儲(chǔ)層非均質(zhì)性對(duì)油氣成藏的影響
——以博興油田沙四上亞段灘壩相砂巖為例

郭 松，譚麗娟，林承焰，李紅南，呂修祥

(1.中國石油大學(xué)(北京) 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249； 2.中國石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測(cè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249； 3.中國石油大學(xué)(華東) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580)

儲(chǔ)層非均質(zhì)性對(duì)油氣成藏的影響
——以博興油田沙四上亞段灘壩相砂巖為例

郭 松1,2，譚麗娟3，林承焰3，李紅南3，呂修祥1,2

(1.中國石油大學(xué)(北京) 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249； 2.中國石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測(cè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249； 3.中國石油大學(xué)(華東) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580)

在對(duì)錄井、測(cè)井、分析測(cè)試等資料綜合分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)博興油田沙四上亞段灘壩砂巖儲(chǔ)層非均質(zhì)性特征及其對(duì)油氣成藏的影響進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：研究區(qū)灘壩相儲(chǔ)層主要為砂泥薄互層狀分布，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)；油氣分布呈嚴(yán)重不均一性，不同井區(qū)、不同砂組含油特征迥異；成巖作用導(dǎo)致該區(qū)儲(chǔ)層質(zhì)量差異較大，儲(chǔ)層質(zhì)量與含油氣性有較好的正相關(guān)性，空間儲(chǔ)層非均質(zhì)性控制了油氣充滿度及宏觀分布特征。模擬實(shí)驗(yàn)顯示，成藏動(dòng)力和成藏阻力的配置關(guān)系會(huì)影響油氣的富集特征，并在一定程度上弱化儲(chǔ)層非均質(zhì)性對(duì)油氣成藏帶來的影響。

儲(chǔ)層非均質(zhì)性；油氣不均一分布；模擬實(shí)驗(yàn)；灘壩相儲(chǔ)層；博興油田；渤海灣盆地

隨著對(duì)灘壩砂巖油氣勘探關(guān)注程度越來越高，在松遼、渤海灣、準(zhǔn)噶爾、遼河等盆地均發(fā)現(xiàn)了灘壩砂巖油氣藏[1-3]。其中以勝利油田最為典型，東營凹陷南坡灘壩砂體油氣是近幾年勝利油田油氣產(chǎn)量和儲(chǔ)量增加的重要領(lǐng)域，對(duì)該區(qū)油氣勘探和研究工作引起了大量學(xué)者的重視[4-7]。灘壩相儲(chǔ)層最典型的特點(diǎn)是薄互層沉積，空間上砂體變化快，具有較強(qiáng)的儲(chǔ)層非均質(zhì)性[8-13]。目前關(guān)于灘壩砂巖儲(chǔ)層非均質(zhì)性的研究更多的是將其與油氣開發(fā)緊密結(jié)合，強(qiáng)調(diào)的是儲(chǔ)層非均質(zhì)性與剩余油分布的關(guān)系[14-15]。而關(guān)于儲(chǔ)層非均質(zhì)性對(duì)油氣成藏的控制作用研究較少，導(dǎo)致對(duì)灘壩砂巖油氣藏分布規(guī)律不明確，制約了灘壩砂巖油氣藏的勘探。本文選擇博興油田沙四上亞段灘壩砂巖作為解剖對(duì)象，在歸納總結(jié)該區(qū)灘壩砂巖儲(chǔ)層非均質(zhì)性特點(diǎn)和油氣富集特征的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析了儲(chǔ)層非均質(zhì)性對(duì)油氣不均一分布的控制作用，并通過實(shí)驗(yàn)?zāi)M了在具有儲(chǔ)層非均質(zhì)性的薄互層砂體中油氣的運(yùn)聚特征。以期加深對(duì)斷陷湖盆緩坡帶灘壩砂巖油氣成藏特征的認(rèn)識(shí)，對(duì)油田滾動(dòng)勘探開發(fā)工作具有實(shí)際的指導(dǎo)意義和應(yīng)用價(jià)值。

圖1 東營凹陷博興洼陷區(qū)域構(gòu)造位置

1 地質(zhì)背景

博興油田位于東營凹陷博興洼陷東部，純化—草橋鼻狀構(gòu)造的南部，南臨東營南斜坡，主體夾在2個(gè)反向斷層(博興斷層和石村斷層次生斷層)中間，南北方向上呈地塹狀，自西向東基本呈漸高趨勢(shì)(圖1)。區(qū)內(nèi)發(fā)育了多條近東西向北掉及南掉正斷層，把該區(qū)分成若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立的區(qū)塊。

