扶余油田泉四段儲層非均質(zhì)性及對剩余油分布的控制

封從軍，單啟銅，時維成，朱遂偉

(1.西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點實驗室，陜西 西安 710069;2.西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系，陜西西安 710069;3.中國石油東方地球物理公司，河北 涿州 072751)

儲層的非均質(zhì)性是指儲層的巖性、物性、電性及含油性在三維空間分布上的各向異性［1］，它控制油、氣、水的滲流特征，決定著儲層的質(zhì)量，是影響油田高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)時間長短和最終采收率高低的主要因素之一［2］，因此認(rèn)識儲層的非均質(zhì)性是搞好油田開發(fā)的重要前提。近年來許多學(xué)者從不同的角度對儲層非均質(zhì)性進(jìn)行了研究，提出了多種儲層非均質(zhì)性的劃分方案［3-5］，一般將儲層非均質(zhì)性分為宏觀非均質(zhì)性(層內(nèi)、層間、平面)和微觀非均質(zhì)性。筆者以巖心分析測試及測井解釋資料為基礎(chǔ)，從宏觀非均質(zhì)性角度分析扶余油田泉四段儲層層內(nèi)、層間、平面非均質(zhì)特征及其對剩余油分布的影響，為老油田高含水期增儲上產(chǎn)、調(diào)整開發(fā)方案奠定基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

扶余油田位于吉林省松原市境內(nèi)，構(gòu)造上處于松遼盆地南部扶新隆起帶東緣扶余Ⅲ號構(gòu)造，油藏主要受構(gòu)造－巖性復(fù)合控制，屬于中孔中滲構(gòu)造砂巖油藏;研究區(qū)斷裂系統(tǒng)發(fā)育，構(gòu)造破碎，是一個復(fù)雜斷塊區(qū);主力含油層系為泉頭組四段的扶余油層，是典型的淺水三角洲相沉積;油藏埋深310～450 m，為一套砂泥巖互層的地層，該段細(xì)分為4個砂組13個小層，小層平均厚度為6.5～8.2 m，其中2～4砂組為主要的開發(fā)層系。

2 儲層宏觀非均質(zhì)性

2.1 層內(nèi)非均質(zhì)特征

層內(nèi)非均質(zhì)性是指小層規(guī)模內(nèi)垂向上儲層參數(shù)的變化規(guī)律［6］，包括垂向上主要沉積微相的韻律特征、層內(nèi)夾層類型及特征等，它是控制和影響小層內(nèi)垂向上注入劑波及體積及層內(nèi)剩余油分布的關(guān)鍵地質(zhì)因素［7］。

2.1.1 主要沉積微相的韻律特征

分流河道:三角洲平原的分流河道微相是研究區(qū)重要的儲集相帶，垂向上常呈現(xiàn)正韻律特征。圖1(a)中J23井的10小層為典型的正韻律特征，底部巖性以棕色含油中細(xì)砂巖為主，中部過渡為粉砂巖，頂部主要為粉砂質(zhì)泥巖，中間夾有泥質(zhì)夾層。深、淺側(cè)向電阻率曲線為鐘型，孔隙度平均為24.75%，滲透率平均為321.5×10－3μm2，級差系數(shù)為635.2，突進(jìn)系數(shù)為3.8，非均質(zhì)性較強(qiáng)。

水下分流河道:三角洲前緣的水下分流河道是研究區(qū)主要的儲集相帶，垂向上常為正韻律，也有反韻律。圖1(b)中J19井6小層為典型反韻律特征，頂部巖性主要為棕色含油中細(xì)砂巖，底部為粉砂巖。深、淺側(cè)向電阻率曲線為漏斗狀，該小層孔隙度平均為28.14%，滲透率平均為 324.1 ×10－3μm2，級差系數(shù)為6.8，突進(jìn)系數(shù)2.1，非均質(zhì)性較強(qiáng)。

