莫西莊油田莊101井區(qū)低含油飽和度古油藏特征

呂端川，林承焰，任麗華，郭 威，馬鵬杰，狄喜鳳

(1.中國(guó)石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島 266580； 2.山東省油藏地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島 266580)

莫西莊油田位于準(zhǔn)噶爾盆地車莫古隆起中部，該地區(qū)在古近系喜山運(yùn)動(dòng)作用下發(fā)生北部掀斜，導(dǎo)致目前構(gòu)造形態(tài)呈北西高、南東低的單斜[1]。油源為二疊系下烏爾禾組，儲(chǔ)集層為侏羅系三工河組二段。該段由上部的一砂組和下部的二砂組組成，其中一砂組為曲流河三角洲沉積，二砂組為辮狀河三角洲沉積[2-3]，兩個(gè)砂組之間發(fā)育廣泛分布的泥巖層，其平均厚度達(dá)5.3 m。早期研究者基于對(duì)該地區(qū)現(xiàn)今油水分布的靜態(tài)描述，認(rèn)為構(gòu)造特征和沉積微相的復(fù)合影響以及其內(nèi)部夾層是造成該地區(qū)油水復(fù)雜分布的主要原因[4-6]。該認(rèn)識(shí)并未考慮成藏期后的構(gòu)造掀斜過程對(duì)早期油水分布的影響。我國(guó)大多數(shù)油氣藏在成藏期后并非永久性靜止不動(dòng)，一般都經(jīng)歷過構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的改造，在此過程中，部分地層水對(duì)原始油氣進(jìn)行驅(qū)替，同時(shí)被驅(qū)替出的原始油氣在合適的圈閉條件下對(duì)原始地層水進(jìn)行驅(qū)替，并再次聚集，根據(jù)驅(qū)替流體的不同，可以將油水界面重新調(diào)整區(qū)分為油氣被地層水侵區(qū)及油氣再次聚集區(qū)，其中油氣再次聚集區(qū)是常規(guī)勘探開發(fā)的目標(biāo)區(qū)，油氣被地層水侵區(qū)含油飽和度呈低值而未被作為開發(fā)目標(biāo)區(qū)。如果僅以其現(xiàn)今靜態(tài)分布進(jìn)行描述，則忽略了構(gòu)造調(diào)整過程中油氣被地層水侵區(qū)，即含油飽和度低值區(qū)所具有的剩余油潛力。因此，有必要從動(dòng)態(tài)的角度對(duì)該地區(qū)復(fù)雜的油水關(guān)系進(jìn)行分析，確定成藏過程中的油氣被地層水侵區(qū)內(nèi)的油水分布特征，判斷該地區(qū)低含油飽和度油藏的形成模式，以期為同類型油藏的研究提供借鑒。

1 莊101井儲(chǔ)層及流體特性

莊101井位于莫西莊油田的西部，北部與莊107井、莊102井之間發(fā)育北東東—南西西向正斷層，西南部和東南部分別有莊104井、莊105井和莊108井(圖1)。地球物理資料顯示，莊101井與周圍井之間的砂體連通性較差，其被周圍低滲透性條帶遮擋而呈孤島狀。三工河組二段在莊101井位置處埋深超過4 300 m，壓實(shí)作用較為強(qiáng)烈。根據(jù)巖心測(cè)試得到的孔滲數(shù)據(jù)和含油飽和度數(shù)據(jù)平均值分別為12.8%、78.9 mD和16%，呈“低孔中滲低含油”特征。三工河組二段的上下兩個(gè)砂組分別厚48 m、79 m。試油數(shù)據(jù)(表1)表明，該井在三工河組二段由上到下的3個(gè)試油層段的試油結(jié)論分別為含油水層、水層和油水同層。其中一砂組內(nèi)含油飽和度最大值為31.4%，平均含油飽和度為15.7%；在二砂組上部的含油飽和度最大值為26.4%，平均含油飽和度為17.4%；在二砂組下部的含油飽和度最大值為25.3%，平均含油飽和度為15.2%。

