颜学梅苏锦义王玲辉周 玲

（1.中国石化西南油气分公司勘探开发研究院，四川 成都 610041；

2.中国石化西南油气分公司地质中心实验室，四川 成都 610081）

0 引言

地层水作为含油气盆地的三大流体之一，是地下流体的重要组成部分，它不仅是反映油气运聚与保存条件的重要因素［1]，而且也是评价地层中流体性质的重要因素。四川盆地川西坳陷东坡侏罗系沙溪庙组存在多种不同类型的地层水，地层水矿化度介于3 300.0～96 280.0 mg／L，垂向上和平面上差异大。测井解释含水饱和度精度差，直接影响测井解释结论的正确性。地层水电阻率的大小取决于黏土矿物、孔隙结构和地层水矿化度，其中最直接的因素是地层水矿化度［2]。前人针对该区地层水开展了一系列研究工作，分析了地层水成因、化学特征及水岩作用机制，但是尚未开展不同类型地层水对含水饱和度的影响分析［3-7]。由于在钻井测试或开发生产前缺少足够的地层水资料，因而采用单一的地层水电阻率建立含水饱和度模型导致精度不高，影响了对储层的含气性评价。笔者在地层水分类的基础上，分析了不同地层水矿化度对储层含水饱和度精度的影响。

1 地层水基本特征

川西坳陷东坡沙溪庙组地层水主要离子组成及地层水矿化度特征差异明显。本次研究共收集了研究区上、下沙溪庙组82个地层水数据，地层水pH值一般为6，部分样品的pH值达8.36，呈现出比较明显的碱性水特征。其中上沙溪庙组27个样品的总矿化度最小值为3 810.2 mg／L，最大值为59 370.0 mg／L，平均值为29 065.5 mg／L；下沙溪庙组55个样品总矿化度最小值为3 300.0 mg／L，最大值为96 280.0 mg／L，平均值为34 731.8 mg／L。

1.1 主要离子组成

研究区沙溪庙组从上至下分为上、下沙溪庙组两个层位，地层水中所含离子种类主要有K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-和HCO3-。在主要阴离子中Cl-含量最高，主要介于1 998.0～61 677.0 mg／L，从上沙溪庙组到下沙溪庙组Cl-含量呈增高趋势；SO42-含量次之，主要介于5.0～2 263.6 mg／L，HCO3-含量极少，主要介于17.0～368.0 mg／L。从上沙溪庙组到下沙溪庙组SO42-和HCO3-含量呈现递减趋势（表1）。在主要阳离子中，K+＋Na+含量最高，上、下沙溪庙组平均含量分别为8 667.0 mg／L、7 841.6 mg／L，从上沙溪庙组到下沙溪庙组K+＋Na+含量呈现递减趋势，整个沙溪庙组K+＋Na+含量平均值为8 254.0 mg／L；Ca2+含量次之，Mg2+含量最少。东坡地区沙溪庙组主要阴离子、阳离子含量变化范围相对较小，反映了地层水的水—岩相互作用强度以及受后期影响差别不大。

表1 研究区上、下沙溪庙组地层水主要化学组成表 单位：mg／L

1.2 地层水矿化度

地层水矿化度是地下水动力场和水化学场长期演化的结果，与古沉积环境、蒸发浓缩程度、地层水来源等因素有关。在地层水常量组分保持相对不变的情况下，矿化度越高，表明其保存条件越好［8]。研究区沙溪庙组地层水总体以CaCl2型地层水为主，其矿化度特征在纵向上和平面上均存在着一定的差异。

1.2.1 纵向特征

对研究区上沙溪庙组27个地层水资料进行分析，CaCl2型地层水占分析样品总数的90%，其次有少量Na2SO4型和NaHCO3型地层水，所占比例分别为7%和3%。地层水矿化度主要介于3 810.2～59 370.0 mg／L，平均矿化度为29 065.5 mg／L，矿化度整体较低，反映了以隔绝良好的封闭构造中形成的CaCl2型地层水为主，同时也存在过渡性构造条件出现的Na2SO4型和NaHCO3型地层水。

对研究区下沙溪庙组55个地层水资料进行分析，CaCl2型地层水占分析样品总数的96%，其次有极少量Na2SO4型和MgCl2型地层水，所占比例均为2%。地层水类型主要为CaCl2型，地层水矿化度主要介于3 300.0～96 280.0 mg／L，平均矿化度为34 731.8 mg／L，较上沙溪庙组地层水平均矿化度值升高。研究区侏罗系沙溪庙组地层水平均矿化度随着埋深的增加呈现升高的趋势（图1），反映了该区下沙溪庙组地层水形成时期环境较上沙溪庙组更为封闭，保存条件较上沙溪庙组更好。

