吳 璠

(西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710069)

儲(chǔ)層研究分為勘探階段和開發(fā)階段，開發(fā)階段儲(chǔ)層研究可以揭示開發(fā)過(guò)程中油藏內(nèi)油水運(yùn)動(dòng)規(guī)律、精確預(yù)測(cè)剩余油分布，并能夠指導(dǎo)油田生產(chǎn)、提高采收率。目前我國(guó)大多數(shù)油田已進(jìn)入高含水后期開采階段，由于地層壓力的變化、注入水長(zhǎng)期沖刷以及一系列注采工藝措施的實(shí)施，油藏的儲(chǔ)層性質(zhì)如膠結(jié)類型、儲(chǔ)層物性、孔喉大小、儲(chǔ)層非均質(zhì)等方面發(fā)生明顯的變化。

1 開發(fā)階段儲(chǔ)層研究進(jìn)展

我國(guó)東部油田已普遍進(jìn)入高含水開發(fā)階段，開發(fā)儲(chǔ)層研究主要包括油藏微構(gòu)造、儲(chǔ)層非均質(zhì)性及儲(chǔ)層建模、剩余油的形成于分布研究等。綜合運(yùn)用巖心、測(cè)井、高精度三維地震、井間地震、油藏動(dòng)態(tài)和靜態(tài)等多種資料，開發(fā)儲(chǔ)層研究正向著小尺度、多方法結(jié)合方向發(fā)展。

在中西部盆地中生界地層，發(fā)育有大量低滲透致密含氣砂巖，在這些低滲透致密含氣砂巖中蘊(yùn)藏著豐富的天然氣資源。隨著勘探程度逐漸加深，低滲透致密砂巖中的油氣資源在油氣資源中的比例還將不斷擴(kuò)大，但由于對(duì)這類氣藏的開發(fā)技術(shù)不成熟，單井控制的儲(chǔ)量和可采量小，且供氣范圍小，產(chǎn)量低而遞減快，其中大部分處于低產(chǎn)低效狀態(tài)，故開發(fā)好這類氣藏對(duì)石油工業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展具有十分重要的意義。目前國(guó)外致密砂巖氣藏研究及勘探側(cè)重點(diǎn)在深盆氣藏，主要是利用鉆井、測(cè)井資料分析致密砂巖儲(chǔ)層的巖石物理特征;利用三維地震數(shù)據(jù)，研究古沉積相，確定致密砂體分布范圍;再通過(guò)分析氣水配置關(guān)系，進(jìn)行深盆氣藏識(shí)別。國(guó)內(nèi)對(duì)致密氣藏的勘探主要依賴于對(duì)有利古構(gòu)造、古圈閉及后期構(gòu)造演化的控制的研究。但對(duì)深盆氣藏的成藏機(jī)理及成藏模式的認(rèn)識(shí)還不夠深入，缺乏理論指導(dǎo)。

我國(guó)對(duì)碳酸鹽巖油藏的研究較少，認(rèn)識(shí)程度低，當(dāng)前研究熱點(diǎn)主要集中在巖石物理相的相滲規(guī)律、儲(chǔ)層構(gòu)型建模技術(shù)、儲(chǔ)層參數(shù)演化規(guī)律及動(dòng)態(tài)建模、儲(chǔ)層孔喉仿真模型、井震結(jié)合的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)和剩余油飽和度監(jiān)測(cè)技術(shù)等方面。

1.1 儲(chǔ)層非均質(zhì)性

我國(guó)許多油田已進(jìn)入中—高含水期，儲(chǔ)層非均質(zhì)研究是開發(fā)儲(chǔ)層的重要基礎(chǔ)工作，其研究水平直接影響到對(duì)儲(chǔ)層中油氣水分布規(guī)律的認(rèn)識(shí)和開發(fā)效果好壞。

20世紀(jì)70－80年代是認(rèn)識(shí)儲(chǔ)層非均質(zhì)性的最初階段，國(guó)外Pettijohn對(duì)河流沉積儲(chǔ)層按其規(guī)模劃分了5種儲(chǔ)層非均質(zhì)性;Weber將儲(chǔ)層非均質(zhì)性分為7類，其中不僅考慮了儲(chǔ)層非均質(zhì)性的規(guī)模，還有非均質(zhì)性及其對(duì)流體滲流的影響。國(guó)內(nèi)以裘楠生分類最為典型，考慮非均質(zhì)性的規(guī)模和開發(fā)生產(chǎn)的實(shí)際，將碎屑巖儲(chǔ)層非均質(zhì)性由大到小分為層間、平面、層內(nèi)和微觀非均質(zhì)性4類。20世紀(jì)90年代，隨著油田開發(fā)的不斷深入及油氣資源需求量的日益增長(zhǎng)，通過(guò)動(dòng)、靜態(tài)資料的結(jié)合，找出儲(chǔ)層各級(jí)非均質(zhì)性與水驅(qū)效果的關(guān)系，揭示剩余油分布規(guī)律。近年來(lái)，隨著成藏機(jī)理研究的深入，儲(chǔ)層非均質(zhì)性對(duì)油氣成藏影響的研究從微觀逐漸向宏觀發(fā)展。

