

表3 蘇林地層水成因分類

大宛齊油田地層水為埋藏淺、高礦化度的CaCl2水型。區內地層水的各成因系數如下：Na＋／Cl－均小于1；（Na＋－Cl－）／SO42－為－47～－2019，均小于0；（Cl－－Na＋）／Mg2＋為4420～140000，明顯大于1。按照蘇林成因分類，大宛齊油田地層水具有明顯的深層水特征。

相關研究表明，不同水型所對應的水成因環境與深層油氣保存條件有緊密聯系［8］。CaCl2水型一般形成于水交替完全停止的封閉性水環境中，這種水環境的交換能力差，有利于油氣的保存；MgCl2水型一般形成于的海水環境中，古海水環境封閉性極好，對油氣保存十分有利；Na2SO4水型是屬于與地表水溝通性較好的水型，其水環境封閉差，對油氣的保存不利；NaHCO3水型形成于交換能力較強的水環境，對油氣藏具有一定的破壞作用。

結合大宛齊油田地層水地化特征、區內地質發育史及構造運動特征綜合分析認為，大宛齊油田地層水系深層水經斷層運移到淺層，且整個油藏封閉性較好，保留了深層水的原有特征，故該區地層水表現為深盆地滯留水特征；進一步可以判斷出大宛齊油田油氣運移途徑為：油氣從中生界生油層系沿斷層向上運移至淺部新近系康村組聚集成藏，在油氣運移及聚集成藏的過程中，保持了深層的封閉環境及成藏特征，具有較為有利的油氣保存條件。

3 結論與認識

（1）油田水化學特征能夠反映出地層水成因環境，而水成因環境又與油氣保存條件緊密相關；總體上，封閉性良好的還原性環境有利于油氣的保存。

（2）綜合離子組成、礦化度特征以及變質系數、鈉鈣系數等特征系數等因素分析認為，大宛齊油田水化學成分向著濃縮－變質方向發展。

（3）大宛齊油田地層水具有高礦化度、CaCl2水型、深層水等特征，表明大宛齊油田具有封閉性較好的地層水成因環境及有利的油氣保存條件。

（4）地層水化學特征研究要與該地區的油田地質特征特別是沉積及構造發育史研究結合起來，單純從水類型及離子組合本身特征考慮，往往會受多解性的制約，研究結論會偏離實際情況。

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