川西坳陷中段须家河组产出水判别及地球化学差异

川西坳陷中段须家河组产出水判别及地球化学差异
王鹏;陈刚;范厚江
【摘要】为了准确判别川西坳陷中段须家河组产出水的成因、明确产出水的地球
化学差异,对该区气井生产数据与产出水地球化学特征进行分析,建立了研究区产出
水的判别标准:凝析水——水气比小于0.2(m3/104 m3),矿化度小于10 g/L;地层水——水气比大于0.2(m3/104 m3),矿化度大于10 g/L.同时发现研究区产出水地球化学特征存在显著差异:矿化度——凝析水矿化度均小于10 g/L,且以小于1 g/L 为主,地层水矿化度大于10 g/L,且以大于70 g/L为主;水型——凝析水以CaCl2型、Mg?Cl2型为主,地层水以CaCl2型为主;主要离子含量——SO42-含量凝析水略高于地层水,其余离子含量地层水高于凝析水.由于研究区地层水与凝析水地球化学特
征存在显著差异,所以在开展地层水研究中必须首先区分地层水与凝析水,确保分析
样品为地层水,才能保证结论可靠.
【期刊名称】《宜宾学院学报》
【年(卷),期】2019(019)006
【总页数】5页(P1-4,14)
【关键词】川西坳陷中段;须家河组;产出水;地层水;凝析水
【作者】王鹏;陈刚;范厚江
【作者单位】宜宾学院资源与环境工程学院,四川宜宾644007;宜宾学院资源与环
境工程学院,四川宜宾644007;宜宾学院资源与环境工程学院,四川宜宾644007【正文语种】中文
【中图分类】TE133
地层中的水以不同的形式与油气共存于地下岩石的孔、洞、裂中，是油气生成的参与物，是油气运移、聚集及成藏的重要动力与载体，蕴含丰富的沉积、成岩、成藏等信息，是油气地质研究的重要内容之一.在油气地质研究中，地层中水体的研究对象是生产井井口产出水.虽然油气井口产出的水都为液态，但是这些水体在地层温度、压力条件下不尽都是液态.部分井口产出的液态水体，可能为气藏中以气态存在的凝析水；而在地层条件下为液态的这部分产出水才被称为地层水[1].凝析水是气藏中的气态水，地层水才是地层中实际存在的液态水体，其长期与油气、储层接触，因此地层水更能准确反映地质条件下储集层中地层水的特征与性质[2].
不论是研究区还是其他地区都存在不重视区分凝析水与地层水的情况，而凝析水与地层水的地区化学特征存在显著差异，直接将凝析水作为地层水，进行地层水地球化学特征分析及相关研究，显然得到的相关结论准确性有待商榷.所以，本文拟通过对研究区须家河组部分气井生产数据与产出水地球化学测试数据的分析，明确研究区须家河组地层水与凝析水的判别标准，认识研究区须家河组地层水与凝析水的地球化学差异.
1 地质背景
川西坳陷位于四川盆地西部，是四川盆地西部晚三叠世以来陆相盆地的深坳部分，是四川盆地碎屑岩气田（藏）最发育的地区.川西坳陷大致以绵竹—丰谷和大邑—成都为界分为了北、中、南三段，三段内均有油气田（藏）发育.本文以川西坳陷中段为研究区，该区发育了新场、洛带、新都等大中型气体，天然气资源丰富，总资源量16 191.98×108 m3[3].川西坳陷中段包括了大邑—鸭子河—安县断裂带、成都坳陷、梓潼坳陷、知新场—龙包梁构造带、孝泉丰谷构造带5个构造单元（图1）.受印支期龙门山逆冲推覆作用，古特提斯海逐渐退出四川盆地，川西坳
陷随之形成，川西坳陷结束了至震旦纪以来的长期以碳酸盐为主的沉积，在中三叠统碳酸盐岩之上发育了上三叠统须家河组、侏罗系与白垩系碎屑沉积.研究区目前已发现的油气主要分布在上三叠统须家河组与中上侏罗统地层.
