基于D函数鉴别地层水的方法与应用

封 猛，肖 辉，胡广文，王 倩，张俊明，王福升

（1.中国石油西部钻探试油公司，新疆克拉玛依 834000；2.中国石油大学（华东））

基于D函数鉴别地层水的方法与应用

封 猛1，肖 辉1，胡广文1，王 倩2，张俊明1，王福升1

（1.中国石油西部钻探试油公司，新疆克拉玛依 834000；2.中国石油大学（华东））

在准噶尔盆地试油过程中，对于测试产出液少、压裂后排液周期长、使用过射孔液或压井液的地层，利用目前的方法很难准确鉴别地层水，这不仅会影响下步的试油方案，还容易造成试油周期的延长。文章论述了D函数鉴别地层水的方法，并对盆地内的NaHCO3和CaCl2型地层水进行了分析判别，实践证明效果好，适用性强。

准噶尔盆地；D函数；试油；地层水

试油的最终目的是获取地层的压力、产能、液性及地层参数等资料，如果不能及时准确判别地层的真实液性，将直接影响油藏储量的计算和开发。

传统的水性鉴定方法主要有离子含量法、pH值法和比图法，但对于试油过程中的一些具体问题，例如压裂时排液不彻底的油层，地层测试无法解除井周污染的低产层，采用过CaCl2或KCl压井液的试油层，利用水力泵排液的井层等，传统的方法和手段受到了限定［1］。

油气的生成、运移和聚集，乃至油气藏的破坏，均与地层水密切相关，它是烃类运移、聚集的动力和载体，它们之间存在经常性的物质成分交换［2］，所以地层水中含有的化学成分与钻井液、压裂液、压井液等外来液体有着本质的区别。利用D函数的原理，将地层水中各种化学组分的含量综合成一个D函数特征值，根据这个值的特点实现对地层水的鉴别。

1 D函数的定义与计算

D函数又称为分类函数，是由某一系统内的端元组分组成的特征函数，它提供了在某一个系统内各组分之间比率的综合特征［3］。D函数的公式为：

式中：D——D函数的特征值，无量纲；P——地层水中各种化学组分的比率，%；ΔPm——相邻P的所有正差的第一大差值，%；ΔPvm——第二大差值，%。

D函数值的大小能反映阳离子或阴离子之间的比率关系，高的D函数值表示各组分的含量相差较小，低的D函数值则表示一种组分占优势［4］。由于准噶尔盆地内K＋＋Na＋的含量占绝对优势，所以采用地层水中阳离子（K＋＋Na＋，Mg2＋，Ca2＋）的含量，计算D函数值。

2 准噶尔盆地地层水的D函数特点

对准噶尔盆地内600多个试油层水样统计分析发现，NaHCO3水型占59%，CaCl2水型占34%，Na2SO4水型占5%，MgCl2水型占2%。盆地内的水型主要是NaHCO3型和CaCl2型，分别对这两种水型进行阳离子的D函数计算，结果表明：NaHCO3水型D函数值主要分布范围在0.14～10之间（图1）；CaCl2水型的D函数值分布范围在4～130之间（图2）。

同一种水型在不同的地区，D函数值也有各自的特点。如西北缘地区风城组的地层水，水型是NaHCO3型，其D函数值具有偏小的特点（小于3）（图3）；车排子地区八道湾组的地层水主要是CaCl2型，D函数值分布范围在20～35之间（图4）；北三台地区石炭系地层水主要是CaCl2型，D函数值主要分布在70～110之间（图5）。

图1 NaHCO3型地层水D函数值特征

图2 CaCl2型地层水D函数值特征

图3 西北缘地区地层水D函数值特征

图4 车排子地区地层水D函数值特征

图5 北三台地区地层水D函数值特征

在对准噶尔盆地试油层水样的统计分析中发现，对于NaHCO3水型，如果D函数值不超过10，即可以判定为地层水。

对于CaCl2水型，D函数值的分布范围较大，但它的区域特征明显：同一个地区，D函数值差别很小；不同的地区，D函数值差别较大。根据这个特点，可以对CaCl2水型进行鉴别。

3 实例分析

在钻井、射孔、压裂、压井等施工中，外来液体可能会造成D函数值的变化，但试油实践证明，其值受到的影响很小，且它比离子含量法更准确。

3.1 中拐地区JL6井

对JL6井压裂前后的水样进行化验分析，绘制了Cl－含量与D函数值的变化曲线（图6）。压裂施工后，Cl－的含量升高，并且随着压裂液的不断退出，Cl－含量逐渐回落。所以对于这种压裂井，压裂液对Cl－的含量影响较大，离子含量法受到了一定的局限。