莊101井的3個(gè)試油層段內(nèi)巖心的物性數(shù)據(jù)(圖2a)表明，二砂組上部水層段內(nèi)的含油飽和度最高，比上部一砂組的含油水層段高1.7%，比二砂組下部的油水同層段高2.2%。同時(shí)，3個(gè)試油層段內(nèi)的含水飽和度由上到下略微減少。且由上到下，3個(gè)試油層段內(nèi)的平均滲透率分別為8.88 mD、115.37 mD、182.35 mD，即滲透率由上到下呈小幅度增大。滲透率變異系數(shù)(圖2b)表明曲流河邊灘沉積內(nèi)物性非均質(zhì)程度略高于辮狀河道疊置側(cè)向加積形成的砂體內(nèi)的非均質(zhì)程度，且受儲(chǔ)層內(nèi)部非均質(zhì)程度的影響，含油水層內(nèi)的剩余油飽和度呈相對(duì)高值。3個(gè)試油層段內(nèi)原油族組分?jǐn)?shù)據(jù)(圖2c)表明，3個(gè)試油層段內(nèi)飽和烴、芳香烴和非烴組分的含量百分比相近。在一砂組的含油水層段和二砂組的油水同層段內(nèi)，瀝青質(zhì)的含量百分比較低，在二砂組油浸水層段內(nèi)該值的含量最高，分別為上部含油水層段和油水同層段的2.07倍和2.64倍，說明該水層段早期油氣經(jīng)地層水侵入沖刷后，剩余油的主要成分為瀝青質(zhì)。

圖1 莫西莊地區(qū)三工河組平面構(gòu)造Fig.1 Plane tectonic of Sangonghe formation in Moxizhuang area

圖2 莫西莊油田莊101井試油層段各參數(shù)綜合圖Fig.2 Various parameters of testing section of Zhuang-101 well in Moxizhuang oilfield

2 莊101井日產(chǎn)及鄰井油水分布特征

根據(jù)前人對(duì)莊101井區(qū)內(nèi)油水界面調(diào)整變化的識(shí)別，莊101井在構(gòu)造掀斜后油水界面抬升調(diào)整幅度為25～30 m[7]。同時(shí)根據(jù)該井區(qū)各井試油資料(表1)，表明莊101井區(qū)“上水下油”的分布特征較為明顯，且莊101井的油氣顯示級(jí)別在該井區(qū)內(nèi)最高。結(jié)合前人對(duì)該地區(qū)構(gòu)造演化的認(rèn)識(shí)，說明莊101井在成藏期作為構(gòu)造高點(diǎn)，其內(nèi)部的原始油氣豐度高于鄰井，在經(jīng)歷北部掀斜后，目前的油氣顯示仍高于該井區(qū)內(nèi)其他井。結(jié)合儲(chǔ)層發(fā)育特征及試油數(shù)據(jù)，油水界面在上調(diào)過程中，該非均質(zhì)河道砂巖層段作為油氣發(fā)生再次運(yùn)移的路徑，在其層間隔層及層內(nèi)夾層的遮擋作用下，地層水對(duì)原始油氣的沖刷驅(qū)替程度不徹底，在局部形成殘留，從而形成了以單砂體為儲(chǔ)集單元的孤立油氣藏。該類油氣藏含油飽和度普遍呈低值，且日產(chǎn)量低。但針對(duì)該低飽和度油藏，施行合適的開發(fā)措施，仍可以取得一定的經(jīng)濟(jì)效益[8]。通過對(duì)比油氣顯示同為油浸級(jí)別的二砂組上下兩個(gè)試油段的物性及含油性，預(yù)測(cè)其儲(chǔ)量，若二砂組上部6.5 m厚油浸淺黃灰色中砂巖中的剩余油實(shí)現(xiàn)可動(dòng)化，其產(chǎn)量將明顯高于下部。

表1 莊101井區(qū)各井試油層段的日產(chǎn)及油氣顯示情況Table 1 Production and oil and gas showing situation of each well in Zhuang-101 well area

3 古油藏特征

圖3 油水界面分布及調(diào)整示意Fig.3 Diagram of oil and water interface distribution and adjustment

根據(jù)傳統(tǒng)油氣成藏理論，油氣在圈閉頂部富集，則從油藏級(jí)別的角度認(rèn)為，油藏內(nèi)含油飽和度表現(xiàn)為由上到下由高變低的分布特征[9](圖3)，結(jié)合原油在圈閉中的聚集過程，表明油相對(duì)水相的排替作用由上到下逐漸降低。若油藏在后期遭受構(gòu)造或開發(fā)因素的改造，油水界面發(fā)生改變，則油區(qū)與水區(qū)發(fā)生調(diào)整，古油區(qū)發(fā)生水侵，油相被水相驅(qū)替，或者古水區(qū)的水相被油相重新排替。其中，被水侵的古油區(qū)即為本文所討論的古油藏的所在位置。

