王春林，魏欽廉，章宏波，郭文杰

1.中國石油勃海鉆探工程有限公司第二錄井分公司（河北 任丘 062550）

2.西安石油大學地球科學與工程學院（陜西 西安 710065）

3.陜西省油氣成藏地質學重點實驗室（陜西 西安 710065）

4.中國石油長慶油田分公司第十二采油廠（甘肅 慶陽 745400）

5.中國石油長慶油田分公司第二采油廠（甘肅 慶陽 745400）

0 引言

儲層非均質性描述儲層特征在三維時空上的分布差異，這些差異源于巖性、物性、含油性等，并受沉積、成巖等因素的影響。宏觀非均質性的評價方案并不統(tǒng)一，有從基準面旋回出發(fā)劃分不同類砂體構型并分層次對儲層的宏觀非均質性進行評價[1-2]；或從儲層評價出發(fā)，綜合層內、層間非均質性的各項參數(shù)分別建立相應的綜合指數(shù)并探討其對流體驅替特征與產(chǎn)液特征的影響[3]；亦有綜合隔夾層、砂體構型、流動單元等在傳統(tǒng)的層內、層間、平面非均質性方面對儲層宏觀非均質性分別評價[4]。非均質性與儲層開發(fā)緊密相關，比如在多層合采油藏、水驅油藏開發(fā)中水驅前緣運動規(guī)律、平面水波及系數(shù)需要參考儲層平面非均質性的認識進行計算[5]。

合水地區(qū)位于以致密砂巖儲層為主的慶城油田南部，其長7儲層以深水重力流沉積為主，具有巖性變化頻率高、普遍低孔低滲，頁巖油以吸附或游離狀態(tài)存在于層系內，油水界面、含油邊界不清晰等特征。研究區(qū)儲層邊水、底水不發(fā)育，有利砂體分布面積大、連續(xù)性強、烴源巖與儲集巖同體共生[6-7]。以往學者們的研究多集中在沉積特征[8]、儲層特征及主控因素[9]、孔隙結構[10]、微觀非均質性[11-12]等方面，對本地區(qū)儲層的宏觀非均質性研究較少。本文以合水地區(qū)Z183 區(qū)塊水平井體積壓裂改造示范區(qū)為例，評價該區(qū)塊長71亞段深水重力流儲層的非均質性并闡明其主控因素，以期為該地區(qū)頁巖油儲層開發(fā)提供地質依據(jù)。

1 區(qū)域地質概況

合水地區(qū)位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡西南緣，以小型鼻狀隆起為主。合水地區(qū)在晚三疊世發(fā)育一套大型內陸湖相沉積，長9 沉積期發(fā)育一次小規(guī)模湖侵作用，長8沉積期經(jīng)歷三角洲進積過程，到長7 沉積期湖盆規(guī)模達到極大。勘探表明，湖盆沉降中心在北西—南東方向沿華池—慶城—合水—正寧一線分布。研究區(qū)自下而上可劃分為10 個油層組，其中長71亞段厚度在25～35 m，巖性以黑色頁巖、粉-細砂巖夾薄層泥巖、黑色頁巖夾薄層砂巖為主[13]。圖1為合水地區(qū)區(qū)域構造位置與延長組地層綜合柱狀圖。

圖1 合水地區(qū)區(qū)域構造位置與延長組地層綜合柱狀圖

2 沉積特征

合水地區(qū)發(fā)育半深湖-深湖亞相背景下的溝道型深水重力流沉積[14-15]（圖2）。其中深湖亞相以水體深度大、貧氧、處于還原環(huán)境為特征，巖性以暗色泥巖為主，普遍發(fā)育水平層理、塊狀層理。半深湖亞相的巖性以泥質粉砂巖、粉砂質泥巖、粉砂巖、灰色與深灰色泥巖為主，可見薄層細砂巖、粉砂巖夾層。

