莺歌海盆地东方 1-1气田地层水特征及其与油气保存的关系

王英超 刘 平 李国良 胡胜辉

(1.中海油湛江南海西部研究院 2.中海油湛江分公司 3.中国地质大学(武汉)资源学院)

莺歌海盆地东方 1-1气田地层水特征及其与油气保存的关系

王英超1刘 平2李国良3胡胜辉1

(1.中海油湛江南海西部研究院 2.中海油湛江分公司 3.中国地质大学(武汉)资源学院)

气田中 6口井的 17个莺二段的地层水样品进行化学组分分析,采用目前油田水研究普遍应用的苏林分类法进行分类。分别从平面上和垂向上来分析研究地层水的特征与成因,并综合本区构造活动及伴随的 CO2上侵和岩石学方面的特征进行分析,判断气田水文地质条件、封闭状况及油气保存条件。研究结果认为,本区莺二段地层水以代表大陆环境的沉积水 NaHCO3水型为主,也见 Na2SO4及MgCl2水型。该区整体水动力较弱,油气保存较好,有利于天然气成藏。图 5表 1参 6

莺歌海盆地 东方 1-1气田 地层水特征 矿化度 油气保存

在含油气盆地中,地层水作为盆地流体的一个主要组成部分,以不同的形式与油气共存于地下岩石孔隙空间中。地层水的活动及性质直接或间接指示盆地流体系统的开放性和封闭性,与油气的生、运、聚、散过程有着十分密切的关系[1],特别是地层水地球化学性质是油气保存条件的表征。因此,研究地层水对指导油气勘探具有十分重大的意义。而对于天然气成藏来说,保存条件更是制约着天然气气藏勘探成功的重要因素。

目前,我国普遍采用前苏联地球化学家苏林的分类 ,将地层水分成 Na2SO4、NaHCO3、MgCl2和CaCl24种类型。一般认为 Na2SO4型水表示存在和形成的大陆环境;NaHCO3型水表示存在和形成的大陆环境,通常以过渡形式分布在油田垂直剖面上;MgCl2型水指示存在和形成的海洋环境;CaCl2型水指示存在和形成的深部环境,通常出现在水文地质封闭性良好的地壳内部[2]。

1 区域地质

莺歌海盆地位于我国海南岛西部海域 (图 1)。盆地总体为不规则菱形,主要由莺西斜坡、中央凹陷、莺东斜坡 3个一级构造单元组成。其中东方 1-1构造位于中央凹陷北部,距海南省莺歌海镇100km;是一个底辟背斜构造,构造长轴近南北向,主要受近南北走向的断层系控制。该构造中浅层研究重点评价的目标在黄流组一段和莺歌海组二段[3]。

图1 莺歌海盆地示意图

笔者对中浅层重点目标层段之一的莺二段的地层水数据进行分析。寻找地层水化学特征与油气保存条件的关系,综合评价莺歌海盆地东方 1-1气田的中浅层天然气保存条件。

2 地层水化学特征

莺歌海盆地目前商业性气藏主要分布于中央凹陷的底辟带,与气层相关的地层水的资料相当丰富。本文对东方 1-1气田 6口井的 17个地层水样进行了常规的水化学分析,全部样品来自莺歌海组二段。总体来看,Ca2+、Mg2+和 SO42-的含量远小于世界海水,HCO3-的含量远大于世界海水,矿化度的变化范围不大 (7.2 g/L～43.7g/L),水型以 NaCO3(重碳酸钠)为主,表示了整体上的陆相沉积水特征 (表 1)。

表1 地层水中主要离子含量及矿化度 (单位:mg/L)

2.1 地层水平面分布特征及成因

(1)平面分布特征

东方 1-1气田莺二段地层水以 NaHCO3水型为主 ,局部存在 Na2SO4、MgCl2水型。DF1-1-3、DF1-1-4、DF1-1-7井的 7个水样均为 NaHCO3型水;DF1-1-5、DF1-1-8、DF1-1-9井出现Na2SO4型水,其中远离断裂系统的 DF1-1-5、DF1-1-9井还出现MgCl2水型。本区莺二段地层水中未出现指示深部环境的 CaCl2型水。

(2)成因分析

莺歌海盆地是在早期左旋走滑时产生了一系列轴向南北、雁行状排列的各构造带,晚期又在右旋走滑时产生了南北向的断裂,中央底辟幕式发育[4]。其中,DF1-1构造在这种构造演化背景下形成了近南北向的断裂系(图 2),其浅层气藏存在流体侵入、粘土矿物演化和 CO2分布富集的特征,并均具有明显的分块性和分层性[5]。

其中,DF1-1-7井、DF1-1-3井分别位于东方 1-1气田断裂系统的北部末端和近中部。这两口井的浅层部位均有来自底部的 CO2经断裂上侵充注 (图 3),这时地层水发生主要化学反应:CO2→HCO3

