克拉苏构造带超深气藏地层水特征及水化学相图建立

周鹏,朱文慧,王佐涛 王振鸿,尚江伟

(中石油塔里木油田分公司勘探开发研究院，新疆 库尔勒 841000)

位于塔里木盆地库车坳陷北部的克拉苏构造带超深气藏获得持续性突破(图1)，自2007年起，先后发现了克深2、克深5、克深8、克深9、克深10等大型气藏，单井日产气量最高超过1×106m3。目前,众多学者在气藏构造、沉积、储层及裂缝分布规律等方面做了大量的研究[1～4]，为克拉苏超深气藏夯实万亿立方米天然气资源量提供了理论基础。随着勘探程度的提高，克拉苏构造带气藏见水井逐渐增多，空间上水型、水性、产水量及见水位置均存在较大的差异性，如克深2气藏的KS203井、KS209井均在构造轴部，相距仅1700m，在相同海拔、相近测试段且远离气水界面的情况下，测试既有纯气井也有气水同出井；克深9气藏的KS904井，在证实气底范围内测试气水同出，产水量随测试时间的延长趋于降低。复杂的气水关系直接影响气藏勘探及评价进程。因此，明确超深储层的水体特征及差异已成为困扰该区井位部署及试油层段优选的重要问题之一。在油气田地层水研究中，由于试验原因，区内地层水分析数据中的大部分K+、Na+无法分离，常规水化学特征研究方法(图解法、离子法等)、苏林分类法、国际上经典的斯蒂夫水化学相图[5～10]已经不能有效解决不同构造位置、不同类型气田水的判别；此外，针对克拉苏构造带超深气藏储层水体，鲜有公开发表的研究成果。因此，在明确了克拉苏构造带储层地层水特征的基础上，根据水分析试验结果、构造特征的综合研究，笔者建立了一套针对超深储层不同类型地层水化学相图，并结合测试及试采资料探讨5种类型水体与气井产能之间的关系，有利于在气藏勘探-评价阶段对单井测试出水期地层水源头进行准确追踪、分析，以判定不同类型气田水对钻井、开采过程影响，为今后正确认识气藏水体性质、气藏规模及气井测试方案优化提供一定的指导。

图1 克拉苏构造带克深段气水井平面分布

1 研究区地质及气水分布特征

1.1 地质特征

研究区克拉苏构造带是在燕山运动和喜马拉雅运动背景下发育的一系列逆冲叠瓦状断背斜型干气气藏，平面呈近东西走向展布，勘探目的层白垩系巴什基奇克组埋藏深度为6000～8000m，地层厚度约300m。根据应力环境的差异，垂向上自上而下划分为3个应力段[5]，即张性段、过渡段、压扭段。张性段储层受局部拉张应力的影响，抵消了部分挤压应力，储层物性品质相对较高，裂缝以纵张裂缝为主，开度大，有效性高，天然气资源量占总资源量的60%以上，厚度一般为40～150m；压扭段储层所受挤压应力强，储层致密程度高，裂缝发育规模小、有效性低，以倾角杂乱的网状缝为主，天然气资源量占总资源量的10%左右；过渡段储层性质总体介于张性段、压扭段之间，一般比较接近张性段，天然气资源量占总资源量近30%，厚度一般40～100m。

1.2 气水分布特征

考虑到钻井的复杂程度及逆冲叠瓦构造的叠置范围，各气藏构造北翼几乎无钻井。勘探早期，平面上气井主要分布在构造轴部及南翼，平均日产气量普遍超过2×105m3，测试见水井在构造轴部、东西两翼及南翼近断裂均有一定程度的分布(图1)。 根据单井测井解释结果，垂向上白垩系巴什基奇克组储集层一般随着海拔的增加，含水饱和度有所增高。测试资料也可以证实，气层分布在储集层的中上部，即张性段-过渡段，气水同层或水层分布在储层下部的压扭段居多，总体表现为正常的上气下水重力分异气水分布特征(图2)。