图1 研究区沙溪庙组地层水平均矿化度分布直方图

1.2.2 平面特征

根据平面位置及构造将研究区分为中江、丰谷—高庙及合兴场—知新场3个地区，这3个地区的沙溪庙组地层水平均矿化度分别为28 700 mg／L、34 800 mg／L和39 300 mg／L。而合兴场—知新场地区地层水矿化度主要介于25 000～60 000 mg／L，明显高于中江、丰谷—高庙地区，这是由于合兴场—知新场地区发育有多条断到须家河组的断层，断层沟通深部高矿化度的地层水，造成该区地层水具有较高的矿化度。

2 地层水分类

川西坳陷中侏罗统沙溪庙组原始地层水具有中等矿化度、中等SO42-含量、低Na／K值、较低Na／Mg值的特征，以CaC12型为主，须家河组地层水总体呈现高浓缩地层水特征，地层水矿化度较高，大于50 000 mg／L［9]。而东坡沙溪庙组地层水总体上具有中—低矿化度的化学特征，同时可见少量位于断层附近的高矿化度地层水（大于50 000 mg／L），表明存在沿着断层从下部须家河组沟通至沙溪庙组地层的地层水。根据地层水矿化度值的范围将该区地层水分为3类：①低矿化度地层水，其总溶解固体（TDS）小于10 000 mg／L，主要为来自蒸发作用产生的凝析水；②中等矿化度地层水，其TDS值介于10 000～40 000 mg／L，主要为沙溪庙组原始地层水；③高矿化度地层水，其TDS值大于40 000 mg／L，主要为沙溪庙组原始地层水混合了一部分来自深部须家河组的高矿化度地层水。

2.1 上沙溪庙组地层水类型特征

根据上述地层水的分类标准，上沙溪庙组地层水第一类占总样品的3.70%，第二类占总样品的77.78%，第三类占总样品的18.52%（图2）。上沙溪庙组地层水主要以第二类中等矿化度为主，认为地层水主要以沙溪庙组沉积、成藏时期的原始地层水为主，高矿化度地层水含量次之。

图2 研究区侏罗系沙溪庙组地层水总矿化度直方图

2.2 下沙溪庙组地层水类型特征

下沙溪庙组地层水第一类占总样品数的21.82%，第二类占总样品数的45.45%，第三类占总样品数的32.73%（图2）。下沙溪庙组地层水主要以第二类中等矿化度为主，说明该层地层水主要为沙溪庙组沉积、成藏时期的原始地层水，但其样本占比较上沙溪庙组呈现明显的降低趋势；高矿化度地层水样本占比较上沙溪庙组明显增加，说明下沙溪庙组地层中混入来自于须家河组地层中的高矿化度地层水，这类钻井多出现在强构造变形和断层附近。

3 不同成因地层水对含水饱和度的影响

东坡沙溪庙组地层水特征差异大，不同类型的地层水矿化度对地层水的电阻率影响较大。由于钻井测试或者生产前无法获得地层水实验数据，因此，过去通常采用统一的地层水电阻率估算含水饱和度，导致计算结果与实际的含水饱和度误差较大，从而影响对储层含气性的准确判断。

3.1 地层含水饱和度

地层含水饱和度是评价储集层含油性的基础，是划分油、气、水层的标准和依据，通常采用阿尔奇公式计算求得。阿尔奇公式是利用测井资料定量计算含油饱和度的基础，因此采用该公式建立储层含水饱和度测井解释模型。不同的油气藏由于具有不同的岩石物理特性，a、b、m、n的取值也不同［10]。

式中，a为与岩性有关的岩性系数；b为与岩性有关的常数；m为胶结指数；n为饱和度指数；Rw为地层水电阻率，Ω·m；Rt为地层电阻率，Ω·m；φ为孔隙度。

在其他参数一定的情况下，地层水电阻率是影响储层含水饱和度的关键参数，同时，地层水电阻率的精度直接影响测井解释结论的正确性。如前所述，地层水电阻率的大小取决于地层水的矿物成分、矿化度大小以及埋藏深度，矿物成分不同导致导电性质不同，相同含量不同矿物的导电性不同，从而造成地层水电阻率不同。

