川西坳陷東坡沙溪廟組地層水對含水飽和度的影響

顏學梅蘇錦義王玲輝周 玲

（1.中國石化西南油氣分公司勘探開發研究院，四川 成都 610041；

2.中國石化西南油氣分公司地質中心實驗室，四川 成都 610081）

0 引言

地層水作為含油氣盆地的三大流體之一，是地下流體的重要組成部分，它不僅是反映油氣運聚與保存條件的重要因素［1]，而且也是評價地層中流體性質的重要因素。四川盆地川西坳陷東坡侏羅系沙溪廟組存在多種不同類型的地層水，地層水礦化度介于3 300.0～96 280.0 mg／L，垂向上和平面上差異大。測井解釋含水飽和度精度差，直接影響測井解釋結論的正確性。地層水電阻率的大小取決于黏土礦物、孔隙結構和地層水礦化度，其中最直接的因素是地層水礦化度［2]。前人針對該區地層水開展了一系列研究工作，分析了地層水成因、化學特征及水巖作用機制，但是尚未開展不同類型地層水對含水飽和度的影響分析［3-7]。由于在鉆井測試或開發生產前缺少足夠的地層水資料，因而采用單一的地層水電阻率建立含水飽和度模型導致精度不高，影響了對儲層的含氣性評價。筆者在地層水分類的基礎上，分析了不同地層水礦化度對儲層含水飽和度精度的影響。

1 地層水基本特征

川西坳陷東坡沙溪廟組地層水主要離子組成及地層水礦化度特征差異明顯。本次研究共收集了研究區上、下沙溪廟組82個地層水數據，地層水pH值一般為6，部分樣品的pH值達8.36，呈現出比較明顯的堿性水特征。其中上沙溪廟組27個樣品的總礦化度最小值為3 810.2 mg／L，最大值為59 370.0 mg／L，平均值為29 065.5 mg／L；下沙溪廟組55個樣品總礦化度最小值為3 300.0 mg／L，最大值為96 280.0 mg／L，平均值為34 731.8 mg／L。

1.1 主要離子組成

研究區沙溪廟組從上至下分為上、下沙溪廟組兩個層位，地層水中所含離子種類主要有K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-和HCO3-。在主要陰離子中Cl-含量最高，主要介于1 998.0～61 677.0 mg／L，從上沙溪廟組到下沙溪廟組Cl-含量呈增高趨勢；SO42-含量次之，主要介于5.0～2 263.6 mg／L，HCO3-含量極少，主要介于17.0～368.0 mg／L。從上沙溪廟組到下沙溪廟組SO42-和HCO3-含量呈現遞減趨勢（表1）。在主要陽離子中，K+＋Na+含量最高，上、下沙溪廟組平均含量分別為8 667.0 mg／L、7 841.6 mg／L，從上沙溪廟組到下沙溪廟組K+＋Na+含量呈現遞減趨勢，整個沙溪廟組K+＋Na+含量平均值為8 254.0 mg／L；Ca2+含量次之，Mg2+含量最少。東坡地區沙溪廟組主要陰離子、陽離子含量變化范圍相對較小，反映了地層水的水—巖相互作用強度以及受后期影響差別不大。

表1 研究區上、下沙溪廟組地層水主要化學組成表 單位：mg／L

1.2 地層水礦化度

地層水礦化度是地下水動力場和水化學場長期演化的結果，與古沉積環境、蒸發濃縮程度、地層水來源等因素有關。在地層水常量組分保持相對不變的情況下，礦化度越高，表明其保存條件越好［8]。研究區沙溪廟組地層水總體以CaCl2型地層水為主，其礦化度特征在縱向上和平面上均存在著一定的差異。

1.2.1 縱向特征

對研究區上沙溪廟組27個地層水資料進行分析，CaCl2型地層水占分析樣品總數的90%，其次有少量Na2SO4型和NaHCO3型地層水，所占比例分別為7%和3%。地層水礦化度主要介于3 810.2～59 370.0 mg／L，平均礦化度為29 065.5 mg／L，礦化度整體較低，反映了以隔絕良好的封閉構造中形成的CaCl2型地層水為主，同時也存在過渡性構造條件出現的Na2SO4型和NaHCO3型地層水。

