榆樹林油田扶楊油層儲(chǔ)層非均質(zhì)性分析

趙 榮， 劉朋遠(yuǎn)， 何成山， 宋曉偉

( 1. 東北石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江 大慶 163318； 2. 大港油田公司 勘探事業(yè)部，天津 300280； 3. 大慶鉆探工程公司，黑龍江 大慶 163700 )

0 引言

儲(chǔ)層的非均質(zhì)性是指儲(chǔ)層的基本性質(zhì)(巖性、物性、電性以及含油氣性等)在三維空間分布上的不均一性.它是儲(chǔ)層形成過程中受構(gòu)造作用、成巖作用和沉積環(huán)境的影響，在內(nèi)部屬性及空間分布上不均勻變化而形成，影響地下油、氣、水運(yùn)動(dòng)及油氣采收率，因此儲(chǔ)層非均質(zhì)性研究對(duì)油氣田開采有重要意義.

榆樹林油田位于黑龍江省肇東市昌五鎮(zhèn)附近，東北部與尚家油田接壤，北、西、南三面分別與汪家屯氣田、升平、徐家圍子、朝陽溝油田相鄰.區(qū)域構(gòu)造屬于松遼盆地中央拗陷區(qū)三肇凹陷東部斜坡，主要產(chǎn)油層位為中生界白堊系泉頭組三、四段，即扶余、楊大城子油層.扶楊油層為古松花江水系的三角洲平原和匯水湖泊沉積地層，儲(chǔ)集層主要由細(xì)砂巖和少量粉砂巖組成，具有低成分成熟度和低結(jié)構(gòu)成熟度的特征.巖石中各礦物成分平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為：石英25%，巖屑30%，長(zhǎng)石31%，雜基8%，膠結(jié)物6%.膠結(jié)物主要有硅質(zhì)、長(zhǎng)石、黏土礦物、碳酸鹽礦物、重晶石、沸石、黃鐵礦和褐鐵礦.

儲(chǔ)層砂體有效厚度為8.7～9.0 m，平均孔隙度為12.3%，平均滲透率小于2.95×10-3μm2，為低孔、特低滲儲(chǔ)層.儲(chǔ)層非均質(zhì)性顯著，導(dǎo)致含油性的非均質(zhì)性；油井含水率上升速度快，大部分井過早見水或被水淹，影響開發(fā)效果.前人對(duì)儲(chǔ)層非均質(zhì)性做過研究和探討[1-19]，但對(duì)細(xì)分沉積單元方面報(bào)道很少，筆者在研究區(qū)地層劃分及對(duì)比基礎(chǔ)上，利用測(cè)井資料獲取儲(chǔ)層非均質(zhì)性參數(shù)，進(jìn)行儲(chǔ)層的層內(nèi)、層間及平面3個(gè)層次的宏觀非均質(zhì)性特征研究，為認(rèn)識(shí)儲(chǔ)層非均質(zhì)性對(duì)注水開發(fā)油田剩余油的影響提供參考.

1 地層劃分與對(duì)比

地層劃分與對(duì)比是油田精細(xì)地質(zhì)研究的基礎(chǔ)與關(guān)鍵，其可靠性決定平面微相及單砂體展布的正確與否，劃分精確程度決定對(duì)地下油層的認(rèn)識(shí)程度.對(duì)研究區(qū)267口井進(jìn)行3.2×104井層次的對(duì)比，為認(rèn)識(shí)該區(qū)不同沉積相態(tài)砂體空間展布規(guī)律、剩余油分布規(guī)律、儲(chǔ)層特征奠定基礎(chǔ).

1.1 沉積時(shí)間單元?jiǎng)澐衷瓌t

(1)沉積時(shí)間單元?jiǎng)澐謶?yīng)與單期河道相對(duì)應(yīng)，體現(xiàn)對(duì)單砂體的控制；

(2)標(biāo)準(zhǔn)井上沉積時(shí)間單元界線盡可能位于河道底部；

(3)劃分標(biāo)準(zhǔn)盡可能少切割河道砂體，保證單一河道的完整性；

(4)沉積時(shí)間單元?jiǎng)澐直M可能在目前采用的小層基礎(chǔ)上進(jìn)行，不宜脫離現(xiàn)有分層標(biāo)準(zhǔn)，以減少油田在應(yīng)用中的混亂；

(5)沉積時(shí)間單元?jiǎng)澐謶?yīng)具有實(shí)用性，符合研究區(qū)地質(zhì)特征，并滿足一定開發(fā)階段的需要.

