A油田深水濁積巖剩余油分布研究

張新春，陸文明，李林地，張 洪，石軍太，宋兆杰

(1.延長(zhǎng)油田定邊采油廠，陜西 延安 716000;2.中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083;3.中國(guó)石油大學(xué)(北京)石油工程學(xué)院，北京 102249;4.中國(guó)石油大學(xué)(北京)非常規(guī)能源研究院，北京 102249)

0 引言

濁流是呈湍流狀態(tài)流動(dòng)具有牛頓流體性質(zhì)的重力流，受到重力滑塌等外力作用沿海底斜坡向下運(yùn)動(dòng)，外力逐漸降低時(shí)通過(guò)懸浮沉降方式卸載沉積顆粒形成濁積巖，正遞變層理是濁積巖最可靠的識(shí)別標(biāo)志[1]。深水濁積巖儲(chǔ)層年代新、埋藏淺，導(dǎo)致成巖作用不強(qiáng)、膠結(jié)弱，因而儲(chǔ)層物性普遍較好[2]。油氣主要儲(chǔ)存在深水濁積扇的濁積水道和朵葉體席狀砂中。因其物性好，生儲(chǔ)蓋組合佳，圈閉豐富，成為目前勘探開(kāi)發(fā)的重要目標(biāo)，在構(gòu)造油氣藏儲(chǔ)量很難有所突破的背景下，作為隱蔽油氣藏的代表日益成為勘探開(kāi)發(fā)的關(guān)注重點(diǎn)[3]。深水濁積巖儲(chǔ)層分布十分廣泛，在非洲西海岸，渤海灣盆地陸相湖盆的陡、緩坡帶，塔里木盆地寒武系碳酸鹽巖儲(chǔ)層都存在此類(lèi)儲(chǔ)層，其中西非海岸盆地深水區(qū)(現(xiàn)今水深大于500 m)共發(fā)現(xiàn)了約180個(gè)油氣田，總可采儲(chǔ)量達(dá)57.24×108m3(360×108bbl)油當(dāng)量[4]?；谄渲匾匚唬瑖?guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了深入研究，包括濁流和砂質(zhì)碎屑流理論研究[5-9]，濁積扇形成機(jī)制研究[10-13]，濁積砂體分布及砂體和流體識(shí)別技術(shù)[14-17]，濁積砂體沉積相和儲(chǔ)層構(gòu)型研究[18-19]。但濁積巖水道切割和疊置頻繁，側(cè)向擺動(dòng)劇烈，水道內(nèi)部巖性變化復(fù)雜，造成內(nèi)部非均質(zhì)性很強(qiáng)，而海上油田鉆井成本高，井網(wǎng)密度小，少量鉆井進(jìn)入高含水階段，水竄較為嚴(yán)重，采出程度低于50%，在水道邊緣及席狀砂內(nèi)部存在相當(dāng)數(shù)量剩余油，儲(chǔ)層平面和縱向非均質(zhì)性造成注水措施不見(jiàn)效[20-22]。針對(duì)儲(chǔ)層強(qiáng)非均質(zhì)性進(jìn)行的剩余油研究相對(duì)不足，該文研究了濁積巖儲(chǔ)層剩余油分布及主控因素，對(duì)該類(lèi)油田有效開(kāi)發(fā)至關(guān)重要。該研究利用地震和測(cè)井資料研究沉積相，以水道砂體分布作為基礎(chǔ)，結(jié)合構(gòu)造、注采及四維地震解釋成果等動(dòng)靜態(tài)資料，研究目的油田4個(gè)主力層剩余油分布模式和主控因素，并用數(shù)值模擬成果進(jìn)行了有效檢驗(yàn)。該研究成果為該類(lèi)濁積巖油田剩余油分布研究及由此控制開(kāi)發(fā)方案編制和調(diào)整提供了借鑒。

