新场气田须家河组地层水回注可行性研究＊

朱 婧 王勇飞 张本艳

(中石化西南油气分公司勘探开发研究院)

0 引 言

川西气田位于川西坳陷，是西南油气分公司最重要的生产天然气基地。随着各气田开发程度的不断提高，气田的产出地层水量也在快速的增加，根据各气田产水情况来看，新场气田是产水量最大的气田，特别是近年来随着新场须家河组(后续用T3X表示)气藏试采力度加大，产出的地层水量大幅上升，日益增加的污水问题也越发凸显，成为油气田开发过程中重要的环境污染物之一，因此污水处理对本地区的环境保护、经济发展和改善人民的生活质量有着十分重要的意义[1]。

回注地层为气田产出地层水处理的一个出路[2-5]。前苏联奥伦堡气田日均产水8 690 m3，产出水全部回注，且为了避免注入水上窜至淡水层，还在注水井的附近钻了几口150 m深的观察水井进行监测，定期分析水井有无水上窜的显示[6]。英国北海油田在处理产出地层水时，首先利用Cleeton设施对地层水进行了处理，再选择物性比较好的层位回注，所选择的储层孔隙度为15%～23%，平均渗透率在42×10-3mD左右；储层厚度大，砂岩厚度超过100 m。国内油田采出水回注主要是进行二次驱油。气田采出水回注已在川渝地区进行了广泛的现场应用，且取得了一定的成绩[7-8]。据初步调查，川渝地区目前已建回注站100多座[9-10]。调研表明目前回注是解决气田采出水的最佳途径，不仅可以节约生产成本，同时有利于保护生态环境。

1 回注选层原则及层位初选

1.1 选层原则

综合及借鉴国内地层水回注实例，回注选层原则为：1)回注层不能是产气层和今后可能的产气层。2)所选层位的物性较好，具有较好的吸水能力；所选层位砂体物性(孔、渗条件)好，有利于产出地层水的回注，可以大大降低注入压力；反之，如果储层物性差，造成高压注水，一旦注入压力超过了岩石的破裂压力，就会在地层中形成人工裂缝，穿透砂体以及砂体上下致密的封隔层，导致产出地层水窜至其他生产层位，造成严重后果。3)所选层位要有足够大的容积；所选层砂体厚度较大，砂体的孔、渗条件相同，即砂体的吸水指数相同时，注入井砂体厚度大能提高注入井的注入能力和降低注入压力。4)回注层保存条件好，回注以后对地表和其他储集层不会造成污染；所选层位要有一定的埋藏深度，同时所选回注井固井质量好，防止产出地层水回注时地层水沿井壁窜至其他生产层位造成污染。5)从经济角度，最好能利用现有干井、停产井或报废井，避免单独打井造成不必要的资金浪费，降低回注成本。

1.2 层位初选

据四川水普查资料表明：白垩系地层松散岩类孔隙水分布普遍，地层属开启状态，埋藏浅，川西地区白垩系地层平均埋深300～1 000 m，大部分地区单孔出水量小于100 m3/d，地下水资源总的来说贫乏，但水质良好，在地貌、地质构造条件好时，也能选一些好的富水地段，是重要的饮用水源。因此，地层回注条件要从其下部地层进行分析评价。

新场气田自下而上产层层位依次为须家河组、沙溪庙组、蓬莱镇组(后续用JP表示)等，产气层位较多。蓬莱镇组地层砂体相互叠置程度高，主要采用混层生产、完井多以裸眼方式为主，但埋深较浅(500～1 600 m)，地层呈半封闭状态，注水存在环保风险；沙溪庙组储层是目前的生产主力气藏，生产井密集，暂不能作为产出水回注目的层。

须家河四段下亚段以砂砾岩泥岩互层为主，储层分布极不稳定，气水关系复杂，整体为含水气藏，受裂缝控制，也不能作为产出地层水回注目的层。上亚段砂体有一定规模，以产水为主，目前储量在进一步落实中，可作为回注后备基地选择。

须家河五段以砂、泥页岩互层为主，属烃源岩，纵向叠置厚度大，整体裂缝断裂不发育，封堵性好，目前产量也已枯竭，而且有为数不少的停产井，无新投产井，无论从经济或地质的角度考虑，此组地层符合产出地层水回注的基本条件。因此，初步确定须家河五段为回注目的层。