图2 东方 1-1气田构造井位图

-。这表现在这两口井的浅层部位莺二段中HCO3-浓度相对其它的井高 (表 1),水型也表现出NaHCO3型水也就不难理解。

图3 东方 1-1气藏 CO2分布特征

在气藏西边的 DF1-1-4、DF1-1-5、DF1-1-8和 DF1-1-9井区,由于无热流体侵入和 CO2充注 (图 3),粘土矿物演化为正常特征,均未出现异常低的伊蒙混层比特征,主要的储层段均富集 CH4为主的烃类气,CH4高达 67%～81%以上,CO2含量小于 1%。DF1-1-5、DF1-1-9井直观上看存在指示海洋环境的MgCl2水型,相对于表中其它水型的样品,SO42-、HCO3-浓度均较低 ,Cl-、Ca2+浓度较高。但是,与世界海水对比看,、HCO-、

3Mg2+的浓度相差都很大,所以不能认为这种MgCl2水型来源于海水的影响。实际上,从表 1数据分析来看,其中的 Cl-、Na+是分别在阴阳离子中占绝对优势的,其它离子相对含量较低,这样一来,Cl-、Na+含量的某些细微变化就可能引起水型的转变[5]。如果 NaHCO3型水的优势在一定范围内时,虽然 Na+的当量浓度大于 Cl-,但由于 Cl-的含量增加,其 Cl-、Na+的当量浓度差减小,当小于时,水型便为 Na2SO4型水;相反,如果 Na+的含量增加,其 Cl-、Na+的当量浓度差也减小,当小于 Mg2+时,水型便为MgCl2型水;这也就是 DF1-1-5、DF1-1-8、DF1-1-9井中显示出 Na2SO4、MgCl2水型的主要原因[6]。

2.2 地层水垂向分布特征及成因

(1)垂向分布特征

在一般正常情况下,地层水的矿化度将随埋深的加大而增高,水中的阴离子组分也按→HCO3-→Cl-顺序富集。最后,水型随埋深的加大出现的顺序是 Na2SO4→NaHCO3→MgCl2→CaCl2。

在东方 1-1气田中 ,DF1-1-3、DF1-1-4、DF1-1-5、DF1-1-8、DF1-1-9井中浅层莺二段总矿化度均为向深部变高的正向沉积水序列 (表1)。其中 DF1-1-5、DF1-1-8、DF1-1-9井在1386m～1410m、1369m～1405m、1318m～1325m和1450m～1470m为 Na2SO4水型;DF1-1-5、DF1-1-9井分别在深度 1447m～1467m、1425m～1433m处水型为MgCl2;而 DF1-1-7井在深度上显示了由浅到深矿化度由高到低的反向水化学沉积序列。

(2)成因分析

据资料分析,泥底辟构造带上的东方 1-1浅层气藏具有流体侵入、粘土矿物演化和 CO2分布富集特征,并具有明显的分块性和分层性 (图 3)。在东方 1-1气田构造图上,我们选取了两幅连井剖面图来近似给出该气田中浅层的空间分布特征 (图 4、图5),两幅剖面图在平面上的位置见图 2。

图4 东方 1-1气田连井剖面 1

图5 东方 1-1气田连井剖面 2

在气藏的 DF1-1-3井和 DF1-1-7井区,由于存在热流体强烈上侵活动,导致其粘土矿物伊蒙混层比 I/S(%S)剧降,出现异常低的伊蒙混层特征。其中DF1-1-7井区热流体上侵活动导致粘土矿物演化出现明显的异常有关,在 1290m～1550m深度处,粘土矿物演化程度急剧增高,粘土矿物伊蒙混层 (I/S)中蒙脱石含量 (混层比%S)由80%～60%降至 20%～10%,随深度加深,蒙脱石向伊利石转化会脱出大量的层间水,生成的水难以排出而保留在孔隙中,从而淡化了地层水[6]。使得DF1-1-7井区出现了反向地层水沉积序列,也证明了该区储层封闭性好。同时,CO2等非烃气在本层段富集,到达 60%以上。地层水中的化学反应:CO2→HCO3-占主导地位,大量 HCO3-富集 ,所以两口井中浅层莺二段水型均为NaHCO3型水。

在气藏西块的 DF1-1-4、DF1-1-5、DF1-1-8和 DF1-1-9井区,由于无热流体侵入,粘土矿物演化为正常特征,均未出现异常低的伊蒙混层比特征,CO2含量小于 1%。所以这几个井区地层水中没有因 CO2大量充注而产生的 HCO3-占主导地位,在垂向上除显示为正向沉积水序列外,水型随深度没有明显的序列变化。原因是,地层水中 Cl-、Na+分别在阴阳离子中占绝对优势,其它离子相对含量较低,Cl-、Na+含量的细微变化可能引起了水型的转变。例如,随着埋深的增加,喜氧菌耗尽氧气后,厌氧细菌开始在不含氧的地层水中活跃。其中,溶解在水中的 SO42-就会成为硫酸盐还原菌消耗的对象,SO4

