地层水与残酸、钻井液混合液特征分析.pdf

天 然 气 勘 探 与 开 发 2 0 1 1 年4月出版 地层水 与残酸 、 钻井液混合液特征分析 关 云梅王兰生张鉴张琦施雨华 中国石油西南油气 田公 司勘探开发研究院 摘要 从水样 p H值、 无机阴阳离子匹配状况以及水中C 1 一 、 C a 2 、 M g 2 含量等多项指标， 分析了地层水与残 酸、 钻井液的混合液的特征， 总结归纳出了用于生产监测中， 判断所取地层水样是否正常的特征指标， 可用于判断 酸化后或使用钻井液进行相关作业后的液体返排是否彻底 ， 所取水样是否能代表正常地层水等。目前， 该判识方 法已在川渝油气田的多个油气藏得到了广泛应用。表4参 3 关键词地层水残酸钻井液p H值水型阴阳离子含量 一 般而言， 油气 田地层水矿化度都非常高 ， 从每 升几十克至数百克不等 ， 而在钻井施工过程中注人的 钻井液或采取酸化措施后形成 的残酸， 因其浓度很 大， 尤其是某些离子含量很高 ， 对地层水成分甚至水 型的判断都会产生影响。在酸化施工后残酸未排尽 时所取水样或钻井作业后未清除完钻井液时所取的 水样不能代表正常的地层水。对地层水与残酸、 钻井 液混合液的特征进行分析， 找出判断是否是真实地层 水的标准并应用于生产 ， 具有重要意义。 l 残酸对地 层水 的影响及其混合液 的 特征 酸化作业过程 中， 注人 的盐酸溶液与碳酸盐岩 石发生溶蚀 作用， 释放 出二 氧化碳 ， 生成 C a C 1 ， 从 而使水中的 c a 与 C l 一 含量升高 ， 即 C a C O 3 Mg C O 3 H C 1 - - C a C 1 2 Mg C l 2 H 2 0 C O 2 t 因此， 当酸化施工后 ， 在残酸未排尽时， 所取水 样中的c a 与 C l 一 含量远远高于其它离子含量， 总 矿化度中 C a 与 C l 一 含量起到决定性作用 ， 形成氯 化钙型水型。但实际这是一个假像， c a 、 M g 与 c l 一 含量已不是真实地层水的 c a “、 M g “与 c l 一 含 量， 远远高于其真实值⋯。这时， 用该水样的分析 结果对地层情况进行判断 ， 将会得出错误结论。那 么， 如何判断所取水样是否代表真实的地层水呢 这可以从水样的 p H值、 无机阴阳离子含量匹配状 况、 C l 一 、 C a “、 Mg 含量来进行判断。 1 ． 1 水样的 p H值 酸化后水样呈酸性 ， p H值低于 5 。通常地层水 的p H值随矿化度的升高而降低。中等矿化度区 p H值为7 8 ； 高矿化度区 p H值为5 7 ， 呈微酸 性 【 2 ] 。排酸完全后 ， p H值趋 于正 常， 较稳定 ， 不会 产生变化。 1 ． 2 无机阴阳离子含量匹配状况 酸化时， 酸液带人大量 H ， 由于 H 浓度不在 常规测量项 目中， 故所 测得 的阴离子含量远大于阳 离子含量。一旦排酸彻底后 ， 呈现地层水真实特征 ， 所测得的阴阳离子含量达到平衡并稳定。 1 ． 3 C 1 一 、 C a “、 Mg “含量 酸化后的液样， C I 一 、 C a “、 Mg “含量异常高， C a “ 含量甚至高于 N a 含量。一旦残酸排尽后 ， 呈现地层 水真实特征， c l 一 、 c a “、 M g 。 含量大大降低， C a 2 含量 一 般 比N a 含量低一个数量级， 并趋于稳定。 如 四川盆地 x井嘉陵江组气藏 ， 在酸化施工后 的残酸液排出过程 中， 水样 中的 C a “、 Mg 含量由 每升数万毫克下降至每升数百毫克。在嘉陵江组地 层 中， 因膏 盐层 发 育 ， 地层 水 冲刷膏盐 层 而富含 s O ， ca 、M g 含量不应太高。