苏里格气田南区马五5亚段气水特征研究与判识

郑小鹏，汪淑洁，郝龙，胡薇薇，刘道天，王晔

（中国石油 长庆油田分公司 a.勘探开发研究院；b.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，西安 710018）

随着开发的深入，苏里格气田南区马家沟组气藏产水普遍，在构造高部位和低部位均产水，且无明显的气水界面[1]。投产井204口，144口开井均存在不同程度的出水现象，28口井日产水量大于5 m3，产气贡献率高达53.8%，受产水影响，已有11口井不能正常生产，气井产水问题突出，严重影响了气井的产能。本文应用化学特征分析，明确水体属性，结合构造、沉积、成岩、成藏等地质认识，综合测井、录井资料分析，准确判识气水层，细化水体分布模式，以满足气田避水开发需求。

1 区域地质概况

苏里格气田南区位于鄂尔多斯盆地天环坳陷东侧，苏里格气田西南部（图1），下奥陶统马家沟组五段整体形成于大的蒸发岩—碳酸盐岩旋回的相对低水位期（海退期），而马五5亚段沉积期是其间的一次重要海侵期。马五5亚段是研究区的重点开发层段，受加里东构造运动影响，地层发生反转，整体呈东高西低。马五5亚段储集层属于典型的海相碳酸盐岩储集层，岩性主要为块状或厚层状粗粉晶—细晶结构的晶粒状白云岩，晶粒结构较均一，储集层平均孔隙度2.7%，平均渗透率1.2 mD，气藏为低孔低渗型气藏[2-3]，储集空间类型主要为白云石晶间孔、溶蚀孔洞、裂缝等，圈闭类型为岩性圈闭[4-5]。

图1 苏里格气田南区构造位置

2 地层水化学特征分析

苏里格气田南区马五5亚段地层水为吸附在孔隙表面的束缚水或因成藏动力不足而未排尽的部分可动水。在有些区域，因储集层条件变差，形成局部致密带，造成孔隙中水未受到天然气的大规模排驱，而残留了大量的地层水。对地层水取样和化验，开展研究区地层水化学特征研究。

2.1 地层水矿化度、水型与pH值

通过对研究区20口重点井马五5亚段取样分析，地层水矿化度为10 340～176 885 mg/L，变化很大，平均为83 615 mg/L，反映了卤水的特征（表1）。马五5亚段地层水为CaC12型，具深盆地滞留水特征[6]。

从测试资料来看，地层水pH值为5.56～6.92，总体上为弱—中酸性（表1），而深盆地中，长期处于封闭承压环境的高矿化度变质水，一般不为酸性，都以碱性或弱酸性为主，地面溶蚀平衡的水，其pH值为7.00～8.68，显示碱性特征。主要因为在埋藏期，本溪组煤系烃源岩及奥陶系有机质热解成烃的同时，析出大量的有机酸，且溶蚀作用尚未达到平衡，残余的有机酸含量较高[7-8]。

表1 苏里格气田南区典型井马五5亚段地层水矿化度、水型和pH值

2.2 地层水化学特征参数

通过对研究区地层水离子含量分析，并结合钠氯系数、脱硫系数、氯镁系数及镁钙系数综合研究地层水特征，一定程度上反映了地层水形成条件。

（1）钠氯系数 反映地层封闭性及地层水变质程度，是地层水活动性的重要参数，低钠氯系数与地层水变质程度高、油气保存条件好具有一致性，反映了还原水体环境，有利于油气的保存。研究区马五5亚段钠氯系数小于0.5（表2），按诺沃谢利分类（表3），地层水应属于封存的古代残余海水[9-11]。

（2）脱硫系数 通常油气田地层水中硫酸盐含量甚微，脱硫系数一般低于l.00.地层水中脱硫系数低的主要原因是，在埋藏环境下厌氧细菌的还原作用使硫酸盐还原，或在烃类直接参与作用时，生成H2S气体而从水中逐渐逸出。研究区平均脱硫系数为2.36（表2），原因是石膏层硫酸盐矿物的溶解，部分硫酸根离子进入地层水中，使得研究区发生较强的岩溶作用。

（3）氯镁系数 可反映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。地下径流越慢，水岩作用时间越长，离子交换越彻底，流体中镁离子越少，氯镁系数越高，地层水的变质程度就越高，越有利于油气保存。油气伴生的地层水氯镁系数通常大于5.13，研究区氯镁系数远大于5.13（表2），表明地层水封闭性好，封闭时间长，浓缩变质程度很高，有利于油气的聚集和保存[12]。

表2 苏里格气田南区马五5亚段地层水化学特征参数

表3 按钠氯系数对地层水进行分类（诺沃谢利分类）

（4）镁钙系数 低的镁钙系数常与次生孔隙的发育有关，方解石的白云石化和溶解过程都能够改善储集层的物性，并导致油气田地层水中镁钙系数降低。研究区平均镁钙系数为0.15（表2），反映了方解石的白云石化和溶解作用较强。