图6 压裂前后Cl－含量与D函数值变化曲线

但从图6可看出，压裂前后D函数值从78.9下降至61.1（水型是CaCl2），曲线始终是递减的，变化趋势没有改变，压裂液对D函数值的影响较小，所以D函数法比离子含量法更有优势。

3.2 西北缘地区FN9井

该井在钻到目的层时，漏失钻井液847.6 m3。射孔后抽汲45天，日产水11 m3，累计产水420 m3，水样的颜色由黑褐色逐渐变浅，水型为NaHCO3，pH值是9，Cl－含量由15 706 mg／L增加到23 566 mg／L。当时，钻井漏失液未退完，Cl－含量仍然不稳定，所以还不能确定是地层水。

通过统计得知，该地区风城组的水型均是NaHCO3型，并且D函数值具有小于3的特点（图3）。根据FN9井不同时期的水样，绘制出D函数值变化曲线（图7）。在试油初期，D函数值为0.37，符合该地区地层水的D函数值特点。

图7 试油不同时期D函数值变化曲线

试油后期采用水力喷射泵排液，当累计产液达1 088.4 m3（超过钻井液漏失量），各离子含量相对稳定时，离子浓度法才可以确定产出的是地层水。但是在整个试油过程中，D函数值（从0.37到0.28）变化幅度并不大，始终满足该地区D函数值的特点，所以在试油初期就可以判断产出的水是地层水。

3.3 西北缘地区FC1井

2009年对FC1井试油，射孔后不出，向地层挤入50 m3的SC－2地层保护液后（不含Cl－），进行跨隔测试。测试中共回收水1.2 m3，折日产水2.7 m3，对取样器中的水做全分析；水型为NaHCO3，Cl－为3 526 mg／L，HCO3－为896 mg／L，总矿化度为12 100 mg／L。由于HCO3－含量与邻井相当，但Cl－含量却相差较大，所以不能确定是否是地层水。

利用D函数方法对取样器中的水分析，计算出D函数值是36.4，对于NaHCO3水型，超出了D函数值10的范围，故判定不是地层水。

继续对该井抽汲求产一周，抽汲后探得液面不上升，表明地层基本无产出，所以取样器中的水不是地层水，这与D函数方法判断的结果是一致的。

3.4 北三台地区XQ3井

2010年对XQ3井石炭系地层试油，射孔前使用密度为1.15 g／cm3的CaCl2压井液压井（期间可能造成漏失），地层测试回收油0.41m3，回收水0.84 m3，折日产油0.3 m3，日产水0.61 m3。对取样器中的水做全分析，水型为CaCl2，Cl－为7 599 mg／L，SO42－为144 mg／L，HCO3－为254 mg／L，总矿化度为12 553.29 mg／L。由于Cl－和 HCO3－的含量与邻近井相当，根据离子含量法判定为地层水，测试结论为“含油水层”。

而利用D函数法对XQ3井取样器中的水分析，D函数值为148.6，数值较高，不符合这个区域D函数值主要集中在70～110范围内的特点，所以判断取样器中的水不是地层水。

继续对该井压裂、抽汲求产，日产油0.13 m3，累产油15.5 m3，未见地层产水，所以离子含量法分析是错误的，而D函数法判断的结论与试油结果是一致的。

4 结论

（1）通过准噶尔盆地内水样的统计和实践验证，对于NaHCO3型的水样，D函数值小于10，即可以判断为地层水；而对于CaCl2水型，则可以根据地层水D函数值的区域性特征来判断。

（2）由于D函数分析法受到外来液体的影响小，所以在鉴别试油层（尤其是受污染或测试低产层）的水样时，比传统的离子含量法更有优势。

（3）实践证明，D函数在试油初期就可判别储层是否产地层水，这对试油资料的录取和生产具有重要意义。

［1］ 田家宏.张峥.王占海，等.吉林油田地层水鉴定新技术研究［J］.油气井测试，2008，17（2）：37－39.

［2］ 徐国盛.含油气系统中的古水文地质分析－以陕甘宁盆地和四川盆地为例［D］.成都理工学院，1998.

［3］ 张金来.中国油田水的D函数规律及其形成［J］.地质科学，1983，（1）：93－100.

［4］ 张金来.我国陆相油田水形成的若干水文地球化学作业［J］.地理化学，1981，（2）：108－116.

TE353

A

1673－8217（2012）04－0117－03

2011－12－19；改回日期：2012－03－20

封猛，1985年生，2009年毕业于中国石油大学（华东）资源勘查专业，主要从事试油现场工作。

刘洪树