圖2 研究區(qū)長71深水重力流沉積特征

溝道型重力流主要包括砂質碎屑流、濁流2 個亞相。砂質碎屑流微相的巖性以中砂巖、細砂巖為主，普遍發(fā)育塊狀層理、砂泥互層（圖2（c）），濁流亞相通常不具有典型濁積巖中常見的鮑馬序列。重力流沉積物是由三角洲前緣砂泥或淺湖沉積物在滑塌、地震等事件的影響下沿斜坡滑動變形并短距離二次搬運再堆積形成，常發(fā)育液化砂巖脈、泄水構造（圖2(b)、圖2（d））；巖性以細砂巖、粉砂巖為主（圖2（e）、圖2（f））。

3 物性特征與孔隙結構參數(shù)

研究區(qū)儲層孔隙度分布在2.34%～14.79%，平均值為8.06%，整體向左偏態(tài)分布，超低-特低孔占60.44 %，低孔占39.56 %，表明研究區(qū)整體屬于超低-特低孔儲層（圖3（a））；區(qū)塊樣品滲透率分布在9.87 × 10-6～4.34 × 10-4μm2，平均值1.097 × 10-4μm2，整體向左偏態(tài)分布，微喉道占90.19%，微細喉道占9.81%，表明研究區(qū)整體屬于超低-特低滲儲層（圖3（b））。區(qū)塊內長71儲層孔隙度、滲透率相關性好，相關系數(shù)為0.52（圖3（c））。

圖3 研究區(qū)長71儲層孔滲關系與分頻統(tǒng)計

本文參考前人在本地區(qū)孔隙結構分類方案[16-17]，將研究區(qū)長71儲層的典型壓汞曲線分為3類，見表1。

表1 研究區(qū)長71儲層高壓壓汞特征

1）Ⅰ類：孔隙度大于10 %，滲透率一般大于6.91×10-5μm2。壓汞曲線的進汞段斜率較低，排驅壓力普遍小于5.0 MPa。最大進汞飽和度較高，一般大于80%，中值壓力一般小于12 MPa，中值半徑大于0.05 μm，孔喉連通性較好，退汞效率一般高于30%，均質系數(shù)在14～15。

2）Ⅱ類：孔隙度分布在7%～10%，滲透率分布在（3.95～6.91）×10-5μm2。壓汞曲線的進汞段斜率較I 類為高，是區(qū)塊內最常見的壓汞曲線類型。排驅壓力分布在1.5～5.0 MPa，最大進汞飽和度在70%～80%，中值壓力在12～14 MPa，中值半徑在0.05～0.1 μm，退汞效率在25%～30%，均質系數(shù)在13～14。

3）Ⅲ類：孔隙度分布在1%～7%，滲透率分布在（1.97～3.95）×10-5μm2。壓汞曲線的進汞段斜率較II 類為高，具有中等-較高排驅壓力，分布在14～21 MPa。最大進汞飽和度相對較低，一般小于50%，中值壓力一般大于40 MPa，中值半徑小于0.02 μm，退汞效率大于25%，均質系數(shù)小于13。

4 層內非均質性

儲層巖性、物性等受層內夾層分布影響表現(xiàn)為層內非均質性。研究區(qū)可識別出泥質、鈣質兩類夾層。泥質夾層的巖性以泥質粉砂巖、粉砂質泥巖、泥巖為主，厚度一般小于1 m。由于泥質夾層的巖心分析滲透率小于9.87×10-6μm2，因此可視為非滲透層。鈣質夾層指的是發(fā)育在砂質碎屑流成因砂體中膠結物為鈣質的致密砂巖夾層，厚度小，物性差以至于喪失儲油能力。泥質夾層在研究區(qū)儲層中最常見，出現(xiàn)頻率為0.56，其中在砂質碎屑流儲層中的出現(xiàn)頻率為0.18，在濁流儲層中的出現(xiàn)頻率為0.38。鈣質夾層在研究區(qū)儲層中的出現(xiàn)頻率最低，頻率為0.06，主要出現(xiàn)在砂質碎屑流儲層中，少量出現(xiàn)在濁流儲層中。

層內夾層對儲層物性的影響主要體現(xiàn)在夾層對流體的阻擋隔絕作用，層內夾層越發(fā)育，非均質性越強。各類重力流成因儲層中泥質夾層的出現(xiàn)頻率最高，是不同類型儲層層內非均質性的主要影響因素。