1 地質(zhì)和油藏背景

下剛果盆地位于非洲西部，沿加蓬、剛果(布)、剛果(金)和安哥拉等國(guó)的海岸西側(cè)分布。盆地主要發(fā)育中生代晚侏羅世—新生代地層。其中深水區(qū)的鹽上新生界濁積巖是盆地內(nèi)最重要的油氣成藏組合，新生界濁積砂體主要分布于漸新統(tǒng)和中新統(tǒng)地層中，盆地南部主要展布漸新統(tǒng)濁積水道。而研究B區(qū)塊位于下剛果盆地南部，位于非洲西海岸，距海岸160 km，水深1 200～1 800 m，含油面積140.5 km2，地質(zhì)儲(chǔ)量22億桶，主要包括5個(gè)油田。研究區(qū)A油田位于最西部(如圖1所示)，發(fā)育構(gòu)造-巖性復(fù)合圈閉，A油田由早到晚發(fā)育4套儲(chǔ)層，分別為中生界始新統(tǒng)O76，O74，O73及O71層濁積水道和席狀砂，油氣大部分儲(chǔ)量位于O71和O73層，油田受斷背斜構(gòu)造控制，儲(chǔ)層孔隙度為22%～28%，滲透率為300～3 000 mD，原油黏度為0.520～0.796，油藏壓力為24.6～33.1 MPa，溫度為75～95℃，屬于具有邊底水中高孔高滲深水砂巖油藏[23-24]。

圖1 A油田位置圖Fig.1 A oilfield location

目前該油藏部署5采5注，注水井分別為A-IA，A-IB，A-IC，A-ID，A-IE;采油井為A-PA，A-PB，A-PC，A-PD，A-PE。A油田存在的問(wèn)題主要是多層合采，縱向上非均質(zhì)性導(dǎo)致各層水驅(qū)不均衡。從平面上來(lái)看，井網(wǎng)部署采取高部位采油、低部位注水，從位置上可分為東、中、西3塊，縱向上4個(gè)小層合采。油田目前采出程度近70%，注水造成的高含水矛盾突出，如何有效采出剩余油成為關(guān)鍵。

2 沉積相研究

對(duì)研究區(qū)沉積環(huán)境及鉆井巖芯的巖性、物性進(jìn)行綜合研究，結(jié)合測(cè)井相研究成果并參考甲方相關(guān)研究報(bào)告，劃分出4種主要沉積微相，如表1所示。濁積水道沉積是地震作用或自身重力作用下，來(lái)自陸源三角洲前緣斜坡帶的砂體不斷堆積，沿著一條主溝道(水動(dòng)力較強(qiáng))或多條溝道(水動(dòng)力較弱)向海盆中心移動(dòng)形成的條帶狀濁積巖沉積，是沉積物從陸架搬運(yùn)到深海平原的主要通道，其中心物性較好的部位形成的高凈毛比砂巖即為水道軸[25]，濁積席狀砂是水道砂體在波浪簸箕作用下，在其前端附近形成砂泥混合(液化現(xiàn)象)沉積，或由于壓實(shí)沉陷作用而在濁積水道遠(yuǎn)端形成的舌狀、席狀或橢圓狀細(xì)粒砂泥質(zhì)混合沉積[26]。水道邊緣沉積類(lèi)似于牽引流河道，當(dāng)引發(fā)濁流的事件頻繁，短期內(nèi)不斷加積，沉積物太高漫溢出水道，沿著水道周?chē)纬山破叫杏谒赖纳澳嗷映练e，沉積物粒度較細(xì)，主要是細(xì)砂巖、粉砂巖及泥巖的薄互層組合，物性較差，但由于流動(dòng)性差在注水開(kāi)發(fā)過(guò)程中可以形成部分剩余油。水道間灣泥則為半深海泥質(zhì)沉積，包圍著濁積巖，形成良好的蓋層和生油層。

2.1 單井相研究

以油田代表生產(chǎn)井A-PE井為例，研究其單井沉積相分布狀況。4個(gè)目的層上分別存在1～2層主水道形成的水道軸，主水道上部發(fā)育水道邊緣，水道被水道間灣泥包圍，O76和O74層水道厚度較薄，而O73和O71層水道厚度較大，如圖2所示。

