羊三木油田儲集層非均質(zhì)性特征研究

趙 珺 劉海富 王 芮 李玲玲 胡小龍 侯萬濱

(①中國石油大港油田公司第六采油廠； ②中國石油大港油田公司勘探開發(fā)研究院；③中國石油渤海鉆探工程有限公司第一錄井公司；④中國石油大港油田公司檢測監(jiān)督評價中心(HSE監(jiān)督評價總站))

0 引 言

羊三木油田位于河北省黃驊市羊三木回族自治鄉(xiāng)境內(nèi)，目前已經(jīng)進入勘探開發(fā)后期，含水率已達96%以上，剩余油挖潛已成為該油田當(dāng)前主要工作任務(wù)。為了深入研究羊三木油田油水運移及剩余油分布規(guī)律，需要開展油藏數(shù)值模擬并建立精確的地質(zhì)模型，進而需要對羊三木油田開展儲集層非均質(zhì)性研究。儲集層非均質(zhì)性是儲集層的基本性質(zhì)，即儲集層巖性、物性、電性、含油性以及微觀孔隙結(jié)構(gòu)等特征在三維空間上分布的不均一性[1]，研究儲集層非均質(zhì)性實際上就是研究儲集層的各向異性。

前人已完成了該油田相帶和單砂體展布規(guī)律研究[2]，在此基礎(chǔ)上，利用館Ⅱ油層組9口取心井的巖心分析資料，結(jié)合測井多井解釋評價求取的儲集層參數(shù)來進行層內(nèi)、層間及平面非均質(zhì)性研究。本次研究數(shù)據(jù)量充足，并且具有平面延拓性，為研究儲集層非均質(zhì)性提供了可借鑒的技術(shù)方法，因而對于羊三木油田油水運動規(guī)律、剩余油分布研究具有重要意義。

1 層內(nèi)非均質(zhì)性特征

層內(nèi)非均質(zhì)性是指一套沉積層系內(nèi)砂層的粒度、層理等非均質(zhì)性，包括層內(nèi)垂向上滲透率的差異程度、高滲透率段所處的位置、層內(nèi)粒度韻律、滲透率韻律以及層內(nèi)不連續(xù)泥質(zhì)薄夾層的分布。

1.1 粒度非均質(zhì)性特征

儲集層巖石顆粒的大小和顆粒分選性是影響儲集層性質(zhì)的重要參數(shù)，儲集層滲透率與顆粒大小呈正相關(guān)，與顆粒分選性呈負相關(guān)。根據(jù)巖心觀察和測井曲線分析，羊三木油田館陶組儲集層按粒度大小可劃分出四種沉積韻律:細巖性正韻律、粗巖性正韻律、復(fù)合韻律、塊狀韻律。

1.1.1 細巖性正韻律

巖性自上而下依次為泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)細砂巖或粉砂質(zhì)細砂巖；層理構(gòu)造包括水平層理、波狀層理、小型交錯層理。有效儲集層為具有波狀層理和小型交錯層理的泥質(zhì)細砂巖和粉砂質(zhì)細砂巖。該韻律滲透率為10～80 mD，滲透率變異系數(shù)為0.5～0.6，級差為10～20，突進系數(shù)為4～6，縱向上滲透率下大上小，高滲透率位于韻律層底部。細巖性正韻律在測井曲線上表現(xiàn)為自然電位曲線呈鐘形，微電阻率值較低，上部比下部的電阻率低(圖1a)。

1.1.2 粗巖性正韻律

巖性自上而下依次為細巖性正韻律的巖性組合和具有大型槽狀交錯層理的細-中砂巖及以泥礫巖為主的砂礫巖。滲透率分布有明顯的兩段性，上段滲透率較低，一般小于100 mD，下段滲透率較高，一般為1 000～2 000 mD，上下段厚度均等，但平均滲透率相差為10～20倍。上段的滲透率非均質(zhì)性參數(shù)基本等同于細巖性正韻律層，下段的滲透率變異系數(shù)為0.25～0.50，級差為2～4，突進系數(shù)為1.5，受泥礫和層理規(guī)模的影響，下段的滲透率高值段往往位于頂部，平均滲透率為2 000 mD。該韻律在測井曲線上表現(xiàn)為自然電位曲線呈箱狀，微電阻率值較高，夾層特征明顯(圖1b)。

