馬永寧，魏龍杰，吳珍珍，何子瓊，傅 塬，郭艷琴

(1.中國石油長慶油田分公司 對外合作部，陜西 西安 710018； 2.西安石油大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院/陜西省油氣成藏地質(zhì)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710065； 3.成都錦城學(xué)院 建筑學(xué)院，四川 成都 611731)

引 言

目前，我國多數(shù)油田進(jìn)入開發(fā)中后期，其儲(chǔ)層分布復(fù)雜、物性差、非均質(zhì)性強(qiáng)，使油田后期含水高、采收率低的問題愈發(fā)顯著，因此，如何改善開發(fā)效果、提高采收率是目前面臨的主要問題[1]。近年來，儲(chǔ)層非均質(zhì)性和流動(dòng)單元逐漸成為油氣勘探領(lǐng)域的熱點(diǎn)，其研究對油氣分布規(guī)律及油藏開發(fā)具有一定的指導(dǎo)意義[2]。儲(chǔ)層非均質(zhì)性是儲(chǔ)層表征和油藏描述的主要內(nèi)容，是影響油氣聚集的主要因素，具有不同的分類方案[3-6]。流動(dòng)單元的研究是非均質(zhì)性研究的延伸。流動(dòng)單元內(nèi)部不論是縱向還是橫向，其巖層的滲流特征都基本相似，并隨著開發(fā)的進(jìn)行呈動(dòng)態(tài)變化[7-10]。由于流動(dòng)單元與儲(chǔ)層非均質(zhì)性之間存在特定的關(guān)系，即同一流動(dòng)單元內(nèi)儲(chǔ)層性質(zhì)基本均一，而不同流動(dòng)單元內(nèi)儲(chǔ)層的性質(zhì)差別明顯，因此，為深入研究不同流動(dòng)單元的內(nèi)部特征，研究儲(chǔ)層非均質(zhì)性就顯得非常重要。

延10油層組是靖安油田楊66井區(qū)的重點(diǎn)勘探層位，并且顯示出良好的油氣勘探潛力。截至目前，多個(gè)區(qū)塊已在延10油層組實(shí)現(xiàn)工業(yè)油流的突破。多年來眾多學(xué)者對延10油藏做了較多研究和評(píng)價(jià)，主要為儲(chǔ)層特征、油藏類型、砂體疊置關(guān)系、敏感性、儲(chǔ)層非均質(zhì)性及砂體連通性等的評(píng)價(jià)[11-16]。研究區(qū)延10地層發(fā)育穩(wěn)定，厚度變化較小，依據(jù)沉積特征及含油性自上而下劃分為延101和延102，其中延101油藏較延102富集，又將延101分為延1011和延1012兩個(gè)小層，其中，延1011小層含油性好，是最主要產(chǎn)油小層。依據(jù)沉積旋回，進(jìn)一步劃分為延1011-1和延1011-2兩個(gè)小層，兩個(gè)小層厚度相近，平均厚度分別為10.4 m和10.3 m。本文以延1011小層為研究對象，綜合巖心觀察、壓汞測試分析、薄片鑒定、測井資料解釋結(jié)果以及統(tǒng)計(jì)學(xué)研究方法，深入探討儲(chǔ)層的巖石學(xué)、物性特征及不同小層的非均質(zhì)性差異，通過孔隙度、滲透率、儲(chǔ)層質(zhì)量因子IRQ和流動(dòng)帶指數(shù)IFZ的聚類分析進(jìn)行儲(chǔ)層流動(dòng)單元?jiǎng)澐?，指出油藏有利富集區(qū)的分布與流動(dòng)單元的內(nèi)在聯(lián)系，擬為區(qū)內(nèi)油藏的精細(xì)化開發(fā)提供可靠的理論依據(jù)。