圖2 A油田生產(chǎn)井單井沉積相Fig.2 Single well facies of A oilfield

2.2 剖面地震沉積相及平面沉積相

研究區(qū)A油田范圍大而鉆井稀少，單井難于控制具有較強(qiáng)平面非均質(zhì)性的水道砂體，因而單井剖面相研究意義有限。為了縱向上了解4個(gè)層位水道砂體變化情況，在甲方提供的地震測(cè)線中，由北向南水道展布方向選取了5條不同地震主測(cè)線421，371，321，231及191進(jìn)行解釋?zhuān)芯科渌郎绑w、水道邊緣砂體和席狀砂分布情況，通過(guò)對(duì)5條地震測(cè)線地震相詳細(xì)解釋?zhuān)苯訕?biāo)定了4個(gè)不同層位對(duì)應(yīng)沉積時(shí)期水道中心軸、水道邊緣及水道前緣席狀砂分布狀況。該文僅再現(xiàn)水道砂體分布最廣、儲(chǔ)量最多的O71層儲(chǔ)層砂體分布(圖3中僅給出3條剖面解釋圖)。421地震測(cè)線位于O71水道體系最前端，即主水道位置，地震測(cè)線上可以明顯看到剖面中部和西部各有一水道中心(表現(xiàn)為反射波同相軸軸上翹)，兩邊地層減薄，變?yōu)樗肋吘?371地震測(cè)線位于水道砂體前端，但砂體已經(jīng)由一個(gè)主水道分流成2個(gè)分支水道，中部和西部水道軸部更加明顯，厚度變大，水道間距也變大(高點(diǎn)向下重力作用增強(qiáng)，水道下切作用變大);321地震測(cè)線位于水道砂體中下部，中部和西部水道軸部寬度增加，水道間距進(jìn)一步變大;231地震測(cè)線位于水道砂體下部，中部水道分化成2個(gè)水道，出現(xiàn)西部、中部和東部3個(gè)水道軸，由于下部水道漫溢作用，水道軸產(chǎn)狀變平，厚度減小;191地震測(cè)線位于水道砂體末端，水道軸漫流形成席狀砂，地震測(cè)線上表現(xiàn)為地層產(chǎn)狀變平，軸部消失，形成數(shù)個(gè)厚度較小且均勻的席狀砂團(tuán)塊。

圖3 A油田地震測(cè)線解釋剖面及標(biāo)定的O71層水道分布Fig.3 Seismic lines interpretation section of A oilfield O71 layer

為進(jìn)一步研究O71層沉積相及砂體分布，給出了由中石化研究院提供的、依據(jù)三維地震資料解釋形成的O71層有效砂體厚度圖，如圖4所示。由圖可知，O71層砂體厚度在西南部最大。

圖4 地震資料做出的O71層有效砂體厚度圖Fig.4 O71 layer effective sand thickness by seismic data

顯示物源來(lái)自西南部，而西部、中部和東部明顯存在3個(gè)砂體厚度較大的區(qū)域，3個(gè)區(qū)域呈現(xiàn)水道分布形成的條帶狀，水道砂體厚度最大區(qū)域在西部，其次在中部，推斷西部水道經(jīng)過(guò)分化形成西部、中部及東部3個(gè)水道體系。經(jīng)過(guò)上述地震相和砂體厚度分布研究成果，結(jié)合單井相和綜合地質(zhì)分析，做出了O71層平面沉積相和水道砂體分布狀況，采用相似的步驟進(jìn)一步給出了O73，O74和O76層沉積相和水道砂體分布狀況，如圖5所示(因篇幅所限，沉積相圖上標(biāo)出了剩余油分布)。

圖5 A油田O76～O71層平面沉積相及剩余油分布Fig.5 Facies and residual oil distribution from O76 to O71 layer in A oilfield