若構(gòu)造調(diào)整幅度較高，原始油氣藏可被完全破壞，從而形成古油藏。若構(gòu)造調(diào)整幅度未將油藏完全破壞，則會(huì)導(dǎo)致油氣的再次運(yùn)聚，形成新的油氣藏，同時(shí)也形成古油水界面限定的油氣被地層水侵區(qū)。國(guó)內(nèi)對(duì)古油藏的分析研究，主要是根據(jù)油藏被破壞后的殘留瀝青質(zhì)判斷油氣運(yùn)移路徑，確定油氣來(lái)源[10-11]；或者是通過對(duì)古油水界面的判斷，分析油藏內(nèi)的油氣充注歷史，確定排烴期次[12-13]。但一直并沒有將油氣被地層水侵區(qū)，即含油飽和度呈低值的古油區(qū)作為具有開發(fā)潛力的對(duì)象進(jìn)行深入研究[14-16]。當(dāng)國(guó)外利用CO2混相驅(qū)替方法在生產(chǎn)油水界面與自由水界面之間低含油飽和度層段內(nèi)獲得顯著工業(yè)流，發(fā)現(xiàn)了該層段的剩余油潛力[17-19]。

油氣被地層水侵區(qū)內(nèi)的低含油飽和度油藏中剩余油的有效挖潛為剩余油研究提供了新思路。后期學(xué)者對(duì)該類型油藏的開發(fā)措施進(jìn)行了研究[20]。要究該類型低含油飽和度油藏，首先要解決如下2個(gè)問題：①油氣被地層水侵區(qū)內(nèi)低含油飽和度油藏的形成機(jī)理，判斷其是否與現(xiàn)今油藏底部低含油飽和度層段的形成機(jī)理存在差異；②油氣運(yùn)移路徑上能否形成一定厚度且可以作為挖潛目標(biāo)的低含油飽和度的古油層段。

古油藏相對(duì)于現(xiàn)今油藏經(jīng)歷了一定的改造作用，包括構(gòu)造因素引起的地層掀斜、斷層封閉性變差，以及開發(fā)等因素引起的水動(dòng)力的改變，這種改造作用造成油水界面發(fā)生調(diào)整。在油水界面變化的層段內(nèi)，早期油藏被動(dòng)發(fā)生地層水的水驅(qū)沖刷，由于儲(chǔ)層層間非均質(zhì)的影響，導(dǎo)致水驅(qū)沖刷程度存在差異?？缀斫Y(jié)構(gòu)內(nèi)存在一定量不同形式的殘余油，因此在剩余油飽和度垂向分布上可以識(shí)別出殘余油飽和度呈低值的非可動(dòng)油區(qū)?，F(xiàn)今油藏底部低含油飽和度層段的形成，則是因?yàn)樵谟筒氐撞吭统渥⒊潭认鄬?duì)于中上部較低，油相被水相捕獲，以非可動(dòng)油的形式殘留在孔隙中。因此，從水相與油相的相互作用角度來(lái)看，兩者的形成機(jī)理具有相似性，均為一種流體對(duì)另一種流體的不完全驅(qū)替。結(jié)合莊101井區(qū)構(gòu)造大事件(表2)及各井的油氣顯示來(lái)看，在成藏期作為古構(gòu)造高點(diǎn)的莊101井，在北部掀斜的改造作用下，經(jīng)地層水沖刷后，目前仍為油浸，而位于早期構(gòu)造低點(diǎn)的各井，由于充注程度較弱，目前僅表現(xiàn)為油斑或油跡。