按何拓平等（2020）的判定標準（表2），研究區(qū)長713小層以濁積巖為主，儲層非均質性弱。長712小層是濁積巖與砂質碎屑流沉積的交界處，巖心可觀察到砂泥互層，儲層非均質性中等。長711小層以砂質碎屑流沉積為主，儲層非均質性強。研究區(qū)滑塌巖發(fā)育相對較少，對儲層整體的非均質性影響不大（表3）。

表2 研究區(qū)長71儲層層內非均質性宏觀物性判定標準

表3 研究區(qū)長71滲透率非均質性特征

5 砂體疊置與層間隔層

層間非均質性研究剖面上隔層、夾層與砂層的疊置關系及其對儲層儲集-滲流能力差異的影響。儲層物性、含油性分布受不同砂體疊置關系的影響表現(xiàn)層間非均質性。本文在Z183 區(qū)塊骨架砂體剖面上共識別出4類砂體疊置關系（圖4），并分析其對儲層滲透率非均質性的影響。

圖4 研究區(qū)典型砂體構型

1）連續(xù)疊加型：具有該類型疊加關系的砂體普遍較厚較寬大，巖性細，有少量薄而小的泥質夾層發(fā)育，偶見鈣質夾層。單砂體的測井曲線以齒化箱型為主，成因通常是砂質碎屑流?？v向上各砂體間的隔層較薄，可視為層間夾層的組合，對油氣運聚的阻隔能力較弱。橫向上各砂體間連通性好。

2）間隔疊加型：具有該類型疊加關系的砂體相對連續(xù)疊加型較小，砂體頂?shù)子锈}質夾層發(fā)育，內部多出現(xiàn)泥質夾層。砂體的測井相特征表現(xiàn)為多個箱型、鐘型曲線的組合，砂體成因大部分為砂質碎屑流沉積，少量為濁流沉積?？v向上各砂體內部與砂體間泥質隔夾層較厚，橫向上各單砂體連通性較好。

3）側向尖滅型：具有該類型疊加關系的砂體橫向上展布范圍大，延伸到尖滅?？v向上較厚的單砂體、薄層單砂體與泥質隔夾層疊置發(fā)育，層頂、層底有沖刷面、泥礫兼鈣質膠結物。砂體的測井曲線多為鐘型、漏斗型。不穩(wěn)定的水動力條件、多物源供給導致砂體成因較為復雜，隔夾層發(fā)育規(guī)模大、層數(shù)多，僅較厚的單砂體處有油氣富集。

砂泥互層型：具有該疊加關系的砂體多為窄而小的薄層，層間發(fā)育厚層泥巖，測井曲線多為指狀或齒狀。該砂體疊置關系形成于水動力強度大的沉積環(huán)境，多發(fā)育濁流成因的砂體，裂縫密集處適合壓裂改造。

由圖4 可知，研究區(qū)主要發(fā)育間隔疊加型與連續(xù)疊加型，其次是砂泥互層型，側向尖滅型較少。

6 平面非均質性

不同沉積微相的類型差異可以用砂層密度，或砂地比定量表示。由于Z183區(qū)塊各處地層厚度相差不大，因此砂地比是區(qū)塊內砂體厚度的影響因素之一。在Z183區(qū)塊地質條件的約束下，砂地比越大、單砂層極大厚度越大，反映沉積微相對砂厚非均質性的影響程度越高，砂體的平面非均質性越強。經(jīng)計算，長71半深湖-深湖亞相的砂層密度在0.1～0.29層/m，均值為0.22層/m，單砂層極大厚度5.99 m；砂質碎屑流微相的砂層密度在0.31～0.49 層/m，均值為0.42層/m，單砂層極大厚度9.12 m；濁流微相的砂層密度在0.55～0.75 層/m，均值為0.63 層/m，單砂層極大厚度7.5 m（表4）。

