鄂尔多斯盆地乌审旗—横山地区下奥陶统气水分布主控因素研究

晏宁平，王 旭，高 远，郑海亮

(中国石油长庆油田第一采气厂，陕西榆林718500）

靖边气田为目前国内所发现最大的下古生界气田，属于低孔、低渗，分布广泛的古岩溶气藏，面积约4.8×104km2。中奥陶世以后经历长达130Ma的加里东构造运动，使华北板块被整体抬升，鄂尔多斯盆地马家沟组储层顶部遭受长期的风化剥蚀及淋滤作用，发育风化壳及溶蚀孔、缝，成为天然气储集的有利空间。乌审旗—横山地区位于靖边气田西北部，是靖边气田的外延。由于风化壳储层具有强烈的非均质性，储层孔洞发育程度、充填情况复杂，气藏分布连片性差，气水关系复杂，因而前期开发力度不大。目前，为了提高该区开发效果，迫切对研究区马五段储层地层水的地化特征和气水分布规律进行分析，并对气水分布的影响因素进行研究，归纳气水分布模式，为该区今后天然气勘探开发提供理论参考和技术储备。

1 地层水地球化学特征

1.1 地层水类型及酸碱性

乌审旗—横山地区马五段地层水阳离子主要有K+、Na+、Ca2+、Mg2+，阴离子主要有Cl-、SO42-和HCO3-，其中，阳离子以Ca2+为主，阴离子以Cl-为主。按照苏林分类，该区地层水水型以CaCl2型为主，同时，17个地层水样品分析数据表明，研究区马家沟组地层水的pH值一般在6左右，说明该区地层水处于弱酸性环境。

1.2 地层水矿化度及离子组成

该区地层水样品中离子含量差别显著，其中阳离子以Ca2+为主，浓度甚至可达到62.77g/L，远高于海水的盐度35g/L，达卤水级别，另外，K+、Na+次之，Mg2+贫乏，整体上表现出深埋藏型、高矿化度的地层水特征。该区地层水水型丰富，既有过渡性、开放性环境形成NaHCO3型、Na2SO4型或MgCl2型，也有封闭性环境中形成的CaCl2型，整体地层水是以CaCl2型为主。马家沟组地层处于海相碳酸盐岩环境，水体埋藏深，封闭条件良好，保存了较多的原始残余海水特征，并在漫长的地质发展过程中，不断的浓缩变质，才成为现今高矿化度地层水。

1.3 地球化学特征参数

钠氯系数（rNa+/rCl-）反映地层水的浓缩变质作用程度以及储层水文地球化学环境。通常认为，地下水封闭性越好，越浓缩，变质越深，其（rNa+/rCl-）比值就越小，对油气的保存越有利。研究区马家沟组钠氯系数主要分布在0.03～0.72之间，平均值为0.25，表明该区地层水大部分为CaCl2型水，水动力不活跃，基本没有受到浅层水的影响，属于原始沉积-高度变质水，说明地层封闭，油气保存条件好。

脱硫系数（100×rSO42-/rCl-）是油气藏保存好坏的环境指标。通常认为脱硫系数越小，反映地层水封闭性越好，有利于油气的保存。脱硫系数小于1的地层水，通常表明地层水还原彻底，埋藏于封闭良好地区，反之，则认为还原作用不彻底，可能受浅表层氧化作用的影响。该区地层水的脱硫系数大多数为0，仅有少数分布在0.64～5.31之间，表明研究区地层水大部分是在还原作用下形成的，仅在个别地区，地层水发生较为明显的氧化。

变质系数[（rCl--rNa+）/rMg2+]说明地层水在运移过程中水岩作用的强度和离子交替置换的程度。据国内外众多油气田研究，与油气伴生的地层水变质系数一般大于1。马家沟组地层水变质系数分布在2～33之间，平均值达18.57，远大于1，属于高凝缩阶段的地层水。

2 气水分布特征

2.1 平面分布特征

研究区313口井生产资料表明，产纯水井和气水同产井21口，分布较为分散，整体上集中分布在研究区中西部，其中7口产水井分布相对集中，形成1个富水区。综合研究区马五段储层构造和产水井分布特征，总结出该区气水分布主要特征：①整体上受储层东北高、西南低构造趋势的影响，产水井相对集中分布在研究区西部；②存在一个相对富水区位于研究区西部，其它产水井受储层物性封闭遮挡，地层水滞留在构造高部位，呈零散分布。

2.2 气水剖面分布特征

（1）构造平缓区气水交互分布。研究区马家沟组气藏整体上构造比较平缓，储层普遍致密，气、水层在横向上的连续性和连通性普遍较差。此类气藏气水分布与致密砂岩气藏具有相似的分布特征，气水分异性不明显，甚至出现气水倒置等现象（图1）。

（2）构造起伏区气水分异明显。研究区马家沟组气藏中，局部地区构造起伏明显，当这些位置储层物性相对较好时，气层呈厚层状发育，且气层在横向上的连续性均较好。在构造发育的气藏中，气水分异普遍较为彻底，气水界限较为明显（图2）。