1.1.3 復(fù)合韻律

新鮮水果和蔬菜容易受到病原微生物和腐敗微生物的污染，無論從收獲前階段開始還是后處理階段?？茖W(xué)家對農(nóng)業(yè)商品的臭氧應(yīng)用進行了探索，發(fā)現(xiàn)它比其它消毒劑（例如氯）提供更多的消毒能力，并且能夠去除大量的污染物，包括耐氯處理的微生物。

巖性主要為細-粗砂巖、粉砂巖、以薄夾層形式出現(xiàn)的鈣質(zhì)砂巖和泥巖；層理類型以小-大型槽狀和板狀交錯層理為主。該韻律的主要特點是夾層多，特別是鈣質(zhì)夾層較多，滲透率分布沒有明顯的韻律性，滲透率變異系數(shù)為0.5～0.6，級差為6～10，突進系數(shù)為2～4，平均滲透率為1 200 mD。該韻律在測井曲線上表現(xiàn)為自然電位曲線呈波狀，總體形態(tài)近似箱狀，微電阻率值差異不大，夾層特征明顯(圖1c)。

1.1.4 塊狀韻律

巖性為中粗砂巖，層理類型以大型槽狀和板狀交錯層理為主，具有巖性均勻、滲透性好的特點。滲透率變異系數(shù)為0.40～0.55，級差為4～7，突進系數(shù)為3左右，平均滲透率為1 600 mD，受層理類型變化和含礫的影響，在韻律層中下部滲透率值往往較低。該韻律層在測井曲線上表現(xiàn)為自然電位曲線呈箱狀，微電阻率值較高，中部的微電阻率值較上下部略低(圖1d)。

1.2 層理構(gòu)造非均質(zhì)性特征

受沉積環(huán)境和水流條件的控制，砂體內(nèi)會形成不同的層理構(gòu)造，大慶油田對不同層理的砂巖儲集層進行過注水模擬實驗，發(fā)現(xiàn)層理構(gòu)造會影響油水運動，不同的層理類型其滲透率和最終采收率差異也較大[3]。通過取心井巖心觀察描述，羊三木油田館Ⅱ上儲集層具有以下幾種層理構(gòu)造。

圖1 沉積韻律地質(zhì)模型描述圖

(1)具底礫(底床侵蝕)序列，發(fā)育中型交錯層理，以泥礫巖為主，分選差，磨圓較好，這種砂體的滲透性和含油性下部均好于上部。

(2)小型韻律層，粒度上表現(xiàn)為下粗上細，下部為中細砂巖，向上過渡為粉砂巖，為泛濫平原與河道交替出現(xiàn)的產(chǎn)物，滲透性和含油性下部好、上部差。

(4)紋層或波狀層理砂巖體，該類砂巖體在本區(qū)廣泛發(fā)育，是河成單元重要組成部分之一。巖相研究表明，由于河流季節(jié)性流量或流速的變化，在縱向上形成可用肉眼辨識的毫米級紋層或波狀層理，紋層主要由粉砂質(zhì)和泥質(zhì)含量差異造成。實驗顯示薄的泥質(zhì)紋層是影響滲透率大小、方向的主要因素，尤其對垂向滲透率有嚴格的限制作用。