2.3 地层水微量元素和铵离子特征

地层水中微量元素和铵离子同样可以反映地层水的成因以及与油气的关系。下面主要研究地层水中的铵离子，溴、碘、铅、锌以及锶元素特征（表4）。

表4 苏里格气田南区马五5亚段地层水微量元素与铵离子含量

（1）铵离子和溴元素 铵离子在淡水中的含量极低，海水中的含量为0.005～0.050 mg/L.油气层中铵离子可以在缺氧条件下，由有机质经生物化学分解形成，因此铵离子含量高是油气藏特有的指标之一，而溴元素含量受沉积环境和蒸发浓缩的双重控制。研究区铵离子平均含量为199.280 mg/L，溴元素平均含量为1.340 mg/L，介于大气降水与海水之间，反映了深盆的气田水特征，并且在地层水演化过程中有淡水混入。

（2）碘、铅和锌元素 碘元素在海水中含量一般低于0.050 mg/L，高铅和锌元素含量反映深层水的特征。研究区碘元素含量较高,铅元素含量很低，锌元素含量高，反映了研究区水体是与烃源岩紧密相关的深层水[12]。

（3）锶元素 锶元素在淡水中含量很低，在深层高矿化度卤水中含量高。研究区锶元素平均含量为978.000 mg/L，具有深部盆地滞留卤水特征[13-14]。

综合地层水化学特征分析，研究区水体为封存较好的古代残余海水，在后期地层演化过程中，地表岩溶作用下淡水混入，整体呈现深部盆地滞留卤水特征[15]。

3 气水层识别

苏里格气田南区马五5气藏气井产水是影响气井产能的主要因素，因此准确识别气、水层是研究气水分布规律的基础，本文主要利用测井电性资料进行气、水层识别。

3.1 深、浅侧向电阻率测井曲线重叠法

利用深、浅侧向电阻率测井曲线重叠，结合气层、水层以及钻井液对电阻率的影响，深、浅侧向电阻率测井曲线出现幅度差，判断气、水层。但该区研究成果表明，裂缝对深、浅侧向电阻率的影响远远大于含气性对其影响，当裂缝倾角为45°时，深、浅侧向电阻率测井曲线呈最大负差异，当裂缝倾角为90°时，深、浅侧向电阻率测井曲线呈最大正差异（图2）；其次，很多含气裂缝储集层在进行深、浅侧向电阻率测井曲线重叠后表现出不含气的特点，如G1井3 750.1—3 751.4 m井段与其他井段共同试气，日产气量为40 148 m3（图2）。因此利用深、浅侧向电阻率测井曲线重叠法能识别裂缝和气水层，但无法将二者区分开。

图2 研究区G1井马五5亚段气层测井解释成果

3.2 补偿中子—声波时差交会图法

由于储集层含气，储集层的补偿中子值减小，通过补偿中子—声波时差进行交会分析（图3），研究区气层、气水层和水层不能区分，反映出马五5亚段地层水较为复杂，与气层、气水层没有明显的垂向分带特征，因此补偿中子—声波时差交会图无法有效地识别研究区气、水层。

图3 研究区马五5亚段储集层补偿中子—声波时差交会图

3.3 深侧向电阻率—声波时差交会图法

研究区马五5亚段地层水矿化度高，电阻率小，在储集层孔隙发育部位，地层水与气体和岩石骨架电阻率差异大，含气性对深侧向电阻率的影响远大于岩性和物性的影响，气层比水层电阻率高，因此可以利用深侧向电阻率区分气、水层。通过对研究区马五5亚段储集层深侧向电阻率—声波时差交会分析（图4），从图4中可以看出，深侧向电阻率可以较好地区分气、水层，水层和气水层的深侧向电阻率界限为266 Ω·m，气水层和气层的深侧向电阻率界限为710 Ω·m.

图4 研究区马五5亚段储集层深侧向电阻率—声波时差交会图

4 地层水分布模式

研究区内没有明显的气水边界，但在一些区域或井区地层水又相对集中产出。通过借鉴靖边气田马五l气藏构造平缓、储集层非均质性强、储集层薄等特征，前人提出了“相对富水区”的概念[7-9]，苏里格气田南区马五5气藏地层水分布模式可分为3种（图5）。

（1）底部滞留水 局部边底水在每一个气水系统的西部，由于构造高差小,气排水能量弱。此时，若构造下倾方向储集层条件变差，天然气不足以排驱储集层中的水，形成局部边底水（图5a）。

（2）气水同层 致密白云岩封隔滞留水受储集层局部致密影响，成藏过程中水体排出不彻底，滞留于储集层中，且受细孔喉及储集层相对致密影响，气水垂向分异不明显，形成气水同层（图5b）。

（3）透镜状水体 由于岩性遮挡成因、成岩作用的变化，造成储集层条件变化，致使油气无法充注，形成透镜状水体；或地处西部排水区，地层水完全排驱物性较好储集层，形成透镜状水体（图5c）。

5 结论

（1）研究区马五5亚段地层水属封存较好的古代残余海水，在后期地层演化过程中，地表岩溶作用下淡水混入，整体呈现深部盆地滞留卤水特征。

（2）应用深侧向电阻率—声波时差交会图能较好地判识气层和水层，水层和气水层的深侧向电阻率界限为266 Ω·m，气水层和气层的深侧向电阻率界限为710 Ω·m.

图5 苏里格气田南区马五5亚段水体分布模式

（3）研究区水体分布模式主要包括3种类型：研究区西部的底部滞留水、中部的气水同层以及中东部的透镜状水体，3种水体分布模式在平面上呈南北向连片分布，东西向由底部滞留水逐渐过渡到气水同层，再到透镜状水体。

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