1.2 流動(dòng)單元

油田注水開發(fā)實(shí)踐和注水驅(qū)替實(shí)驗(yàn)均表明，儲(chǔ)層在注水開發(fā)后，屬性與參數(shù)都會(huì)發(fā)生不同程度的變化。注入水對(duì)儲(chǔ)層的改造不是簡(jiǎn)單的浸泡，而是使儲(chǔ)層發(fā)生強(qiáng)烈、復(fù)雜、持久、各種方式的動(dòng)力地質(zhì)作用，這種動(dòng)力地質(zhì)作用對(duì)儲(chǔ)層的顆粒骨架、孔隙結(jié)構(gòu)、物性和流體性質(zhì)等有很大影響，使其與注水開發(fā)前有一定差異。注水時(shí)影響儲(chǔ)層動(dòng)態(tài)變化的因素很多，相互間關(guān)系復(fù)雜，主要有儲(chǔ)層空間、儲(chǔ)層流體、生產(chǎn)條件等的影響(圖1)。流動(dòng)單元可以反映儲(chǔ)層巖石內(nèi)部流體流動(dòng)或者滲流特征及儲(chǔ)層非均質(zhì)性。

圖1 注水儲(chǔ)層動(dòng)態(tài)變化的影響因素

儲(chǔ)層流動(dòng)單元研究較國(guó)外起步晚，二十世紀(jì)八十年代這一概念逐漸被國(guó)內(nèi)學(xué)者廣為接受，由于各個(gè)油田具體地質(zhì)條件及實(shí)際生產(chǎn)資料限制，對(duì)其認(rèn)識(shí)及研究方法不完全一致。進(jìn)入九十年代，張一偉(1991年)在國(guó)內(nèi)首次應(yīng)用巖石物理相這一概念，同時(shí)將巖石物理相看作沉積相與成巖相的綜合。裘亦楠等人(1996年)對(duì)流動(dòng)單元的概念重新定義:流動(dòng)單元是指受儲(chǔ)層非均質(zhì)性、阻擋以及竄流旁通等條件的影響，注入水沿著地質(zhì)結(jié)構(gòu)引起的一定途徑驅(qū)油而自然形成的流體流動(dòng)通道。閻長(zhǎng)輝等人(1999年)提出了動(dòng)態(tài)流動(dòng)單元這一新的概念，認(rèn)為流動(dòng)單元不僅要反映流體流動(dòng)的可能性，而且要反映其現(xiàn)實(shí)性。同時(shí)還引入油藏流體性質(zhì)參數(shù)。彭士宓、尹志軍、常學(xué)軍等人(2001年)在國(guó)內(nèi)首次將流動(dòng)單元的劃分推進(jìn)了定量化的階段。2002年，眾多學(xué)者也開始對(duì)儲(chǔ)層流動(dòng)單元?jiǎng)澐值男路椒ㄓ辛烁嗟难芯亢吞接?，并取得一些成果。師永民、張玉廣等人(2006年)利用毛管壓力曲線定量表征出復(fù)雜的微觀孔隙吼道結(jié)構(gòu)特征，對(duì)儲(chǔ)層微觀流動(dòng)單元進(jìn)行研究;王大偉等人應(yīng)用時(shí)移地震的一些特性對(duì)油藏流動(dòng)單元進(jìn)行劃分并進(jìn)行可行性研究;鄭紅軍，茍迎春，張瀛等人(2008年)提出一套從建立非均質(zhì)性模型為基礎(chǔ)對(duì)陸相儲(chǔ)層流動(dòng)單元進(jìn)行定量研究。同時(shí)也有不少學(xué)者在努力地對(duì)流動(dòng)單元的應(yīng)用進(jìn)行拓展，朱玉雙(2004年)針對(duì)性油藏的特點(diǎn)分析研究油層傷害對(duì)儲(chǔ)層流動(dòng)單元的影響。