1.2 測(cè)井曲線優(yōu)選原則

由于取心資料有限，細(xì)分層主要利用測(cè)井曲線進(jìn)行，受地質(zhì)條件及儀器自身?xiàng)l件的制約，并不是所有曲線能正確反映地下真實(shí)情況，必須對(duì)其進(jìn)行優(yōu)選，優(yōu)選原則為：(1)不同批次井網(wǎng)曲線特征明顯；(2)曲線具有普遍性；(3)垂向具有高分辨率，細(xì)微對(duì)比特征明顯.

針對(duì)本區(qū)為低孔、特低滲儲(chǔ)層的特點(diǎn)，基于優(yōu)選原則，選出自然伽馬、微電極或雙側(cè)向電阻率、2.5 m底部梯度視電阻率曲線，同時(shí)參考聲波時(shí)差，0.25 m、0.45 m視電阻率等其他曲線.

1.3 細(xì)分沉積單元

研究區(qū)目的層主要發(fā)育淺水湖泊三角洲相(扶余油層)和河流相(楊大城子油層)沉積，具有沉積旋回發(fā)育，巖性巖相變化快；除扶余油層頂、底標(biāo)準(zhǔn)層外，內(nèi)部幾乎不存在標(biāo)準(zhǔn)層等特點(diǎn).采用標(biāo)準(zhǔn)層控制下的“旋回對(duì)比，分級(jí)控制，不同相帶區(qū)別對(duì)待”的沉積單元對(duì)比方法，包括：

(1)以區(qū)域骨架封閉剖面為平面控制.

(2)以區(qū)域性分布的標(biāo)準(zhǔn)層作為大段的層位控制為主；以輔助參照層(在一定井組內(nèi)穩(wěn)定，電性特征明顯，易于識(shí)別與對(duì)比)控制為輔的對(duì)比方法，一般河泛面、泛濫平原等環(huán)境可形成參照層.

表1 榆樹林油田扶楊油層地層劃分

(3)三角洲外前緣亞相及穩(wěn)定的湖泊相沉積，采用按厚度比例對(duì)比或等厚對(duì)比的方法.

(4)泛濫—分流平原亞相及枝狀三角洲的內(nèi)前緣亞相沉積，采用河流相的不等厚度對(duì)比方法：①等高程對(duì)比法；②切片對(duì)比法；③砂體側(cè)向相變對(duì)比法；④疊置及下切砂體側(cè)向連續(xù)對(duì)比法.

按照劃分原則，將研究區(qū)扶楊油層劃分為4個(gè)油層組、24個(gè)小層、51個(gè)細(xì)層(見表1).

2 層間非均質(zhì)性特征

層間非均質(zhì)性是指砂體之間的差異，包括層系的旋回性、砂層間的滲透率非均質(zhì)程度、隔層分布及層間裂縫特征等.層間非均質(zhì)性既是決定開采工藝、劃分開發(fā)層系的依據(jù)，也是注水開發(fā)過程中水驅(qū)差異和層間干擾的重要原因.沉積相是層間非均質(zhì)性的主要控制因素.

2.1 隔層特征

隔層是指分隔不同砂體的非滲透層，如泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、膏巖等，其橫向連續(xù)性好，能阻止砂體之間的垂向滲流.隔層的作用是將相鄰的油層完全隔開，使油層之間不發(fā)生油、氣、水竄流，形成2個(gè)獨(dú)立的開發(fā)單元.

陸相儲(chǔ)層中，隔層主要分為3類：泥質(zhì)隔層、物性隔層和鈣質(zhì)隔層，其中：泥質(zhì)隔層對(duì)油氣水運(yùn)動(dòng)影響較大，其次是鈣質(zhì)和物性隔層.不同類型的隔層在測(cè)井曲線上具有不同的電性特征.

(1)泥質(zhì)隔層：深側(cè)向電阻率低；微電極曲線平穩(wěn)、幅度低；聲波時(shí)差高值；中子伽馬曲線平穩(wěn)、低值；井徑曲線明顯擴(kuò)徑.

(2)鈣質(zhì)隔層：深側(cè)向電阻率高于或接近油層電阻率；微電極曲線為尖峰且幅度差小； 聲波時(shí)差明顯低值；鉆時(shí)值高且變化小.

(3)物性隔層：微電極曲線介于泥巖和鈣質(zhì)層之間，有一定幅度差；深側(cè)向電阻率較低；聲波時(shí)差中等；中子伽馬中等.