對研究區下沙溪廟組55個地層水資料進行分析，CaCl2型地層水占分析樣品總數的96%，其次有極少量Na2SO4型和MgCl2型地層水，所占比例均為2%。地層水類型主要為CaCl2型，地層水礦化度主要介于3 300.0～96 280.0 mg／L，平均礦化度為34 731.8 mg／L，較上沙溪廟組地層水平均礦化度值升高。研究區侏羅系沙溪廟組地層水平均礦化度隨著埋深的增加呈現升高的趨勢（圖1），反映了該區下沙溪廟組地層水形成時期環境較上沙溪廟組更為封閉，保存條件較上沙溪廟組更好。

圖1 研究區沙溪廟組地層水平均礦化度分布直方圖

1.2.2 平面特征

根據平面位置及構造將研究區分為中江、豐谷—高廟及合興場—知新場3個地區，這3個地區的沙溪廟組地層水平均礦化度分別為28 700 mg／L、34 800 mg／L和39 300 mg／L。而合興場—知新場地區地層水礦化度主要介于25 000～60 000 mg／L，明顯高于中江、豐谷—高廟地區，這是由于合興場—知新場地區發育有多條斷到須家河組的斷層，斷層溝通深部高礦化度的地層水，造成該區地層水具有較高的礦化度。

2 地層水分類

川西坳陷中侏羅統沙溪廟組原始地層水具有中等礦化度、中等SO42-含量、低Na／K值、較低Na／Mg值的特征，以CaC12型為主，須家河組地層水總體呈現高濃縮地層水特征，地層水礦化度較高，大于50 000 mg／L［9]。而東坡沙溪廟組地層水總體上具有中—低礦化度的化學特征，同時可見少量位于斷層附近的高礦化度地層水（大于50 000 mg／L），表明存在沿著斷層從下部須家河組溝通至沙溪廟組地層的地層水。根據地層水礦化度值的范圍將該區地層水分為3類：①低礦化度地層水，其總溶解固體（TDS）小于10 000 mg／L，主要為來自蒸發作用產生的凝析水；②中等礦化度地層水，其TDS值介于10 000～40 000 mg／L，主要為沙溪廟組原始地層水；③高礦化度地層水，其TDS值大于40 000 mg／L，主要為沙溪廟組原始地層水混合了一部分來自深部須家河組的高礦化度地層水。

2.1 上沙溪廟組地層水類型特征

根據上述地層水的分類標準，上沙溪廟組地層水第一類占總樣品的3.70%，第二類占總樣品的77.78%，第三類占總樣品的18.52%（圖2）。上沙溪廟組地層水主要以第二類中等礦化度為主，認為地層水主要以沙溪廟組沉積、成藏時期的原始地層水為主，高礦化度地層水含量次之。

圖2 研究區侏羅系沙溪廟組地層水總礦化度直方圖

2.2 下沙溪廟組地層水類型特征

下沙溪廟組地層水第一類占總樣品數的21.82%，第二類占總樣品數的45.45%，第三類占總樣品數的32.73%（圖2）。下沙溪廟組地層水主要以第二類中等礦化度為主，說明該層地層水主要為沙溪廟組沉積、成藏時期的原始地層水，但其樣本占比較上沙溪廟組呈現明顯的降低趨勢；高礦化度地層水樣本占比較上沙溪廟組明顯增加，說明下沙溪廟組地層中混入來自于須家河組地層中的高礦化度地層水，這類鉆井多出現在強構造變形和斷層附近。

3 不同成因地層水對含水飽和度的影響

東坡沙溪廟組地層水特征差異大，不同類型的地層水礦化度對地層水的電阻率影響較大。由于鉆井測試或者生產前無法獲得地層水實驗數據，因此，過去通常采用統一的地層水電阻率估算含水飽和度，導致計算結果與實際的含水飽和度誤差較大，從而影響對儲層含氣性的準確判斷。

3.1 地層含水飽和度

地層含水飽和度是評價儲集層含油性的基礎，是劃分油、氣、水層的標準和依據，通常采用阿爾奇公式計算求得。阿爾奇公式是利用測井資料定量計算含油飽和度的基礎，因此采用該公式建立儲層含水飽和度測井解釋模型。不同的油氣藏由于具有不同的巖石物理特性，a、b、m、n的取值也不同［10]。

式中，a為與巖性有關的巖性系數；b為與巖性有關的常數；m為膠結指數；n為飽和度指數；Rw為地層水電阻率，Ω·m；Rt為地層電阻率，Ω·m；φ為孔隙度。

在其他參數一定的情況下，地層水電阻率是影響儲層含水飽和度的關鍵參數，同時，地層水電阻率的精度直接影響測井解釋結論的正確性。如前所述，地層水電阻率的大小取決于地層水的礦物成分、礦化度大小以及埋藏深度，礦物成分不同導致導電性質不同，相同含量不同礦物的導電性不同，從而造成地層水電阻率不同。

