四川盆地南川地区及邻区页岩气保存差异的流体响应特征.pdf
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1、2023年第13卷 第4期油气藏评价与开发PETROLEUM RESERVOIR EVALUATION AND DEVELOPMENT四川盆地南川地区及邻区页岩气保存差异的流体响应特征楼章华1,张欣柯1,吴宇辰1,高玉巧2,张培先2,金爱民1,朱 蓉1(1.浙江大学海洋学院,浙江 舟山 316021;2.中国石化华东油气分公司勘探开发研究院,江苏 南京 210011)摘要:四川盆地南川地区及邻区上奥陶统五峰组下志留统龙马溪组页岩气勘探开发已取得丰硕成果,但如何利用流体特征综合分析各区块页岩气保存差异值得关注。研究表明:随着开采时间延长,产出水矿化度逐渐升高,且明显不同于压裂液,表明页岩层内存在
2、可动地层水,其矿化度超过50 g/L,CaCl2水型;富集高产井低产水,矿化度低,NaHCO3水型,具有凝析水特征;不同保存条件下,产出水氘、氧同位素特征随时间而有不同变化,盆内高压稳定区块,逐步偏离大气降水线,盆外常(低)压复杂区块,一直靠近大气降水线;从盆内到盆外,由深至浅,页岩裂缝充填方解石脉流体包裹体的均一温度逐渐降低(从240 至90),包裹体盐水的变质系数也逐渐变大,反映了页岩气保存条件的差异破坏程度。关键词:页岩气;保存条件;水化学特征;同位素;南川中图分类号:TE37文献标识码:AFluid response characteristics of shale gas prese
3、rvation differences in Nanchuan and itsadjacent blocks in Sichuan BasinLOU Zhanghua1,ZHANG Xinke1,WU Yuchen1,GAO Yuqiao2,ZHANG Peixian2,JIN Aimin1,ZHU Rong1(1.Ocean College,Zhejiang University,Zhoushan,Zhejiang 316021,China;2.Research Institute of Exploration&Development,Sinopec East China Oil and G
4、as Company,Nanjing,Jiangsu 210011,China)Abstract:The exploration and development of shale gas in Upper Ordovician Wufeng Formation to Lower Silurian LongmaxiFormation in Nanchuan and its adjacent blocks have yielded fruitful results.However,it is crucial to pay closer attention to thecomprehensive u
5、se of fluid characteristics for analyzing the differences in shale gas preservation conditions in each block.Researchfindings reveal the following key points:With the prolongation of recovery time,the mineralization degree of the produced watergradually increases,exhibiting notable differences from
6、fracturing fluid.This suggests the presence of the presence of movableCaCl2-rich formation water in shale layer,characterized by a mineralization degree exceeding 50 g/L;Enriched and high-yieldwells exhibit low water production,low mineralization and rich in NaHCO3,which are indicative of condensate
7、 water;Underdifferent preservation conditions,the deuterium oxygen isotopes of the produced water vary with time.The high pressure stableblock in the basin gradually deviates from the atmospheric precipitation line,while the normal(low)pressure complex blockoutside the basin remains close to the atm
8、ospheric precipitation line;From the inside to the outside of the basin and fromdeep to shallow,the homogenization temperature of fluid inclusions in shale fracture filled calcite veins gradually decreases(from240 to 90).Simultaneously,the metamorphism coefficient of the inclusions also gradually in