圖1 泉四段沉積微相的韻律性Fig.1 Rhythmicity of sedimentary microfacies of K1q4

2.1.2 層內(nèi)夾層類型及定量表征

層內(nèi)夾層是指在小層內(nèi)分布的相對低滲透層和非滲透層，它直接影響儲層垂向滲透率變化，是造成層內(nèi)非均質(zhì)性的一個比較重要的因素［8-9］。研究區(qū)內(nèi)的夾層按巖性可分為泥質(zhì)夾層、鈣質(zhì)夾層和泥礫夾層3種。

泥質(zhì)夾層:巖性主要為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，厚度一般在0.4～1.2 m。在測井曲線上表現(xiàn)為自然電位明顯回返，深、淺側(cè)向電阻率曲線低值，并且微電位與微梯度曲線基本重合，整體上為高自然伽馬低電阻(圖2(a))。

鈣質(zhì)夾層:研究區(qū)鈣質(zhì)夾層主要在分流河道微相底部較為發(fā)育，巖性主要為鈣質(zhì)膠結(jié)的致密砂巖，厚度較小，一般厚度為0.3～0.8 m，橫向延伸距離較短。在測井曲線上表現(xiàn)為自然電位曲線有回返，但不明顯，深、淺側(cè)向電阻率曲線呈高阻尖峰(鈣尖)，曲線變化幅度受鈣質(zhì)含量影響較大，整體上為低自然電位、高電阻(圖2(b))。

括號內(nèi)為T值，調(diào)整后的R2為0.2240，F(xiàn)值為7.35，并在5%顯著水平下通過檢驗。由結(jié)果可知資本產(chǎn)出彈性α=0.6454，勞動產(chǎn)出彈性為0.3546。因為二階差分后，弱化了常數(shù)項，所以常數(shù)項并不顯著。將α值代入(3)式，即可得全要素生產(chǎn)率的增長率，結(jié)果見表2。

泥礫夾層:泥礫夾層是指在泥巖或泥質(zhì)粉砂巖中含有定向或非定向排列的泥礫。它們通常分布于(水下)分流河道底部，偶見沖刷面，屬于河道的滯留沉積物，電測曲線顯示為高自然伽馬、低電阻特征(圖2(c))。

夾層的封隔作用主要取決于夾層的滲透能力，對于封隔作用較差的夾層，隨著夾層厚度的增大，封隔性能也會不同程度的增強(qiáng)［10］。研究區(qū)儲層內(nèi)部存在有大量的非滲透性夾層，厚度一般為十幾厘米到幾十厘米，分布很不穩(wěn)定，難以橫向追蹤，它們的存在對儲層垂向、水平滲透率影響極大。因此，定量研究夾層的分布規(guī)律具有十分重要的意義，通常采用夾層頻率和密度這兩個參數(shù)來衡量。

圖2 泉四段夾層類型及其定量識別圖版Fig.2 Intercalation types and quantitative identification maus of K1q4

統(tǒng)計發(fā)現(xiàn):研究區(qū)夾層頻率與夾層個數(shù)成正比，隨著夾層個數(shù)的增多，夾層頻率增大(圖3(a));夾層密度與夾層的厚度成正比，隨著夾層厚度的增大，夾層密度也增大(圖3(b));夾層的分布明顯受到沉積微相及砂體分布的影響，在河道主體的部位夾層不發(fā)育或不存在夾層，而在河道邊部或頂部則夾層的發(fā)育程度增強(qiáng)，這也是垂向上識別多期河道的重要標(biāo)志。

2.1.3 層內(nèi)非均質(zhì)程度

層內(nèi)非均質(zhì)程度主要采用滲透率變異系數(shù)(Vk)、突進(jìn)系數(shù)(Tk)、級差(Jk)3個指標(biāo)判別，這3個指標(biāo)反映儲層層內(nèi)滲透率的離散程度，數(shù)值越大，說明儲層層內(nèi)滲透率離散程度越大，儲層層內(nèi)非均質(zhì)性越強(qiáng)。

對研究區(qū)非均質(zhì)系數(shù)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，滲透率變異系數(shù)一般為0.5～1.5;級差系數(shù)一般為5～500;突進(jìn)系數(shù)一般為1～8;非均質(zhì)系數(shù)分布明顯受沉積微相及砂體分布的影響，(水下)分流河道主體部分非均質(zhì)系數(shù)較強(qiáng)。