(5)不規(guī)則狀砂巖體，主要特征為在一些粉砂巖或泥質(zhì)粉砂巖巖心標(biāo)本上發(fā)育由中細砂巖形成的“小型透鏡體”“砂巖團塊”或“脈狀砂帶”。這些不規(guī)則狀砂塊形成的原因主要有生物擾動、局部崩塌、流量突變、成巖作用和地下水流作用。巖心觀察可清楚地辨別出不規(guī)則狀砂巖的含油性明顯好于其圍巖，反映出砂巖標(biāo)本中由于巖性的變化存在較大的非均質(zhì)特征，這種非均質(zhì)性表現(xiàn)在巖體巖性、粒度、分選性上出現(xiàn)明顯差異。

1.3 不同微相儲集層非均質(zhì)性特征

羊三木油田館Ⅱ油層組為辮狀河沉積，不同微相由于成因不同，非均質(zhì)性差別較大。主河道砂體砂層厚度大，一般厚達6～10 m，層內(nèi)由2個以上的正韻律組成，粒度向上變細，頂部以粉砂為主，物性差，底部為河道滯留沉積，其粒徑較細，變異系數(shù)為0.69，突進系數(shù)為3.19；分支河道砂體砂層厚度薄，一般為4～6 m，層內(nèi)由1～2個正韻律組成，變異系數(shù)為0.56，突進系數(shù)為2.05；心灘砂體厚度最大，一般大于10 m，粒度粗，垂向復(fù)合韻律，層內(nèi)一般由3個以上的正韻律組成，變異系數(shù)為0.8，突進系數(shù)為3.36；河道間沉積為砂泥巖互層沉積，非均質(zhì)性強且物性差，變異系數(shù)為0.6，突進系數(shù)為2.59。通過不同微相非均質(zhì)性參數(shù)(表1)分析認為，館Ⅱ上油層組各種成因砂體層內(nèi)非均質(zhì)性不同，心灘沉積非均質(zhì)性最強，分支河道沉積均質(zhì)程度最高。

表1 不同微相非均質(zhì)性參數(shù)統(tǒng)計

2 層間非均質(zhì)性特征

層間非均質(zhì)性是指某一單元內(nèi)各層段之間垂向差異性。羊三木油田館Ⅱ上油層組單砂體非均質(zhì)性參數(shù)主要以取心井化驗資料及測井多井評價求取的滲透率參數(shù)為基礎(chǔ)，用滲透率變異系數(shù)、突進系數(shù)、級差來定量描述層間非均質(zhì)性特征。

從館Ⅱ上油層組單砂體滲透率非均質(zhì)性參數(shù)統(tǒng)計結(jié)果看(表2)，各單砂體孔隙度差別不大，其中館Ⅱ上2砂體孔隙度相對較高，平均為33.8%，館Ⅱ上4砂體孔隙度最小，平均為28.9%，層間非均質(zhì)性相對較弱。相對于孔隙度而言，滲透率差別較大，館Ⅱ上2砂體滲透率最大，平均達1 700.5 mD，館Ⅱ上4砂體滲透率最小，平均為341.8 mD?？傮w來說，縱向上館Ⅱ上油層組自上而下單砂體物性呈由好變差的趨勢。按照儲集層非均質(zhì)性綜合評價標(biāo)準(zhǔn)，館Ⅱ上油層組為強非均質(zhì)性儲集層，館Ⅱ上4砂體非均質(zhì)性最強，館Ⅱ上1砂體非均質(zhì)性最弱。

表2 羊三木油田館Ⅱ上油層組單砂體滲透率非均質(zhì)性參數(shù)

3 平面非均質(zhì)性特征

平面非均質(zhì)性是指單砂體在平面上的分布、砂體形態(tài)及連通性。平面上油層分布的非均質(zhì)性特征常用砂巖鉆遇率、連通系數(shù)、油層有效厚度系數(shù)和油層分布系數(shù)來定量描述[4]。