O76層一個(gè)主水道分化成3個(gè)彼此相距很近的水道及其朵葉體，水道向前范圍擴(kuò)大，但總體延伸范圍十分局限，水道前端因流速減緩，碎屑沉積下來(lái)形成前端席狀砂，水道軸兩邊是水道邊緣沉積;O74層主水道分化成3個(gè)水道朵葉體向斜坡下部擴(kuò)展，體現(xiàn)了水道前積演化過(guò)程，但3個(gè)水道彼此相距較近的格局沒(méi)有改變，水道整體范圍仍然局限，末端也因動(dòng)力不足演化成席狀砂沉積，產(chǎn)狀變平，水道兩邊是水道邊緣沉積;O73層3個(gè)水道繼續(xù)向南部擴(kuò)展，西部水道在末端彼此疊置切割嚴(yán)重，形成厚層水道沉積，成為重要含油儲(chǔ)集體，東部則為單一水道彎曲下行，總體上水道向南端推進(jìn)距離較大，范圍相對(duì)較廣，水道周?chē)纬伤肋吘壋练e;到O71層，水道向下前積發(fā)育到頂峰時(shí)期，分布范圍最廣，西部、中部和東部各有水道發(fā)育，以中西部水道為主，每個(gè)水道蜿蜒曲折向南部發(fā)育，周?chē)凰肋吘壋练e包圍，水道砂體較厚，范圍極廣，最終形成西部、中部及東部3個(gè)大范圍水道和水道邊緣砂體構(gòu)成的砂體群，成為研究區(qū)最重要含油砂體。

3 剩余油分布及主控因素分析

對(duì)注水開(kāi)發(fā)油田而言，剩余油是油田開(kāi)發(fā)到一定階段，儲(chǔ)層中注水未被波及或是因儲(chǔ)層非均質(zhì)性未能被水驅(qū)動(dòng)而殘留在儲(chǔ)層的油氣[27]。剩余油富集主要受沉積相控制的儲(chǔ)層非均質(zhì)性和開(kāi)發(fā)工程因素，即靜態(tài)地質(zhì)因素和動(dòng)態(tài)開(kāi)發(fā)因素[28]兩大因素控制。該研究將靜態(tài)因素和動(dòng)態(tài)控制因素結(jié)合起來(lái)，推測(cè)剩余油分布范圍。靜態(tài)因素包括平面水道砂體分布情況和構(gòu)造高點(diǎn)分析為代表的綜合地質(zhì)研究，而動(dòng)態(tài)因素則包括注采對(duì)應(yīng)關(guān)系和四維地震監(jiān)測(cè)水驅(qū)前緣變化情況。

3.1 四維時(shí)移地震檢測(cè)推測(cè)剩余油位置

原理:研究油藏是由一系列的深水濁沉積組成，表現(xiàn)為大段穩(wěn)定泥巖背景下顯著的厚層濁流粗砂巖，儲(chǔ)層上下為穩(wěn)定沉積的泥巖圍，容易形成強(qiáng)波阻抗差。而在油氣開(kāi)采中，整體注采液量基本保持1∶1，可認(rèn)為是保持地層壓力開(kāi)發(fā)。所以在水驅(qū)替油或氣、油驅(qū)替氣等流體替換過(guò)程中，會(huì)使巖石孔隙內(nèi)流體密度增大，同時(shí)由于油藏地層壓力的減小致使巖石孔隙體積縮小，造成巖石密度的增大。從地震反射理論而言，這種作用使得地震波反射速度升高，導(dǎo)致波阻抗增大。利用地震振幅屬性或阻抗屬性的變化可以檢測(cè)油層流體性質(zhì)的變化。

依據(jù)上述原理，中石化研究院在該油田分別于2009年、2011年及2013年利用三維地震資料做了四維地震監(jiān)測(cè)和解釋工作，圖6展示O73層2013年最終流體驅(qū)替監(jiān)測(cè)結(jié)果。

圖6 2013年A油田四維地震O73層監(jiān)測(cè)流體前緣Fig.6 O73 layer waterflood front survey by 4D seismic interpretation in A oilfield