表2 莫西莊地區(qū)構(gòu)造歷史大事件Table 2 The great tectonic events in Moxizhuang area

很多學(xué)者通過對(duì)油氣運(yùn)移路徑的研究[21-22]，認(rèn)為油氣的二次運(yùn)移路徑包括斷裂帶、不整合面、裂縫和連通性孔隙。油氣在運(yùn)移過程中首先沿孔滲條件好的優(yōu)勢(shì)通道進(jìn)行，以砂巖輸導(dǎo)層為例，發(fā)生優(yōu)勢(shì)運(yùn)移的砂體厚度占砂體總厚度的比例非常小[23]。從微觀級(jí)別分析，油氣的運(yùn)移以及自由水對(duì)油區(qū)的侵入均受油相與水相兩者間相互作用的影響，在運(yùn)移過程中，油氣受浮力、重力和毛管力的合力而向圈閉內(nèi)聚集，同時(shí)由于巖石表面親油礦物的潤(rùn)濕性影響，油相迅速在巖石表面形成油膜。從宏觀級(jí)別分析，油氣在優(yōu)勢(shì)通道內(nèi)主要沿浮力方向運(yùn)移。逐漸聚集的油氣在圈閉內(nèi)受到頂部蓋層的遮擋，由上到下對(duì)水相發(fā)生排替，該排替過程中，在孔滲條件差的致密層內(nèi)，油氣的驅(qū)動(dòng)力不足以克服毛管力，則油氣相不能對(duì)該層的水相進(jìn)行排替[24-25]。在非致密儲(chǔ)層內(nèi)，當(dāng)油氣來(lái)源充足時(shí)，圈閉內(nèi)巖層的有效孔隙均被油氣填充。一旦油藏保存條件發(fā)生改變，出現(xiàn)油水界面調(diào)整，則發(fā)生與水驅(qū)開發(fā)類似的水侵過程，受儲(chǔ)層內(nèi)物性差異，相同調(diào)整程度下，孔滲條件好的層段內(nèi)剩余油飽和度值比孔滲條件差的層段內(nèi)的值低[26-28]。當(dāng)油氣在優(yōu)勢(shì)通道內(nèi)運(yùn)移時(shí)，由于該位置的儲(chǔ)層物性相對(duì)較好，油氣的運(yùn)移驅(qū)動(dòng)力大于毛管阻力，因而缺少形成油相殘留的條件，故在運(yùn)移路徑內(nèi)不存在具有開發(fā)潛力的殘余油區(qū)。

綜上對(duì)圈閉被油氣聚集及油水界面調(diào)整過程的分析，結(jié)合莊101井區(qū)內(nèi)各井的實(shí)際生產(chǎn)情況，認(rèn)為在油水界面調(diào)整范圍內(nèi)，具有開發(fā)潛力的低含油飽和度的古油藏的形成需要滿足如下3個(gè)條件：①圈閉內(nèi)早期發(fā)生油氣聚集成藏，后期存儲(chǔ)條件發(fā)生改變致使遭受水侵；②發(fā)生水侵的區(qū)段內(nèi)由于儲(chǔ)層物性的影響致使地層水的沖刷不徹底，造成一定量的剩余油殘留；③該部分殘余油能夠利用混相驅(qū)替或化學(xué)驅(qū)等開采方法實(shí)現(xiàn)可動(dòng)化，從而進(jìn)行有效開發(fā)。同時(shí)莊101井區(qū)低含油飽和度油藏形成的外因是受喜山期北部掀斜影響，造成早期油氣聚集區(qū)部分被地層水侵入；內(nèi)因則是儲(chǔ)層內(nèi)部非均質(zhì)性降低了地層水的沖刷程度，形成了油水復(fù)雜分布、以低含油飽和度為特征的古油藏類型。

4 結(jié)論

(1)莫西莊油田莊101井區(qū)屬于典型的構(gòu)造調(diào)整水侵區(qū)內(nèi)發(fā)育的低含油飽和度古油藏，三工河組古油層受構(gòu)造掀斜作用的影響發(fā)生水侵，在儲(chǔ)層層內(nèi)非均質(zhì)因素的控制下導(dǎo)致古構(gòu)造高點(diǎn)位置處油水復(fù)雜分布的特征。

(2)油氣被地層水侵區(qū)內(nèi)的低含油飽和度油藏的形成機(jī)理與現(xiàn)今油藏底部低含油飽和度層段的形成機(jī)理相似，均表現(xiàn)為油相被水相捕獲而殘留在儲(chǔ)層中。

(3)油氣運(yùn)移路徑上不存在低含油飽和度油藏形成的條件，因此難以形成具有一定厚度且具有開發(fā)潛力的殘余油層段。

(4)儲(chǔ)層非均質(zhì)程度較高、成藏期為古構(gòu)造高點(diǎn)、在油氣成藏后發(fā)生構(gòu)造調(diào)整的區(qū)域是進(jìn)行剩余油研究挖潛的新目標(biāo)區(qū)。