9、creases,reflecting the degree ofdifferential damage of shale gas preservation conditions.Keywords:shale gas;preservation condition;hydrochemical characteristics;isotope;Nanchuan引用格式:楼章华,张欣柯,吴宇辰,等.四川盆地南川地区及邻区页岩气保存差异的流体响应特征J.油气藏评价与开发,2023,13(4):451-458.LOU Zhanghua,ZHANG Xinke,WU Yuchen,et al.Fluid re
10、sponse characteristics of shale gas preservation differences in Nanchuan andits adjacent blocks in Sichuan BasinJ.Petroleum Reservoir Evaluation and Development,2023,13(4):451-458.DOI:10.13809/32-1825/te.2023.04.006收稿日期:2022-03-07。第一作者简介:楼章华(1963),男,博士,教授,主要从事地质流体与油气成藏保存研究。地址:浙江省舟山市浙江大学舟山校区海科楼,邮政编码:
11、316021。E-mail:通信作者简介:朱蓉(1974),女,博士,副研究员,主要从事地质流体与油气成藏保存研究。地址:浙江省舟山市浙江大学舟山校区海科楼,邮政编码:316021。E-mail:基金项目:国家科技重大专项“彭水地区常压页岩气勘探开发示范工程”(2016ZX05061);中国石化科技项目“渝东南盆缘转换带页岩气富集主控因素研究”(P18057-2);中国石化科技项目“南川复杂构造带页岩气勘探开发关键技术”(P19017-3)。4512023年第13卷 第4期楼章华,等.四川盆地南川地区及邻区页岩气保存差异的流体响应特征中国海相页岩气资源丰富,主要分布在四川盆地及周缘地区,已建成
12、涪陵、昭通、长宁威远等上奥陶统五峰组下志留统龙马溪组国家级页岩气示范区1-7。虽然具有自生自储、吸附而不易扩散等特征,使得页岩气相对于常规天然气而言保存条件的要求降低,但勘探实践证明,保存条件依然制约了页岩气的分布和富集。构造作用、顶底板条件、地层压力特征和页岩含气性等是评价页岩气保存条件的主要条件2,4-5。地层流体特征在常规油气保存条件的定量评价中具有重要作用,高矿化度、CaCl2型地层水反映了封闭的水文地质环境8-15,如何从地层流体角度分析页岩气保存条件值得探索。但是经历深埋的页岩层物性致密,地层水处于束缚水状态,尤其是富气页岩层含水饱和度较低,通常难以获得原始地层水化学资料,而大量压
13、裂液的存在又使得直接利用、分析现今地层水化学特征与页岩气保存关系存在一定困难。因此,目前研究地层流体与页岩气成藏保存关系的工作非常少。何顺等16统计认为保存较好的页岩地层水水型以CaCl2和NaCl型为主,以NaHCO3和Na2SO4型为主的地层水与大气水相贯通,保存条件相对差。姜磊等17通过裂缝充填方解石脉锶、碳和氧同位素特征测试,揭示了构造带不同位置古流体活动与页岩气保存的关系。黎琼等18则对渝东南地区五峰组龙马溪组页岩气储层流体地球化学特征进行了研究,认为页岩气逸散的主要时间是从晚白垩世开始。张光荣19等尝试性做了基于地层水指标的页岩气保存条件评价,认为存在大型断裂发育区地层水下渗型和残
14、留向斜区地层水向心流型两种大气水下渗作用模式,CaCl2水型反映良好的页岩气保存条件。利用开发过程中产出水化学特征的动态变化判识地层流体的成因,进而结合古流体性质,综合分析南川彭水地区页岩气的差异保存和富集规律。1地质背景南川及邻区属于四川盆地东南部的隔槽隔挡过渡带,受阳春沟、乌江大千、大耳山茶园、胡家园和彭水5条走滑大断裂控制,由一系列复背斜和复向斜组成(图1),平桥、东胜背斜位于齐岳山断裂带以西的盆内缘,武隆、桑柘坪、道真等向斜分布在齐岳山断裂带以东的盆外缘,共同经历了加里东期、印支期、燕山期和喜马拉雅期等多期构造运动,不同区块变形强度、构造样式和断裂发育以及隆升剥蚀幅度都有较大差异。盆内
15、的南川构造带自东向西:构造递进变形,改造强度东强西弱,抬升幅度东图1南川地区主要断裂分级分布Fig.1Graded distribution of major faults in the Nanchuan Area452楼章华,等.四川盆地南川地区及邻区页岩气保存差异的流体响应特征2023年第13卷 第4期图2南川及邻区页岩气井产出水化学特征Fig.2Geochemical features diagram of produced water from shale gas wells in Nanchuan and its adjacent blocks高西低;构造样式由冲断构造带(石门)过渡
16、到逆冲推覆带(平桥、东胜),再到滑脱变形带(南川断鼻、神童坝向斜);控边断层的断距逐渐变小;上奥陶统五峰组下志留统龙马溪组的页岩埋深1 5005 000 m,自东向西、从南向北逐步变深,平桥构造带主体埋深 2 0003 800 m,东胜构造带主体埋深2 0004 200 m。盆外的武隆彭水地区形成一系列线型-弧形断褶带,由NE向的背斜和向斜相间构成,其页岩主要分布于残留向斜,埋深适中(1 5004 000 m)20。2产出水化学性质用于油气勘探研究的地下水通常为无污染的沉积地层水,其水化学性质一般在地层测试过程中获得,反映了油气赋存的水文地质环境。与常规油气田地下水不同,由于页岩气开发过程中大
17、量注水,返排率普遍不超过50%。因此,现有采集分析的水样都是受压裂液不同程度影响的地层水,但即使如此,依然可以分析得出一些内在的成因性规律。南川及邻区采集水样Cl-为主,1 00030 500 mg/L,其次是Na+,1 00022 500 mg/L,Ca2+、Mg2+、SO42-、HCO3-基本都小于2 000 mg/L,矿化度为4 00050 000 mg/L,且随时间变化而逐渐增加。开采初期,出水量大,推测是低矿化度的返排压裂液,开采1 2个月后,产出水的矿化度超过20 000 mg/L,水化学特征明显有别于压裂液19,且随着开发过程的持续,产出水矿化度具有逐渐增大至50 000 mg/
