吳磊磊,劉洪軍,張小東,張 鵬,李 秀
(1.延長(zhǎng)油田股份有限公司靖邊采油廠,陜西靖邊, 718500;2.西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院,陜西西安 710065;3.中國(guó)石油測(cè)井有限公司華北分公司 河北任丘, 062550)
受沉積環(huán)境、成巖作用和構(gòu)造作用影響,儲(chǔ)層內(nèi)部各種屬性在空間存在不均勻變化[1]。這種不均勻變化具體地表現(xiàn)在儲(chǔ)層巖性、物性、含油性及微觀孔隙結(jié)構(gòu)等內(nèi)部屬性特征和儲(chǔ)層空間分布等方面的不均一性。作為影響地下油、氣、水運(yùn)動(dòng)和分布、油氣采收率的重要因素,儲(chǔ)層非均質(zhì)性研究一直是油氣勘探領(lǐng)域的熱點(diǎn)內(nèi)容[2]。前人對(duì)致密砂巖儲(chǔ)層非均質(zhì)性方面做了較多研究,主要側(cè)重層內(nèi)、層間、平面和微觀非均質(zhì)性特征及其對(duì)含油氣的影響方面[3-6]。本文主要從單砂體和砂體結(jié)構(gòu)等方面討論儲(chǔ)層非均質(zhì)性分布規(guī)律,并分析其影響因素。
鄂爾多斯盆地靖邊油田新城區(qū)長(zhǎng)6段油氣藏為致密砂巖油氣藏,油氣儲(chǔ)量大。長(zhǎng)6 段儲(chǔ)層屬于三角洲前緣沉積,因沉積環(huán)境與水動(dòng)力復(fù)雜,造成儲(chǔ)集層不同成因砂體頻繁疊置,砂體連續(xù)性較差,砂體內(nèi)部非均質(zhì)性較強(qiáng),相鄰井區(qū)儲(chǔ)層物性差異較大,含油性存在明顯差異,且砂體內(nèi)部也存在油氣分布不均一現(xiàn)象,縱向上差異較大,最終導(dǎo)致油氣勘探開(kāi)發(fā)不理想。因此對(duì)長(zhǎng)6段儲(chǔ)層非均質(zhì)性的變化規(guī)律及成因進(jìn)行研究,能夠?yàn)楹笃谟吞锖侠黹_(kāi)發(fā)提供參考方案。
鄂爾多斯盆地是一個(gè)整體沉降、坳陷遷移的大型克拉通盆地。現(xiàn)今構(gòu)造單元自西向東為西緣沖斷構(gòu)造帶、天環(huán)坳陷、伊陜斜坡、晉西撓褶帶和北部伊盟隆起、南部渭北隆起,共構(gòu)成六個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元[7]。整體上盆地內(nèi)部伊陜斜坡構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單,呈西傾單斜特征,局部?jī)H發(fā)育幅度較小的鼻狀隆起。研究區(qū)位于伊陜斜坡中部靖邊油田南部(圖1a)。
圖1 研究區(qū)位置與延長(zhǎng)組地層綜合柱
鄂爾多斯盆地三疊系延長(zhǎng)組是重要的含油層系,其垂向上具有多套含油組合。根據(jù)沉積旋回和油層分布規(guī)律,延長(zhǎng)組自上而下劃分為十個(gè)油層組,即長(zhǎng)1—長(zhǎng)10(圖1b),在沉積演化過(guò)程中,湖盆經(jīng)歷了多期次湖水進(jìn)退,長(zhǎng)7期是湖盆深陷擴(kuò)張期,沉積了一套以暗色泥巖及油頁(yè)巖為主、厚度可達(dá)100 m 的烴源巖地層[8]。長(zhǎng)6 段是緊鄰長(zhǎng)7 段后基準(zhǔn)面下降期形成的三角洲前積沉積,尤其在盆地西北物源發(fā)育多套三角洲沉積體系,從而形成了大面積疊置分布的砂體,成為油氣聚集的物質(zhì)基礎(chǔ),油氣具有近源成藏特征,因此油氣主要富集在長(zhǎng)7 段烴源巖層上下地層長(zhǎng)6段和長(zhǎng)8段中。