表4 研究區(qū)長71不同沉積微相的砂層密度、單砂層平均厚度與平面鉆遇率

不同沉積微相在平面上的砂體展布形態(tài)差異可以用鉆遇率量化表示，鉆遇率有平面與剖面兩種，不同的平面鉆遇率可以定性描述不同砂體在平面上的展布范圍，是砂體平面展布形態(tài)非均質性的直接影響因素。 經(jīng)計算，Z183 區(qū)塊長71半深湖-深湖亞相砂層平面鉆遇率18%，剖面鉆遇率30%；濁流微相砂層平面鉆遇率34%，剖面鉆遇率24%；砂質碎屑流微相砂層平面鉆遇率48%，剖面鉆遇率46%（表4）。

長71沉積期，Z183區(qū)塊厚層的砂質碎屑流砂體較為發(fā)育，連片性相對好，主要發(fā)育在順物源方向的B36-B16 一線、Z40-Z190-Z140-Z49-Z225-Z180-Z293一線、B7-Z225-B36-Z173-Z225一線，在厚砂體側翼有薄層的濁流砂體發(fā)育，其他地方均發(fā)育半深湖-深湖泥。

研究區(qū)儲層厚度大于12 m的砂體發(fā)育在Z190-Z25-Z141一線、Z173-B66一線以及B7井附近；厚度6～12 m 的砂體分布在順物源方向的B36-B16 一線、Z40-Z190-Z140 一線、Z24-Z275-Z180-Z293 一線、Z223-Z225-B66 一線以及Z40、B107 井附近；厚度小于6 m 的砂體分布在Z144-Z18-Z211-Z141 一線、Z276-Z301-B37 一線、B106-Z50 一線、Z276-Z301-B37一線、Z224-Z153一線、B6-Z291一線以及B105、Z211井附近，如圖5所示。

圖5 研究區(qū)長71儲層沉積微相、砂厚等值線圖

通過比較相同井位附近沉積微相與砂體厚度的展布，可知砂體厚度相對較大的地方基本分布在砂層密度較大的沉積微相，即砂質碎屑流微相附近的砂體厚度大于濁流亞相的濁積水道微相，如Z140-Z49-Z24-Z275一線、Z50井附近，即砂質碎屑流微相是區(qū)塊內砂體厚度的主要影響因素。

7 儲層宏觀非均質性的影響因素

7.1 沉積微相

沉積微相對沉積物的顆粒粒度與分選性有影響。沉積巖離物源區(qū)的搬運距離越大，顆粒粒度越細，分選性越好；此時壓實作用對分選性好、堆積緊密的砂體孔隙度影響極小。

研究區(qū)發(fā)育半深湖-深湖背景下的溝道型重力流沉積體系。巖性主要是顏色為黑褐色到褐色，粒度為中粒到細粒，含硬砂質、泥質、方解石質的長石粉砂巖、長石巖屑砂巖、巖屑長石砂巖。成分成熟度較高，分選性極好，結構成熟度低到中等。砂質碎屑流儲層顆粒粒度較濁流為粗，物性相對較好，有利于儲集砂體的形成。研究區(qū)儲層相對高孔高滲帶分布在區(qū)塊中部Z49-Z24-B106 一線、Z141-Z142-Z223-B7一線，以及Z190、Z25井附近，在整個區(qū)塊內分布廣泛，均位于廣泛發(fā)育的砂質碎屑流儲層。滲透率與孔隙度的平面展布是一致的（圖6（a）、圖6（b））。研究區(qū)儲層相對高含油飽和度帶分布在區(qū)塊中南部，沿著Z211-Z141-Z142-Z223-B7一線、Z183-Z25-P23-Z225 一線、Z40-Z190-Z140-Z49-Z24-Z275 一線以及B106、B107、B66 井附近分布，均位于廣泛發(fā)育的砂質碎屑流微相上，與高孔高滲微相的展布具有一致性（圖6（c））。

圖6 研究區(qū)長71儲層、滲透率、有效厚度平面展布

注意到沉積相、砂厚、孔隙度、滲透率、有效厚度展布的一致性，可知砂質碎屑流儲層砂體厚度大、物性好、含油飽和度高，非均質性強，濁流儲層次之，半深湖-深湖亞相儲層非均質性最差[18-19]。