3.2 地层水矿化度对含水饱和度的影响

经过研究区长期勘探开发实践证实，该区气层的典型电性特征之一为高电阻率（大于35 Ω·m），水层的典型电性特征为低电阻率（小于20 Ω·m）。

实钻证实，研究区存在高电阻水层的A1井以及低电阻气层的B1井，均出现采用单一的地层水电阻率计算储层含水饱和度与实际测试结果相矛盾的现象。A1井的Js31-2砂组测井解释地层电阻率为40 Ω·m，采用单一地层水电阻率计算得出的含水饱和度为30%，测试前对井段2 515～2 543 m储层评价为气层，经测试，该层获得商业气流，产水量为36 m3／d。测试后对水资料进行分析，该井Js31-2砂组地层水水型为CaCl2型，地层水矿化度为13 000 mg／L，TDS值偏低，属于第二类地层水，由实测的矿化度折算该层地层水电阻率为0.43 Ω·m。根据阿尔奇公式计算得出该层含水饱和度为55%，评价为气水同层（图3），运用新模型计算得出的含水饱和度更高，与实际产水情况更吻合。

图3 A1井Js31-2砂组测井解释图

B1井的Js33-2砂组测井解释地层电阻率为17.4 Ω·m，采用单一地层水电阻率计算得出的含水饱和度为65%，测试前对井段2 896～2 901 m进行储层评价，为含气水层，经测试，该层获得商业气流，产水量为28 m3／d。由实验数据可知，该井Js33-2砂组地层水水型为CaCl2型，地层水矿化度为60 837 mg／L，TDS值较高，属于第三类地层水，折算该层地层水电阻率为0.12 Ω·m，根据阿尔奇公式计算得出该层含水饱和度为48%（图4），评价为气水同层，较之前采用单一的地层水电阻率计算得出的含水饱和度更合理，与实际产水情况更吻合。

图4 B1井Js33-2砂组测井解释图

沉积岩石的电阻率主要受岩石颗粒、组织结构以及岩石孔隙中所含的流体性质影响，而岩石骨架导电能力很差，因此沉积岩的导电能力主要取决于地层水电阻率，而地层水电阻率与地层水所含盐类化学成分、矿化度以及温度有关［11-13]。在假设温度不变的情况下，地层水电阻率主要取决于地层水的离子组合以及矿化度。而不同矿化度的地层水，由于其水中离子浓度不同，它的导电能力则不同，从而造成地层水的电阻率不同。通常情况下，随着地层水矿化度的升高，导电能力增强，地层水电阻率降低；反之，若地层水矿化度降低，则地层水电阻率升高［14-15]。根据阿尔奇公式可知，由于储层含水饱和度受多个参数影响，地层水矿化度与含水饱和度并非呈绝对的负相关关系，受岩石物理参数以及成藏演化过程的影响，因此对于不同地区、不同气藏甚至是同一气藏、同一套砂组，需要综合考虑多种因素分别建立含水饱和度模型才能更加准确地判定流体性质。

4 结论

1）川西坳陷东坡地区沙溪庙组地层水水型总体以CaCl2为主，见少量Na2SO4型和MgCl2型地层水，地层水矿化度主要介于3 300.0～96 280.0 mg／L，平均矿化度为32 000 mg／L，地层水矿化度偏低，主要离子组成及地层水矿化度特征在垂向上和平面上均存在着一定的差异。

2）根据地层水矿化度值的范围将研究区地层水划分为低矿化度、中等矿化度及高矿化度地层水3类。上、下沙溪庙组均以第二类中等矿化度地层水为主，高矿化度地层水次之，含少量低矿化度地层水。随着埋深增加，下沙溪庙组低矿化度地层水呈现升高、中等矿化度地层水呈现降低、高矿化度地层水呈现升高的趋势。

3）采用单一地层水电阻率计算储层含水饱和度，导致在研究区存在高电阻水层、低电阻气层的钻井，通过不同地层水矿化度折算地层水电阻率求得的含水饱和度、储层含气性评价与实际测试更加吻合。

4）地层水矿化度与储层含水饱和度并非呈绝对的负相关关系，受岩石物理参数以及成藏演化过程的影响，对于不同地区、不同气藏甚至是同一气藏、同一套砂组，不能根据地层水矿化度单一参数判断其储层含水饱和度的高低。