川西坳陷東坡沙溪廟組地層水對(duì)含水飽和度的影響

顏學(xué)梅蘇錦義王玲輝周 玲

（1.中國(guó)石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院，四川 成都 610041；

2.中國(guó)石化西南油氣分公司地質(zhì)中心實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610081）

0 引言

地層水作為含油氣盆地的三大流體之一，是地下流體的重要組成部分，它不僅是反映油氣運(yùn)聚與保存條件的重要因素［1]，而且也是評(píng)價(jià)地層中流體性質(zhì)的重要因素。四川盆地川西坳陷東坡侏羅系沙溪廟組存在多種不同類型的地層水，地層水礦化度介于3 300.0～96 280.0 mg／L，垂向上和平面上差異大。測(cè)井解釋含水飽和度精度差，直接影響測(cè)井解釋結(jié)論的正確性。地層水電阻率的大小取決于黏土礦物、孔隙結(jié)構(gòu)和地層水礦化度，其中最直接的因素是地層水礦化度［2]。前人針對(duì)該區(qū)地層水開展了一系列研究工作，分析了地層水成因、化學(xué)特征及水巖作用機(jī)制，但是尚未開展不同類型地層水對(duì)含水飽和度的影響分析［3-7]。由于在鉆井測(cè)試或開發(fā)生產(chǎn)前缺少足夠的地層水資料，因而采用單一的地層水電阻率建立含水飽和度模型導(dǎo)致精度不高，影響了對(duì)儲(chǔ)層的含氣性評(píng)價(jià)。筆者在地層水分類的基礎(chǔ)上，分析了不同地層水礦化度對(duì)儲(chǔ)層含水飽和度精度的影響。

1 地層水基本特征

川西坳陷東坡沙溪廟組地層水主要離子組成及地層水礦化度特征差異明顯。本次研究共收集了研究區(qū)上、下沙溪廟組82個(gè)地層水?dāng)?shù)據(jù)，地層水pH值一般為6，部分樣品的pH值達(dá)8.36，呈現(xiàn)出比較明顯的堿性水特征。其中上沙溪廟組27個(gè)樣品的總礦化度最小值為3 810.2 mg／L，最大值為59 370.0 mg／L，平均值為29 065.5 mg／L；下沙溪廟組55個(gè)樣品總礦化度最小值為3 300.0 mg／L，最大值為96 280.0 mg／L，平均值為34 731.8 mg／L。

1.1 主要離子組成

研究區(qū)沙溪廟組從上至下分為上、下沙溪廟組兩個(gè)層位，地層水中所含離子種類主要有K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-和HCO3-。在主要陰離子中Cl-含量最高，主要介于1 998.0～61 677.0 mg／L，從上沙溪廟組到下沙溪廟組Cl-含量呈增高趨勢(shì)；SO42-含量次之，主要介于5.0～2 263.6 mg／L，HCO3-含量極少，主要介于17.0～368.0 mg／L。從上沙溪廟組到下沙溪廟組SO42-和HCO3-含量呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)（表1）。在主要陽離子中，K+＋Na+含量最高，上、下沙溪廟組平均含量分別為8 667.0 mg／L、7 841.6 mg／L，從上沙溪廟組到下沙溪廟組K+＋Na+含量呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)，整個(gè)沙溪廟組K+＋Na+含量平均值為8 254.0 mg／L；Ca2+含量次之，Mg2+含量最少。東坡地區(qū)沙溪廟組主要陰離子、陽離子含量變化范圍相對(duì)較小，反映了地層水的水—巖相互作用強(qiáng)度以及受后期影響差別不大。

表1 研究區(qū)上、下沙溪廟組地層水主要化學(xué)組成表 單位：mg／L

1.2 地層水礦化度

地層水礦化度是地下水動(dòng)力場(chǎng)和水化學(xué)場(chǎng)長(zhǎng)期演化的結(jié)果，與古沉積環(huán)境、蒸發(fā)濃縮程度、地層水來源等因素有關(guān)。在地層水常量組分保持相對(duì)不變的情況下，礦化度越高，表明其保存條件越好［8]。研究區(qū)沙溪廟組地層水總體以CaCl2型地層水為主，其礦化度特征在縱向上和平面上均存在著一定的差異。