羊三木油田館Ⅱ上油層組單砂體砂巖鉆遇率較高，為53.7%～99.3%，鉆遇率最高的是館Ⅱ上4砂體，鉆遇率最低的是館Ⅱ上2砂體；砂巖連通程度最高的是館Ⅱ上31和館Ⅱ上32砂體，連通程度最差的是館Ⅱ上2砂體和館Ⅱ上1砂體；館Ⅱ上油層組整體含油性較好，油層有效厚度系數(shù)為0.105～0.847，含油性最好的是館Ⅱ上31砂體，其次是館Ⅱ上32砂體，含油性最差的是館Ⅱ上1砂體；油層分布范圍廣，油層分布系數(shù)為0.29～0.98，油層分布面積最大的是館Ⅱ上31和館Ⅱ上32砂體，分布面積最小的是館Ⅱ上1砂體。

4 儲集層非均質(zhì)性控制因素分析

儲集層非均質(zhì)性一方面表現(xiàn)為宏觀非均質(zhì)性的復(fù)雜性，另一方面顯示出微觀非均質(zhì)特征的多樣性，儲集層宏觀非均質(zhì)性受微觀非均質(zhì)控制[5]。根據(jù)對羊三木油田三斷塊館Ⅱ上油層組巖心薄片觀察、X射線衍射及電鏡分析，認為儲集層微觀非均質(zhì)性控制因素主要有三方面：儲集層結(jié)構(gòu)模態(tài)、成巖作用和黏土礦物。

4.1 儲集層結(jié)構(gòu)模態(tài)

巖心資料統(tǒng)計表明，羊三木油田館Ⅱ上油層組儲集層由含油砂巖、泥巖和低滲的致密層組成，大多數(shù)砂巖為長石質(zhì)巖屑砂巖，砂巖中顆粒成分有石英、巖屑、長石等，石英顆粒呈棱角狀到次圓狀，粒級為粉砂-粗砂，多數(shù)為中砂到極細粒級(表3)。

Clarke在研究濱岸相沉積儲集層時提出了砂礫巖雙模態(tài)結(jié)構(gòu)[6]，之后劉敬奎研究發(fā)現(xiàn)，對于分選差、粒度粗、粒度分布范圍大的砂礫巖儲集層，其孔隙結(jié)構(gòu)具有復(fù)模態(tài)特征[7]。根據(jù)粒級和顆粒相對含量，將館Ⅱ上儲集層結(jié)構(gòu)分為以下四種結(jié)構(gòu)模態(tài)。

表3 羊三木油田館Ⅱ上油層組巖石粒度分析統(tǒng)計

(1)單模態(tài)結(jié)構(gòu)：由等粒級顆粒堆積而成的孔隙結(jié)構(gòu)稱為單模態(tài)孔隙結(jié)構(gòu)[8]。以細砂結(jié)構(gòu)居多，顆粒分選好，粒度中值0.137～0.207 mm，平均0.163 mm，基質(zhì)成分為泥質(zhì)，含量2%～14%，一般為5%～8%，膠結(jié)類型以接觸式為主，其次為孔隙式，此模態(tài)類型粒間孔隙發(fā)育，粒間裂縫次之?？紫杜湮粩?shù)較高，一般為3～4。此類結(jié)構(gòu)模態(tài)孔隙空間分布較為均勻，滲透連通性好(圖2a)。

(2)雙模態(tài)結(jié)構(gòu)：在一級顆粒之間有二級顆粒存在的孔隙結(jié)構(gòu)稱為雙模態(tài)孔隙結(jié)構(gòu)[8]。該模態(tài)常見于本區(qū)細砂巖，由細砂形成骨架，泥質(zhì)充填其中，充填泥質(zhì)成分越多孔滲性越差(圖2b)。

(3)雙模態(tài)懸浮式結(jié)構(gòu)：在雙模態(tài)結(jié)構(gòu)中，如含少量礫石，并且礫石呈懸浮狀分布于砂(泥)之中，不能單獨構(gòu)成支撐骨架，形成了一種特殊的雙模態(tài)，稱之為雙模態(tài)懸浮式結(jié)構(gòu)。經(jīng)薄片分析，此模態(tài)結(jié)構(gòu)有復(fù)雜的孔隙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而貧基質(zhì)的巖石，粒間孔隙較發(fā)育，且孔隙連通性也較好(圖2c)。

