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1、古生界地层水相态及气藏形成机理.freel2,上古生界很少钻遇地层水,现有苏里格、神木、榆林等气田气层温度低,压力系数低,均无边、底水,.freel,凝析油含量中等(290g/m3),平均地层温度为168℃,平均地层压力为43.5MPa,为高温高压油气藏。该气藏曾试采5口井,均不同程度出水。试采过程中除千12井、千18井有自由水(即气藏边底水)产出外,其他3口井产出水均为凝析水。产出水普遍具低矿化度特征,如板深7井产出水矿化度为5000~6000mg/L,板深8井为3000~4000mg/L;千12井、千18井产出水矿化度偏高,达9000~1000
2、0mg/L,可能与凝析水、地层水同时产出有关。气藏生产过程中凝析水产量递增,以板深7井为例,试采初期的水气比平均为(0.3~1.5)m3/104m3,之后逐渐升高,10个月后水气比升至7.8m3/104m34,而该井并未发现水层。该现象可以解释为:油气(包括高压水蒸气)的产出使地层压力降低、地层水(边底水)蒸发加剧,气态水含量因此升高5-6。从生产井井底无积液、产出水矿化度极低及产水量越来越大等情况分析,千米桥潜山气藏产出水在压力为43.5MPa、温度为168℃的地层环境下呈气态,即以高压水蒸气的形式混溶于烃类气体中,当其上升到地面常温常压环境后才
3、变为液态水。1.2鄂尔多斯盆地上古生界气藏产水特征鄂尔多斯盆地陕北斜坡大面积含气,含气层位为上石盒子组厚层泥岩之下的太原组—盒7段,钻井只见气而不见水,含气井段长300余米。苏里格气田盒8段气藏是其中最大的气藏,探明含气面积超过5000km2,是一个典型的常温负压干气藏(CH4含量大于92%),平均埋深3300m,气层压力为22.5~31.5MPa,温度为100~110℃。苏里格气田盒8段气藏与千米桥凝析油气藏地质环境差别较大,前者为常温负压,后者为高温高压,但生产过程中均出现产水量递增和产出水矿化度极低的特征(苏里格气田盒8段产出水矿化度多为79
4、0~2163mg/L,见表1),其成因应该具相似性,即地层水在地下为汽态,上升至地面后因温度、压力降低而变为液态。陕188井、桃1井等少数井盒8段生产过程中井底有积液,产出水矿化度偏高(16546~23802mg/L),说明产出水在地层环境下部分为液态水。综上,鄂尔多斯盆地上古生界气藏内烃气、蒸汽、液态水共存(见表1)。1.3封闭条件下汽、水相态的模拟实验图1为完全封闭环境中,40MPa压力下汽、水两相体积分数随温度变化曲线7。从图中可以看出,在100~150℃时,气态水体积随温度上升增加较快,液态水则迅速减少;150~300℃时,随温度增加,系统
5、中液态水体积减少、气相水体积增加,但变化速度相对缓慢,体系中始终汽、液两相共存。在温度超过水的临界温度(370℃)后,体系中水完全为汽态,不存在液态水。图2为150℃时,封闭体系中气(水蒸气+烃气)、液(液态水)两相随压力变化的平衡模型8,从图中可以看出,压力在40~80MPa变化时,体系中气相和液相的体积基本不变,饱和度均在50%左右;当压力降至露点压力(30MPa)时,凝析油开始析出,当压力降至25MPa时,液态烃(凝析油)体积最大,液态水体积比例开始快速降低,气相体积比例迅速增加;至压力为零时,理论上液态水全部蒸发,体系中的液态水全部变为水蒸
6、气。2晚侏罗世—早白垩世鄂尔多斯盆地上古生界温度压力环境2.1古温度根据有机质镜质体反射率可推测地史时期的最高古地温。图3为鄂尔多斯盆地北部上古生界下部煤系的Ro等值线图,深盆气分布区Ro值为0.8%~2.8%,如此高的Ro值不是现今煤系埋深(3400m以浅)和现今地热梯度(2.75℃/100m)造成的,地史时期必然存在过异常高的古地温场。2.1.1利用镜质体反射率和磷灰石裂变径迹确定的古地温场鄂尔多斯盆地经历了晚古生代—中生代漫长的稳定沉降,稳定沉降阶段晚期,即晚侏罗世—早白垩世,盆地为高地温演化阶段,对上古生界煤系有机质生烃、成藏产生深远影响。
7、利用磷灰石裂变径迹测定的鄂尔多斯盆地早白垩世古大地热流值为95~118mPa,压力系数超过2。3高温高压深盆气的形成晚侏罗世—早白垩世,鄂尔多斯盆地上古生界下部形成了一个盆地级的高温高压封存箱,封存箱的顶部是厚度超过70m的上石盒子组河漫滩相泥岩,其隔热作用使其所含地层水为蒸汽态,处于超压状态,对下伏封存箱内的流体不仅起物性封闭作用,而且还具有压力封闭作用,因而有效且持久。在封存箱内部,高达150~196℃的古地温场一方面促使煤系有机质快速熟化,生成大量天然气,同时,煤系地层水相态发生变化,由液态转变为气态,导致压力系数大幅升高。高温高压封存箱可看
8、作一个封闭体系,其内流体相态的变化应该遵循图1、图2中的规律,即在温度为150~196℃,压力为40~70MPa的环境中,
