油田水離子參數與原油保存有利環境研究

吳穎昊 吳兆徽 徐守余

摘 要：在低油價的新常態新形勢下，水動力充足，且具有良好油田水條件的中淺層油藏，逐漸成為了油田開發的重點，然而開發上對油田水成分特征的深入分析比較欠缺，各項離子參數與原油保存關系也模糊不清。為此，在深入分析油田水成分的基礎上，分析了水型分布、鈉氯系數、脫硫系數情況，比較了油田水礦化度和埋深的關系，找出了油田水與原油保存條件之間的關系，發現總礦化度和鈉氯系數存在著較好的對應關系，較低的礦化度常對應較高的鈉氯系數，即對原油保存有利的地區。高礦化度NaHCO3型和Na2SO4型水區，是尋找次生油藏的有利區域，此外，總礦化度高值、鈉氯系數低值是有利于原油保存的重要地區。通過明確油田水特征，對利用油田水離子參數反推原油保存的有利區域具有重要意義。

關 鍵 詞：油田水；礦化度；脫硫系數；鈉氯系數；原油保存

中圖分類號：TE 124 文獻標識碼： A 文章編號： 1671-0460（2016）08-1674-04

Abstract： Under current situation of low oil price， shallow-middle depth reservoirs with enough pressure have become the focus during oilfield development. However， in-depth analyses on the characteristics of oilfield water compositions are still lacked. The relationship of geochemical parameters and oil preservation conditions is also unclear. Therefore， based on in-depth analysis of oilfield water compositions， water distributions， sodium chloride coefficient and desulfurization coefficient were analyzed， the relationship of the salinity and depth was compared. The relationship between oilfield water and oil preservation conditions was discussed. Its found that the total salinities have close relationship with sodium chloride coefficients. Low salinity always corresponds to high sodium chloride coefficient， which is a favorable area for oil preservation. High salinity NaHCO3 and Na2SO4 regions are favorable areas for the search of secondary oil reservoirs. Additionally， high value area of total salinity and low value area of chlorine coefficient are important places for the preservation of crude oil. Through the analysis of oilfield water characteristics， it is important to choose favorable oil preservation regions by using proper parameters.

Key words： oilfield water； salinity； desulfurization coefficient； sodium chloride coefficient； oil preservation

水動力條件充足的油藏通常埋深較淺、孔滲條件較好，這類水體較大的油藏多見于淺層稠油區塊[1]，地層水能量充足，開發效果通常較好，在油價低迷的形勢下，仍具有較強競爭力。能反映油田水情況的重要指標有水型、鹽度、離子含量等[2，3]。這些油田水指標能夠說明油氣保存條件好壞，其變化也體現了成藏條件的改變[4]，原生油藏與次生油藏保存的油田水環境還存在不同，摸清不同部位的油田水特征能夠優選有利油氣分布的區域。

此次以埕北油田的油田水為例，分析了油田水的性質和油氣保存的關系。油田水共包括NaHCO3、Na2SO4、MgCl2、CaCl2四種水型[5]。淺層一般是低礦化度Na2SO4型，中層一般是高礦化度CaCl2型，MgCl2水型的深度、礦化度都介于兩者之間[6]，不論深度都可出現NaHCO3水型；鈉氯系數（Na+/Cl-）大，說明滲入水多，不利原油保存，小則說明滲入水少，有利保存[7，8]。通過綜合分析油田水各項特征，研究了原油的保存條件，為油田開發提供依據。

1 油田水礦化度與主要離子濃度

1.1 油田水離子濃度

對工區油田水分析發現，Na+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-之和大于總離子量85%。礦化度與其總含量呈正比，Na+、Cl-和礦化度線性相關，SO42-的線性相關程度次之，Mg2+和Ca2+最低，顯示出離子濃度與礦化度有明顯的變化關系。

各區域油田水的Na離子含量都大于80%，明顯大于其他類型離子。這是由于地層富集油，鈉離子比較富集，鈣鎂離子容易在這種富油環境中沉淀[9]。陰離子中，Cl-、HCO3-比例最大，且Cl-、Na+高于HCO3-含量，這是由于海相沉積環境造成的[10]。Cl-和HCO3-含量分別占陰離子總量的45%～55%。統計發現，礦化度和Cl-線性同增同減，反映油田水中Cl-最能影響礦化度，即總離子數（圖1）。總體而言，該區域的離子排序與國內外多數油田水排序一致[11]。工區里同時有四類常見水型，其中以利于原油保存的NaHCO3型為主，僅局部有CaCl2型和不利于原油保存的MgCl2和Na2SO4型。

1.2 油田水縱向礦化度與類型

油田水垂向廣泛分布，Na+、Cl-、HCO3-的含量隨礦化度同增同減，而高氯濃度一般認為是油田水溶解巖鹽造成的[12]，即高鹽度部位與巖鹽礦物的溶解有關。不論從各層段的大尺度上看（圖2），還是從同一油層的小尺度上看（圖3），礦化度都會隨埋深增加，Na+、Cl-、HCO3-含量也隨著深度增加而加大，而Ca2+、Mg2+、SO42-、CO32-含量變化規律不太明顯，各層段水樣的SO42-絕對濃度相差較大，反映工區的水層受原油影響而發生還原。