3.2 地層水礦化度對含水飽和度的影響

經過研究區長期勘探開發實踐證實，該區氣層的典型電性特征之一為高電阻率（大于35 Ω·m），水層的典型電性特征為低電阻率（小于20 Ω·m）。

實鉆證實，研究區存在高電阻水層的A1井以及低電阻氣層的B1井，均出現采用單一的地層水電阻率計算儲層含水飽和度與實際測試結果相矛盾的現象。A1井的Js31-2砂組測井解釋地層電阻率為40 Ω·m，采用單一地層水電阻率計算得出的含水飽和度為30%，測試前對井段2 515～2 543 m儲層評價為氣層，經測試，該層獲得商業氣流，產水量為36 m3／d。測試后對水資料進行分析，該井Js31-2砂組地層水水型為CaCl2型，地層水礦化度為13 000 mg／L，TDS值偏低，屬于第二類地層水，由實測的礦化度折算該層地層水電阻率為0.43 Ω·m。根據阿爾奇公式計算得出該層含水飽和度為55%，評價為氣水同層（圖3），運用新模型計算得出的含水飽和度更高，與實際產水情況更吻合。

圖3 A1井Js31-2砂組測井解釋圖

B1井的Js33-2砂組測井解釋地層電阻率為17.4 Ω·m，采用單一地層水電阻率計算得出的含水飽和度為65%，測試前對井段2 896～2 901 m進行儲層評價，為含氣水層，經測試，該層獲得商業氣流，產水量為28 m3／d。由實驗數據可知，該井Js33-2砂組地層水水型為CaCl2型，地層水礦化度為60 837 mg／L，TDS值較高，屬于第三類地層水，折算該層地層水電阻率為0.12 Ω·m，根據阿爾奇公式計算得出該層含水飽和度為48%（圖4），評價為氣水同層，較之前采用單一的地層水電阻率計算得出的含水飽和度更合理，與實際產水情況更吻合。

圖4 B1井Js33-2砂組測井解釋圖

沉積巖石的電阻率主要受巖石顆粒、組織結構以及巖石孔隙中所含的流體性質影響，而巖石骨架導電能力很差，因此沉積巖的導電能力主要取決于地層水電阻率，而地層水電阻率與地層水所含鹽類化學成分、礦化度以及溫度有關［11-13]。在假設溫度不變的情況下，地層水電阻率主要取決于地層水的離子組合以及礦化度。而不同礦化度的地層水，由于其水中離子濃度不同，它的導電能力則不同，從而造成地層水的電阻率不同。通常情況下，隨著地層水礦化度的升高，導電能力增強，地層水電阻率降低；反之，若地層水礦化度降低，則地層水電阻率升高［14-15]。根據阿爾奇公式可知，由于儲層含水飽和度受多個參數影響，地層水礦化度與含水飽和度并非呈絕對的負相關關系，受巖石物理參數以及成藏演化過程的影響，因此對于不同地區、不同氣藏甚至是同一氣藏、同一套砂組，需要綜合考慮多種因素分別建立含水飽和度模型才能更加準確地判定流體性質。

4 結論

1）川西坳陷東坡地區沙溪廟組地層水水型總體以CaCl2為主，見少量Na2SO4型和MgCl2型地層水，地層水礦化度主要介于3 300.0～96 280.0 mg／L，平均礦化度為32 000 mg／L，地層水礦化度偏低，主要離子組成及地層水礦化度特征在垂向上和平面上均存在著一定的差異。

2）根據地層水礦化度值的范圍將研究區地層水劃分為低礦化度、中等礦化度及高礦化度地層水3類。上、下沙溪廟組均以第二類中等礦化度地層水為主，高礦化度地層水次之，含少量低礦化度地層水。隨著埋深增加，下沙溪廟組低礦化度地層水呈現升高、中等礦化度地層水呈現降低、高礦化度地層水呈現升高的趨勢。

3）采用單一地層水電阻率計算儲層含水飽和度，導致在研究區存在高電阻水層、低電阻氣層的鉆井，通過不同地層水礦化度折算地層水電阻率求得的含水飽和度、儲層含氣性評價與實際測試更加吻合。

4）地層水礦化度與儲層含水飽和度并非呈絕對的負相關關系，受巖石物理參數以及成藏演化過程的影響，對于不同地區、不同氣藏甚至是同一氣藏、同一套砂組，不能根據地層水礦化度單一參數判斷其儲層含水飽和度的高低。