当酸液未排尽 时， 水样 p H值偏低， 呈强酸性， C a 、 M g 2 含量呈现 异常高的现象， 阴阳离子含量不匹配， 此时所取水样 就不是真实的地层水。随着排酸过程的进行， N a 、 K 含量变化不大， 但水样 p H值逐渐增大， C l 一 、 Ca “ 、M g 。 含量逐渐降低， 阴阳离子含量之差逐渐 变小。当水样 p H值呈现中性， C l 一 、 C a “、 M g 含量 作者简介关云梅， 女， 1 9 6 8 年出生， 工程师； 主要从事油气田水分析研究工作。地址 6 1 0 0 5 1 四川省成都市建设北路一段 8 3 号。电 话 0 2 8 8 6 0 1 5 6 2 2 。Em a i l g u a n y m p e t r o e h i n a ． C O IT I , c n ． 6 2 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 4卷第 2期 天 然 气 勘 探 与 开 发 趋于稳定 ， 阴阳离子含量趋于平衡时 ， 此时所取的水 样才为地层水 表 1 。 表 1 X井嘉陵江组水样离子含量与p H值的关系 2 钻井液对地层水的影响及其混合液 的特征 钻井施工作业时 ， 由于钻井液 中含有大量磺基 化合物且 p H值高 ， 进人地层后就会 导致 地层水 中 的 S O 增 加 ， 并呈 强 碱 性 ， 水 样 中 的 N a 、 K 、 S O 含量异常高 ， 总矿化度 中 N a 、 K 与 S O 一 含 量起决定因素 ， 水型为硫酸钠型。随着钻井液的清 除， N a 、 K 及 S O 含量逐渐回落， 接近真实地层 水的特征 ， 水型也会产 生变化。在钻井施工过程 中 如何判断所取水样是否代表真实的地层水 ， 也可 以 通过水样的 p H值、 无机 阴阳离子 含量匹配状况 以 及 N a 、 K 、 S O 含量来进行判断。 2 ． 1 水样的 p H值 钻井施工后水样呈碱性， p H值高于 8 。钻井清 除完全后， p H值趋于中性 ， 较稳定 ， 不会产生变化。 2 ． 2 无机阴阳离子含量匹配状况 钻井施工后 ， 带人 大量 O H一 ， 因这类水样 大都 呈黑褐色， 无法滴定 O H一 浓度， 故所测得的阳离子 含量远大于阴离子含量。一旦钻井清除彻底后 ， 呈 现地层水真实特征 ， 所测得 的阴阳离子含量达到平 衡并稳定。 2 ． 3 N a 、 K 、 S O 4 含量 钻井施工后的水 ， N a 、 K 、 S O 卜含景异常高 ， S O 含量甚至高于 c l 一 含量。一旦钻井液清除尽 后 ， 水样呈 现地层水真实特征 ， N a 、 K 及 S O 一 含 量大大降低 ， S O 含量一般 比 c l 一 含量低两个以上 数量级 ， 并趋于稳定。 四川盆 地须 家 河 组 气 藏 的 地 层水 一般 不 含 s O ， 如果水样呈现出高含量的 s 0 ， 而且 p H值 呈强碱性 ， 则 可能受到 钻井 的影 响。例如广安 1 0 5 井 、 广安 1 0 7井须六 段 2 0 0 6年钻井 注 入施 工后 ， M D T 所取水样 p H值显示为 9左 右， 呈强碱性， S O 含量异常高， S O 一 含量分别高达 2 6 4 7 m g ／ L 和 3 4 6 6 m g ／ L ， 而同期正常 p H值下该构造须六段地 层水 如广安 1 1 5井、 广安 1 5井等 ， S O 一 含量为 0 。