注：A处为封存水；B处为过渡带水；C处为凝析水。 图2 克拉苏构造带气藏水体分布模式图

然而随着勘探程度的提高，测试见水井从早期的钻遇正常的边底水，逐渐变得“复杂化”。通过统计测试出水井的构造位置，克拉苏构造带测试见水井目前主要有如下分布特征：①钻遇明显水层或圈闭溢出点，如KS502井、KS7井等；②南翼边界断裂带附近测试见水，如KS207井、KS2-2-3井、KS2-2-5井、KS2-1-7井等；③垂向上过渡段-压扭段测试出水，如KS205井、KS207井等；④储层顶部张性段储层测试出水，如KS209井、KS13井、KS131井等。

上述4种类型测试见水井，在水型、水性及其与产能之间的关系上均存在较大的差异。如克深2气藏中构造东翼的KS203井、KS209井，水型均为CaCl2型，在相似测试位置且测试位置距离气水界面有一定高度的范围内，KS203井在2012～2016年的测试、试采过程中，日产气量普遍超过2×105m3，未见水；而仅距其1700m的KS209井，在2014年测试显示产气量低，日产气不足1×104m3，日产水约10m3。类似的“复杂井”还有KL204井、KS904井等。

2 地层水化学特征

2.1 地层水样品筛选

通过对克拉苏地区60余口单井测试资料的统计、研究发现，测试过程中普遍含液。因此，并非在勘探、评价阶段测试过程中出液就能证实测试段地层含水[6，9]。由于克拉苏构造带气藏埋藏深度大、储层物性差、裂缝普遍发育，钻井过程中，储集层会出现不同程度的钻井漏失，视裂缝有效性的差异，尤其是在张性段、过渡段，裂缝有效性较高，单井漏失泥浆量在几十到几百立方米不等；除此之外，由于储集层致密，不经任何改造措施而获得高产气流的井较少，大多数井会通过酸化、压裂等措施提高产量。改造后，由于返排不充分，部分液体滞留在地层中无法排除，地层中也会存在一定程度的改造液。通过测试、试采及水样资料的分析(图3)，Cl-质量浓度小于55g/L的液体主要是钻井液、酸化液、压裂液等混合液，这些井一般产气量稳定，测试普遍获得日产气2×105m3以上高产气流。开井后，在生产压差的作用下从地层内返排，产水量在短时间内减少显著，该流体不属于地层水范畴，需要在研究过程中予以剔除，以免干扰研究成果的准确性。

2.2 地层水常规参数特征

测试过程中取得的水样分析结果表明，地层水以CaCl2型为主，局部地区水体以NaHCO3型为主。CaCl2型地层水较常见，占测试见水井数的85%以上，是由于Cl-的迁移能力最强，不易被黏土或其他的矿物所吸附，也难以被生物所积累；NaHCO3型地层水主要分布在克拉苏构造南部的局部构造的构造顶部，如克拉苏构造带克深段最南端的克深13气藏中的KS13井、KS131井等。

图3 克深2气藏Cl-质量浓度与海拔关系

3 地层水水化学相图的建立

统计表明，85%以上测试见水井的水型均为CaCl2型，在构造位置、测试见水特征明显的情况下，常规的苏林分类法已经不适用于克拉苏构造带的流体性质分析、规模判定等方面的研究。国内外学者普遍认为，相似的水化学成分具有相似的水体形成环境，目前在该领域中应用最广泛的是水化学相图法[7～12]。

结合构造、储层、水型、水性等多因素的分析，认为克拉苏构造带白垩系储层中流体主要分为5大类：边底水、封存水、过渡带水、凝析水、非地层水(图4)。

边底水是克拉苏地区最常见的一种水体，水化学相图表现为均一刻度下的高Cl-、高Ca2+、高矿化度，形态表现为“蝌蚪形”(图4(a))。常发育在气水界面或圈闭溢出点等构造位置较低处或调解裂缝带[14]等处。一般情况下，测试段距离气水界面或圈闭溢出点较近，如KS7井、KS503井等；另一种情况，克拉苏构造带储层由于埋藏深、挤压应力强，裂缝的有效性决定了气井的高产，因此测试段常选择裂缝有效性高的位置，或者在储层测试段有一定的避水高度。如在较低层段测试过程中沟通了有效性强的调节裂缝带[14]，即使前期测试获得高产工业气流，在较大的生产压差下，底水沿着裂缝带或开启性断裂上侵，见水速度也会较快，如KS602井、KS2-2-3井、KS2-2-5井等。