18、L的总体趋势,Cl-也有相应的变化规律(图2),说明页岩中原有的地层水开始逐渐进入井筒。因此,可以推测页岩内赋存地层水的矿化度超过50 000 mg/L。产出水样的水型主要为CaCl2型,其次是NaHCO3型,还有部分MgCl2型和Na2SO4型。考虑到压裂液的影响,通常出现在开发初期的Na2SO4型和NaHCO3型水样,并不能反映其采样井所在地区处于水文地质开放环境体系,或者说页岩气保存条件已被彻底破坏。但开采中后期总体以CaCl2型为主,可以反映页岩层的水文地质封闭环境,即使是盆外缘的武隆、桑柘坪、道真向斜,依然存在CaCl2型水,这也体现了强改造区页岩气保存条件通常比常规天然气保存条件要
19、好。比较特殊的是,在盆内缘保存条件良好的高压富气区,后期稳产后普遍产出NaHCO3型水,矿化度也低于30 000 mg/L(表1),如焦页1井、焦页194-3井、焦页195-3井、胜页2井和焦页10井等,涪陵礁石坝焦页1井和焦页1-3井甚至低于10 000 mg/L,结合其产气量、出水量、返排率、气水比以及氘、氧同位素特征等,可以判识为凝析水,如焦页1井连续两年日产气量在5104m3以上,而日产水量则都在1 m3以内(图 3)。因此,高压富气区高产气,低产水,矿化度低,产出水样水型为NaHCO3型和CaCl2型。3产出水氘、氧同位素特征结合产出水化学性质、返排率等,产出水氘、氧同位素特征可以进
20、一步有效判识流体的成因或来源,进而分析页岩气保存条件的差异。早期返排率低,压裂液为主,产出水普遍低矿化度,氘、氧同位素落点于或邻近大气降水线。随着开采后返排率增加,不同保存条件区块产出水的矿化度和氘、氧同位素随时间变化存在较大差异。焦页195-3井位于平桥背斜主体区,区域封存条件好,压力系数 1.32,测试产气量为 31.7104m3/d。初期产出水矿化度为19 000 mg/L,MgCl2水型、CaCl2水型。随着时间延长,矿化度相对稳定,现今为4532023年第13卷 第4期楼章华,等.四川盆地南川地区及邻区页岩气保存差异的流体响应特征22 000 mg/L,NaHCO3水型。产液量一直较
21、低,小于5 m3/d。氘、氧同位素总体随时间变化而逐渐偏离大气降水线,反映了压裂液到沉积埋藏地层水为主的成因变化(图4a)。焦页 205-1 井位于平桥背斜西区的断层控制带,保存条件受到一定影响,虽然压力系数1.35,但测试产气量只有10.7104m3/d。初期产出水矿化度为20 000 mg/L,NaHCO3水型,主要为压裂液,之后产图3焦石坝焦页1HF井五峰组龙马溪组一段试采曲线Fig.3Production test curve of Well-Jiaoye-1HF in the first member of Wufeng-Longmaxi Formation in Jiaoshiba
22、构造平桥背斜南主体平桥西断裂带平桥南斜坡东胜背斜武隆向斜桑柘坪向斜井号焦页195-3HF焦页200-1HF焦页195-1HF焦页194-3HF焦页205-1HF焦页10-10HF焦页10HF胜页9-1HF胜页2HF隆页1HF隆页2HF隆页3HF彭页3HF日产气量/m391 634.6068 302.9959 651.4458 414.2319 998.4037 466.7135 007.3965 430.7764 987.6317 335.8917 059.7412 223.553 008.36日产液量/m34.672.832.171.5714.7710.2415.4411.9414.614.
23、936.11107.985.83返排率/%21.2712.7713.719.8749.2133.2937.9834.4028.1031.1838.1119.9331.77生产天数/d1 3641 4381 4921 4281 0698729035128742 1601 149882 488矿化度/(mg/L)21 904.2220 360.2017 257.7618 726.9631 851.4117 842.9425 112.9415 651.1520 231.0540 002.2135 397.5838 865.9131 407.42压力系数1.321.311.321.321.351.12
24、1.181.141.201.081.061.081.05测试产气量/(104m3/d)31.7089.5022.7034.3010.709.0119.6010.0332.804.609.207.203.80表1南川及邻区部分页岩气井生产数据统计Table 1Production data statistics of shale gas well in Nanchuan and its adjacent blocks注:CNG为压缩天然气。454楼章华,等.四川盆地南川地区及邻区页岩气保存差异的流体响应特征2023年第13卷 第4期出水矿化度也逐渐增大,并稳定在31 500 mg/L左右,CaC
25、l2水型。产出水氘、氧同位素落点总体也随时间变化而逐渐偏离大气降水线(图4b),但产液量一直较高,最初近300 m3/d,生产超过1 000 d后,仍然稳定在15 m3/d,返排率约50%,明显有别于无断裂发育区页岩气井的产液量(变化)。因此,推测后期产出水主要来自西侧的平桥西断裂(缝)带。盆外武隆向斜的保存条件明显受到区域性破坏,普遍常压,测试产气量都低于 10104m3/d。隆页 2 井早期受压裂液影响,产出水矿化度较低,为26 000 mg/L,之后逐渐增加至 35 000 mg/L,水型为CaCl2型。后期矿化度又明显下降为10 000 mg/L,水型变为NaHCO3型。但氘、氧同位素
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