榆樹林油田扶楊油層內(nèi)的隔層巖性多為薄厚不一的泥巖，呈灰綠色或紫紅色.隔層發(fā)育程度與砂體發(fā)育程度互補(bǔ)，即砂體發(fā)育處隔層相對(duì)不發(fā)育.

各層間隔層厚度為11.59～131.15 m，平均為35.67 m；隔層鉆遇率大于70%，屬于穩(wěn)定分布的隔層.從垂向上看，隔層在水域面積較大，沉積物供給較少時(shí)發(fā)育，三角洲前緣亞相、湖沼相沉積環(huán)境下厚度較大的隔層均大面積連片發(fā)育，而河流相中隔層相對(duì)較薄且連續(xù)性弱于前者.

從平面上看，分析隔層厚度分布與沉積相展布關(guān)系，隔層主要發(fā)育在砂體不發(fā)育的位置，如水上(下)分流間.砂體發(fā)育處隔層相對(duì)不發(fā)育，當(dāng)目的層發(fā)育席狀砂時(shí)，一般席狀砂核部砂體較厚，邊部相對(duì)變薄，因此核部處隔層不發(fā)育，邊部隔層較厚.當(dāng)目的層發(fā)育河道時(shí)，河道規(guī)模越大，河道下切越劇烈，導(dǎo)致與前一沉積單元的砂體疊置在一起，隔層厚度為0 m.由于河流能量較弱，規(guī)模小的河道發(fā)育厚度不大，可有較薄的隔層保留.

2.2 層間物性非均質(zhì)性

層間物性差異包括層間孔隙度和滲透率的差異.層間滲透率差異通常用滲透率級(jí)差、變異因數(shù)、突進(jìn)因數(shù)等參數(shù)表示.由扶楊油層層間非均質(zhì)性參數(shù)(見表2)可知：扶Ⅲ油層組非均質(zhì)性最弱，楊Ⅰ油層組非均質(zhì)性相對(duì)較強(qiáng).

表2 扶楊油層層間非均質(zhì)參數(shù)

3 層內(nèi)非均質(zhì)性特征

層內(nèi)非均質(zhì)性控制并影響單砂層注入劑在垂向上的波及厚度.表現(xiàn)為砂層內(nèi)部垂向上的滲透率韻律、最高滲透層所處位置、層內(nèi)夾層分布、單砂層規(guī)模宏觀的垂直滲透率與水平滲透率比值等.

3.1 夾層

圖1 扶楊油層典型井夾層特征

夾層是指分散在單砂體內(nèi)的相對(duì)低滲透層或非滲透層，其厚度較小，一般為幾cm至幾十cm(見圖1).它影響砂體宏觀規(guī)模的垂直和水平滲透率的比值.夾層將油層細(xì)分為幾段，對(duì)油水運(yùn)動(dòng)規(guī)律和措施有效期時(shí)間長(zhǎng)短影響很大，有可能阻擋注入劑的驅(qū)替，進(jìn)而影響驅(qū)油效果.

研究區(qū)夾層主要以泥質(zhì)夾層為主，主要巖性為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖等.根據(jù)夾層延伸長(zhǎng)度與注采井距之間的關(guān)系，將夾層分為3類.

(1)相對(duì)穩(wěn)定的夾層.夾層在油層內(nèi)延伸距離達(dá)到一個(gè)注采井距以上.這類夾層的作用相當(dāng)于隔層.

(2)較穩(wěn)定的夾層.夾層在油層內(nèi)延伸距離可達(dá)到注采井井距1/2以上，但不到1個(gè)井距.

(3)不穩(wěn)定夾層.夾層在油層內(nèi)的延伸距離均小于注采井距1/2，呈透鏡狀分布.

對(duì)全工區(qū)153口井進(jìn)行夾層識(shí)別，結(jié)果表明：工區(qū)夾層發(fā)育較差，多數(shù)小層中只存在少數(shù)斷續(xù)的夾層，夾層延伸一般不超過1個(gè)井距，一般屬于較穩(wěn)定—不穩(wěn)定夾層，多以不穩(wěn)定夾層為主.FⅠ41、FⅠ71、FⅡ21等層夾層相對(duì)發(fā)育.對(duì)不同沉積環(huán)境下的夾層頻率和夾層密度統(tǒng)計(jì)表明，河流相中夾層頻率為0.19 層/m ，夾層分布最少，三角洲前緣亞相中夾層頻率為0.24 層/m ，夾層分布較多；河流相中的夾層厚度大于三角洲前緣亞相中夾層的厚度.