2 開發(fā)階段儲(chǔ)層研究方法

2.1 非均質(zhì)性研究方法

鄂爾多斯盆地是典型的低滲儲(chǔ)層，孔隙結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性強(qiáng)會(huì)造成開發(fā)過(guò)程中相繼出現(xiàn)的許多問(wèn)題，如注水壓力高、含水上升快、啟動(dòng)壓力大等都在不同程度上影響著油田的注水開發(fā)效果。這些問(wèn)題主要是由微觀孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性和流體滲流機(jī)理決定的。開發(fā)階段需進(jìn)行油層對(duì)比;開展小層沉積相研究;孔隙結(jié)構(gòu)研究;成巖作用研究;非均質(zhì)性研究;滲流特征分析;隔層研究等。對(duì)儲(chǔ)層非均質(zhì)性的研究經(jīng)常采用的是真實(shí)砂巖微觀模型水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)和X－CT掃描成像技術(shù)。

(1)對(duì)儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征的認(rèn)識(shí):通過(guò)鑄體薄片、X衍射、掃描電鏡等的觀察，明確孔隙類型并對(duì)每一類孔隙進(jìn)行描述;通過(guò)壓汞試驗(yàn)獲取相關(guān)參數(shù)，如儲(chǔ)層中值半徑、平均中值壓力、平均排驅(qū)壓力及退汞效率等。與常規(guī)壓汞相比，恒速壓汞不僅能夠提供更多的巖石物性參數(shù)，還能提供更詳細(xì)的定量信息，明顯區(qū)分巖樣之間孔隙結(jié)構(gòu)上的差異性，通過(guò)檢測(cè)汞注入過(guò)程中壓力漲落將巖石內(nèi)部的喉道和孔隙分開，更適用于孔喉性質(zhì)差別很大的低滲、特低滲儲(chǔ)層。

圖2 組合模型簡(jiǎn)圖

(2)真實(shí)砂巖微觀模型水驅(qū)油實(shí)驗(yàn):真實(shí)砂巖模型是在保持原巖心孔隙結(jié)構(gòu)、巖石表面物理性質(zhì)及部分填隙物的條件下制作而成，油樣是依據(jù)實(shí)際原油粘度配制成的，水樣為配制的地層水，常加入甲基藍(lán)便于實(shí)驗(yàn)觀察。實(shí)驗(yàn)可以分為單一模型實(shí)驗(yàn)和組合模型實(shí)驗(yàn)。前者(圖2)模擬油藏條件下的孔候微觀非均質(zhì)性，后者模擬油藏的宏觀、平面非均質(zhì)性。組合模型巖樣選取平面上要充分考慮不同沉積微相;垂向上要考慮不同沉積韻律、沉積條件和物性的差異，通常選取沉積相帶、沉積韻律、物性不同的模型(一般3個(gè))作為一個(gè)組合。需注意的是，賈敏效應(yīng)是油田注水開發(fā)中不可忽視的阻力。在注水開發(fā)中要以預(yù)防賈敏效應(yīng)為主。

(3)X－CT掃描水驅(qū)油實(shí)驗(yàn):X－CT掃描成像技術(shù)是通過(guò)巖石內(nèi)部各成像單元的巖石密度差異以256個(gè)灰度等級(jí)可視化地將巖石內(nèi)部微觀或細(xì)觀結(jié)構(gòu)特征(如裂縫、微裂縫、次生溶蝕孔洞及均質(zhì)、非均質(zhì)性等)真實(shí)反映。通過(guò)對(duì)巖心水驅(qū)油驅(qū)替實(shí)驗(yàn)過(guò)程的CT斷層掃描，清晰、動(dòng)態(tài)地觀察測(cè)定隨驅(qū)替壓力升高，巖心中剩余油飽和度變化分布范圍，計(jì)算出各個(gè)巖心界面孔隙度和不同壓力下的含水飽和度值，做出CT掃描三維圖像切片以供觀察分析研究(表1)。與常規(guī)的驅(qū)替方法相比，該實(shí)驗(yàn)不但可以清晰直觀定量了解儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)變化程度，而且可動(dòng)態(tài)觀察不同驅(qū)替壓力下注入水在不同微觀孔隙介質(zhì)中的滲流分布特征。