3 气水分布的主控因素

乌审旗—横山地区气水分布规律复杂，其受控因素较多，分析认为控制气水分布的地质因素主要表现如下。

3.1 区域构造控制气水分布的基本形态

前人研究表明，马五地层经历了早期的西高东低的构造格局，这一时期承压水流方向主要向西。随着地层埋深的增加，有机质演化进入“液态烃窗”，上覆石炭系山西组—本溪组烃源岩演化进入油气生成阶段，生成的油气经运移进入马五储层中并在西北部相对构造高部位形成聚集。这一时期天然气可能集中分布在盆地西部可能的地层圈闭中，具有一定连通性的物性相对较好的储层则被运移来的油气所占据。燕山构造运动时期，山西地块上升造成盆地东部抬升，使区域构造由东倾单斜变为西倾单斜，此时有机质演化进入成气阶段，反转前天然气主要富集在西部构造高部位，反转后必然要从西部低部位向东部高部位运移。由于马家沟组顶部风化壳储层非均质强，一部分天然气在低部位滞留下来，同时，一些地层水向西排的过程中由于储层的局部变差也会滞留在原地，或者排到西部相对低部位形成聚集，这就形成了研究区中西部富水而东部富气的现象。

研究区内一定的构造高差，是促使气水分异、天然气富集和后期调整的必要条件。产气井主要分布在研究区东部的构造高部位，马五段地层缺失线构造120m以上成为该区气水分布的界线，该界线以西为水井、气水同产井混合分布区，界线以东以气井为主（图3）。同时，在研究区西部一些小幅度鼻状隆起区，产气井也有分布。

3.2 古岩溶成为天然气富集“甜点”

乌审旗—横山地区有利岩溶发育区主要分布在岩溶高地的残丘，岩溶斜坡的缓丘、沟槽两侧等三级岩溶地貌单元。受地层叠置关系影响，风化作用的改造强度与地层出露程度密切相关，随着地层埋深增加，改造强度逐渐弱化。研究区产气井主要分布在缓丘之上，这与缓丘单元的物性较好关系明显（图4）。缓丘在接受储层改造之前，属于高地地貌单元，受加里东运动影响，后期出露地表时间长，受到雨水等冲刷剥蚀，极大程度地改善了储层物性，增加了储集空间，为天然气运移成藏提供有利条件。

3.3 储层非均质性造成相对富水区

研究区马家沟组储层在平面上表现出强烈的非均质性，即有效储层厚度与物性在区域上分布不连续。宏观上，马家沟组储层的发育与古岩溶关系密切，不同地貌单元溶蚀强度差别，不同程度的发育溶蚀孔洞。岩溶洼地孔隙充填程度高，孔喉配置性差，而在缓坡或残丘等部位，由于风化作用改造程度高，溶蚀孔洞发育，物性条件较好。后期进入深埋藏成岩期，经溶蚀、胶结、交代等作用，储层非均质性进一步增强。当区域构造反转后，由于储层的非均质性造成一系列的富水区，形成相对独立的气水系统。统计表明，研究区储层物性与气、水分布对应关系良好，产气井主要分布在孔渗条件较好的区域内，气井储层孔隙度大于6.5%，甚至达到了15%左右，而产水井、气水同产井其孔隙度一般小于7.5%。

3.4 成岩相类型影响储层含气性

乌审旗—横山地区马五储层先后经历同生成岩阶段、早成岩阶段、表生成岩阶段和深埋藏成岩阶段，受压实、溶蚀、胶结、交代等成岩作用的共同作用，储层非均质性进一步增强，应用聚类分析方法，将研究区马五段储层划分为4类成岩相，其中，Ⅰ类成岩相储层以白云岩为主，白云岩化程度高，溶蚀作用最为发育，胶结作用发育程度最弱，而Ⅳ类成岩相储层以方解石为主，溶蚀作用最不发育，胶结作用最强。整体上，气藏主要发育在Ⅰ类、Ⅱ类成岩相区域，而Ⅲ、Ⅳ成岩相区域，随着溶蚀作用的减弱，储层物性条件逐渐变差，储层的含气性逐渐下降（图5）。

4 结论

乌审旗—横山地区马家沟组储层气、水分布具有如下特征：

（1）研究区奥陶系马家沟组地层水呈弱酸性，离子浓度高，水型以氯化钙型水为主。

（2）地球化学特征表明，研究区地层水具有油气伴生水特点，属于天然气充注时留下的残余地层水，形成于深层、封闭、还原环境中。

（3）研究区马五段受储层东北高、西南低构造趋势的影响，产气井相对集中分布在研究区东部；在构造起伏明显地区，气水分异较为彻底，气水分界线较为明显，而在构造平缓区，气水混杂分布，甚至出现气水倒置现象。

（4）该区气水分布受区域构造、古岩溶、成岩改造等多个因素共同影响，在“广覆式生烃”条件下，潮上带的云坪、膏云坪形成了天然气富集的有利的先天条件，经过后期区域构造运动和成岩改造等因素的影响，在奥陶系马家沟组古沟槽周围发育物性较好的缓丘等地貌单元是天然气有利富集区域，而水层主要发育在构造低部位或受岩性遮挡的地层中。

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