3.2 滲透率

層內(nèi)滲透率非均質(zhì)程度為層內(nèi)滲透率(主要是水平滲透率)的垂向變化程度，通常采用滲透率突進(jìn)因數(shù)、滲透率級(jí)差、滲透率變異因數(shù)等參數(shù)表示(見圖2).滲透率級(jí)差越小，滲透率非均質(zhì)性越弱；反之，滲透率非均質(zhì)性越強(qiáng).

由圖2可以看出，河流相的變異因數(shù)、突進(jìn)因數(shù)、級(jí)差值較小，反映其層內(nèi)非均質(zhì)性較弱；三角洲分流平原亞相中的變異因數(shù)、突進(jìn)因數(shù)、級(jí)差值次之；三角洲前緣亞相中的變異因數(shù)、突進(jìn)因數(shù)、級(jí)差值最大，表明其非均質(zhì)性最強(qiáng).

4 平面非均質(zhì)性特征

平面非均質(zhì)性指單一油層砂體的幾何形態(tài)、各向連續(xù)性、連通性、砂體內(nèi)滲透率和孔隙度的平面變化及方向性.平面非均質(zhì)性對(duì)于井網(wǎng)布置、注入水的平面波及效率及剩余油平面分布有很大影響.

對(duì)研究區(qū)目的層進(jìn)行長(zhǎng)度、寬度統(tǒng)計(jì)，工區(qū)河道多貫穿全工區(qū)，長(zhǎng)度約為6 km.河流相河道寬度為140～1 100 m，平均為330 m，長(zhǎng)寬比約為20；三角洲分流平原亞相河道寬度為100～950 m，平均為270 m，長(zhǎng)寬比約為24；三角洲前緣亞相河道寬度為100～380 m，平均為200 m，長(zhǎng)寬比約為30.總體看來，研究區(qū)目的層河道砂體屬于線條狀砂體或條帶狀砂體.

根據(jù)河道發(fā)育情況，河道砂體順物源方向連續(xù)性較好.河道寬度與河道砂體厚度具有很好相關(guān)性(見圖3).三角洲前緣河道砂體寬度隨厚度增長(zhǎng)呈均勻增長(zhǎng)，增長(zhǎng)率較低.當(dāng)河道寬度小于250 m時(shí)，三角洲分流平原及河流相河道砂體寬度隨砂體厚度增長(zhǎng)速率較大；當(dāng)河道寬度大于250 m時(shí)，砂體寬度基本隨砂體厚度均勻增長(zhǎng)，增長(zhǎng)速率較低.三角洲分流平原的河道砂體較河流相砂體規(guī)模小，砂體寬度、厚度均小于河流相河道砂體.

圖2 扶楊油層層內(nèi)滲透率非均質(zhì)參數(shù)垂向分布柱狀圖

圖3 研究區(qū)不同沉積環(huán)境下河道寬度與砂體厚度關(guān)系

本地區(qū)河道一般規(guī)模較小，河道寬度多為1個(gè)井距，不同沉積環(huán)境下連通關(guān)系有所不同.河流環(huán)境下連通方式包括河道與溢岸砂、河道與河道、河道與分流間；三角洲平原環(huán)境下的連通方式包括河道—溢岸砂、河道—道間、溢岸砂—道間；三角洲前緣亞相以河道—席狀砂、席狀砂—分流間為主.

井間滲透率非均質(zhì)程度與砂體在平面上的連通方式有關(guān)，連通面積越大，連通砂體之間物性差異越小，非均質(zhì)程度越低.因此，河流相砂體規(guī)模大，河道砂體之間的連通方式較多，平面非均質(zhì)性較弱；三角洲分流平原次之；三角洲前緣亞相、湖沼相中的砂體平面非均質(zhì)性較強(qiáng).

5 結(jié)論

(1)榆樹林油田扶楊油層為淺水湖盆枝狀河流—三角洲沉積模式和和曲流河模式，形成的砂巖儲(chǔ)層在層內(nèi)、層間和平面上均表現(xiàn)為不同程度的非均質(zhì)性，其中：扶Ⅲ油層組層間非均質(zhì)性最弱，楊Ⅰ油層組層間非均質(zhì)性相對(duì)較強(qiáng).

(2)扶楊油層的層內(nèi)非均質(zhì)性主要受沉積相的控制，河流相砂體非均質(zhì)性較弱，三角洲分流平原亞相砂體次之，三角洲前緣亞相砂體非均質(zhì)性最強(qiáng).