2 产出水特征
图1 川西坳陷中段构造分区示意图
油气井口产出水主要为凝析水与地层水.凝析水是指在地层温度和压力条件下，部分水以气态方式与天然气共存于气藏中，在开采过程中随天然气一起进入井筒，在被采出过程中，气体的温度与压力不断减小，部分气态水凝析成液态水，天然气流动过程中把这部分液态水带出井筒，这部分液态水就被称作凝析水[1].由于其是气藏中气态水冷凝而来，因此其产水量通常较低.理论上，作为水蒸气的凝析水不含任何矿物，但是由于其可能在井筒附近地层中发生凝析作用，地层中残余地层水（也可为束缚水）混合于其中，所以气井实际产出的凝析水通常都具有一定的矿化度，但矿化度都比较低.因此，凝析水具通常有三低—产水量低、水气比低、矿化度低的典型特征，这三个典型特征是目前各地区判识油气井中产出水是否为凝析水的主要依据[1-2].而油气地质研究中的地层水是指直接与油气层连通的地下水，主要起源于原始沉积水，原始沉积水体（如海水、湖水）通常具有一定的矿化度，后经历了长期的水岩作用，其矿化度更高.所以一旦气井产地层水，其产水量高、地层水矿化度高.
川西坳陷须家河组多口气井生产数据与产出水矿化度（TDS）分析表明，在油气井开发早期，日产水量极低，日产气量较高，产出水矿化度极低，显然这部分产出水主要为凝析水（图2、3）.随着开发的进行，到一定阶段后产水量开始增加、产气量开始降低，产出水矿化度较高，产出水为地层水（图2、3）.
3 产出水的判别
虽然井口产出凝析水具有产水量低、水气比低、矿化度低的典型特征，而产出地层
水具有产水量高、矿化度高的特征.但是对于研究区须家河组气藏，产水量低于何值、水气比低于何值、矿化度低于何值为凝析水，目前并没有相应标准.对国内不同地区产出凝析水判别依据进行了调研，不同学者对凝析水日产量、水气比与矿化度的认识存在较大差异.对于凝析水产水量，有认为应小于1 m3/d[4]，有认为应小于0.5 m3/d[5]，基本上可以肯定凝析水产水量不会超过1 m3/d.对凝析水水气比认识差异相对较小，一般认为应小于0.2(m3/104 m3)[5]，或者小于
0.3(m3/104 m3)[6].对凝析水矿化度的认识差异较大，有认为应小于1 g/L[7]，有认为应小于20 g/L[8]，甚至更高[9].
图2 新853井生产动态曲线（截止2014年4月27日）
图3 新853井产出水矿化度测试结果
为了确定研究区须家河组凝析水的判识标准，选取了研究区五口经历了早期低产水与后期稳定高产水井，对其多年日产水量、日产水气比及产水体矿化度特征进行了分析.从五口井的日产水量与矿化度、水气比与矿化度关系来看（图4，图5），研究区产出水矿化度明显分为低矿化度与高矿化度两类，低矿化度（TDS小于20 g/L）样品均具有非常低的日产水量（小于10 m3）与水气比（小于
1(m3/104m3)），而高矿化度（大于60 g/L）样品则具有变化范围较大的日产水量与水气比，但是如此高的矿化度充分肯定这部分水为地层水.
为了更准确地确定研究区凝析水与矿化度、日产水量、水气比等特征，重点对这五口井低矿化度、低日产水量与低水气比数据进行了分析（图6、7）.五口井日产水量与产出水TDS关系清晰地反映出（图6）：TDS小于10 g/L的水体，其日产水量以小于1 m3为主，仅个别样品具有稍高的产水量，但都不足5 m3，同时这几个样品水气比也较低（图7），说明其较高的产水量主要与较高的产能有关；高矿化度地层水的日产水量明显大于2 m3.研究区产出水TDS与水气比关系显示（图7）：TDS小于10 g/L的地层水样品水气比均小于0.2(m3/104 m3)，而高矿化
度地层水气比均小于0.2(m3/104 m3).因此，根据研究区产出水TDS、日产水量、水气比特征及相关关系，可以发现水气比与TDS能较好地区分地层水与凝析水，
而日产水量容易受产能的影响.因此，以水气比与TDS作为研究区产出水的判别依据，其判别标准为：凝析水，水气比小于0.2(m3/104 m3)，TDS小于10 g/L；
地层水，水气比大于0.2(m3/104 m3)，TDS大于10 g/L.