研究區(qū)長(zhǎng)6 油層組厚度在120~130 m 之間,埋藏深度1 650~2 000 m,自上而下劃分為長(zhǎng)61、長(zhǎng)62、長(zhǎng)63和長(zhǎng)64砂層組。延長(zhǎng)組長(zhǎng)6段具有“深水”三角洲沉積特征,儲(chǔ)層砂巖類(lèi)型為長(zhǎng)石砂巖,巖石粒徑比較細(xì),一般為細(xì)砂巖,顆粒分選中等,次棱—次圓狀,顆粒間呈點(diǎn)-線接觸。膠結(jié)類(lèi)型以孔隙-薄膜型為主,填隙物平均含量為15.0%,其膠結(jié)物類(lèi)型主要為綠泥石、濁沸石、碳酸鹽、硅質(zhì)。根據(jù)研究區(qū)物性分析,孔隙度范圍7.62%~15.9%,平均孔隙度10.8%;滲透率分布范圍(0.09~1.68)×10-3μm2,平均滲透率0.47×10-3μm2,儲(chǔ)層屬于致密儲(chǔ)層[9-10]。
單砂體內(nèi)非均質(zhì)性指垂向上粒度韻律、層理構(gòu)造、層內(nèi)夾層呈現(xiàn)出非均勻分布特征[11]。這些非均質(zhì)性影響早期油氣充注,造成油氣在垂向上分布不均勻;在注水開(kāi)發(fā)后,韻律性影響流體波及程度和水竄,層理構(gòu)造影響滲流各向異性,層內(nèi)夾層影響注采方式與油水界面分布,因此單砂體內(nèi)非均質(zhì)是儲(chǔ)層表征的重點(diǎn)。靖邊油田新城區(qū)長(zhǎng)6段為三角洲前緣沉積,主要發(fā)育水下分流河道、水下天然堤、分流間灣、河口壩及遠(yuǎn)砂壩五類(lèi)微相。其中有利沉積微相為水下分流河道、河口壩,不同沉積微相非均質(zhì)性具有差異性。
水下分流河道沉積微相形成的單砂體主要由細(xì)砂巖組成,底部見(jiàn)沖刷面,厚度一般5~8 m,垂向上顯示正韻律特征,自然伽馬(GR)、自然電位(SP)曲線為中高幅鐘型、箱型;層理構(gòu)造主要為槽狀交錯(cuò)層理、塊狀層理;孔隙度一般7%~15%,平均為11.5%,滲透率(0.1~1.6)×10-3μm2,平均為0.52 ×10-3μm2,內(nèi)部物性相對(duì)均一,不含夾層,在砂體頂、底偶爾發(fā)育致密層,物性差。砂體整體含油性較好,頂?shù)缀托圆睿▓D2a)。
圖2 三角洲前緣有利沉積微相非均質(zhì)性
河口壩沉積微相形成的單砂體主要由細(xì)砂巖組成,厚度一般3~5 m,垂向上顯示反韻律特征,GR、SP 曲線為中高幅漏斗型;砂體層理構(gòu)造主要為塊狀層理、斜層理、波狀層理;孔隙度一般6%~12%,平均為10.5%,滲透率(0.1~0.8)×10-3μm2,平均為0.42×10-3μm2,內(nèi)部物性相對(duì)均一,不含夾層,在砂體底部偶爾發(fā)育致密層,物性變差,含油性自下到上變好(圖2b)。
砂體結(jié)構(gòu)是指砂體內(nèi)部碎屑組分、沉積結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等特征在垂向上的變化樣式,是沉積環(huán)境的響應(yīng),不同沉積微相組合形成特定砂體結(jié)構(gòu)類(lèi)型。垂向微相組合是造成砂體結(jié)構(gòu)內(nèi)部差異的主要原因。