高尚堡油田G 5斷塊儲集層微觀非均質(zhì)性研究

賈 然

(中國石油長城鉆探工程有限公司錄井公司)

0 引 言

G 5斷塊是高尚堡油田主要開采區(qū)塊，其投產(chǎn)時間早，初期開發(fā)效果較好。隨著注采開發(fā)的進(jìn)行，井網(wǎng)越布越密，地層能量補(bǔ)充不足，壓力下降較快，且采出液綜合含水逐漸升高，儲集層動用程度越來越低。在不改變開采方式的前提下，亟需通過儲集層內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究，豐富區(qū)塊內(nèi)分析化驗資料，形成儲集層微觀非均質(zhì)性評價體系，模擬剩余油分布規(guī)律，選取合適助劑，改善注水系統(tǒng)，以期達(dá)到提高采收率的目的。

1 研究區(qū)概況

1.1 構(gòu)造背景

高尚堡油田位于南堡凹陷中段，構(gòu)造范圍以柏各莊斷層、西南莊斷層為北界，以柳贊構(gòu)造、林雀次洼為南界[1]，有利勘探面積逐步擴(kuò)大為約98 km2。高尚堡油田主力含油層系為古近系沙河街組二、三亞段，為一套近物源、短距離搬運(yùn)、快速堆積的陡坡型扇三角洲沉積體系。油藏類型為未飽和層狀斷塊型油藏，具有埋藏深、斷裂系統(tǒng)復(fù)雜、含油井段長、油層層數(shù)多、厚度大、油水關(guān)系復(fù)雜及地震資料品質(zhì)差(圖1)等特點。

G 5斷塊位于高尚堡油田西北部，在Ⅰ油層組底界構(gòu)造上，西以過G 3104井?dāng)鄬訛榻?，南以過G 34-28井?dāng)鄬訛榻?，是一個以G 2井區(qū)為高點向北東方向傾沒的斷鼻構(gòu)造，地層走向為北西-南東，傾向北東，傾角10°～20°。

圖1 G 5斷塊層序界面的地震反射特征

1.2 沉積特征

高尚堡油田G 5斷塊儲集層發(fā)育于南堡凹陷裂陷Ⅰ-Ⅱ幕充填階段，充填型式為沖積扇-扇三角洲-淺湖。通過對高尚堡油田不同油層組油層有效厚度的研究，確定油層有效厚度與沉積相帶展布有著很好的一致性。在水下分流河道、前緣砂、遠(yuǎn)端席狀砂、前扇三角洲等沉積相帶中砂體厚度最大，油層有效厚度相應(yīng)較大。

G 5斷塊儲集層巖石類型以巖屑長石砂巖為主，長石巖屑砂巖次之。碎屑組分以巖屑最多，長石、石英次之。儲集層砂巖結(jié)構(gòu)組成復(fù)雜，結(jié)構(gòu)成熟度低，分選中等-差，磨圓以次圓-次棱角為主，顆粒接觸類型以線-點接觸為主，膠結(jié)類型以孔隙式為主。填隙物包括雜基和各種膠結(jié)物，填隙物總含量為2%～12%，其中膠結(jié)物含量2%～9%，主要為方解石和泥質(zhì)[2]。

1.3 儲集層物性特征

通過對G 5斷塊174塊巖心物性數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，該斷塊儲集層平均孔隙度為19.2%，平均滲透率為62 mD(表1)。測井解釋資料結(jié)果表明，該區(qū)儲集層孔隙度主要分布在17.6%～22.7%，平均為19.9%，滲透率分布在0.5～400 mD之間。

表1 G 5斷塊物性數(shù)據(jù)統(tǒng)計

2 儲集層微觀非均質(zhì)性特征

儲集層微觀空間由巖石顆粒、孔隙喉道、填隙物組成，這三項的不均一性直接影響儲集層的微觀非均質(zhì)性。我們通過定量參數(shù)來描述儲集層的微觀組成，最終判斷儲集層微觀非均質(zhì)性的強(qiáng)弱[3]。

2.1 巖石顆粒及孔隙類型

儲集層顆粒的微觀非均質(zhì)性主要表現(xiàn)為顆粒大小、膠結(jié)程度、排列及接觸關(guān)系，它們既影響孔隙的非均質(zhì)性，也可能造成滲透率的各向異性。巖石顆粒非均質(zhì)性主要通過鑄體薄片、圖像分析、物性實驗等進(jìn)行分析(圖2)。