2-浓度的变化就会导致地层水的水型变化。

3 地层水与油气关系

东方 1-1气田为底辟背斜构造,其中央近南北走向的断层系对本区浅层流体活动有一定制约作用。其中,在气藏的 DF1-1-3井和 DF1-1-7井区,存在热流体强烈上侵活动,出现异常低的伊蒙混层比特征,CO2等非烃气在本层段富集,到达 60%以上,地层水中的化学反应:CO2→HCO3-占主导地位 ,大量 HCO3-富集,两口井中浅层莺二段水型均为NaHCO3型水。DF1-1-3井区为正向地层水沉积序列,DF1-1-7井区由于上侵的热流体使蒙脱石向伊利石转化,脱出了大量层间水,因为储层封闭性好,脱出的层间水无法排出,从而淡化了地层水矿化度,进而出现了反向地层水沉积序列。在气藏西块的 DF1-1-4、DF1-1-5、DF1-1-8和 DF1-1-9井区,由于无热流体侵入,粘土矿物演化为正常特征,均未出现异常低的伊蒙混层比特征,CO2含量小于 1%。该区地层水由于个别层段上的硫酸盐被厌氧细菌还原和 Na+、Cl-含量的细微变化引起了没有明显规律的水型变化。

从表 1中注意到,各井段的离子浓度与世界海水的对应离子浓度差别很大,表明本区地下水与地表水 (海水)的联系差,即水文地质开启程度差。浅层莺二段地层水矿化度以陆相沉积水 NaHCO3型水为主。这说明该区盖层封闭性好,有利于油气的保存,从而使来自深部地层中的天然气在泥底辟背斜构造圈闭中形成气藏。

根据上述特点,东方 1-1气田各井区之间的各种地层水水型差异情况说明本区地层水冲刷作用有限,不足以克服油气分子和岩石之间的吸附力,进行大范围的水化学交换,从而导致油气藏的破坏。

4 结论

(1)东方 1-1气田浅层莺二段地层水以陆相沉积水NaHCO3型水为主;

(2)本区水文地质开启程度差,盖层封闭性好,有利于天然气的保存;

(3)本区各井区间水型、地层水沉积序列和矿化度存在局部差异,地层水冲刷作用有限,有利于气藏保存。

1 刘方槐,颜婉荪 .油田水文地质学原理[M].北京:石油工业出版社,1991,29-54.

2 杨绪充 .油气田水文地质学[M].山东东营:石油大学出版社,1993,79-124.

3 张启明,刘福宁,杨计海 .莺歌海盆地超压体系与油气运聚[J].中国海上油气,1996,10(2):65-75.

4 李思田,林畅松,张启明,等 .南海北部大陆边缘盆地幕式裂陷的动力过程及 10Ma以来的构造事件[J].科学通报,1998,43(8):797-810.

5 姜林,宋岩,查明,等 .准噶尔盆地莫索湾地区地层水研究[J].石油与天然气地质,2008,29(1):72-77.

6 查明,张卫海,曲江秀,等 .准噶尔盆地异常高压特征、成因及勘探意义[J].石油勘探与开发,2000,27(2):31-35.

FORMATION-WATER CHARACTERISTICS AND ITS RELATIONSHIP WITH HYDROCARBON PRESERVATION,DF1-1 GASFIELDIN YINGGEHAI BASIN

WANG Yingchao1,LIU Ping2,LI Guoliang3and HU Shenghui1(1.Research Institute,CNOOC Nanhai West Co.;2.CNOOC Zhanjiang Company;3.Resources School,China University of Geosciences-Wuhan).

In this study,17 formation-water samples of Yinggehai 2Member,from sixwells in DF1-1 gasfield,are at first carried out an analysis on chemical composition;and then they are classified by Sulin way;thirdly,the formation-water characteristics and origin are analyzed in lateral and vertical;at last,the hydrogeological,closure and preservation conditions of the gasfield are analyzed based on tectonic movements,accompanied CO2invasion upward and petrology.It is considered that(1)the formation water of the member is mainly NaHCO3type,a type of sedimentary water representing continental settings;(2)both Na2SO4and MgCl2types can be also found in for mation water;and(3)in this gasfield,its hydrodynamics is basically poorwhereas its hydrocarbon preservation is better,favorable for forming gas reservoir.

YinggehaiBasin,DF1-1 gasfield,formation-water characteristics,salinity,hydrocarbon preservation

王英超,男,1979年出生,硕士;2002年毕业于中国石油大学(北京)并获学士学位,2006年毕业于中科院广州地化所并获硕士学位,主要从事石油地质综合研究工作。地址:(524057)广东湛江坡头区中海油湛江南海西部研究院。电话:(0759)3900229,15018575345。E-mail:wangych1@cnooc.com.cn

NATURALGASEXPLORAT ION&DEVELOPMENT.v.33,no.2,pp.19-22,4/25/2010

2009-05-08 编辑 景岷雪)