圖3 泉四段夾層分布直方圖Fig.3 Interbed distribution histogram of K1q4

2.2 儲層層間非均質(zhì)特征

層間非均質(zhì)性研究的對象是多個小層，是對一套砂泥巖互層的含油砂組的總體研究，屬砂組規(guī)模的儲層描述，層間非均質(zhì)性是注水開發(fā)過程中層間干擾的重要原因［11］。

2.2.1 隔層特征及分布規(guī)律

隔層也稱遮擋層或阻滲層，即儲層中能阻止或控制流體運(yùn)動的非滲透層，橫向連續(xù)性好，能阻止砂體之間的垂向滲流，其垂向及平面分布特征直接影響儲層層間連通性和油水分布規(guī)律。

通過對研究區(qū)13個小層的層間隔層發(fā)育情況進(jìn)行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)隔層巖性主要為泥巖或粉砂質(zhì)泥巖;1～2小層間隔層比較發(fā)育，厚度一般為8～16 m;2～3小層間隔層較發(fā)育，厚度一般為4～16 m;3～4小層間隔層不太發(fā)育，厚度一般為0～8 m;4～9小層間隔層相對發(fā)育，厚度一般為4～12 m;9～13小層間隔層相對發(fā)育，厚度一般為4～16 m(圖4)。

圖4 泉四段隔層厚度統(tǒng)計Fig.4 Interlayer thickness statistics histogram of K1q4

2.2.2 砂體垂向連通情況

研究區(qū)垂向上砂體分布規(guī)律差異明顯，通過對研究區(qū)鉆遇砂體的井進(jìn)行統(tǒng)計，共總結(jié)出5種砂體垂向連通模式(圖5)，主要包括隔層不連通型(圖5(a))、夾層不連通型(圖5(b))、隔層弱連通型(圖5(c))、夾層弱連通型(圖 5(d))、連通型(圖 5(e))。不同的砂體連通方式對開發(fā)過程中層間干擾有不同的影響，對該區(qū)儲層開發(fā)方案的制定起到一定的指導(dǎo)作用。分析表明，研究區(qū)各主力層垂向上砂體連通情況差異較大，連通的砂體基本沿主河道方向分布，河道側(cè)翼砂體多為弱連通，(水下)分流河道砂體的疊置程度導(dǎo)致了砂體在垂向上的連通的差異性。

圖5 泉四段砂體垂向連通模式Fig.5 Sandbody vertical connecting scheme of K1q4

2.3 儲層平面非均質(zhì)特征

平面非均質(zhì)性是指儲層砂體的幾何形態(tài)、規(guī)模、連續(xù)性，以及砂體內(nèi)孔隙度、滲透率的平面變化所引起的非均質(zhì)性，是小層規(guī)模的儲層描述［12-13］。因此，從砂體厚度、砂巖含量、孔隙度、滲透率參數(shù)的平面分布規(guī)律入手，分析泉四段儲層平面非均質(zhì)性的展布特征。

以第10小層為例，研究區(qū)第10小層砂體厚度趨勢與砂體含量等值線圖分布特征一致。該小層砂體較發(fā)育，沉積厚度一般為2～7 m，砂巖含量一般為40% ～100%;砂巖厚度等值線圖表明，在研究區(qū)中部存在一較寬的砂體條帶，該條帶砂體較發(fā)育，厚度大于3 m，條帶中偶有泥質(zhì)沉積發(fā)育。第10小層孔隙度一般為17% ～26%。滲透率一般為(10～100)×10－3μm2，屬于中孔中滲儲層。從第10小層孔滲平面分布可知，孔隙度、滲透率與沉積微相具有明顯的相關(guān)性，主河道孔隙度基本大于22.5%，滲透率一般大于23×10－3μm2。

從各小層儲層參數(shù)平面圖可以看出，巖性、物性有很好的對應(yīng)關(guān)系，孔滲參數(shù)平面分布受沉積相帶的控制，孔滲高的部位主要分布在(水下)分流河道微相，向河道側(cè)翼過渡，孔滲具有變小的趨勢。