1 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

研究區(qū)延1011巖石類型按粒度劃分主要包括細(xì)砂巖、粉砂巖和泥巖，砂巖顏色以灰褐色、褐色、灰色和灰黑色為主，而泥巖多為黑色。泥巖中常夾煤層(圖1(a))或煤線(圖1(b))，砂巖中發(fā)育槽狀交錯(cuò)層理(圖1(c)、圖1(d))和板狀交錯(cuò)層理(圖1(e)、圖1(f))。砂巖碎屑成分體積分?jǐn)?shù)為93%～96%，平均94.2%。其中，石英體積分?jǐn)?shù)最高(一般介于59%～62%，平均60.5%)，長石體積分?jǐn)?shù)次之(一般介于26%～32%，平均28.8%)，巖屑最少(8%～13%，平均10.7%)，巖屑主要為火成巖中的噴發(fā)巖及花崗巖巖屑、變質(zhì)巖中的石英巖巖屑和云母礦物碎屑、泥化碎屑及泥晶碳酸鹽碎屑。填隙物體積分?jǐn)?shù)為4%～7%，平均5.8%，主要為顆粒之間的自生黏土礦物、碳酸鹽礦物(方解石、白云石、鐵白云石)、硅質(zhì)以及蒸發(fā)巖礦物(硬石膏)膠結(jié)物。其中，自生黏土礦物以伊利石為主，其次為伊蒙混層和綠泥石，高嶺石較少(表1)。

圖1 巖石類型及沉積構(gòu)造

表1 楊72井X-衍射黏土礦物分析報(bào)告

2 儲(chǔ)層物性特征

區(qū)內(nèi)2口典型井的實(shí)測物性資料統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，延1011物性參數(shù)(孔隙度、滲透率)變化范圍相對較大。延1011-1孔隙度一般介于3.3%～19.7%，平均17.1%，延1011-2孔隙度介于10.6%～19.6%，平均16.4%。楊66井孔隙度大多集中在16%～20%，楊72井多數(shù)集中于12%～18%(圖2)。延1011-1滲透率介于(0.7～357.6)×10-3μm2，平均103.5×10-3μm2，楊66井滲透率集中于(100～500)×10-3μm2的占比達(dá)58%，其次為(50～100)×10-3μm2和(10～50)×10-3μm2的，占比分別為29%和13%，楊72井滲透率集中于(10～50)×10-3μm2的占比為50%，其次為(1～10)×10-3μm2的，占比40%。延1011-2滲透率介于(0.8～732.6)×10-3μm2，平均122.8×10-3μm2。楊66井滲透率集中于(100～500)×10-3μm2的占比為50%，其次為(10～50)×10-3μm2和(50～100)×10-3μm2的，占比分別為21%和19%。楊72井滲透率全部集中于(1～10)×10-3μm2(圖2)。

圖2 延1011儲(chǔ)層實(shí)測孔隙度、滲透率頻率分布

測井解釋的孔隙度統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，延1011-1、延1011-2的孔隙度分布范圍分別集中于18%～20%和16%～20%，滲透率均主要分布在(10～50)×10-3μm2，與巖心實(shí)測值基本一致。因此，綜合研究區(qū)實(shí)測物性資料以及測井解釋的孔隙度和滲透率結(jié)果，研究區(qū)延1011小層屬于典型的低—中孔、特低滲—低滲儲(chǔ)層。

3 儲(chǔ)層非均質(zhì)性特征

3.1 層內(nèi)非均質(zhì)性

將單一砂體的內(nèi)部在垂向上的儲(chǔ)層特征變化稱為層內(nèi)非均質(zhì)性，具體表現(xiàn)為巖石成分、粒度的差異導(dǎo)致滲透率的各向異性。其在根本上受控于沉積環(huán)境和水體流向、流速變化，表現(xiàn)為垂向粒度韻律和層理構(gòu)造等對儲(chǔ)層滲流特征的控制。研究區(qū)延1011層理構(gòu)造主要包括槽狀和板狀交錯(cuò)層理，一方面導(dǎo)致儲(chǔ)層非均質(zhì)性增強(qiáng)，另一方面也會(huì)影響儲(chǔ)層注水效果，如沿順板狀交錯(cuò)層理的方向更容易注入水，而槽狀交錯(cuò)層理內(nèi)部發(fā)育的紋層組合特征復(fù)雜，儲(chǔ)層滲流特征在各個(gè)方向上差異明顯，從而使其非均質(zhì)性也增強(qiáng)。