根據(jù)巖心觀察、結(jié)合測(cè)井曲線對(duì)沉積微相精細(xì)分析,總結(jié)出長(zhǎng)6 段三角洲前緣4 種砂體結(jié)構(gòu)類(lèi)型:①塊狀疊合箱型、②疊合箱型、③疊合橢圓型、④疊合漏斗型(圖3)。側(cè)向上砂體結(jié)構(gòu)呈孤立和拼接等類(lèi)型。在油氣主力產(chǎn)層以堆疊和側(cè)疊接觸為主,非主力層主要以河道砂體與溢岸砂體拼接、孤立狀河道砂體為主[12]。復(fù)合砂體內(nèi)部不同相類(lèi)型疊置形成砂體結(jié)構(gòu),造成砂體連通性差異,這為平面上均衡注水、縱向上精細(xì)分層注水提供了地質(zhì)依據(jù)。
圖3 靖邊油田新城區(qū)長(zhǎng)6段砂體結(jié)構(gòu)
塊狀疊合箱型砂體結(jié)構(gòu)顯示厚層塊狀砂體特征,垂向上由多個(gè)正韻律旋回組成復(fù)合韻律。GR、SP 曲線為中—高幅微齒化箱形,底部具有沖刷面,砂體厚度一般大于15 m。此砂體結(jié)構(gòu)為多期水下分流河道切割疊加。儲(chǔ)層整體顯示層厚,物性分布均勻,含油性好,不發(fā)育夾層,致密層主要發(fā)育在砂體頂、底兩端,是研究區(qū)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層(圖3a)。平面上分布在復(fù)合河道中部。
疊合箱型砂體結(jié)構(gòu)顯示中厚層特征,垂向上由多個(gè)正韻律旋回組成復(fù)合正韻律。GR、SP 曲線為中—高幅微齒化箱型,底部具有沖刷面,砂體厚度一般大于10 m。此砂體結(jié)構(gòu)為多期水下分流河道疊加。儲(chǔ)層厚度中等,物性分布不均勻,夾層分布在砂體中部,致密層分布在砂體頂部和底部。油層被夾層分割呈多層狀,是研究區(qū)次級(jí)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層(圖3b)。平面上分布在復(fù)合河道邊部。
疊合橢圓型砂體結(jié)構(gòu)顯示中厚層特征,垂向上由多個(gè)正韻律和反韻律組成復(fù)合正反韻律。GR、SP曲線為中—高幅橢圓型,砂體厚度一般大于10 m。此砂體結(jié)構(gòu)成因?yàn)樗路至骱拥篮秃涌趬委B加。儲(chǔ)層厚度中等,物性分布較均勻,砂體內(nèi)部較少發(fā)育夾層,含油性較好,致密層主要發(fā)育在砂體底部,是研究區(qū)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層(圖3c)。
疊合漏斗型砂體結(jié)構(gòu)顯示厚層特征,垂向上由多個(gè)反韻律旋回組成復(fù)合反韻律。GR、SP 曲線為中—高幅漏斗型,頂部具有沖刷面,砂體厚度一般大于15 m。此砂體結(jié)構(gòu)為多期河口壩疊加。儲(chǔ)層厚度大,物性分布不均勻,砂體內(nèi)部發(fā)育夾層,致密層主要發(fā)育在砂體底部,是研究區(qū)次優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層(圖3d)。
研究區(qū)長(zhǎng)6段分流河道、河口壩砂體廣泛分布,儲(chǔ)層具有厚度變化大、層內(nèi)夾隔層發(fā)育,物性變化快,非均質(zhì)性強(qiáng),油藏嚴(yán)格受砂體結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)層物性控制,屬于典型巖性油藏。