2 须五段回注可行性分析

2.1 地层封堵性评价

须家河组五段顶板地层的中下侏罗统各组的砂泥岩完整发育，其均为致密岩，也具有较好的封盖能力。在须五段发育有具区域性封盖作用的泥页岩以及须四段内多层局部泥页岩，对天然气起到了有效的封盖保存作用。新场地区须五盖层与Grunau所研究的世界上最大的16个气田的盖层相比毫不逊色，虽然本区的盖层不是纯页岩层，而是泥岩、泥页岩和页岩，封盖能力不及单一的页岩，但其厚度很大(普遍超过100 m)。须五气藏的泥地比一般都大于50%，即在须五中大多有200 m左右的泥页岩盖层。这些泥页岩层连续分布在整个坳陷内，且其突破压力较高，达10～15 MPa，因此这套区域性盖层都具有很强的封盖能力，可以称为优质盖层，同时须五段与沙溪庙组之间的千佛崖和白田坝为一套巨厚泥页岩，地层平均厚度190 m，两者均可作为很好的封盖层。除此之外须四储层内部还发育有泥页岩和致密砂岩可作为良好的直接盖层，可以作为须五底板的封堵层，因此整个须五地层具有比较理想的独立储集体，顶板和层内致密层为其封堵性提供了良好的条件。新场气田须五～千佛崖泥页岩-砂岩对比见图1。

图1 新场气田须五～千佛崖泥页岩-砂岩对比(XC30-XC23)

2.2 储集空间评价

2.2.1 储层宏观特征

新场须五段埋深2 500～3 500 m，平均厚度500 m左右。岩性总体为灰黑、深灰色、灰黑色泥页岩与灰、深灰色粉-细砂岩不等厚-略等厚互层，以泥页岩为主，夹厚度较大的粉砂岩，以及薄层粉砂质泥岩、泥质粉砂岩，局部夹煤层(线)。

2.2.2 储层微观特征

须五段砂岩以灰色细粒、不等粒岩屑砂岩为主，中粒岩屑砂岩及岩屑石英砂岩次之。成分成熟度较低。结构成熟度中等，砂岩主要以细砂为主，粗粉砂、中砂次之；颗粒分选以好为主，中等分选次之；颗粒磨圆度以次棱角状为主；胶结类型以孔隙式为主。胶结物以方解石胶结物为主，白云石含量较少；填隙物以钙质胶结物和泥质杂基为主，少量硅质胶结物、绿泥石等。

须五泥页岩组成以黏土矿物、石英为主，平均含量分别为34.8%，39%；其次为方解石、白云石、重晶石、斜长石、钾长石，平均含量分别为9.1%，5.8%，5.5%，2.6%，1.0%；少量文石、菱铁矿，偶见普通辉石和黄铁矿。

据新场须五段124个砂岩样和测井资料统计，样品最大孔隙度7.49%，最小0.88%，平均0.56；最大渗透率0.992 mD，最小渗透率0.009 mD，平均值0.23 mD。按照国内外对致密储层和常规储层的划分标准，须五段属致密储层。

据地表野外露头、岩心、扫描电镜、测井及地震等分析表明，天然裂缝发育(图2)以水平层理缝为主。裂缝的发育极大地增强了储层的储集空间。

图2 新场气田须五段岩心观察裂缝

2.2.3 厚度及面积

利用现有的地震激发条件(三维地震)和测井资料，得出须五段砂岩厚度平均值分别为：上亚段43.16 m；中亚段51.54 m；下亚段62.55 m。研究区内厚度大于10 m的砂体面积：上亚段517 km2，中亚段363 km2，下亚段524 km2。地层巨大的储集空间为回注的持续进行提供了有利的场所。

2.3 室内实验评价

2.3.1 配伍性实验研究

为了全面覆盖川西地区气井生产层位的产出水情况，收集了川西气井40个产出水水样进行离子浓度测定，根据离子浓度测定结果，利用离子结垢预测分析软件开展川西地区不同注水层和产出水层水溶液组合离子结垢预测，并开展了川西地区典型井地层水回注配伍性实验研究，具体包括浊度测试及垢样X衍射。试验方法：将实验水样根据注水阶段进行不同比例混合，在室温下反应24 h以上，利用散射光浊度仪分别测量单一层位产出水浊度及不同比例的混合地层水浊度，定量表征混合水悬浮颗粒物质的含量变化情况。