1.2.1 縱向特征

對(duì)研究區(qū)上沙溪廟組27個(gè)地層水資料進(jìn)行分析，CaCl2型地層水占分析樣品總數(shù)的90%，其次有少量Na2SO4型和NaHCO3型地層水，所占比例分別為7%和3%。地層水礦化度主要介于3 810.2～59 370.0 mg／L，平均礦化度為29 065.5 mg／L，礦化度整體較低，反映了以隔絕良好的封閉構(gòu)造中形成的CaCl2型地層水為主，同時(shí)也存在過渡性構(gòu)造條件出現(xiàn)的Na2SO4型和NaHCO3型地層水。

對(duì)研究區(qū)下沙溪廟組55個(gè)地層水資料進(jìn)行分析，CaCl2型地層水占分析樣品總數(shù)的96%，其次有極少量Na2SO4型和MgCl2型地層水，所占比例均為2%。地層水類型主要為CaCl2型，地層水礦化度主要介于3 300.0～96 280.0 mg／L，平均礦化度為34 731.8 mg／L，較上沙溪廟組地層水平均礦化度值升高。研究區(qū)侏羅系沙溪廟組地層水平均礦化度隨著埋深的增加呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)（圖1），反映了該區(qū)下沙溪廟組地層水形成時(shí)期環(huán)境較上沙溪廟組更為封閉，保存條件較上沙溪廟組更好。

圖1 研究區(qū)沙溪廟組地層水平均礦化度分布直方圖

1.2.2 平面特征

根據(jù)平面位置及構(gòu)造將研究區(qū)分為中江、豐谷—高廟及合興場(chǎng)—知新場(chǎng)3個(gè)地區(qū)，這3個(gè)地區(qū)的沙溪廟組地層水平均礦化度分別為28 700 mg／L、34 800 mg／L和39 300 mg／L。而合興場(chǎng)—知新場(chǎng)地區(qū)地層水礦化度主要介于25 000～60 000 mg／L，明顯高于中江、豐谷—高廟地區(qū)，這是由于合興場(chǎng)—知新場(chǎng)地區(qū)發(fā)育有多條斷到須家河組的斷層，斷層溝通深部高礦化度的地層水，造成該區(qū)地層水具有較高的礦化度。

2 地層水分類

川西坳陷中侏羅統(tǒng)沙溪廟組原始地層水具有中等礦化度、中等SO42-含量、低Na／K值、較低Na／Mg值的特征，以CaC12型為主，須家河組地層水總體呈現(xiàn)高濃縮地層水特征，地層水礦化度較高，大于50 000 mg／L［9]。而東坡沙溪廟組地層水總體上具有中—低礦化度的化學(xué)特征，同時(shí)可見少量位于斷層附近的高礦化度地層水（大于50 000 mg／L），表明存在沿著斷層從下部須家河組溝通至沙溪廟組地層的地層水。根據(jù)地層水礦化度值的范圍將該區(qū)地層水分為3類：①低礦化度地層水，其總?cè)芙夤腆w（TDS）小于10 000 mg／L，主要為來自蒸發(fā)作用產(chǎn)生的凝析水；②中等礦化度地層水，其TDS值介于10 000～40 000 mg／L，主要為沙溪廟組原始地層水；③高礦化度地層水，其TDS值大于40 000 mg／L，主要為沙溪廟組原始地層水混合了一部分來自深部須家河組的高礦化度地層水。

2.1 上沙溪廟組地層水類型特征

根據(jù)上述地層水的分類標(biāo)準(zhǔn)，上沙溪廟組地層水第一類占總樣品的3.70%，第二類占總樣品的77.78%，第三類占總樣品的18.52%（圖2）。上沙溪廟組地層水主要以第二類中等礦化度為主，認(rèn)為地層水主要以沙溪廟組沉積、成藏時(shí)期的原始地層水為主，高礦化度地層水含量次之。

