注水開發(fā)前后儲層物性變化規(guī)律研究
——以胡狀集油田胡七南斷塊沙三段儲層為例

周延軍（中石化中原油田分公司采油五廠，河南 濮陽457001）

胡望水，張宇焜，王 煒（油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室（長江大學）地球科學學院數(shù)字油氣資源研究所（長江大學），湖北 荊州434023）

注水開發(fā)前后儲層物性變化規(guī)律研究
——以胡狀集油田胡七南斷塊沙三段儲層為例

周延軍（中石化中原油田分公司采油五廠，河南 濮陽457001）

胡望水，張宇焜，王 煒（油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室（長江大學）地球科學學院數(shù)字油氣資源研究所（長江大學），湖北 荊州434023）

由于各儲層物性在注水開發(fā)過程中都會發(fā)生相應(yīng)的動態(tài)變化，因此建立注水開發(fā)前后儲層物性的動態(tài)地質(zhì)模型，并研究注水開發(fā)過程中儲層物性的變化規(guī)律，對尋找有利區(qū)帶以及進一步提高油田開發(fā)效果具有極為重要的地質(zhì)意義。以胡狀集油田胡七南斷塊沙三段儲層為例，在測井資料綜合解釋和精細沉積微相研究的基礎(chǔ)上，并以沉積微相為約束條件，采用隨機建模方法建立了注水開發(fā)前后的儲層三維地質(zhì)模型，并通過分析泥質(zhì)含量、粘土礦物、孔隙度、滲透率這些儲層物性的變化規(guī)律，得出了儲層物性變化的機理，深化了油田高含水期的地質(zhì)特征認識程度。

注水開發(fā)；儲層物性；動態(tài)地質(zhì)模型；沉積相控；胡七南斷塊

目前許多油田雖然已進入中高含水開發(fā)階段，但剩余油潛力仍較大。在對其水驅(qū)開發(fā)特征研究的基礎(chǔ)上，建立動態(tài)的油藏地質(zhì)模型，通過對比不同開發(fā)時期的儲層物性特征，找到其變化規(guī)律，從而為油田調(diào)整挖潛提供地質(zhì)依據(jù)。動態(tài)油藏地質(zhì)模型是將油藏各種地質(zhì)特征在三維空間和不同時間段的變化及分布定量表述出來的地質(zhì)模型，是油氣藏的類型、幾何形態(tài)、規(guī)模、油藏內(nèi)部結(jié)構(gòu)、儲層參數(shù)及流體分布的高度概括，是油藏綜合評價的基礎(chǔ)，其重要意義在于可提高勘探和開發(fā)的預(yù)見性［1～3］。油藏地質(zhì)模型的核心是儲層地質(zhì)模型，它是儲層特征及其非均質(zhì)性在空間上變化分布的特征。油藏動態(tài)是儲層本身特征的產(chǎn)物，而開發(fā)戰(zhàn)略又必須緊緊依據(jù)油藏動態(tài)特征［4，5］。因此一個良好的儲層表征，即建立一個符合實際的精細儲層地質(zhì)模型是成功開發(fā)油田的關(guān)鍵。

1 地質(zhì)概況

胡七南斷塊位于胡狀集油田北部，構(gòu)造上位于東濮凹陷西部斜坡帶第二斷階帶，為受石家集斷層及其派生的次級斷層——胡7－7斷層共同夾持的西高東低的一個不完整的鼻狀構(gòu)造。主要含油層段為下第三系沙河街組沙三中亞段、沙三下亞段地層。沉積體系為扇三角洲－湖泊沉積體系。該斷塊含油層系多、含油井段長。胡七南斷塊油藏類型屬于構(gòu)造較為簡單、埋藏較淺、常溫常壓、中高粘度、非飽和的層狀、嚴重非均質(zhì)孔隙性砂巖油藏。胡七南斷塊自1985年投入開發(fā)以來，1986年9月投入注水開發(fā)，經(jīng)歷了近20年的開發(fā)歷程，由于注水開發(fā)造成儲層的快速變化，非均質(zhì)現(xiàn)象嚴重，井網(wǎng)適應(yīng)性變差，使得目前開發(fā)中存在大量問題。因此為了有效地解決這些問題，必須重新研究該區(qū)塊在注水開發(fā)過程中儲層的三維發(fā)育規(guī)律，為油田下一步開發(fā)提供更加準確的地質(zhì)信息。