研究區(qū)沙四上亞段為低位—湖侵體系域的濱淺湖—半深湖相沉積，受古地貌和區(qū)域構(gòu)造輪廓的影響，濱淺湖相灘壩砂巖沉積較為發(fā)育，縱向上主要呈砂泥巖互層狀，灘砂分布面積廣泛，物性較好、分布范圍較局限的壩砂為油氣儲(chǔ)集的良好場(chǎng)所，具備形成灘壩砂油氣藏的背景條件[16]。經(jīng)烴源巖研究及油源對(duì)比，區(qū)內(nèi)灘壩砂巖油藏原油與沙四上亞段烴源巖生標(biāo)特征相符合[17]。

2 油氣富集特征

灘壩砂體通常發(fā)育在濱淺湖高能環(huán)境中，往往呈現(xiàn)出單層厚度小、橫向上變化快、縱向上多層疊置、呈大面積分布的特點(diǎn)，致使研究區(qū)灘壩砂巖油氣分布呈嚴(yán)重不均一性。縱向上不同砂組含油氣性差異較大，經(jīng)常有相鄰2個(gè)砂體一個(gè)含油一個(gè)不含油的現(xiàn)象出現(xiàn)，平面上不同區(qū)塊含油部位和含油面積各異。

博興油田沙四上亞段灘壩砂儲(chǔ)層油氣富集條件相對(duì)復(fù)雜。平面上，油氣主要集中在斷裂帶以及壩主體和壩邊緣等優(yōu)勢(shì)相帶，以T83-C95井區(qū)、B3井區(qū)最富油氣；縱向上，不同砂組含油氣性差異較大，以儲(chǔ)集條件較好的1砂組為主力含油氣砂組，其次為3砂組。

受儲(chǔ)層條件和斷層的影響，研究區(qū)主要發(fā)育物性封閉巖性油氣藏、斷層—巖性復(fù)合型油氣藏、砂巖上傾尖滅巖性油氣藏和斷層油氣藏。自構(gòu)造低部位的生油洼陷區(qū)到洼陷邊緣的構(gòu)造高部位，隨著埋藏深度逐漸變淺，圈閉與主要烴源巖層的距離加大，地層受構(gòu)造作用改造程度加強(qiáng)，油氣藏類型由純巖性油氣藏逐漸過渡為構(gòu)造—巖性油氣藏和構(gòu)造油氣藏，油氣充滿度也逐漸變低，油氣藏由無邊、底水、非油即干逐漸過渡為油水間互和邊、底水明顯的油氣藏。

研究區(qū)儲(chǔ)層非均質(zhì)性與油氣的差異富集特征有一定的關(guān)系。具體表現(xiàn)在儲(chǔ)層質(zhì)量高的區(qū)域含油性好，儲(chǔ)層質(zhì)量差的區(qū)域含油性差。油氣從烴源巖中排出，進(jìn)入鄰近儲(chǔ)集砂體，達(dá)到一定數(shù)量后沿層間界面或微層理面向低勢(shì)區(qū)運(yùn)移，在斷層作用下，至同層圈閉中聚集成藏。形成的油氣藏?zé)o明顯的邊底水，含油邊界多受控于儲(chǔ)集條件，呈不等高特點(diǎn)。受較強(qiáng)的儲(chǔ)層非均質(zhì)性影響，典型“上油下水”型油氣藏較少，取而代之的是下傾方向含油、上傾方向?yàn)楦蓪?，抑或兩頭為干層、腰部含油等非常規(guī)形態(tài)油氣藏。主要形成物性封閉巖性油氣藏，其次為斷層—巖性復(fù)合型油氣藏(圖2)。

3 儲(chǔ)層非均質(zhì)性控油氣特點(diǎn)