圖2 研究區(qū)侏羅系沙溪廟組地層水總礦化度直方圖

2.2 下沙溪廟組地層水類型特征

下沙溪廟組地層水第一類占總樣品數(shù)的21.82%，第二類占總樣品數(shù)的45.45%，第三類占總樣品數(shù)的32.73%（圖2）。下沙溪廟組地層水主要以第二類中等礦化度為主，說明該層地層水主要為沙溪廟組沉積、成藏時(shí)期的原始地層水，但其樣本占比較上沙溪廟組呈現(xiàn)明顯的降低趨勢(shì)；高礦化度地層水樣本占比較上沙溪廟組明顯增加，說明下沙溪廟組地層中混入來自于須家河組地層中的高礦化度地層水，這類鉆井多出現(xiàn)在強(qiáng)構(gòu)造變形和斷層附近。

3 不同成因地層水對(duì)含水飽和度的影響

東坡沙溪廟組地層水特征差異大，不同類型的地層水礦化度對(duì)地層水的電阻率影響較大。由于鉆井測(cè)試或者生產(chǎn)前無法獲得地層水實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，因此，過去通常采用統(tǒng)一的地層水電阻率估算含水飽和度，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果與實(shí)際的含水飽和度誤差較大，從而影響對(duì)儲(chǔ)層含氣性的準(zhǔn)確判斷。

3.1 地層含水飽和度

地層含水飽和度是評(píng)價(jià)儲(chǔ)集層含油性的基礎(chǔ)，是劃分油、氣、水層的標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)，通常采用阿爾奇公式計(jì)算求得。阿爾奇公式是利用測(cè)井資料定量計(jì)算含油飽和度的基礎(chǔ)，因此采用該公式建立儲(chǔ)層含水飽和度測(cè)井解釋模型。不同的油氣藏由于具有不同的巖石物理特性，a、b、m、n的取值也不同［10]。

式中，a為與巖性有關(guān)的巖性系數(shù)；b為與巖性有關(guān)的常數(shù)；m為膠結(jié)指數(shù)；n為飽和度指數(shù)；Rw為地層水電阻率，Ω·m；Rt為地層電阻率，Ω·m；φ為孔隙度。

在其他參數(shù)一定的情況下，地層水電阻率是影響儲(chǔ)層含水飽和度的關(guān)鍵參數(shù)，同時(shí)，地層水電阻率的精度直接影響測(cè)井解釋結(jié)論的正確性。如前所述，地層水電阻率的大小取決于地層水的礦物成分、礦化度大小以及埋藏深度，礦物成分不同導(dǎo)致導(dǎo)電性質(zhì)不同，相同含量不同礦物的導(dǎo)電性不同，從而造成地層水電阻率不同。

3.2 地層水礦化度對(duì)含水飽和度的影響

經(jīng)過研究區(qū)長(zhǎng)期勘探開發(fā)實(shí)踐證實(shí)，該區(qū)氣層的典型電性特征之一為高電阻率（大于35 Ω·m），水層的典型電性特征為低電阻率（小于20 Ω·m）。

實(shí)鉆證實(shí)，研究區(qū)存在高電阻水層的A1井以及低電阻氣層的B1井，均出現(xiàn)采用單一的地層水電阻率計(jì)算儲(chǔ)層含水飽和度與實(shí)際測(cè)試結(jié)果相矛盾的現(xiàn)象。A1井的Js31-2砂組測(cè)井解釋地層電阻率為40 Ω·m，采用單一地層水電阻率計(jì)算得出的含水飽和度為30%，測(cè)試前對(duì)井段2 515～2 543 m儲(chǔ)層評(píng)價(jià)為氣層，經(jīng)測(cè)試，該層獲得商業(yè)氣流，產(chǎn)水量為36 m3／d。測(cè)試后對(duì)水資料進(jìn)行分析，該井Js31-2砂組地層水水型為CaCl2型，地層水礦化度為13 000 mg／L，TDS值偏低，屬于第二類地層水，由實(shí)測(cè)的礦化度折算該層地層水電阻率為0.43 Ω·m。根據(jù)阿爾奇公式計(jì)算得出該層含水飽和度為55%，評(píng)價(jià)為氣水同層（圖3），運(yùn)用新模型計(jì)算得出的含水飽和度更高，與實(shí)際產(chǎn)水情況更吻合。