2 注水開發(fā)前后儲層參數(shù)測井解釋模型

儲層參數(shù)模型主要包括儲層的巖性、物性和含油性等內(nèi)容。注水開發(fā)前后，儲層參數(shù)即孔隙度、滲透率及微觀孔隙結(jié)構(gòu)等都發(fā)生了不同程度的變化。因此，在注水開發(fā)前后取心井儲層“四性”關(guān)系及測井資料標準歸一化研究的基礎(chǔ)上，利用多元統(tǒng)計等方法，建立了注水開發(fā)前后儲層參數(shù)測井解釋的數(shù)學模型［6］。

2.1 泥質(zhì)含量測井解釋模型

通過對取心井巖電關(guān)系研究表明，該區(qū)電阻率曲線是巖性響應(yīng)的最好曲線，因此儲層巖性解釋主要利用電阻率曲線，泥質(zhì)含量（Vsh）測井解釋模型采用經(jīng)驗?zāi)Ｐ停?/p>

式中，GR、GRmax、GRmin分別為解釋目的層自然伽馬值、自然伽馬最大值和自然伽馬基線值。注水開發(fā)前后泥質(zhì)含量解釋模型相同。

2.2 粘土礦物的解釋模型

該區(qū)粘土礦物主要為高嶺石、伊利石、伊/蒙混層，其次為綠泥石。隨深度和巖性的變化，各類粘土礦物含量發(fā)生一定的變化。在對取心井粘土礦物分析的基礎(chǔ)上，分別建立了高嶺石（K）以及伊/蒙混層（I/S）與泥質(zhì)含量之間的定量關(guān)系，確立了通過泥質(zhì)含量來推算粘土礦物含量的解釋模型。

注水開發(fā)前：

式中，K1為注水開發(fā)前的高嶺石含量，%；Vsh為泥質(zhì)含量，%；I/S1為注水開發(fā)前的伊/蒙混層含量，%。

注水開發(fā)后：

式中，K2為注水開發(fā)后的高嶺石含量，%；I/S2為注水開發(fā)后的伊/蒙混層含量，%。

2.3 孔隙度測井解釋模型

系統(tǒng)研究表明，注水開發(fā)前后儲層的孔隙度變化很小，因而注水開發(fā)前后其解釋模型相同。巖心歸位后，根據(jù)其配位關(guān)系建立了聲波時差與巖心孔隙度的關(guān)系式，即砂巖孔隙度模型：

式中，por為孔隙度，小數(shù)；ΔT為聲波時差，μs/m；R為相關(guān)系數(shù)。

這里孔隙度模型的建立采取的是層平均的方法。根據(jù)地層沉積特征，每一個巖石相代表了一個特定的能量單元，每一個巖石相組合代表了在基本相同沉積環(huán)境的巖石組合，因此其物性特征應(yīng)基本一致；同時，由于在不同的位置即使沉積環(huán)境相同其物性仍會有差異，且?guī)r心分析有時會存在異常點，因此采用層平均的方法更能反映儲層的實際特征且其精度也較高。更為重要的是其更能反映儲層在區(qū)域上的變化性，這正好符合建立儲層三維模型的基本要求。

2.4 滲透率測井解釋模型

注水開發(fā)前，選用孔隙度建立與滲透率的關(guān)系，通過回歸分析得到滲透率計算函數(shù)關(guān)系式：

式中，perm為滲透率，μm2。

研究表明，注水開發(fā)對滲透率的影響是很大的，且各種巖性儲層的受影響程度是不一樣的。因而對注水開發(fā)儲層滲透率解釋模型是分巖性來建立的。不過沙三中亞段6砂層組 －沙三下亞段1砂層組儲層絕大部分為粉砂巖，因而只需建立粉砂巖的滲透率解釋模型，就可以滿足要求：

