水文地质与页岩气藏封存能力的相关研究

1)地层水矿化度和水型

一般情况下,地下水越靠近地表,与地表水联系越密切;相反,地下水埋藏越深,和地表水联系越少(杨绪充,1989)。 因此,根据两者相互联系的程度,在纵向上与横向上可以将地层水划分为三个不同的区带(水文地质垂直分带),即自由交替带、交替阻滞带(或交替过渡带)和交替停止带(刘方槐等,1991)。 不同的地层水区带,地层水的矿化度不同,钠氯系数、脱硫系数等参数也不同,对页岩气的保存影响也不同。 在自由交替带内,由于地表水的大量渗入,成为活跃的、开启的氧化环境,油气往往受渗入水的“冲刷”破坏而难以保存;交替停止带则因地表水难以渗入,从而成为油气保存条件的有利封闭环境;交替阻滞带则介于自由交替带和交替停止带之间,在该带的下部具备一定的油气保存条件(马永生,2006)。

2)地层水中氢氧同位素

根据地层水中氢氧同位素组成特征进行地层水保存条件的定量评价,如尹观和刘光祥[29]等。 研究认为,卤层中卤水的同位素组成及氘过量参数值反映了卤水的不同来源。 例如,威远气田及其附近区域的下寒武统和下震旦统的地层水属于海相沉积型卤水,为封闭浓缩的结果,下寒武统页岩气藏的保存条件较好。 通过勘探表明,在威201 井古生界获得大于1×104 m3 d-1 的页岩工业气。

3)区域水动力条件(www.xing528.com)

上述地层水的矿化度、变质系数和氢氧同位素等指标主要和区域水动力条件有关,区域水动力条件是评价页岩气藏整体封存能力的一个重要指标。 区域水动力可以划分为离心流、向心流等。 研究区古老的地层经历了多期次的水动力演化,对页岩气藏的保存条件影响作用比较大的当属大气水的下渗深度,可以分为古大气水下渗深度和现今大气水下渗深度。

研究表明,重庆及其邻近地区古大气水下渗深度总体上由西向东增加,在石柱—利川—巫山一线以西古大气水下渗较浅且幅度较小,页岩气保存条件较好且地区间的差异不大;而在此线以东地区下渗幅度比较大且变化较大,导致页岩气保存条件较差且地区间的差异性明显,尤其是在中央复背斜和宜都鹤峰复背斜的局部地区下渗深度超过3 000 m 的地区,页岩气保存条件遭到严重破坏。

现今大气水的下渗深度对页岩气藏的破坏比较强烈,根据大气水的下渗深度可以划分为大气水下渗区、地下水径流区和区域地下水流动区。 在大气水下渗区页岩气的保存条件最差,大气水在纵向上的下渗深度和横向上的循环距离是决定页岩气保存条件破坏范围的两个评价指标,主要受区域地质条件、大断裂的活动期次和深度、地形和出露地层等因素的控制。 大气水下渗可以使原生沉积水被淋滤、冲刷,从而使页岩气藏彻底破坏。 另外,大气水的下渗也可能把氧气和微生物带入页岩层,在条件合适的时候可能有类似于美国密执安盆地Antrim 页岩气藏和伊利诺斯盆地New Albany 页岩气藏等生物成因的页岩气藏发育,这一类的代表地区有黔中隆起、湘鄂西各复背斜核部等。 区域地下水流动区域相对有利于页岩气的保存,该区域的地层水与外界沟通较少,由区域性的隔挡层与大气水下渗区隔开。地层水具有较高的矿化度和能维持一定的压力系统,如在侏罗系覆盖的建南地区建深1 井钻探表明,下志留统具有较高的压力系统和气测异常显示,是页岩气保存条件较好的区域,代表性地区有四川盆地、渝东地区侏罗系覆盖的下志留统和下寒武统等地。 地下径流区的页岩气保存条件较差,介于上述两种水动力单元之间。