為有效刻畫儲(chǔ)層內(nèi)部的滲流能力的各向異性，通常選用滲透率變異系數(shù)(Vk)、突進(jìn)系數(shù)(Tk)和級(jí)差(Jk)這3個(gè)參數(shù)進(jìn)行定量表征。

通過研究區(qū)楊66井和楊72井延1011單砂體實(shí)測物性資料計(jì)算得出的Vk、Tk和Jk(表2)與滲透率非均質(zhì)性參數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表3)對比結(jié)果表明，延1011-1小層層內(nèi)非均質(zhì)性處于中等，延1011-2非均質(zhì)性相對較強(qiáng)，級(jí)差最大值可達(dá)915.75，為中—強(qiáng)非均質(zhì)性。

表2 延1011滲透率非均質(zhì)性參數(shù)

表3 滲透率非均質(zhì)性參數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

3.2 層間非均質(zhì)性

含油層系級(jí)別內(nèi)部不同砂層之間的儲(chǔ)層性質(zhì)差異通常用層間非均質(zhì)性來表示，其受控因素主要為沉積相，表征參數(shù)通常包括隔夾層的巖性和厚度、分層系數(shù)及砂巖密度等。

單砂體之間通常被隔夾層分隔，隔夾層一般不具滲透性或者滲透性很差，巖性多為粒度較細(xì)的粉砂質(zhì)泥巖或者泥巖。隔層厚度一般較大、分布范圍廣且厚度穩(wěn)定，從而能夠有效阻隔油、水在不同砂層之間滲流。夾層厚度相對較薄、分布范圍較小、分布不穩(wěn)定，夾層一般對上下連通不起阻隔作用。研究區(qū)延1011一般發(fā)育1～3層，以發(fā)育1層為主，延1011-1發(fā)育1層的占63%，延1011-2發(fā)育1層的占52%(圖3(a))；延1011的單個(gè)夾層厚度以0～2 m為主，在延1011-1和延1011-2分別占42%和72%，其次為單個(gè)夾層厚度2～4 m(圖3(b))。

圖3 延1011各小層隔夾層數(shù)與單個(gè)夾層厚度分布特征

分層系數(shù)通常與單井的平均鉆遇砂層數(shù)有關(guān)，單井鉆遇砂層數(shù)越多，分層系數(shù)越大，儲(chǔ)層的層間非均質(zhì)性也越強(qiáng)。而砂巖密度一般越小，儲(chǔ)層的層間非均質(zhì)性則越弱，儲(chǔ)層越均一。延1011-1和延1011-2這兩個(gè)小層的分層系數(shù)基本無差別(兩個(gè)小層均為0.97)。延1011-1砂巖密度介于20%～90%，平均61%，延1011-2砂巖密度主要為80%～100%，平均83%(表4)，數(shù)據(jù)表明延1011-1非均質(zhì)性略強(qiáng)于延1011-2。

表4 延1011分層系數(shù)及砂巖密度統(tǒng)計(jì)

3.3 平面非均質(zhì)性

砂體的平面非均質(zhì)性主要由其在平面上的規(guī)模、形態(tài)、外部連續(xù)性、內(nèi)部連通性以及內(nèi)部物理性質(zhì)等因素引起。

砂體的基本形態(tài)有席狀、土豆?fàn)?、帶狀、鞋帶狀以及不?guī)則狀，砂體形態(tài)主要受沉積微相的控制。區(qū)內(nèi)延1011沉積環(huán)境主要為辮狀河沉積，骨架為河道砂壩微相，其次還發(fā)育泛濫平原微相。在物源方向的控制下，河道砂壩中砂體形態(tài)相對統(tǒng)一，基本為北東—南西向展布的條帶狀，延1011-1、延101-2小層不同微相砂體厚度變化較大，泛濫平原砂體厚度相對較小(<2 m)，而河道砂壩砂體厚度相對較大(>4 m)，主河道砂厚度最大可達(dá)到8 m以上，部分區(qū)域砂厚大于10 m，受東北方向物源的控制，北東—南西向砂體連續(xù)性相對較好(圖4)。