封存水的水化学相图与边底水相似(图4(b))，均表现为均一刻度下的高Cl-、Ca2+的“蝌蚪形”相图。与边底水不同的主要有2点：①该种类型测试见水位置常分布在构造的轴部、高部位(张性段)且集中在东翼；②在其周边2km范围内存在长时期高产气井，如KL204井、KS209井、KS904井等。

非地层水的相图多样，受地层中混有的钻井漏失泥浆、酸化液、压裂液等配方的不同，形态各异。该种类型水体的相图呈杂乱状而明显有别于上述的4种水体相图，且在相图中常存在相图某一端角元素的缺失，主要特征为低Cl-、低矿化度(图4(e))。

图4 克拉苏构造带气藏水体水化学相图

4 不同类型水体与产能的关系

对克拉苏构造带60余口单井测试、试采资料的解析(结合上述的5种类型水体)研究表明，不同类型水体与产能之间的关系显著不同，如在不区分水型的前提下，测试见水就界定为气水界面，则会低估甚至错估气藏的规模。根据上述分类原则，探讨不同类型水体与产能之间的关系(图5)。

4.1 边底水

由于边底水能力充足，钻遇该种水体后，初始产气量低、产水量较高、油压低，随着试采时间增加，产气量持续降低甚至无法计量，而日产水量高且趋于平稳。钻遇该种水体几乎没有任何工业性产能。

图5 克拉苏构造带5种典型水体求产曲线及气藏剖面

4.2 封存水

该种类型水体可能是由于储层局部致密造成在成藏过程中的早期水体未被及时驱替而形成的局部封存水，该种水体常见克深2、克深9、克拉2气藏东翼储层中上部的张性段、过渡段中上部，水体规模有限，视致密程度的差异，产能差异较大。试采过程中，该种水体在十几天至数月内，相同工作制度下，日产水量呈减少的趋势。

4.3 过渡带水

该种类型水体常见于储层的过渡段中下部至压扭段，随着深度的加深，储层品质有所降低，含水饱和度有所上升。该种类型水体常表现为油压低，产气量、产水量小，无工业产能，且随着测试时间的增加，产水量有所降低，产气量有所升高。

4.4 凝析水

该种类型水体由于Cl-及矿化度低的特点，早期由于酸液、压裂液等的注入会造成一定程度的Cl-短期含量高，但在十几天至几十天内，Cl-质量浓度下降显著，从100g/L下降至10g/L以下。

4.5 非地层水

由于克拉苏构造带储层埋藏深度大，挤压应力强，“中和面效应”明显，会在储层的中上部产生一定数量规模大、有效性高的裂缝，钻井过程中常发生钻井漏失，单井漏失量50～1200m3。除此之外在测试过程中，常会通过酸化、压裂等改造方式提供产能，数十至数百立方米的改造液挤入地层。测试过程中，一般该类液体60%以上均会返排出地层，不影响产能，试采曲线上表现为短期内测试出水量急剧降低，从日产几十立方米下降至日产几立方米。

5 结论

1)克拉苏构造带超深气藏中水体主要为CaCl2型，其次为NaHCO3型。CaCl2型水体分布范围较广、较常见，而NaHCO3型主要分布在克拉苏构造带南部克深13气藏的构造高部位。

2)全面、系统地建立了库车坳陷克拉苏构造带白垩系巴什基奇克组储层中地层水水化学相图，将克拉苏构造带勘探-评价阶段测试见水类型分为5类：边底水、过渡带水、凝析水、封存水、非地层水。其中，边底水、过渡带水常位于气水界面或圈闭溢出点附近，对气井产能影响较大，气井较难获得高产气流；凝析水常分布在克拉苏南部构造的储层中上部,对产能影响较小，气井常获高产气流,产水量总体小且持续稳定；封存水常见于气藏东翼的储层中上部，初期产水量较大，随着开采时间的增加,产气量逐渐上升,产水量逐渐减少。