砂體作為油氣運(yùn)移通道和油氣儲(chǔ)集良好場(chǎng)所,其砂體疊置關(guān)系影響著油氣水分布。三角洲前緣是沉積砂體卸載的有利區(qū)域,不同沉積微相組合形成多樣砂體結(jié)構(gòu),影響砂體連通性和含油氣性。平面上砂體結(jié)構(gòu)類(lèi)型影響油藏分布。長(zhǎng)62油藏主體位置主要砂體結(jié)構(gòu)類(lèi)型為疊合箱型、疊合橢圓型、疊合漏斗型,油藏邊部主要是孤立漏斗型砂體結(jié)構(gòu),由于砂體結(jié)構(gòu)內(nèi)部差異,油藏邊界砂體減薄甚至尖滅,巖性變細(xì)、物性變差、泥質(zhì)成分增多,非均質(zhì)性增強(qiáng),因而含油性變差(圖4)。
圖4 靖邊油田新城區(qū)長(zhǎng)62砂體結(jié)構(gòu)與含油面積疊合
砂體結(jié)構(gòu)的差異影響油氣縱向分布。長(zhǎng)6 段中,油氣主要呈大面積連片分布在長(zhǎng)62、長(zhǎng)63砂層組中,長(zhǎng)64、長(zhǎng)61主要呈透鏡狀零星分布。長(zhǎng)62、長(zhǎng)63砂體結(jié)構(gòu)主要以塊狀疊合箱型、疊合箱型、疊合橢圓型、疊合漏斗型砂體結(jié)構(gòu)為主,砂體橫向上呈板狀或拼接狀延伸,連通性好,厚度大,垂向孔隙度、滲透率相對(duì)分布均勻,泥質(zhì)和物性?shī)A層不發(fā)育,在油源充足的條件下,有利于油氣在砂體中二次運(yùn)移,所以油氣連片富集,多發(fā)育油層。而長(zhǎng)61和長(zhǎng)64多發(fā)育孤立鐘形、孤立漏斗型和孤立指狀砂體結(jié)構(gòu),砂體厚度薄,橫向上連通性差,油氣運(yùn)移受限,因此不易形成大面積油氣聚集,油層多呈短條帶狀或透鏡狀分布,盡管靠近湖盆中心烴源巖發(fā)育區(qū),但由于儲(chǔ)層物性較差,多為干層或水層(圖5)。
沉積條件與沉積環(huán)境主要決定了砂巖儲(chǔ)層的規(guī)模、分布、結(jié)構(gòu)及物性構(gòu)架[11],造成砂體內(nèi)部物理特性差異,進(jìn)而造成儲(chǔ)層內(nèi)部的非均質(zhì)性。
靖邊油田新城區(qū)長(zhǎng)6段主要發(fā)育三角洲沉積體系,發(fā)育水下分流河道、分流間灣、水下天然堤、河口壩、遠(yuǎn)沙壩等五種微相。單期水下分流河道砂體和單期的河口壩砂體形成不同韻律的儲(chǔ)層非均質(zhì)。三角洲前緣砂體快速推進(jìn),多期分流河道疊加、河道與河口壩疊加形成厚層砂體,厚度為10~20 m,形成良好的儲(chǔ)集體,構(gòu)成了油氣聚集成藏的良好儲(chǔ)集空間。垂向上各期砂體彼此疊置,平面上側(cè)向加積形成復(fù)合砂體。由于分流河道頻繁改道與河口壩側(cè)向遷移使砂體展布呈網(wǎng)狀交織或串珠狀展布,垂向上厚層砂體內(nèi)出現(xiàn)多個(gè)韻律疊加和夾層分布。平面上砂體遷移,呈網(wǎng)狀交織或串珠狀展布,內(nèi)部連通性變差,油氣分布出現(xiàn)差異。
當(dāng)沉積物或砂體沉積后,由于一系列的成巖作用,如壓實(shí)、壓溶、溶解、膠結(jié)和交代以及重結(jié)晶等作用改變了原始砂巖的孔滲性,從而增加了儲(chǔ)層的非均質(zhì)程度[12]。靖邊油田新城區(qū)長(zhǎng)6 段成巖作用類(lèi)型復(fù)雜多變,其中壓實(shí)作用、碳酸鹽膠結(jié)、石英和長(zhǎng)石的次生加大以及自生黏土礦物的充填等作用常使巖石變得相對(duì)致密,儲(chǔ)層的孔滲性降低。不同膠結(jié)物產(chǎn)出狀態(tài)差異,造成儲(chǔ)層層內(nèi)微觀非均質(zhì)性大大增強(qiáng)。