圖3 A1井Js31-2砂組測(cè)井解釋圖

B1井的Js33-2砂組測(cè)井解釋地層電阻率為17.4 Ω·m，采用單一地層水電阻率計(jì)算得出的含水飽和度為65%，測(cè)試前對(duì)井段2 896～2 901 m進(jìn)行儲(chǔ)層評(píng)價(jià)，為含氣水層，經(jīng)測(cè)試，該層獲得商業(yè)氣流，產(chǎn)水量為28 m3／d。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，該井Js33-2砂組地層水水型為CaCl2型，地層水礦化度為60 837 mg／L，TDS值較高，屬于第三類地層水，折算該層地層水電阻率為0.12 Ω·m，根據(jù)阿爾奇公式計(jì)算得出該層含水飽和度為48%（圖4），評(píng)價(jià)為氣水同層，較之前采用單一的地層水電阻率計(jì)算得出的含水飽和度更合理，與實(shí)際產(chǎn)水情況更吻合。

圖4 B1井Js33-2砂組測(cè)井解釋圖

沉積巖石的電阻率主要受巖石顆粒、組織結(jié)構(gòu)以及巖石孔隙中所含的流體性質(zhì)影響，而巖石骨架導(dǎo)電能力很差，因此沉積巖的導(dǎo)電能力主要取決于地層水電阻率，而地層水電阻率與地層水所含鹽類化學(xué)成分、礦化度以及溫度有關(guān)［11-13]。在假設(shè)溫度不變的情況下，地層水電阻率主要取決于地層水的離子組合以及礦化度。而不同礦化度的地層水，由于其水中離子濃度不同，它的導(dǎo)電能力則不同，從而造成地層水的電阻率不同。通常情況下，隨著地層水礦化度的升高，導(dǎo)電能力增強(qiáng)，地層水電阻率降低；反之，若地層水礦化度降低，則地層水電阻率升高［14-15]。根據(jù)阿爾奇公式可知，由于儲(chǔ)層含水飽和度受多個(gè)參數(shù)影響，地層水礦化度與含水飽和度并非呈絕對(duì)的負(fù)相關(guān)關(guān)系，受巖石物理參數(shù)以及成藏演化過程的影響，因此對(duì)于不同地區(qū)、不同氣藏甚至是同一氣藏、同一套砂組，需要綜合考慮多種因素分別建立含水飽和度模型才能更加準(zhǔn)確地判定流體性質(zhì)。

4 結(jié)論

1）川西坳陷東坡地區(qū)沙溪廟組地層水水型總體以CaCl2為主，見少量Na2SO4型和MgCl2型地層水，地層水礦化度主要介于3 300.0～96 280.0 mg／L，平均礦化度為32 000 mg／L，地層水礦化度偏低，主要離子組成及地層水礦化度特征在垂向上和平面上均存在著一定的差異。

2）根據(jù)地層水礦化度值的范圍將研究區(qū)地層水劃分為低礦化度、中等礦化度及高礦化度地層水3類。上、下沙溪廟組均以第二類中等礦化度地層水為主，高礦化度地層水次之，含少量低礦化度地層水。隨著埋深增加，下沙溪廟組低礦化度地層水呈現(xiàn)升高、中等礦化度地層水呈現(xiàn)降低、高礦化度地層水呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)。

3）采用單一地層水電阻率計(jì)算儲(chǔ)層含水飽和度，導(dǎo)致在研究區(qū)存在高電阻水層、低電阻氣層的鉆井，通過不同地層水礦化度折算地層水電阻率求得的含水飽和度、儲(chǔ)層含氣性評(píng)價(jià)與實(shí)際測(cè)試更加吻合。

4）地層水礦化度與儲(chǔ)層含水飽和度并非呈絕對(duì)的負(fù)相關(guān)關(guān)系，受巖石物理參數(shù)以及成藏演化過程的影響，對(duì)于不同地區(qū)、不同氣藏甚至是同一氣藏、同一套砂組，不能根據(jù)地層水礦化度單一參數(shù)判斷其儲(chǔ)層含水飽和度的高低。