7.2 成巖作用

7.2.1 壓實作用

壓實作用的機理是隨深度增加，巖石上覆地層壓力增大，導致儲層孔隙度減小?；赥rask 分選系數(shù)計算得到儲層的原始孔隙度平均為34.13%，壓實率在38.44%～45.33%，平均值41.89%，屬中等壓實。主要原因在于分選性極好的砂體抗壓實能力極強，同時綠泥石薄膜的存在限制石英次生加大邊的發(fā)育圖。對Z183 區(qū)塊長71儲層膠結物體積與粒間體積作交匯圖表明，壓實作用是Z183區(qū)塊儲層致密化的主要影響因素（圖7）。結合圖4和圖7可知，研究區(qū)泥質隔夾層主要分布在埋深較大的位置，上覆巖層厚，壓實作用較強，因此長71儲層內與層間非均質性普遍較強。

圖7 研究區(qū)長71亞段各小層致密化主控因素判別

7.2.2 膠結作用

膠結作用的機理是自生礦物固結堵塞儲層孔隙造成孔隙度減小。計算表明：儲層膠結率在26.33%～38.84%，平均值32.59%，屬中等膠結。主要有3類：

1）黏土礦物膠結。綠泥石膜含量較低。厚度較小時，可阻礙石英的次生加大作用，含量較高。厚度較大時，則會堵塞孔隙使得孔隙度減小。由圖8（a）可知，研究區(qū)儲層綠泥石膜含量在1.5%時物性最好；研究區(qū)水云母含量集中在5%～20%，與面孔率呈負相關性（圖8（b））。

圖8 研究區(qū)長71儲層膠結物含量與面孔率的相關性

2）碳酸鹽膠結。碳酸鹽膠結物在早、中、晚期成巖階段使得原生粒間孔、骨架顆粒與填隙物被充填或交代，使得儲層物性變差。由圖8（c）可知，研究區(qū)碳酸鹽膠結物含量在0～4%不等，與面孔率呈負相關，高值分布在0～5%內。

3）硅質膠結。與綠泥石類似，石英加大邊含量較低且厚度較小時，可阻礙壓實作用，含量較高、厚度較大時，則會堵塞孔隙使得孔隙度減小。由圖8（c）可知，研究區(qū)硅質膠結物含量在0～4%不等，與面孔率呈負相關，高值分布在0.5%～1.5%內。

對儲層砂巖黏土礦物含量與面孔率的相關性關系進行描述。填隙物含量越高，面孔率越低，物性越差。研究區(qū)填隙物類型以綠泥石、綠泥石膜、水云母、碳酸鹽膠結物為主。水云母的存在指示長石顆?；蚋缓L石的巖屑局部或全部蝕變，使得儲層溶孔含量增加（圖8（b））；碳酸鹽膠結物的存在表明粒間孔被以鐵方解石為代表的碳酸鹽膠結物堵塞，使得儲層粒間孔含量減少（圖8（c））；硅質的存在則顯示粒間孔隨儲層埋深增加而逐漸被次生加大的石英所充填，使得儲層粒間孔含量減少（圖8（d））。

根據(jù)前人研究成果，隨著埋深增加，在高溫高壓條件下，泥巖中鈣離子濃度高的孔隙水被排出到物性相對好的上覆與下伏的砂巖中，使得鈣質富集，從而有助于鈣質夾層的形成[21]。

8 結論

1）鄂爾多斯盆地合水地區(qū)長71儲層砂體成因是溝道型深水重力流沉積。物性普遍低孔低滲，孔喉連通性強。

2）研究區(qū)儲層非均質性普遍較強，泥質夾層分布廣泛，砂層頂?shù)着家娾}質夾層。砂體疊置關系以間隔疊加型、連續(xù)疊加型為主。砂質碎屑流成因砂體厚度相對較大。

3）研究區(qū)儲層宏觀非均質性的影響因素有沉積微相與成巖作用兩類，砂質碎屑流亞相控制的砂體厚度大、物性好、含油飽和度高、非均質性強。埋深越大，泥質夾層分布越廣泛。同時，在埋深較大的層段，高溫高壓條件下有利于鈣質夾層的形成。