3.1成巖作用對(duì)儲(chǔ)層非均質(zhì)性的影響

博興油田沙四上亞段灘壩砂巖平均孔隙度為12.8%，平均滲透率為5.5×10-3μm2。主要含油氣巖性為粉砂巖，其次為泥質(zhì)粉砂巖和灰質(zhì)粉砂巖。不同巖性由于物性和泥質(zhì)、灰質(zhì)含量不同，儲(chǔ)層質(zhì)量和富油氣程度迥異，大部分為干層[18]。研究區(qū)主要為低孔、低滲儲(chǔ)層，成巖作用對(duì)該類儲(chǔ)層的影響重大[19]。根據(jù)薄片觀察和成巖作用研究發(fā)現(xiàn)，該區(qū)儲(chǔ)集空間類型以次生孔隙為主，孔隙度變化的主要原因是方解石的沉淀和溶解以及長(zhǎng)石礦物的溶蝕作用，成巖階段處于中成巖A期。在成巖改造過程中，壓實(shí)作用和方解石膠結(jié)作用會(huì)使得孔隙度降低，而方解石、長(zhǎng)石、巖屑等礦物的溶蝕作用會(huì)形成次生孔隙，改善儲(chǔ)集條件(圖3)。受成巖作用的影響，灘壩砂巖儲(chǔ)層表現(xiàn)出較強(qiáng)的非均質(zhì)性，導(dǎo)致不同區(qū)域儲(chǔ)層質(zhì)量差異較大。

圖2 博興油田沙四上亞段油氣成藏示意

圖3 博興油田沙四上亞段灘壩相砂巖主要成巖作用類型

3.2儲(chǔ)層非均質(zhì)性與油氣不均一分布的關(guān)系

在油氣成藏過程中，砂巖體既是流體輸導(dǎo)系統(tǒng)的重要組成部分，又為油氣的富集提供了必需的儲(chǔ)集體。砂巖儲(chǔ)層的非均質(zhì)性直接影響著其輸導(dǎo)與聚集功能，制約著油氣的富集、分布特點(diǎn)，明顯的非均質(zhì)性直接影響油氣的充滿度，可以造成不同井區(qū)含油氣性差異巨大。以0砂組為例，C95-1與B6-31井區(qū)均為構(gòu)造高部位，具有很好的構(gòu)造圈閉條件，但含油氣性比T85井區(qū)差，分析原因主要是儲(chǔ)層發(fā)育差異性造成的。分別選擇3個(gè)井區(qū)內(nèi)具有代表性的井對(duì)0砂組儲(chǔ)層條件進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，T85井區(qū)平均砂厚較大，砂地比數(shù)值明顯高于另外2個(gè)井區(qū)，隔夾層數(shù)量少于C95-1井區(qū)，與B6-31井區(qū)相似，層間非均質(zhì)性弱，因此，T85井區(qū)的儲(chǔ)層非均質(zhì)性較弱，更有利于油氣聚集(表1)。

儲(chǔ)層非均質(zhì)性反應(yīng)的是儲(chǔ)層質(zhì)量在空間上的差異變化。儲(chǔ)層質(zhì)量好的地區(qū)富含油氣的可能性大，儲(chǔ)層質(zhì)量差的地區(qū)富含油氣的可能性相對(duì)較小，因此，空間上的儲(chǔ)層非均質(zhì)性與油氣不均一分布特征應(yīng)存在一定的聯(lián)系，儲(chǔ)層質(zhì)量與儲(chǔ)層含油氣性應(yīng)具有正相關(guān)性。為了更直觀地反映二者之間的關(guān)系，提出使用儲(chǔ)層質(zhì)量綜合指數(shù)(IRQ)作為評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的指標(biāo)。首先，利用主因子分析法，選取孔隙度、滲透率(對(duì)數(shù))、砂體厚度、夾層頻率、砂地比、沉積微相和成巖相[14]等作為評(píng)價(jià)參數(shù)；其次，通過數(shù)學(xué)方法計(jì)算各影響參數(shù)的權(quán)重[20]；最后，計(jì)算各主力小層的儲(chǔ)層質(zhì)量綜合指數(shù)。儲(chǔ)層質(zhì)量綜合指數(shù)介于0～1之間，0代表非儲(chǔ)層，1代表高質(zhì)量均質(zhì)儲(chǔ)層，數(shù)值越大儲(chǔ)層質(zhì)量越好。分析發(fā)現(xiàn)，同一微相的儲(chǔ)層質(zhì)量差異不大，但不同微相之間存在明顯區(qū)別，壩主體微相儲(chǔ)層質(zhì)量最優(yōu)，次為壩邊緣、灘席微相。不同小層由于沉積微相展布不同，儲(chǔ)集物性差異明顯，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，儲(chǔ)層質(zhì)量高的地區(qū)含油氣性較好，這充分表明儲(chǔ)層非均質(zhì)性是導(dǎo)致油氣不均一分布的重要原因(圖4)?？傮w而言，研究區(qū)IRQ一般在0.25～0.65之間，主要含油區(qū)域的IRQ大都在0.4以上。