3 儲層非均質(zhì)性對剩余油分布的影響

影響剩余油分布的因素較多，既有地質(zhì)因素又有工程因素，儲層非均質(zhì)性是影響剩余油分布和開采的主要因素之一［14-15］。本文中重點從隔夾層縱橫向分布角度分析其對剩余油分布的影響。

3.1 層內(nèi)非均質(zhì)性

層內(nèi)非均質(zhì)性主要表現(xiàn)為垂向上滲透率的差異，其滲透率相差較大，導(dǎo)致不同的垂向滲透率韻律特征，同時也形成不同的剩余油富集模式，包括正韻律頂部剩余油富集模式、反韻律和均質(zhì)韻律的不富集模式、復(fù)合正反韻律的頂?shù)赘患Ｊ?、?fù)合反正韻律的中部富集模式等。

J19井第11、12小層復(fù)合正反韻律砂體由上部正韻律與下部反韻律砂體組成，滲透率也呈明顯的正反韻律，上下段滲透率低，中部滲透率高(圖6);該復(fù)合砂體被低滲透的灰質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖分成3段，上段正韻律部分水驅(qū)效果較高，中段正韻律部分底部水淹程度高，下段反韻律部分注入水受重力作用，水淹程度呈現(xiàn)均質(zhì)的特征，復(fù)合韻律砂體剩余油富集呈現(xiàn)差異分布。這種分段式的復(fù)合正反韻律的剩余油主要在砂體中段富集，與傳統(tǒng)的復(fù)合正反韻律的剩余油頂?shù)赘患Ｊ讲晃呛?。正是由于非滲透性夾層的存在，使整個連通的砂體被分割成相互獨立的幾個部分，從而改變了韻律性砂體的剩余油富集模式。

3.2 層間非均質(zhì)性

由于多期河道的互相切疊，研究區(qū)砂體垂向分布較厚，且不同時期沉積的砂體滲透性差異較大，因此在多層合層開采的情況下高滲透層水驅(qū)啟動壓力低，水線推進(jìn)快，易出現(xiàn)單層突進(jìn);低滲透層啟動壓力高，水線推進(jìn)慢甚至不出水，剩余油易富集(圖7(a));分析發(fā)現(xiàn)，層間隔層分布不同，對剩余油的分布有較大影響;當(dāng)隔層的分布范圍小于注采井距時(圖7(b))，剩余油的分布隨著隔層的橫向分布而變化;當(dāng)隔層的分布范圍大于注采井距時(圖7(c))，對于正韻律的復(fù)合砂體，中、低滲透層剩余油富集程度較高，高滲透層基本沒有剩余油，形成水流優(yōu)勢通道，即單層突進(jìn)，對于該類厚砂巖，如果層間隔層分布范圍比較大，應(yīng)該細(xì)分開發(fā)層系，分層開采。

4 結(jié)論

(1)扶余油田中區(qū)泉四段儲層非均質(zhì)性嚴(yán)重，(水下)分流河道微相正韻律特征明顯，層內(nèi)主要發(fā)育泥質(zhì)、鈣質(zhì)、泥礫3種夾層類型。夾層頻率與夾層個數(shù)成正比，夾層密度與夾層的厚度成正比，非均質(zhì)系數(shù)分布明顯受沉積微相及砂體分布的影響，河道主體部分非均質(zhì)系數(shù)較強(qiáng);研究區(qū)隔夾層控制下的砂體可建立垂向連通的5種模式;平面上巖性、物性有很好的對應(yīng)關(guān)系，孔滲參數(shù)平面分布受沉積相帶的控制，孔滲高的部位主要分布在(水下)分流河道微相，向河道側(cè)翼過渡，孔滲具有變小的趨勢。

(2)垂向上不同的砂體韻律特征，形成不同的剩余油富集模式，但是由于非滲透性隔層、夾層的存在，使整個連通的砂體被分割成相互獨立的幾個部分，改變了傳統(tǒng)的韻律性砂體的剩余油富集模式，且隔層的橫向分布對剩余油的分布也有較大的影響。

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