圖2 G 5斷塊鑄體薄片照片

通過對G 5斷塊的鑄體薄片觀察，結(jié)合物性數(shù)據(jù)，G 5斷塊內(nèi)儲集層顆粒類型主要有以下幾類：

(1)Ⅰ類(大量原生孔隙，含少量次生溶蝕孔隙):顆粒定向排列，基底式膠結(jié)，儲集空間主要為原生粒間孔和少部分次生溶蝕加大部分，局部發(fā)育較大孔隙，滲透率范圍160.10～2 500.21 mD，孔隙度范圍21.6%～24.4%，顆粒非均質(zhì)性強(qiáng)。

(2)Ⅱ類(大量原生孔隙，含少量次生溶蝕孔隙):顆粒無序排列，孔隙式膠結(jié)，儲集空間主要為原生粒間孔隙、少量的粒間溶蝕孔隙及顆粒溶蝕微孔，局部發(fā)育較大孔隙，滲透率范圍123.97～358.27 mD，孔隙度范圍20.0%～25.0%，顆粒非均質(zhì)性中等。

(3)Ⅲ類(少量原生粒間孔隙，含少量次生溶蝕孔隙):顆粒無序排列，接觸式膠結(jié)，儲集空間主要為少量次生溶蝕孔隙，少量原生粒間孔隙，樣品孔隙發(fā)育一般，滲透率范圍14.86～98.50 mD，孔隙度范圍19.1%～24.8%，顆粒非均質(zhì)性中等。

(4)Ⅳ類(少量次生溶蝕孔隙，極少量原生粒間孔隙):顆粒無序排列，鑲嵌式膠結(jié)，儲集空間為少量次生溶蝕孔隙，樣品孔隙不發(fā)育，滲透率范圍1.23～7.35 mD，孔隙度范圍10.6%～20.5%，顆粒非均質(zhì)性較強(qiáng)。

(5)Ⅴ類(極少量次生溶蝕孔隙):顆粒無序排列，鑲嵌式膠結(jié)，儲集空間為極少量次生溶蝕孔隙，樣品孔隙極不發(fā)育，滲透率范圍0.11～0.89 mD，孔隙度范圍7.2%～17.3%，顆粒非均質(zhì)性較強(qiáng)。

表2為各種巖石顆粒類型、樣品的數(shù)量及特征。

2.2 孔喉特征

孔隙喉道的形狀和大小控制著地層的儲集性能和滲流能力，對儲集層微觀非均質(zhì)性的影響很大?？缀淼拇笮?、變異系數(shù)等參數(shù)是判斷孔喉非均質(zhì)性的主要因素，在巖石顆粒類型的基礎(chǔ)上結(jié)合孔喉特征，可以對儲集層微觀非均質(zhì)性進(jìn)行更詳細(xì)的研究。

借助壓汞實驗，可以得到孔喉半徑及滲流貢獻(xiàn)圖，同時結(jié)合巖石顆粒類型，對樣品進(jìn)行數(shù)據(jù)對比，將儲集層孔喉特征分為以下幾類：

(1)Ⅰ類(孔喉半徑大，分布集中)：孔喉大小分布集中，最大孔喉半徑為25 μm，半徑大于1 μm的孔喉體積占總孔隙體積80%以上，參與滲流孔喉平均半徑大于10 μm，孔喉非均質(zhì)性較弱(圖3)。

(2)Ⅱ類(孔喉半徑較大，分布不集中)：孔喉大小分布不集中，最大孔喉半徑為40 μm，半徑大于1 μm的孔喉體積占總孔隙體積65%左右，參與滲流孔喉平均半徑為5.0～10 μm，孔喉非均質(zhì)性強(qiáng)(圖4)。

(3)Ⅲ類(孔喉大小中等，分布較集中)：孔喉大小分布較集中，最大孔喉半徑為16 μm，半徑大于1 μm的孔喉體積占總孔隙體積40%左右，參與滲流孔喉平均半徑為1.0～5.0 μm，孔喉非均質(zhì)性中等(圖5)。

(4)Ⅳ類(孔喉大小中等，分布不集中)：孔喉大小分布不集中，最大孔喉半徑為4 μm，半徑大于1 μm的孔喉體積占總孔隙體積30%左右，參與滲流孔喉平均半徑為0.5～1.0 μm，孔喉非均質(zhì)性較強(qiáng)(圖6)。

(5)Ⅴ類(孔喉偏小，分布不集中)：孔喉大小分布不集中，最大孔喉半徑為1.6 μm，半徑大于1 μm的孔喉體積占總孔隙體積15%左右，參與滲流孔喉平均半徑為0.1～0.5 μm，孔喉非均質(zhì)性較強(qiáng)(圖7)。