表1 博興油田0砂組相似構(gòu)造條件的若干井區(qū)儲(chǔ)集條件對(duì)比

3.3模擬實(shí)驗(yàn)

為了反映濱淺湖灘壩砂巖儲(chǔ)層非均質(zhì)性對(duì)油氣運(yùn)移聚集的影響，通過實(shí)驗(yàn)?zāi)M了在具有儲(chǔ)層非均質(zhì)性的薄互層砂體中石油的運(yùn)聚特征。實(shí)驗(yàn)所構(gòu)建的地質(zhì)模型大小為70 cm×30 cm×5 cm，設(shè)計(jì)成指狀交互的樣式，反映橫向和縱向的儲(chǔ)層非均質(zhì)性。各砂體物性參數(shù)對(duì)比情況如表2。實(shí)驗(yàn)過程中利用平流泵注入油，模擬烴源巖排烴過程。注入的油為煤油，密度為0.75 g/cm3。為了使油水間有明顯的顏色反差以便觀察油的運(yùn)移和聚集過程，實(shí)驗(yàn)前用微量油紅將煤油染色。配制礦化度為15 g/L的鹽水模擬地層水。

圖4 博興油田1-3-1小層IRQ和含油范圍疊合

層位粒徑/mm孔隙度/%滲透率/10-3μm2砂體10.12～0.15331843砂體20.15～0.20352150砂體30.20～0.25363750砂體40.10～0.12291018

實(shí)驗(yàn)過程中，使用平流泵以側(cè)向穩(wěn)態(tài)充注的方式向砂體中注油。平流泵的初始注油流速設(shè)定為0.5 mL/min，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行10 h后，油主要充注在滲透率較高的砂體3中，并沿砂體3向右側(cè)運(yùn)移。在靠近注油口一側(cè)砂體3與砂體2過渡的區(qū)域，有少量油向砂體2中擴(kuò)散(圖5a)。

實(shí)驗(yàn)進(jìn)行30 h后，砂體3中含油飽和度增大，除右側(cè)下方小面積區(qū)域外均可見油。砂體2中含油面積增大，部分油在浮力作用下由砂體3進(jìn)入砂體2中。少部分油擴(kuò)散進(jìn)入砂體1(圖5b)。

實(shí)驗(yàn)進(jìn)行50 h后，砂體3和砂體2全部含油，砂體1中的油主要分布在中下部，頂部與砂體4過渡的區(qū)域沒有進(jìn)油。此狀況已維持?jǐn)?shù)小時(shí)，且出水口開始見油(圖5c)。

加大注油流速至2 mL/min，5 h后，砂體3和砂體2中油的顏色變深，證明含油飽和度增高。砂體1全部含油，原本不含油的砂體4中進(jìn)入了一定量的油。此時(shí)，出水口大量見油，出油量幾乎等于注油量，注油過程結(jié)束(圖5d)。

實(shí)驗(yàn)中，通過改變注油速率來模擬成藏動(dòng)力的變化。沙四上亞段烴源巖生烴形成異常高壓無疑是沙四段油氣成藏的主要?jiǎng)恿?，而?chǔ)層物性則決定了油氣成藏阻力的大小，二者之差越小越不利于成藏。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，由于儲(chǔ)層非均質(zhì)性的存在，注入的油首先沿高滲透砂體3運(yùn)移。由于上部的砂體粒徑細(xì)，物性差，毛細(xì)管力比較大，較低的注油速率產(chǎn)生的動(dòng)力和砂體3中油柱的浮力不足以克服砂體2中的毛細(xì)管力，所以在油量不足的初始階段，砂體2中不含油。隨著注油量的增大，浮力作用增強(qiáng)，當(dāng)浮力的大小超過毛細(xì)管阻力的大小時(shí)，油會(huì)在浮力作用下運(yùn)移至砂體2中。同理，隨著砂體中的油量越來越多，油柱的浮力越來越大，砂體2和砂體1的含油面積逐漸增大。當(dāng)達(dá)到一定程度時(shí)，在保證注油速率(成藏動(dòng)力)不變的情況下，不論如何延長(zhǎng)注油時(shí)間，砂體4中都不會(huì)含油，這是因?yàn)樯绑w4的儲(chǔ)集物性相對(duì)較差，產(chǎn)生較大的毛細(xì)管力，即使連續(xù)油柱所產(chǎn)生的最大浮力也不足以克服這種毛細(xì)管力。在這種情況下，砂體4對(duì)于油的運(yùn)聚是無效的。只有在提高注油速率，給油提供更大的運(yùn)移動(dòng)力時(shí)(地層壓力累積形成幕式充注)，孔隙度和滲透率較小的砂體4才能充注油。由此可見，在儲(chǔ)層非均質(zhì)性的影響下，高滲透率層對(duì)低滲透率層產(chǎn)生屏蔽作用，且高滲透層的滲透率越高，相對(duì)于低滲透率層的滲透率差異越大，這種屏蔽作用越明顯。當(dāng)滲透率差達(dá)到一定程度時(shí)，只能通過增加注油速率(成藏動(dòng)力)才能使低滲透層含油。當(dāng)然，如果砂體的滲透率低于某一極限值(視不同地區(qū)的情況而定)時(shí)，無論如何提高注油速率，這些砂體對(duì)于油氣運(yùn)聚而言都是無效的，只能起到遮擋層或蓋層的作用。