表1 新场气田地层水水质分析

产出水主要为地层水、泡排液、压裂液及钻井液的混合水，含有有机物质和胶液、固体杂质，不符合气田回注水标准，需要经过处理后才能回注，目前西南分公司地层水处理厂，可以实现回注地层水的预处理要求，处理后的水质分析见表2。按照SY/T 6596—2016《气田水注入技术要求》规定[11]，地层水回注应主要以压裂回注为主，对固体悬浮物(SS)不严格要求，含油(Oil)应<30 mg/L，pH值6～9。

表2 处理后水质分析

处理后的采出水，从水质上看，与须五地层的地层水接近。理论上两种水配伍性好。实验室采用两种水以不同比例混合在常温和储层温度下恒温7 d，结果表明，混合液无分层、无沉淀，配伍性好，见表3。

2.3.2 岩心伤害实验分析

选取须五回注层岩心，岩心直径2.530 cm，岩心长度3.318 cm，开展回注水岩心伤害实验：将回注层取到的岩心用原地层水抽空饱和24 h，测定液测渗透率；模拟地层水回注，向饱和岩心中稳定驱替回注地层水24 h，测定液测渗透率；对比回注前后渗透率的变化。结果表明：须五岩心在回注前后渗透率仅下降1.23%，对储层伤害小(表4)。

表3 混合地层水浊度统计

表4 回注水对须五岩心伤害实验结果

2.3.3 敏感性实验研究

采用新场须五段岩心进行敏感性实验，砂岩水敏实验岩心渗透率损失48.07%，泥页岩水敏实验岩心渗透率损失30.99%，砂岩碱敏实验岩心渗透率损失0.48%，泥页岩碱敏实验岩心渗透率损失0.48%。渗透率损失<30%为弱影响，30%～50%为中偏弱，50%～70%为中偏强，>70%为强影响。实验结果表明：砂岩层和泥页岩层均为中等偏弱水敏、弱碱敏特征，从数值上来看，砂岩的水敏略强于泥页岩。

2.3.4 储层可压裂性强

须五段页岩层序微裂缝较发育，力学性质分析显示其具有良好的可改造性。须五段石英、长石含量62%～93%，平均75.8%，碳酸盐矿物平均含量11.79%，整体表现出脆性矿物含量高的特点。而须五段人工裂缝受脆性矿物含量的影响，多以网状缝为主，有利于天然气开采的同时也大大增加了地层产出水回注的能力。同时须五段页岩层砂泥岩频繁互层，储层的非均质性在一定程度上也增大了可改造性。

2.4 储集能力预测

目前须五气藏有生产井6口，平均单井日产气产量极低，难以达到开发经济效益，因此考虑须五地层可以整体作为一个回注蓄水体。

新场须五地层控制储量范围内，以有效砂体平面展布范围均可以注入水体计算储水量。储水量计算公式：

V=A×h×Φ×S

(1)

式中：V为储水量，104m3；A为砂体面积，km2；h为有效砂体厚度，m；Φ为孔隙度，%；S为含气饱和度，%。

计算新场气田须五气藏可储水体积约240万m3，按回注产出水量500 m3/d计算，可回注13 a左右。

3 结 论

1)回注是地层水处理技术的发展趋势，须五储层巨厚的泥页岩砂岩互层特征及层内裂缝特征，大大提升了地层本身的吸水及储水能力。

2)地层产出水成分复杂，但经过地层水处理厂处理后，虽然不能达到外排指标，但符合SY/T 6596—2016《气田水注入技术要求》的指标，且处理后的气田水与回注层水质接近。

3)实验表明须五地层水与回注水的配伍性好，无分层、无沉淀。须五岩心在回注前后渗透率仅下降1.23%，回注水对储层伤害小。

4)计算新场气田须五气藏储水量约240万m3，按日回注地层水量500 m3/d计算，可回注13 a左右。