(6)Ⅵ類(孔喉極小，分布不集中)：孔喉大小分布不集中，最大孔喉半徑為0.63 μm，半徑無大于1 μm的孔喉，參與滲流孔喉平均半徑小于0.1 μm，孔喉非均質(zhì)性較強(qiáng)(圖8)。

表3為各種孔喉類型樣品的數(shù)量及特征。

2.3 填隙物

在注水開發(fā)過程中，填隙物中的黏土礦物會發(fā)生運(yùn)移膨脹沉淀，造成孔喉堵塞，從而對儲集層微觀非均質(zhì)性造成不可逆的影響。通過對G 5斷塊黏土樣品進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，受注水開發(fā)影響最大的伊蒙混層占總黏土礦物含量的50%以上(圖9)。填隙物對儲集層的影響較為復(fù)雜、參數(shù)較多，主要影響參數(shù)為注入液流速及礦化度，對應(yīng)的敏感性實驗分別為速敏和水敏，其中由于流速在儲集層不同位置差異明顯，生產(chǎn)井與注入井井口附近流速較大。因G 5斷塊近井地帶均做了壓裂處理，雖然流速較高但裂縫對速敏不敏感，而遠(yuǎn)井地帶流速很低，速敏影響也較小，過渡帶滲流又比較復(fù)雜，所以對于速敏不進(jìn)行分析。

圖3 Ⅰ類孔喉半徑及滲流貢獻(xiàn)圖

圖4 Ⅱ類孔喉半徑及滲流貢獻(xiàn)圖

圖5 Ⅲ類孔喉半徑及滲流貢獻(xiàn)圖

圖6 Ⅳ類孔喉半徑及滲流貢獻(xiàn)圖

圖7 Ⅴ類孔喉半徑及滲流貢獻(xiàn)圖

圖8 Ⅵ類孔喉半徑及滲流貢獻(xiàn)圖

表3 G 5斷塊孔喉類型分析

圖9 黏土礦物分布情況

收集模擬地層水、注入水、蒸餾水的水敏數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后發(fā)現(xiàn)(表4)，零礦化度的蒸餾水比模擬地層水對儲集層傷害更大，滲透率會降至原來的55.7%，非均質(zhì)系數(shù)達(dá)到27.9；而2 900 mg/L礦化度的注入水對儲集層傷害較小，滲透率下降至13.8%，非均質(zhì)系數(shù)為4.9。因此在實際生產(chǎn)中，注入水礦化度應(yīng)控制在2 900～4 000 mg/L區(qū)間內(nèi)，可以忽略填隙物對儲集層微觀非均質(zhì)性的影響。

表4 水敏性實驗數(shù)據(jù)(均值)

3 儲集層微觀非均質(zhì)性評價

3.1 儲集層微觀非均質(zhì)性分類

根據(jù)巖石顆粒、孔隙喉道、填隙物對微觀非均質(zhì)性的影響，綜合實驗數(shù)據(jù)，將儲集層按微觀非均質(zhì)性強(qiáng)弱分為A、B、C、D、E、F六類(表5)。

表5 G 5斷塊儲集層微觀非均質(zhì)性分類

3.2 儲集層微觀非均質(zhì)性評價標(biāo)準(zhǔn)

利用平均粒徑、平均孔喉半徑和變異系數(shù)繪制分類圖板(圖10)，統(tǒng)計數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)儲集層類型不同，數(shù)據(jù)分布形態(tài)不同，具體表現(xiàn)為分布范圍越小，非均質(zhì)性越弱，反之非均質(zhì)性則越強(qiáng)。結(jié)合這三個參數(shù)的數(shù)值范圍可以評價儲集層非均質(zhì)性的強(qiáng)弱，建立儲集層微觀非均質(zhì)性評價標(biāo)準(zhǔn)(表6)。

3.3 評價標(biāo)準(zhǔn)驗證

選擇G 5斷塊另外兩口井G 32-20、G 23-39井的數(shù)據(jù)，用于對評價標(biāo)準(zhǔn)和圖板進(jìn)行驗證，驗證結(jié)果如圖11所示。

由圖11可見，G 32-20、G 23-39井?dāng)?shù)據(jù)點分布范圍與圖板大致吻合，數(shù)據(jù)范圍和標(biāo)準(zhǔn)范圍一致，說明該分類圖板和標(biāo)準(zhǔn)適用于G 5斷塊儲集層微觀非均質(zhì)性評價。