O76期，見(jiàn)效注水井包括A-IB井和A-IE井，該期儲(chǔ)層較為均質(zhì)，兩口井注入水均勻沿下部席狀砂向上部主水道推進(jìn)，對(duì)A-PB和A-PE生產(chǎn)井附近儲(chǔ)層驅(qū)替效果良好，而A-PD井水道儲(chǔ)層位于高點(diǎn)位置，且距離兩口注水井位置較遠(yuǎn)，驅(qū)替效果不好，容易產(chǎn)生剩余油;O74期，見(jiàn)效注水井仍為A-IB井和A-IE井，該期儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)，兩口井注入水沿下部席狀砂向上部主水道推進(jìn)，但推進(jìn)速度緩慢，僅對(duì)水道下部驅(qū)替良好，在水道上部A-PD井以東、A-PB井和A-PC井連線附近驅(qū)替效果不好，容易產(chǎn)生剩余油;O73期，見(jiàn)效注水井為A-ID井和A-IC井，A-IC井剛好在東部水道末端沿水道軸向上產(chǎn)生良好驅(qū)替效果，東部水道驅(qū)替效果良好，A-ID井在水道邊緣推進(jìn)緩慢，水驅(qū)前緣僅到達(dá)A-PA井，在A-PA井和A-PB井連線附近主水道位置驅(qū)替效果不好，容易產(chǎn)生剩余油;O71期，見(jiàn)效注水井為A-ID井、A-IA井及A-IB井，A-ID井在水道邊緣，推進(jìn)緩慢，A-IA井注水沿水道軸向上對(duì)西部水道下部，驅(qū)替效果良好，A-IB井在中部水道下部，驅(qū)替中部水道西部效果良好，在西部水道上部、東部水道位置容易產(chǎn)生剩余油。

3.2 剩余油分布挖潛措施及數(shù)模驗(yàn)證

以平面沉積相形成的水道儲(chǔ)層分布為主，四維地震監(jiān)測(cè)結(jié)果推測(cè)的剩余油分布位置作為基礎(chǔ)，結(jié)合構(gòu)造分布(研究區(qū)為斷背斜構(gòu)造，構(gòu)造高點(diǎn)位于A-PD，A-PB，A-PE井一線)和5口注水井及5口采油井形成的注采對(duì)應(yīng)關(guān)系，分析了4個(gè)目的儲(chǔ)層剩余油分布，并將結(jié)果顯示在平面沉積相中(如圖5所示)。

O76期，剩余油分布在A-PD井附近，該層剩余油形成的2個(gè)主控因素是水道平面非均質(zhì)性和注采不對(duì)應(yīng)，注采對(duì)應(yīng)效果較差和高滲水道滯留形成水道滯留型剩余油。進(jìn)一步開(kāi)采該區(qū)剩余油的方式之一就是對(duì)A-PD井側(cè)鉆或是繼續(xù)鉆進(jìn)達(dá)到O76層(A-PD井未鉆到O76層)，同時(shí)加大A-IB井注水強(qiáng)度;O74期，A-PD井西部主水道位置及A-PC井和A-PE井西部水道朵葉體位置富集剩余油，剩余油富集仍然是水道滯留型，該層剩余油形成的主控因素是水道形成的平面非均質(zhì)性和注采不對(duì)應(yīng)。根據(jù)剩余油形成原因和分布狀況，剩余油挖潛措施可以考慮A-PE井轉(zhuǎn)注(該井剩余油少，已充分產(chǎn)出)，水可以沿東部水道向左右彌散，充分驅(qū)出A-PD井和A-PC井兩井附近的剩余油;O73期，西部水道構(gòu)造高點(diǎn)A-PA井和A-PD井附近殘留大量剩余油。該層剩余油形成的主控因素是隔夾層和構(gòu)造，隔夾層形成封隔及水道高點(diǎn)富集形成隔夾層型剩余油，剩余油挖潛措施也可以考慮A-PA井轉(zhuǎn)注，由A-PD井生產(chǎn)，該層儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)且儲(chǔ)層分布廣泛，還可以考慮空氣泡沫驅(qū)(氣水交替)提高驅(qū)替效果;O71期水道分布范圍最廣，含油性較好，西部主水道A-PD井富集及東部2條水道朵葉體位置形成較多剩余油。因此該層剩余油分布包括水道形成的平面非均質(zhì)性、注采不對(duì)應(yīng)和構(gòu)造3個(gè)主要因素，構(gòu)造高點(diǎn)滯留形成閣樓型剩余油。剩余油挖潛措施也可以考慮A-IA井和A-ID井側(cè)鉆定向分支進(jìn)入西部水道東部分支中，增加對(duì)西部水道東部分支的驅(qū)油效果，另外增加A-IC井注水強(qiáng)度，提高對(duì)最東部水道注水驅(qū)油效果，該層儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)且儲(chǔ)層分布廣泛，可以考慮空氣泡沫驅(qū)(氣水交替)提高驅(qū)替效果。