图4 川西坳陷须家河组产出水TDS-日产水量关系图
图5 川西坳陷须家河组产出水TDS-水气比关系图
图6 川西坳陷中段低产水量水体TDS-日产水量关系图
图7 川西坳陷中段低水气比水体TDS-水气比关系图
从图6、图7可以注意到并没有分布10～60 g/L的样品.这主要是由于在样品采集过程中，未能获得凝析水与地层水混合阶段的地层水矿化度数据的结果.理论上，
从开始产凝析水，到有地层水产出后，之间必然存在一个凝析水与地层水共产过程，然后到几乎完产地层水的过程，而地层水的矿化度远高于凝析水，因此随着产出地层水的不断增加，这个过程中必然伴随矿化度不断增加，直至矿化度保持恒定，而这个过程在大多数井中的时间都相对较短，例如新853井从产低水气比的凝析水
到高产水量的地层水仅1天（图2）.而对某口井产出水矿化度测定的频率通常是
数月（图3），未能获得凝析水与地层水混合水体的矿化度测试数据也是很常见的.
4 产出水地球化学特征差异
4.1 矿化度差异
显然从产出水的判别可知，凝析水与地层水矿化度存在明显的差异.根据研究区产
出水矿化度判别标准，对研究区凝析水与地层水矿化度特征进行分析.共获得研究
区须家河组凝析水样品190件，矿化度分布在0.04～9.81 g/L之间，其中超过50%的样品矿化度小于1 g/L，约13%的样品矿化度分布在1～2 g/L之间，其他区间样品数相对较少，普遍不足5%（图8）.说明研究区凝析水以小于1 g/L为主，
仅部分样品有较高的矿化度.地层水样品562件，矿化度分布范围10.78～162.63 g/L，矿化度低于70 g/L的样品相对较少，仅占地层水样品的29%，以矿化度高
于70 g/L的高矿化度地层水地层样品为主，占地层水样品的71%（图9）.
4.2 地层水类型
目前，地层水地球化学分类有多种，如帕勒米尔、苏林、博扎尔斯基、奇博塔夫等分类法.但是，当前在油气勘探中应用最广泛的是苏林分类方法.苏林根据地层水中
主要离子含量差异，将地层水分为了Na2SO 4型、NaHCO 3型、MgCl2型、CaCl2型四类，每一种水型都与一定的环境相联系.
从研究区地层水与凝析水水型分布特征来看，两者差异也非常显著.地层水以
CaCl2型为主，而凝析水则以CaCl2型、MgCl2型为主（图10），显然如果以
凝析水来作为地层水进行分析，得到的地层水类型可能有误，以此来进行的环境分析可能也不准确.
4.3 离子构成特征
图8 川西坳陷中段须家河组凝析水矿化度分布特征
图9 川西坳陷中段须家河组地层水矿化度分布特征
图10 川西坳陷中段须家河组地层水与凝析水水型分布特征
地层水中离子种类较多，可达数十种，然而地层水中最常见、含量较高的离子主要有7种：K+、Na+、.通常这7种离子占所有溶解盐类的90%以上，因此它们被
称为地层水的大量组分、主要组分或主要离子.从统计的研究区须家河组地层水与
凝析水主要离子含量特征（表1）来看，主要阳离子含量，地层水都远高于凝析水；主要阴离子中，Cl-含量地层水远高于凝析水，含量地层水略高于凝析水，含量凝
析水确略高于地层水.
表1 川西坳陷中段须家河组地层水离子含量平均值统计主要离子阳离子/(mg/L)
阴离子/(mg/L)K+SO 42-HCO 3-TDS/(g/L)凝析水地层水89.13 817.60
Na+797.98 23 486.03 Ca2+126.05 4 169.83 Mg2+12.55 324.89 Cl-1 212.04
4 5605.12 198.173 143.26 244.6
5 403.38 2.69 75.86
5 结论
（1）在日产水量、水气比、TDS这3个参数中，水气比与TDS区分地层水与凝
析水更为有效.以水气比与TDS确立了研究区产出水判别标准：凝析水，水气比小于0.2(m3/104 m3)，TDS小于10 g/L；地层水，水气比大于0.2(m3/104 m3)，TDS大于10 g/L.
（2）地层水矿化度明显高于凝析水：凝析水，TDS为0.04～ 9.81 g/L，TDS以
小于1 g/L为主(占凝析水样品的53.7%)；地层水，TDS为10.78～162.63 g/L，TDS以大于70 g/L为主(占地层水样品的71%).
（3）地层水与凝析水水型明显不同：凝析水以CaCl2型、MgCl2型为主，地层
水以CaCl2型为主.
（4）地层水与凝析水主要离子含量明显不同：凝析水的SO 4 2-含量略高于地层水，其余主要离子含量均远低于地层水.
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