表6 G 5斷塊儲集層分類

圖11 G 32-20、G 23-39井儲集層數(shù)據(jù)分布

4 儲集層微觀非均質(zhì)性對采收率的影響

微觀非均質(zhì)性研究對油田后期注水開發(fā)具有重要指導(dǎo)意義，微觀結(jié)構(gòu)的不同對儲集層的驅(qū)油效率影響較大[4]。儲集層微觀非均質(zhì)性的存在會導(dǎo)致油層開發(fā)中大量剩余油的形成，從而影響儲集層的驅(qū)油效率，最終影響油田注水開發(fā)采收率[5-6]。

4.1 儲集層基本情況分析

基于儲集層微觀非均質(zhì)性強(qiáng)弱對驅(qū)油效率的影響，利用上述評價標(biāo)準(zhǔn)，同時結(jié)合束縛水飽和度和驅(qū)油效率，將六類儲集層細(xì)劃歸AC(弱-中)、B(強(qiáng))、DEF(較強(qiáng))三小類儲集層，分別進(jìn)行分析(表7)。

表7 G 5斷塊儲集層微觀非均質(zhì)性分析

從表7可以發(fā)現(xiàn)，A、B、C類儲集層驅(qū)油效率明顯高于D、E、F類儲集層，這是因為D、E、F類儲集層較A、B、C類儲集層物性差、孔喉半徑極小，所以A、B、C類儲集層適合使用提高采收率技術(shù)，D、E、F類儲集層只能通過后期開發(fā)提高產(chǎn)量；同時從微觀非均質(zhì)性角度看，B類儲集層非均質(zhì)性最強(qiáng)，D、E、F類次之，A、C類與其相比趨于均質(zhì)。故后期開發(fā)應(yīng)加強(qiáng)對A、C類儲集層的投入，提高采收率效果會更好。

高尚堡油田G 5斷塊埋藏深度為3 300～4 600 m，地層溫度為105℃，油質(zhì)類型為稀油，因此對聚合物分解作用較強(qiáng)，不適合采用火驅(qū)、蒸汽驅(qū)、SAGD和聚合物驅(qū)。

4.2 提高采收率建議

根據(jù)各類儲集層微觀非均質(zhì)性強(qiáng)弱，提出分層封堵、分層注采提高油氣采收率的總體思路，具體方法是：A、C類儲集層占比較大的油層，相對比較均質(zhì)，可以通過注入表面活性劑的方法降低界面張力，減小毛細(xì)管阻力作用，增加滲流能力，是提高采收率效果較好的儲集層；B類儲集層占比較大的油層，由于非均質(zhì)性強(qiáng)，但孔喉半徑較大，滲流能力好，殘余油大部分存留在滲流能力差的部位，在注水開發(fā)過程中應(yīng)采用高效驅(qū)油劑，使用“四細(xì)四選”工藝堵塞大孔喉，減少指進(jìn)現(xiàn)象，可達(dá)到提高采收率的效果；D、E、F類儲集層占比較大的油層，由于非均質(zhì)性較強(qiáng)，且孔喉半徑極小，物性差，不適用水驅(qū)提高采收率技術(shù)方式，只能通過后期壓裂開發(fā)、改變布井方式增加產(chǎn)量。

在儲集層開發(fā)的同時應(yīng)注意注入水的礦化度、配伍性等問題，降低水敏對儲集層的影響，預(yù)防二次非均質(zhì)性的產(chǎn)生。

5 結(jié) 論

油氣成藏受到多種因素的影響，而儲集層微觀非均質(zhì)性控制著剩余油在儲集層中滲流運(yùn)移、聚集狀態(tài)、分布狀況，因此，儲集層微觀非均質(zhì)性研究十分重要。對于處于開發(fā)后期的老油田，剩余油分布狀況與儲集層微觀非均質(zhì)性息息相關(guān)，是研究油氣成藏和剩余油分布的核心，更是基礎(chǔ)。本文在大量實驗數(shù)據(jù)分析以及相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，得出以下結(jié)論：

(1)通過研究區(qū)黏土礦物分析和水敏性實驗分析，實施注水開發(fā)時，注入水礦化度應(yīng)控制在2 900～4 000 mg/L。

(2)利用各項實驗數(shù)據(jù)，提出儲集層微觀非均質(zhì)性評價標(biāo)準(zhǔn)，將高尚堡油田G 5斷塊儲集層分為六大類三小類，微觀非均質(zhì)性從弱到強(qiáng)依次為A

(3)A、C類儲集層占比例較大的油層適合用表面活性劑，預(yù)計提高采收率效果明顯；B類儲集層占比例較大的油層適合用高效驅(qū)油劑和“四細(xì)四選”工藝；D、E、F類儲集層占比例較大的油層不適用水驅(qū)提高采收率技術(shù)，可通過改變儲集層狀態(tài)、布井方式等手段提升產(chǎn)量。