為進(jìn)一步確定動(dòng)靜態(tài)資料結(jié)合形成剩余油分布可靠性，利用數(shù)模成果驗(yàn)證。觀察目前儲(chǔ)量并對(duì)比原始儲(chǔ)量變化情況，儲(chǔ)量剩余較多的區(qū)域是剩余油富集區(qū)。結(jié)合平面沉積相分布可知，原始儲(chǔ)量主要位于濁積水道上。O76期剩余油主要位于A-PD井周?chē)虯-PE井附近;O74期剩余油主要位于A-PD井周?chē)癆-PE井與A-PC井連線水道上;O73期剩余油主要位于A-PA井及A-PD井周?chē)魉郎?O71期剩余油主要位于過(guò)A-PA井西部水道上和過(guò)A-PB井東南部水道上，儲(chǔ)量分布示意圖如圖7所示。數(shù)模剩余儲(chǔ)量分布與上述地質(zhì)和工程綜合因素分析得出的剩余油分布基本一致。

圖7 A油田O76～O71層數(shù)模儲(chǔ)量Fig.7 Numerical simulation reserves from O76 to O71 layer in A oilfield

4 結(jié)論

1)A油田含油儲(chǔ)層主要由濁積水道及其末端朵葉體、水道邊緣及席狀砂沉積構(gòu)成，石油儲(chǔ)量大部分位于水道及其朵葉體之中。O76期一個(gè)主水道分化成3個(gè)彼此相距很近的水道，范圍局限;O74期主水道分化成的3個(gè)水道向遠(yuǎn)端擴(kuò)展，水道整體范圍仍然局限，末端因動(dòng)力不足演化成席狀砂沉積;O73期3個(gè)水道繼續(xù)向南部擴(kuò)展，西部水道在末端彼此疊置切割嚴(yán)重，形成厚層水道沉積;O71期水道向下、向前發(fā)育到頂峰時(shí)期，西部、中部和東部各有幾個(gè)水道發(fā)育，以中西部水道為主，厚度大，砂體物性最好。

2)A油田剩余油主要分布在原始儲(chǔ)量較高、未被注水有效驅(qū)動(dòng)的主水道上，受平面上水道分布控制明顯。形成的主控因素主要有3個(gè)，即濁積水道形成的平面高滲條帶、注采對(duì)應(yīng)關(guān)系和構(gòu)造高點(diǎn)。剩余油分布模式包括注采不對(duì)應(yīng)造成的“水道滯留型剩余油”，隔夾層和構(gòu)造共同控制的“隔夾層型剩余油”及構(gòu)造高點(diǎn)和儲(chǔ)層非均質(zhì)性控制的“閣樓型剩余油”3種模式。

3)針對(duì)濁積水道形成的中高滲油田現(xiàn)狀，即單井成本高，少井高產(chǎn)，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，底部注水頂部采油，多水道且部分水道中的原油無(wú)法有效水驅(qū)。剩余油挖潛措施主要包括3個(gè)，一是進(jìn)行空氣泡沫驅(qū)或是氣水交替注入，減緩?fù)七M(jìn)速度、變換推進(jìn)方向，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有水道均勻注入;第二是對(duì)構(gòu)造高點(diǎn)上的低產(chǎn)采油井轉(zhuǎn)注，利用重力作用反向水驅(qū)，底部注水井采油，提高驅(qū)替效率;第三可以對(duì)一些生產(chǎn)井進(jìn)行側(cè)鉆，控制相鄰未被注水有效驅(qū)替的濁積水道和朵葉體。