縱向油田水水型基本為NaHCO3型，有利原油保存，只是在不同位置有差異[13]，如歧口凹陷歧17井區油田水水型為MgCl2型水；張東則存在NaHCO3和CaCl2型水，下部是NaHCO3型，之上是CaCl2型，說明流體基本不活動。水型改變是由于還原脫硫使SO42-減少，Ca2+、Cl-增加，從而形成了CaCl2型水，該水型有利于油氣的保存。

1.3 油田水平面礦化度與類型

平面上，油田水的礦化度總體水平偏高，由構造高部位向構造低部位地區增高，且在歧南凹陷向張東構造和歧口凹陷向張東構造兩處位置陡然升高，反映了較好的保存條件，已發現油藏處在這些位置。Es1油田水礦化度高達10 000 mg/L，反映了該區域流體不暢通，屬于還原環境，具有原油保存的有利條件。

從油田水成分來看，有助原油保存的NaHCO3水型居多，一些保存較好地區存在CaCl2和MgCl2型油田水。目前，在發育NaHCO3型油田水環境的多套地層中發現了大量的原油藏或顯示，表明NaHCO3型油田水環境的存在對原油的保存是一個有利的條件。高鹽度NaHCO3型水與潛伏深斷裂相關，是高濃度CO2進入油田水，造成水中HCO3-+CO32->Cl-+SO42-，使油田水“活化”，可用于判斷隱藏的開啟性斷層。NaHCO3型水在斷裂帶周邊分布，局部地區有高礦化度CaCl2或Na2SO4型水或混合成因MgCl2型水，這是由于水中自身和生油過程伴生的CO2進入油田水中造成的，從而形成高鹽度NaHCO3型水。

2 油田水鈉氯系數與脫硫系數

鈉氯系數（Na+/Cl-）（亦稱變質系數）的變化與原油藏的形成與保存環境有關，若其數值低，原油形成與保存條件就好[14]。前人在研究大量油田水后將油田水鈉氯系數0.65作為有利于原油保存的下限。脫硫系數（γ（SO42-）100/γ（Cl-））能反映適合原油保存的環境，如果該值較小，油氣儲存環境封閉，反映有利原油保存的還原環境。

工區鈉氯變化在0.61～4.22之間，沙河街Na+/Cl-為0.79～0.95，說明陸相地表水的滲入影響大。個別井僅為0.53，反應變質程度較小，有利于原油的保存[15]。該系數的規律性不強，反映水流態復雜，變質程度高。依據最新資料，一般鈉氯系數<1.5可見油藏[16]，故確定將1.5作為有無原油的臨界值。

脫硫系數變化范圍較大，介于0.26和25.98之間，一般大于1.0，說明水體活動頻繁，油藏明顯受地表淡水影響[17]。油田水脫硫系數的低值區域僅0.24。由于油田水脫硫系數一般<20（圖4），故取值20作為工區地表水與油田水的臨界值[18]。

3 油田水特征與原油保存關系

油田水鈉氯系數由于隨深度增加而減小，反映封閉性變好[19]。綜合前面分析可知，總礦化度、鈉氯系數存在一定的對數相關性（圖5），鈉氯系數低時礦化度高，有利于原油保存[20]；脫硫系數和礦化度的關系則不明顯，脫硫系數跨度大，反應了較復雜的流態。

油田水呈礦化度上低下高的正向剖面。這是由于地表水沿斷裂運移，低部位礦化度高[21，22]，因而礦化度上低下高，即正向的水化學剖面。沙二段的油田水礦化度陡然升高，形成反向水化學剖面，向上轉為正向，這是因為大量斷裂形成了高鹽度油田水運移通道，使得鹽度逐步增加，形成反向鹽度剖面，向上突然降低，形成正向剖面[23，24]。這反映了受地表水作用，淺層鹽度低，NaHCO3型水向上運移，鹽度存在一定程度下降，最后在封閉性好的部位，與淺層Na2SO4水型的混合，即形成了較高鹽度的Na2SO4型水。總體上看，高鹽度NaHCO3型水區是原生油藏保存有利區域，高礦化度NaHCO3和Na2SO4水型混合區域是次生原油藏保存有利區域。

4 結 論

（1）通過離子含量分析發現，由于油田水通常為還原環境，原油保存條件好的區域水型發生了變化，發生濃縮和強烈脫硫作用，SO42-含量很少或不存在，而Ca2+和Cl-富集，形成氯化鈣型水，從而形成了有利原油保存的油田水環境。

（2）通過統計分析發現，工區總礦化度和鈉氯系數縱向相關性強。較高的礦化度通常對應于較低的鈉氯系數，反之，較低的礦化度常對應較高的鈉氯系數，也就是對原油保存有利的地區。

（3）工區廣泛存在的高礦化度NaHCO3型油田水范圍，是原生油藏保存的有利區域；沙二中出現的高礦化度NaHCO3型和Na2SO4型油田水范圍，是次生原油藏保存的有利區域。

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