綠泥石膠結(jié)多以薄膜的形式產(chǎn)出,有利于原生孔隙的保存,具有較高的孔隙度和滲透率。早期的碳酸鹽膠結(jié)占據(jù)有孔隙空間,不利于后期孔隙水流通,整體有較低的孔隙度和滲透率。而硅質(zhì)膠結(jié)降低了原生孔隙空間,具有較小的孔隙度和滲透率,高嶺石充填孔隙,伊利石減小滲透率。而碎屑顆粒的溶蝕、膠結(jié)物的溶解又使儲(chǔ)層的物性變好,孔滲性提高,但同時(shí)碎屑巖不均勻的溶蝕、溶解也會(huì)使巖石內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)變化,從而提高了儲(chǔ)層的非均質(zhì)性。
研究區(qū)長(zhǎng)6 段儲(chǔ)層膠結(jié)物主要是碳酸鹽礦物、硅質(zhì)和黏土礦物。碳酸鹽礦物包括方解石、白云石連晶狀膠結(jié)(圖6a)、晚期鐵方解石(圖6b),硅質(zhì)為石英和長(zhǎng)石的次生加大(圖6c、圖6d),黏土礦物為綠泥石、高嶺石、伊利石膠結(jié)充填粒間孔(圖6e、圖6f、圖6g)。長(zhǎng)石、濁沸石、巖屑等不穩(wěn)定顆粒直接溶蝕形成溶蝕粒內(nèi)孔隙(圖6h、圖6i),這些作用促使儲(chǔ)層微觀上產(chǎn)生極強(qiáng)的非均質(zhì)性特征。
圖6 研究區(qū)長(zhǎng)6段巖石顯微鏡下照片
構(gòu)造改造作用主要是指致密儲(chǔ)層中普遍發(fā)育的多尺度裂縫作用[13]。裂縫作用主要是形成高導(dǎo)流通道,使儲(chǔ)層非均質(zhì)性更加復(fù)雜,進(jìn)而可在局部調(diào)整油氣的分布。構(gòu)造作用對(duì)儲(chǔ)層非均質(zhì)性的影響可以體現(xiàn)在宏觀和微觀兩個(gè)方面,宏觀上斷層和規(guī)模較大的裂縫可以改變儲(chǔ)層的連通性,主要表現(xiàn)為提供空間上具有方向性和規(guī)模影響的優(yōu)勢(shì)滲流通道,減弱或消除相對(duì)低滲透層的封隔能力,但對(duì)儲(chǔ)集空間增加的影響則不明顯;微觀上,多期次裂縫及其組成的縫網(wǎng)可以極大提升儲(chǔ)層局部滲流能力[14],擴(kuò)大部分儲(chǔ)集空間,明顯改造儲(chǔ)層局部物性。
研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡中部靖邊油田南部,構(gòu)造為傾角不足1°的西傾單斜,局部有微弱鼻狀隆起,長(zhǎng)6段油層組未見(jiàn)明顯斷層存在,但局部見(jiàn)到微裂縫廣泛發(fā)育,微裂縫增加了儲(chǔ)層孔隙連通性,改變了儲(chǔ)層滲透性的方向,增強(qiáng)了滲流能力,進(jìn)而影響著儲(chǔ)層局部非均質(zhì)性。
基準(zhǔn)面旋回受構(gòu)造、氣候、湖平面以及沉積物共同影響,然而在構(gòu)造穩(wěn)定的坳陷湖盆沉積環(huán)境,地勢(shì)平坦,總體坡度小于1°,因此,基準(zhǔn)面旋回是控制沉積體系及疊加樣式的關(guān)鍵控制因素[15-17]。鄂爾多斯盆地長(zhǎng)6 段整體是在長(zhǎng)7 段湖侵之后處于基準(zhǔn)面下降期,其中長(zhǎng)63—長(zhǎng)62為基準(zhǔn)面下降期,長(zhǎng)61為基準(zhǔn)面上升期。