式中，MD為測深，m。

注水開發(fā)后儲層屬性的變化，勢必影響油層的油水運動規(guī)律的變化，只有把握了這些變化規(guī)律，才能制定更加有效的開發(fā)方案和措施［7］。

3 注水開發(fā)前后相控儲層物性模型分析

結(jié)合胡七南斷塊沙三段地層的地質(zhì)研究以及井網(wǎng)部署情況，在小層精細劃分與對比以及沉積微相研究的基礎(chǔ)上，建立了研究區(qū)目的層的構(gòu)造模型和沉積相模型（圖1），建模中定義網(wǎng)格大小為15m×15m，垂向上每個小層平均劃分了10等份。在此基礎(chǔ)上，分析了泥質(zhì)含量、孔隙度、滲透率以及粘土礦物這些參數(shù)的地質(zhì)統(tǒng)計特征。選用球狀變差函數(shù)模型，應(yīng)用序貫高斯模擬方法進行模擬，通過相控隨機建模的方法建立了注水開發(fā)前后各物性參數(shù)的三維地質(zhì)模型。

3.1 泥質(zhì)含量和粘土礦物分析

通過對比注水開發(fā)前后胡七南斷塊沙三中亞段8砂層組7單層泥質(zhì)含量模型（圖2）可以發(fā)現(xiàn)，H7－262井區(qū)附近泥質(zhì)含量明顯減少，而H7－175井區(qū)泥質(zhì)含量有明顯升高，研究區(qū)泥質(zhì)含量總體呈減少趨勢。造成這種現(xiàn)象的原因主要是地層中的泥質(zhì)在注入水長期的沖刷作用下剝離并產(chǎn)生運移，使某些區(qū)域的泥質(zhì)含量在注水開發(fā)后減少或者富集。由于長期的注水開發(fā)，地下的泥質(zhì)隨采出液不斷被帶出儲層，造成研究區(qū)泥質(zhì)含量總體上呈下降趨勢。

圖1 胡七南斷塊沙三中亞段8砂層組7單層沉積微相模型

圖2 胡七南斷塊沙三中亞段8砂層組7單層泥質(zhì)含量模型

通過對比注水開發(fā)前后胡七南斷塊沙三中亞段8砂層組7單層高嶺石含量模型（圖3）以及伊/蒙混層含量模型（圖4）可以發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)在經(jīng)歷一定時期的注水開發(fā)后，全區(qū)高嶺石的含量和伊/蒙混層含量都明顯減少。這主要是由于高嶺石以及伊/蒙混層長期被注入水浸泡，并且高強度的注水使其晶體格架遭到破壞，形成細小的微粒［8，9］，隨采出液大量地帶出儲層。

圖3 胡七南斷塊沙三中亞段8砂層組7單層高嶺石含量模型

圖4 胡七南斷塊沙三中亞段8砂層組7單層伊/蒙混層含量模型

3.2 孔隙度和滲透率分析

通過對比注水開發(fā)前后胡七南斷塊沙三中亞段8砂層組7單層孔隙度模型（圖5）可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過注水開發(fā)的改造作用，河口壩和水下分流河道微相內(nèi)孔隙度有明顯增大，原本的高值區(qū)——H7－262井區(qū)，孔隙度有更為顯著的增大，但位于前緣席狀砂微相的HC7－47井區(qū)，孔隙度在經(jīng)歷注水開發(fā)后明顯減小。造成這種現(xiàn)象的原因主要為，在注水開發(fā)過程中，原為接觸式膠結(jié)類型存在的膠結(jié)物，局部被水沖刷位移，同時巖石骨架受到水沖刷的作用，從原來顆粒支撐較脆弱的部位被沖開，使喉道增大，連通性變好。而注入水將地層中剝離下來的微粒運移至狹窄的喉道處堵塞孔喉以及污水結(jié)垢等原因造成孔隙度下降，因此出現(xiàn)孔隙度值局部增大、局部減小，非均質(zhì)性加劇的現(xiàn)象。而由于連續(xù)產(chǎn)出大量的油與水，地層孔隙中的大量微粒隨采出液被帶出地層，孔隙喉道變得暢通，地層總體孔隙度值增大。