圖4 延1011砂體厚度等值線平面分布

雖然巖石的組成、結(jié)構(gòu)、沉積構(gòu)造及成巖作用等對儲(chǔ)層物性影響較大，但根本上都屬于沉積作用對儲(chǔ)層物性的影響。河道砂壩微相中砂體厚度大、砂巖粒度粗、分選好、碎屑組分含量高、雜基含量低，一般發(fā)育高孔、高滲帶。研究區(qū)延1011-1孔隙度在13%～23%，平均19%，滲透率(8～319)×10-3μm2，平均61×10-3μm2；延1011-2孔隙度為13%～23%，平均18%，滲透率(5～267)×10-3μm2，平均56×10-3μm2(表5)。主河道孔隙度為16%～20%，個(gè)別井區(qū)大于20%，滲透率為(10～100)×10-3μm2，個(gè)別井區(qū)大于101×10-3μm2(圖5)。

圖5 延1011儲(chǔ)層物性參數(shù)等值線平面分布

表5 研究區(qū)延1011儲(chǔ)層物性統(tǒng)計(jì)

4 儲(chǔ)層流動(dòng)單元?jiǎng)澐?/h2>

4.1 流動(dòng)單元?jiǎng)澐值牟襟E和方法

通常將一個(gè)影響流體流動(dòng)的儲(chǔ)集帶稱為一個(gè)流動(dòng)單元，但這個(gè)流動(dòng)帶需具備的最典型的特征是其在縱、橫向上要相對連續(xù)、內(nèi)部的孔隙度和滲透率以及層理特征都比較相似[17-18]。流動(dòng)單元?jiǎng)澐种饕謨刹剑?1)確定砂體連通與滲流屏障的分布情況，(2)確定連通體內(nèi)部的滲流差異[19-20]。具體來說，是通過對儲(chǔ)層非均質(zhì)性的研究對連通體進(jìn)行劃分，結(jié)合儲(chǔ)層基本特征研究進(jìn)行儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)，明確連通體內(nèi)的滲流差異。

目前的流動(dòng)單元?jiǎng)澐址椒蓺w納為定性分析和定量儲(chǔ)層參數(shù)分析兩類。定性分析以地質(zhì)方法為主，主要有沉積相劃分、巖性-物性劃分及孔喉幾何形狀表征等方法。定量儲(chǔ)層參數(shù)分析以數(shù)學(xué)方法為主，主要有孔隙度-滲透率劃分、滲透率差異指標(biāo)、存儲(chǔ)系統(tǒng)-儲(chǔ)集系統(tǒng)劃分、非均質(zhì)綜合指數(shù)(IRH)、流動(dòng)帶指數(shù)(IFZ)劃分和聚類分析等方法[21]。

4.2 研究區(qū)流動(dòng)單元?jiǎng)澐?/h3>

流動(dòng)單元表征的核心是如何在眾多影響因素中找到控制儲(chǔ)層滲流特征最關(guān)鍵的因素[22]。流動(dòng)單元主要強(qiáng)調(diào)滲透率和孔隙度的相似性，因此，本文選取能直接或間接表征儲(chǔ)層滲流特征的4個(gè)主要參數(shù)：孔隙度(Φ)、滲透率(K)、儲(chǔ)層質(zhì)量因子(IRQ)和流動(dòng)帶指數(shù)(IFZ)，通過聚類分析方法對其進(jìn)行聚類分析，并基于此建立判別函數(shù)，再利用判別函數(shù)計(jì)算結(jié)果對研究區(qū)儲(chǔ)層流動(dòng)單元進(jìn)行劃分。

Kozeny Carman方程指出，孔隙度與滲透率關(guān)系為

(1)

式中：K為滲透率，Φ為孔隙度，He為結(jié)構(gòu)性能常數(shù)。式(1)兩邊分別除以Φ并開平方得

(2)