長(zhǎng)64處于基準(zhǔn)面下降早期,A/S 值較高,可容納空間較大,原始地貌要素保存程度的增強(qiáng)導(dǎo)致河道砂體以側(cè)向加積為主,使沉積微相的多樣性增加。旋回的對(duì)稱(chēng)性隨著物源的遠(yuǎn)近和所處的地理位置發(fā)生變化,在研究區(qū)主要表現(xiàn)為河口壩、遠(yuǎn)砂壩堆積,砂體結(jié)構(gòu)為孤立漏斗型、孤立指狀(圖7)。
長(zhǎng)63—長(zhǎng)62處于基準(zhǔn)面下降晚期,A/S 值較低,可容納空間較小,垂向上河道砂體互相疊置的程度明顯增大,使沉積作用以垂向加積為主,側(cè)向加積為輔,砂體結(jié)構(gòu)以疊置型-弱切割型向切割型演化,使砂體以多層式或多邊式為主,分流河道砂體十分發(fā)育,平面上、垂向上大規(guī)模相互疊置,砂體的連通性較好,平面上砂體呈板狀和少量拼接狀(圖7)。
長(zhǎng)61處于基準(zhǔn)面上升早期,A/S 值較高,可容納空間變大,此時(shí)三角洲向陸退積,在垂向上形成向上變細(xì)的剖面特征,發(fā)育的砂體彼此孤立,連通性較差,泥質(zhì)含量高,儲(chǔ)層物性最好位置一般分布在旋回的中部,主要表現(xiàn)為水下分流河道砂體和分流間灣泥組合,砂體結(jié)構(gòu)為孤立鐘型(圖7)。
(1)靖邊油田新城區(qū)長(zhǎng)6 段儲(chǔ)層非均質(zhì)主要表現(xiàn)為單砂體非均質(zhì)和砂體結(jié)構(gòu)非均質(zhì)。單砂體非均質(zhì)主要有正韻律和反韻律非均質(zhì),對(duì)應(yīng)于水下分流河道和河口壩沉積微相;砂體結(jié)構(gòu)非均質(zhì)可分為塊狀疊合箱型、疊合箱型、疊合橢圓型、疊合漏斗型等四種類(lèi)型。
(2)研究區(qū)長(zhǎng)6 段油藏嚴(yán)格受砂體結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)層物性控制,其砂體疊置關(guān)系影響著油氣水分布。平面上長(zhǎng)62油藏主體位置主要砂體結(jié)構(gòu)類(lèi)型為疊合箱型、疊合橢圓型、疊合漏斗型,油藏邊部主要是孤立漏斗型砂體結(jié)構(gòu)??v向上長(zhǎng)62、長(zhǎng)63砂體結(jié)構(gòu)主要以塊狀疊合箱型、疊合橢圓型砂體結(jié)構(gòu)為主,儲(chǔ)層非均質(zhì)性較弱,油氣多呈大面積連片分布,而長(zhǎng)61和長(zhǎng)64多發(fā)育孤立鐘形、孤立漏斗型和孤立指狀砂體結(jié)構(gòu),儲(chǔ)層物性較差,多為干層或水層。
(3)沉積作用導(dǎo)致不同成因砂體疊置,形成砂體內(nèi)部非均質(zhì)性。成巖作用主要影響單砂體內(nèi)部垂向非均質(zhì)性,進(jìn)而影響四種砂體結(jié)構(gòu)內(nèi)部的非均質(zhì)性。壓實(shí)作用及碳酸鹽、黏土礦物的膠結(jié)作用是減小儲(chǔ)層孔隙度、降低滲透率的主要因素;長(zhǎng)石和濁沸石發(fā)生的溶蝕作用易產(chǎn)生溶蝕孔隙,改善儲(chǔ)層的物性;構(gòu)造作用產(chǎn)生微裂縫,裂縫主要起滲流通道的作用,增強(qiáng)了局部導(dǎo)流能力,使儲(chǔ)層非均質(zhì)性更加復(fù)雜;基準(zhǔn)面旋回控制砂體疊加樣式,進(jìn)而影響儲(chǔ)層非均質(zhì)性?;鶞?zhǔn)面下降晚期,砂體切割疊置,發(fā)育復(fù)合型砂體結(jié)構(gòu),基準(zhǔn)面下降早期和基準(zhǔn)面上升早期,砂體呈孤立分布。