(4)三模態(tài)結(jié)構(gòu)：有三種級別的顆粒共存的孔隙結(jié)構(gòu)稱為三模態(tài)孔隙結(jié)構(gòu)[8]。本區(qū)常見由泥、細砂以及部分粉砂組分組成的巖石，粉砂與細砂形成骨架而泥質(zhì)充填于其中，由于粒徑大小不均一，此模態(tài)結(jié)構(gòu)較緊密，孔隙度相對低，一般為26%～30%，滲透率較差，非均質(zhì)性主要表現(xiàn)為滲透率級差較大。該儲集層類型多發(fā)育于多泥質(zhì)的漫灘區(qū)(圖2d)。

圖2 孔隙結(jié)構(gòu)模態(tài)

4.2 成巖作用的影響

受成巖作用影響，該區(qū)儲集層發(fā)育多種孔隙類型，孔隙成因組成結(jié)構(gòu)更趨于復(fù)雜化(表4)。成巖作用對儲集層的影響，實際上是次生孔隙形成和再分配的過程。不均勻的膠結(jié)和選擇性溶解，溶解物質(zhì)的遷移、沉淀導(dǎo)致砂巖儲集體局部形成孔隙發(fā)育區(qū)，成為良好的儲集層，而在局部再沉淀的地方可能導(dǎo)致孔隙的急劇減少，甚至形成致密層。這些作用促使儲集層微觀上產(chǎn)生極強的非均質(zhì)性特征。

4.3 黏土礦物的影響

羊三木油田館Ⅱ上儲集層的主要黏土礦物有蒙脫石、伊利石、高嶺石、綠泥石，黏土礦物的含量以伊蒙混合成分居多，其次是伊利石、高嶺石。黏土礦物存在的方式主要有分散狀(主要為高嶺石和綠泥石)、薄層狀(主要為伊利石)、搭橋式、填塞式。分散狀分布的黏土礦物對儲集層影響不大，而呈薄層狀、搭橋式、填塞式分布的黏土礦物顯著降低了儲集層的滲透性。

表4 孔隙成因分類

5 結(jié) 論

在相帶和單砂體展布研究的基礎(chǔ)上，利用取心井的巖心分析資料，結(jié)合測井多井解釋評價求取的儲集層參數(shù)，對羊三木油田館Ⅱ上油層組儲集層層內(nèi)、層間及平面非均質(zhì)性進行研究，并對儲集層微觀非均質(zhì)性控制因素進行分析，得出如下結(jié)論。

(1) 羊三木油田館Ⅱ上油層組為辮狀河沉積，主要發(fā)育主河道、分支河道、心灘、河道間、河漫灘、泛濫平原沉積微相，不同微相由于成因不同，非均質(zhì)性差別較大，非均質(zhì)性最強的是心灘沉積，均質(zhì)程度最高的是分支河道沉積。

(2)羊三木油田館Ⅱ上油層組為強非均質(zhì)性儲集層，其中館Ⅱ上4砂體非均質(zhì)性最強，館Ⅱ上1砂體非均質(zhì)性最弱，館Ⅱ上油層組自上而下單砂體物性呈由好變差的趨勢。

(3)四種儲集層結(jié)構(gòu)模態(tài)當(dāng)中單模態(tài)儲集層結(jié)構(gòu)孔滲性最好，雙模態(tài)次之，三模態(tài)儲集層孔滲性最差。

(4)成巖作用對儲集層的影響實際上是次生孔隙形成和孔隙再分配的過程，受成巖作用的影響，該區(qū)儲集層發(fā)育多種孔隙類型，孔隙成因組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。

(5)黏土礦物對儲集層物性具有較大影響，主要表現(xiàn)為分散狀分布的黏土礦物對儲集層影響不大，而薄層狀、搭橋式、填塞式分布的黏土礦物顯著降低了儲集層的滲透性。