圖5 模擬實(shí)驗(yàn)中油的運(yùn)移過程示意

4 結(jié)論

1)研究區(qū)灘壩砂體主要為濱淺湖—半深湖相沉積，縱向上呈砂泥互層狀分布，單層厚度小，橫向上變化快，儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)。區(qū)域內(nèi)油氣分布具有較強(qiáng)的不均一性，經(jīng)常有相鄰2個(gè)砂體一個(gè)含油一個(gè)不含油的現(xiàn)象出現(xiàn)，不同砂組、不同區(qū)塊的含油部位和含油面積各異。

2)儲(chǔ)層質(zhì)量與含油氣性有較好的正相關(guān)性，儲(chǔ)層非均質(zhì)性對(duì)油氣差異性分布構(gòu)成重要的影響，并最終控制著砂層的油氣充滿度。實(shí)驗(yàn)證明，成藏動(dòng)力和成藏阻力的配置關(guān)系會(huì)影響油氣的富集特征，并在一定程度上弱化儲(chǔ)層非均質(zhì)性帶來的影響。

3)針對(duì)灘壩相儲(chǔ)層的油氣精細(xì)勘探，應(yīng)根據(jù)不同地質(zhì)背景采用不同的勘探策略。對(duì)于物性條件較差、非均質(zhì)性較強(qiáng)的儲(chǔ)集層，應(yīng)綜合評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的整體質(zhì)量，優(yōu)選“甜點(diǎn)”區(qū)域，以尋找?guī)r性油氣藏為主要目標(biāo)。

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(編輯徐文明)

Influenceofreservoirbedheterogeneityonhydrocarbonaccumulation:Taking beach-bar sandstone of upper fourth member of Eocene Shahejie Formation in Boxing oilfield as an example

Guo Song1,2，Tan Lijuan3，Lin Chengyan3，Li Hongnan3，Lü Xiuxiang1,2

(1.CollegeofGeosciences,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China; 2.StateKeyLaboratoryofPetroleumResourceandProspecting,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China;

3.SchoolofGeosciences,ChinaUniversityofPetroleum,Qingdao,Shandong266580,China)

Based on the analyses of logging data and experiment, it is discussed in this paper the reservoir bed heterogeneity and its effects on hydrocarbon accumulation in the upper fourth member of Eocene Shahejie Formation of the Boxing oilfield. The result shows that the beach-bar reservoir bed with thin interbedded sandstone has strong heterogeneity. Hydrocarbon distribution and property are extremely uneven. Influenced by diagenesis, beach-bar sandstone shows strong heterogeneity, leading to different reservoir bed qualities in different areas. Reservoir bed quality has a good correspondence with hydrocarbon-bearing property, and reservoir bed heterogeneity controls the accumulation and distribution of hydrocarbon as well as oil saturation. Simulated experiment indicates that the relationship between driving force and resistance has effects on hydrocarbon accumulation feature and weakens the control of hydrocarbon accumulation by reservoir bed heterogeneity to a specific extent.

reservoir bed heterogeneity; uneven distribution of hydrocarbon; simulated experiment; beach-bar reservoir; Boxing oilfield; Bohai Bay Basin

1001-6112(2013)05-0534-05

10.11781/sysydz201305534

TE122.2

A

2012-09-03；

2013-07-22。

郭松(1984—)，男，在讀博士生，從事油氣藏形成機(jī)理與分布規(guī)律研究。E-mail: gs-robby@163.com。

國家科技重大專項(xiàng)課題(20095009-003)資助。