广安 1 2 3井须 四段 2 0 0 6年钻井施工后 ， MD T所 取水样 p H值显示高达 1 O， S O 一 含量高达 7 3 9 2 mg ／ L ， 而同期正常 p H值下该构造须 四段地层水 如广 安 5井、 广安 1 4井等 ， S O 含量为 O 表 2 。 表 2 广安构造 须家河组地层水 中 S O 一 含量 与 p H值关系表 上述例子为地层水中不含 S O 一 的须家河组水 样出现高 S O 的异常现象， 一旦水样中出现大量 S O ， 容易判断其水样 已受钻井液污染， 但对于地 层水本身含有 S O ～ 的水样则应慎重处理。如在分 析川东北坡西 1 井飞仙关组水样时， 出现 N a 、 K 及 S O 含量异常高状况 ， 川东化地区飞仙关组因 处于膏盐层环境， 地层水特点就黾S O 一 含量高， 虽 当 时 未 测 定 p H 值 ， 但 该 水 样 s O 含 量 达 1 7 1 7 8 m g ／ L ， 高于 c r含量 1 6 7 0 5 m g ／ L ， 该现象极 不正常。根据大多数油气田水无机盐类离子含量的 排列顺序为 阳离子 中 N a 、 K C a n Mg 、 阴 离子中 C 1 一 HC O 3 一S O 4 。一般情况下 ， 油气 田水 中 S O 含量不高， 多在 1 0 0 0 mg ／ L以下。由于 该水样 S O 一 含量高于 c l 一 含量， 并且所测得的阳离 子含量大于阴离子含量， 可判断该地层水已被钻井 液污染， 不代表真实地层水。后再取水样分析， 6 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 天 然 气 勘探 与 开 发 2 0 1 1 年 4月出版 № 、 K 、 S 0 含量 降低 ， 所测得 的阴阳离子含量 达到平衡 ， 水样回归地层水 表 3 。 表 3 川东北坡西 1井 飞仙 关组 水样 离子含量表 2 ． 4 地层水与钻井液或残酸混合液特征 正常地层水与受残酸影响的水样、 受钻井液影 响的水样特征对 比指标可简单归纳为表 4， 根据水 分析结果对照这些指标基本可判断出水样是否为正 常的地层水 ， 是否受酸化工艺或钻井施工的影响。 表4 正常地层水与受残酸、 钻井液影响水祥特征指标对比表 3 结论及应用 在生产过程 中所取的水样多种多样 ， 对分析数 据要注意甄别。遇到异常现象， 应谨慎对待。根据 p H值、 c a “含量、 s O 。 一 含量及阴阳离子含量匹配情 况 ， 结合相同层位、 相同地区地层水特点判断所取水 样是否异常， 进而判断其是否为地层水 ， 在生产中是 否已回归正常。 目前 ， 该判识地层水 的技术手段 已在龙 岗、 广 安 、 九龙山、 安岳、 营山等构造的勘探开发生产过程 中得到了广泛应用 ， 用 以判断酸化或钻井施工后排 酸或钻井液处理是否彻底 ， 所 取水样是否代表正常 地层水等， 为现场施工作业提供 了重要的地球化学 6 4 检测依据， 并取得了良好效果。 参考文献 1 刘芳槐， 颜婉荪 ．油气田水文地质学原理[ M] 北京 石油 工业出版社 ， 1 9 9 1 ． 2 江兴福、 谷志东， 赵容容， 等 ．四川盆地环开江一梁平海 槽飞仙关组地层水的地化特征及成因研究[ J ] ．天然气 勘探与开发， 2 0 0 9 ， 3 2 1 ． 3 雍 自权 ， 李俊良， 周仲礼， 等 ．川中地 区上三叠统香溪群 四段地层水化学特征及其油气意义[ J ] ．物探化探计算 技术， 2 0 0 6 ， 2 8 1 ． 修改回稿 日期2 0 1 01 01 3 编辑景岷置 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m