如果滲透率單位為10-3μm2，則定義下列參數(shù)：

對楊66區(qū)延1011的兩個(gè)小層進(jìn)行儲(chǔ)層流動(dòng)單元聚類分析，劃分出3個(gè)流動(dòng)單元(圖6，表6)，并得出下列判別函數(shù)：

表6 不同儲(chǔ)層流動(dòng)單元參數(shù)及物性特征

延1011-1判別函數(shù)：

FⅠ(IRQ、IFZ)=-774.498IRQ+263.739IFZ-228.004，

FⅡ(IRQ、IFZ)=-751.771IRQ+239.125IFZ-143.997，

FⅢ(IRQ、IFZ)=-782.747IRQ+238.6IFZ-124.793。

延1011-2判別函數(shù)：

FⅠ(IRQ、IFZ)=-391.925IRQ+131.477IFZ-72.646，

FⅡ(IRQ、IFZ)=-398.835IRQ+143.399IFZ-99.299，

FⅢ(IRQ、IFZ)=-333.541IRQ+140.170IFZ-133.289。

表6顯示，2個(gè)小層的Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類流動(dòng)單元的IRQ和IFZ平均值相差基本不大，即不同小層同級(jí)別的流動(dòng)單元滲流能力基本相似，而同一小層內(nèi)不同級(jí)別流動(dòng)單元的IRQ和IFZ指數(shù)差異明顯，表明不同級(jí)別的流動(dòng)單元的滲流能力具有顯著差異，這一規(guī)律在2個(gè)小層均有體現(xiàn)。即如圖6所示，延1011的各小層中，隨著流動(dòng)單元級(jí)別的降低(即從Ⅰ類到Ⅲ類流動(dòng)單元)，儲(chǔ)層質(zhì)量因子(IRQ)和流動(dòng)帶指數(shù)(IFZ)均會(huì)逐漸減小，指示其滲流能力逐漸減弱，儲(chǔ)層非均質(zhì)性增強(qiáng)。

圖6 楊66區(qū)儲(chǔ)層流動(dòng)單元聚類分析

4.3 研究區(qū)流動(dòng)單元平面分布特征

研究區(qū)延1011的流動(dòng)單元平面分布圖顯示，2個(gè)小層中Ⅱ類流動(dòng)單元最發(fā)育，并且具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性。總體上，流動(dòng)單元類型在平面上具有分帶性好、分布范圍廣和規(guī)模變化較大的特征。Ⅰ類流動(dòng)單元主要呈零星狀分布于研究區(qū)中部和南部，Ⅲ類流動(dòng)單元分布在中部以及南部、東北部的邊緣。油藏分布與富集受儲(chǔ)層性質(zhì)控制較顯著，2個(gè)小層油藏主要集中于Ⅰ類和Ⅱ類流動(dòng)單元中(圖7)。

圖7 楊66區(qū)延1011儲(chǔ)層流動(dòng)單元及油藏平面分布

5 結(jié) 論

(1)研究區(qū)延1011的孔隙度集中分布于16%～20%，滲透率主要分布在(10～50)×10-3μm2，為低—中孔、特低滲—低滲儲(chǔ)層。層內(nèi)非均質(zhì)性為中—強(qiáng)，延1011-1層間非均質(zhì)性相對于延1011-2較強(qiáng)，儲(chǔ)層物性受沉積微相的控制，平面非均質(zhì)性強(qiáng)，河道砂壩微相發(fā)育的區(qū)塊砂體厚度大、砂巖粒度粗、分選好、碎屑組分含量高、雜基含量低，為高孔、高滲帶。

(2)強(qiáng)非均質(zhì)性致密砂巖儲(chǔ)層中流動(dòng)單元與油藏分布關(guān)系密切，區(qū)內(nèi)共發(fā)育3類流動(dòng)單元，延1011儲(chǔ)層的2個(gè)小層均以Ⅱ類流動(dòng)單元最為發(fā)育，Ⅰ類流動(dòng)單元呈零星狀分布，油藏分布與富集受儲(chǔ)層性質(zhì)控制，主要富集在Ⅰ類和Ⅱ類流動(dòng)單元中。