表1 常見物質(zhì)的CT值

2.2 開發(fā)地震應(yīng)用

開發(fā)地震在油田開發(fā)前及油田開發(fā)中地震可對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的研究工作。包括三維地震、油藏動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、壓力預(yù)測(cè)以及裂縫識(shí)別等。利用地震信息進(jìn)行儲(chǔ)層評(píng)價(jià)研究，應(yīng)從基礎(chǔ)研究技術(shù)方法和綜合研究等三個(gè)方面進(jìn)行:①關(guān)于基礎(chǔ)研究。在沉積盆地各類儲(chǔ)層成因類型及分布規(guī)律研究基礎(chǔ)上，加強(qiáng)地震信息地質(zhì)含義的研究，以及巖性物理學(xué)的研究。②關(guān)于技術(shù)方法研究。包括圍繞提高分辨率的研究、VSP方法研究和橫波勘探研究等，以及提高地震反演方法(波阻抗與SLIM等)的資料準(zhǔn)確性和實(shí)用性的研究、三維地震解釋方法的研究、利用地震信息求取巖石物性參數(shù)的研究。③此外，在儲(chǔ)層研究中也開始應(yīng)用地震層析成像技術(shù)、微地震技術(shù)等。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)目前我國(guó)東部油田已進(jìn)入高含水開發(fā)階段，注水開發(fā)后，儲(chǔ)層的顆粒骨架、孔隙結(jié)構(gòu)、物性和流體性質(zhì)等有很大影響。中西部盆地中生界地層發(fā)育大量低滲致密含氣砂巖大部分處于低產(chǎn)低效狀態(tài)，隨勘探程度加深，其在油氣資源比例不斷擴(kuò)大，國(guó)內(nèi)對(duì)致密氣藏的勘探主要依賴于對(duì)有利古構(gòu)造、古圈閉及后期構(gòu)造演化的控制的研究碳酸鹽巖油藏研究熱點(diǎn)主要集中在巖石物理相的相滲規(guī)律等方面。開發(fā)儲(chǔ)層研究正向著小尺度、多方法結(jié)合方向發(fā)展。

(2)儲(chǔ)層非均質(zhì)性作為開發(fā)儲(chǔ)層基礎(chǔ)工作，從20世紀(jì)70－80年代開始研究，國(guó)外以Pettijohn非均質(zhì)性5種分類和Weber7種分類著名，國(guó)內(nèi)以裘楠生分類最為典型，將其分為層間、平面、層內(nèi)和微觀4類，儲(chǔ)層非均質(zhì)性對(duì)儲(chǔ)層影響研究從微觀逐漸向宏觀發(fā)展。流動(dòng)單元可反映儲(chǔ)層巖石內(nèi)部流體流動(dòng)或滲流特征及儲(chǔ)層非均質(zhì)性，二十世紀(jì)八十年代這一概念逐漸被國(guó)內(nèi)學(xué)者廣為接受，不同學(xué)者對(duì)其認(rèn)識(shí)和研究方法不完全一致。九十年代后以張一偉、裘亦楠、閻長(zhǎng)輝等人先后對(duì)流動(dòng)單元概念補(bǔ)充、新定義并拓展研究。

(3)開發(fā)儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性和流體滲流機(jī)理決定注水開發(fā)效果，儲(chǔ)層非均質(zhì)性的研究經(jīng)常采用真實(shí)砂巖微觀模型水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)和X－CT掃描成像技術(shù)，通過(guò)鑄體薄片、X衍射、掃描電鏡等認(rèn)識(shí)儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征。油田開發(fā)前及開發(fā)中開發(fā)地震可對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的研究工作，包括三維地震、油藏動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、壓力預(yù)測(cè)以及裂縫識(shí)別等。

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［3］低滲透儲(chǔ)集層微觀水驅(qū)油機(jī)理研究—以西峰油田莊19井區(qū)長(zhǎng)82儲(chǔ)集層為例［J］.付曉燕，孫衛(wèi).新疆石油地質(zhì)，2005，26(6).

［4］孫衛(wèi)，史成恩，趙驚蟄等.X－CT掃描成像技術(shù)在特低滲透儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)及滲流機(jī)理研究中的應(yīng)用—以西峰油田莊19井區(qū)長(zhǎng)82儲(chǔ)層為例［J］.地質(zhì)學(xué)報(bào)，2006，80(5).

［5］朱永賢，孫衛(wèi)，于鋒.應(yīng)用常規(guī)壓汞和恒速壓汞實(shí)驗(yàn)方法研究?jī)?chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)—以三塘湖油田牛圈湖區(qū)頭屯河組為例［J］.天然氣地球科學(xué)，2008，19(4).

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