圖5 胡七南斷塊沙三中亞段8砂層組7單層孔隙度模型

通過對比注水開發(fā)前后胡七南斷塊沙三中亞段8砂層組7單層滲透率模型（圖6）可以發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)滲透率整體呈增大趨勢，河口壩和水下分流河道微相內(nèi)滲透率顯著提高，而注水開發(fā)前滲透性好的H7－113井區(qū)和H7－12井區(qū)，滲透性明顯變差。造成這種現(xiàn)象的原因主要是注水開發(fā)過程中，地層中可移動微粒較多，當大部分可移動微粒被注入水沖出后，滲流通道變通暢，全區(qū)滲透率呈上升狀態(tài)。同時注入水的沖刷作用造成孔喉中大部分膠結(jié)松散的小顆粒被沖出，可移動微?？倲?shù)減小，膠結(jié)好的顆粒甚至巖石骨架顆粒在流體不斷沖刷下也參與運移，當大顆粒運移至孔喉變窄處堵塞孔喉，以及地層中的泥質(zhì)遇水膨脹和污水結(jié)垢等因素也會堵塞部分小孔道，造成滲透率在部分區(qū)域下降。

4 結(jié) 論

1）儲層物性參數(shù)隨著注水開發(fā)的進行會發(fā)生動態(tài)變化，通過建立沉積相控儲層四維地質(zhì)模型能形象地反映出注水開發(fā)過程中，不同沉積微相內(nèi)物性參數(shù)的變化情況。這對認識高含水期油田的地質(zhì)情況具有十分重要的意義，并且為油田下一步調(diào)整開發(fā)方案提供了可靠的依據(jù)。

2）注水開發(fā)過程中儲集物性的變化主要是由于注入水的沖刷造成地層微粒和膠結(jié)物的破壞；粘土礦物遇水膨脹；游離在注入水中的雜質(zhì)以及由于沖刷作用脫落的地層微粒運移到孔喉處堵塞孔隙；污水在儲層孔道壁面結(jié)垢；地層微粒隨采出液帶出儲層等原因所造成的。

圖6 胡七南斷塊沙三中亞段8砂層組7單層滲透率模型

［1］呂曉光，王德發(fā)，姜洪福.儲層地質(zhì)模型及隨機建模技術(shù)［J］.大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2000，19（1）：10～13，16.

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Law of Reservoir Physical Property Changes Both Before and After Waterflooding——By Using Es3Reservoir of South Fault Block Hu7in Huzhuangji Oilfield for Example

ZHOU Yan－jun（The5th Oil Production Plant，Zhongyuan Oilfield Company，SINOPEC，Puyang457001，Henan，China）
HU Wang－shui，ZHANG Yu－kun，WANG Wei（Key Laboratory of Exploration Technologies for Oil and Gas Resources（Yangtze University），Ministry of Education；College of Geosciences，Yangtze University，Jingzhou434023，Hubei，China）

Because the reservoir physical property was changed dynamically corresponding to the process of waterflooding，it was of great significance in geology to study the law of the reservoir physical property changes by establishing the dynamic geological model of reservoir physical properties both before and after waterflooding to find the favorable area for further improving the effect of oilfield development.By taking Southern Fault Block Hu7in Huzhuangji Oilfield as an example，on the basis of the comprehensive interpretation of logging data and fine study of sedimentary micro－facies，a stochastic modeling method is used to establish 3－D reservoir geological model under the constraint condition of sedimentary mirco－facies，simultaneously，according to analysis on the law of shale content，clay mineral，porosity and permeability changes，the mechanism of reservoir physical property changes is obtained and the understanding of geological characteristics at high water－cut stage is deepened.

waterflooding；reservoir physical property；dynamic geological model；facies－controlled modeling；Southern Fault Block Hu7；Huzhuangji Oilfield

TE122.2

A

1000－9752（2010）05－0025－06

2010－07－20

國家自然科學基金項目（49773198，40872099）。

周延軍（1963－），男，1984年江漢石油學院畢業(yè)，高級工程師，現(xiàn)主要從事油田開發(fā)地質(zhì)工作。

［編輯］ 蕭 雨