開發(fā)階段儲層研究進展綜述

吳 璠

(西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系大陸動力學(xué)國家重點實驗室，陜西西安710069)

儲層研究分為勘探階段和開發(fā)階段，開發(fā)階段儲層研究可以揭示開發(fā)過程中油藏內(nèi)油水運動規(guī)律、精確預(yù)測剩余油分布，并能夠指導(dǎo)油田生產(chǎn)、提高采收率。目前我國大多數(shù)油田已進入高含水后期開采階段，由于地層壓力的變化、注入水長期沖刷以及一系列注采工藝措施的實施，油藏的儲層性質(zhì)如膠結(jié)類型、儲層物性、孔喉大小、儲層非均質(zhì)等方面發(fā)生明顯的變化。

1 開發(fā)階段儲層研究進展

我國東部油田已普遍進入高含水開發(fā)階段，開發(fā)儲層研究主要包括油藏微構(gòu)造、儲層非均質(zhì)性及儲層建模、剩余油的形成于分布研究等。綜合運用巖心、測井、高精度三維地震、井間地震、油藏動態(tài)和靜態(tài)等多種資料，開發(fā)儲層研究正向著小尺度、多方法結(jié)合方向發(fā)展。

在中西部盆地中生界地層，發(fā)育有大量低滲透致密含氣砂巖，在這些低滲透致密含氣砂巖中蘊藏著豐富的天然氣資源。隨著勘探程度逐漸加深，低滲透致密砂巖中的油氣資源在油氣資源中的比例還將不斷擴大，但由于對這類氣藏的開發(fā)技術(shù)不成熟，單井控制的儲量和可采量小，且供氣范圍小，產(chǎn)量低而遞減快，其中大部分處于低產(chǎn)低效狀態(tài)，故開發(fā)好這類氣藏對石油工業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展具有十分重要的意義。目前國外致密砂巖氣藏研究及勘探側(cè)重點在深盆氣藏，主要是利用鉆井、測井資料分析致密砂巖儲層的巖石物理特征;利用三維地震數(shù)據(jù)，研究古沉積相，確定致密砂體分布范圍;再通過分析氣水配置關(guān)系，進行深盆氣藏識別。國內(nèi)對致密氣藏的勘探主要依賴于對有利古構(gòu)造、古圈閉及后期構(gòu)造演化的控制的研究。但對深盆氣藏的成藏機理及成藏模式的認(rèn)識還不夠深入，缺乏理論指導(dǎo)。

我國對碳酸鹽巖油藏的研究較少，認(rèn)識程度低，當(dāng)前研究熱點主要集中在巖石物理相的相滲規(guī)律、儲層構(gòu)型建模技術(shù)、儲層參數(shù)演化規(guī)律及動態(tài)建模、儲層孔喉仿真模型、井震結(jié)合的儲層預(yù)測技術(shù)和剩余油飽和度監(jiān)測技術(shù)等方面。

1.1 儲層非均質(zhì)性

我國許多油田已進入中—高含水期，儲層非均質(zhì)研究是開發(fā)儲層的重要基礎(chǔ)工作，其研究水平直接影響到對儲層中油氣水分布規(guī)律的認(rèn)識和開發(fā)效果好壞。

20世紀(jì)70－80年代是認(rèn)識儲層非均質(zhì)性的最初階段，國外Pettijohn對河流沉積儲層按其規(guī)模劃分了5種儲層非均質(zhì)性;Weber將儲層非均質(zhì)性分為7類，其中不僅考慮了儲層非均質(zhì)性的規(guī)模，還有非均質(zhì)性及其對流體滲流的影響。國內(nèi)以裘楠生分類最為典型，考慮非均質(zhì)性的規(guī)模和開發(fā)生產(chǎn)的實際，將碎屑巖儲層非均質(zhì)性由大到小分為層間、平面、層內(nèi)和微觀非均質(zhì)性4類。20世紀(jì)90年代，隨著油田開發(fā)的不斷深入及油氣資源需求量的日益增長，通過動、靜態(tài)資料的結(jié)合，找出儲層各級非均質(zhì)性與水驅(qū)效果的關(guān)系，揭示剩余油分布規(guī)律。近年來，隨著成藏機理研究的深入，儲層非均質(zhì)性對油氣成藏影響的研究從微觀逐漸向宏觀發(fā)展。

1.2 流動單元

油田注水開發(fā)實踐和注水驅(qū)替實驗均表明，儲層在注水開發(fā)后，屬性與參數(shù)都會發(fā)生不同程度的變化。注入水對儲層的改造不是簡單的浸泡，而是使儲層發(fā)生強烈、復(fù)雜、持久、各種方式的動力地質(zhì)作用，這種動力地質(zhì)作用對儲層的顆粒骨架、孔隙結(jié)構(gòu)、物性和流體性質(zhì)等有很大影響，使其與注水開發(fā)前有一定差異。注水時影響儲層動態(tài)變化的因素很多，相互間關(guān)系復(fù)雜，主要有儲層空間、儲層流體、生產(chǎn)條件等的影響(圖1)。流動單元可以反映儲層巖石內(nèi)部流體流動或者滲流特征及儲層非均質(zhì)性。

圖1 注水儲層動態(tài)變化的影響因素

儲層流動單元研究較國外起步晚，二十世紀(jì)八十年代這一概念逐漸被國內(nèi)學(xué)者廣為接受，由于各個油田具體地質(zhì)條件及實際生產(chǎn)資料限制，對其認(rèn)識及研究方法不完全一致。進入九十年代，張一偉(1991年)在國內(nèi)首次應(yīng)用巖石物理相這一概念，同時將巖石物理相看作沉積相與成巖相的綜合。裘亦楠等人(1996年)對流動單元的概念重新定義:流動單元是指受儲層非均質(zhì)性、阻擋以及竄流旁通等條件的影響，注入水沿著地質(zhì)結(jié)構(gòu)引起的一定途徑驅(qū)油而自然形成的流體流動通道。閻長輝等人(1999年)提出了動態(tài)流動單元這一新的概念，認(rèn)為流動單元不僅要反映流體流動的可能性，而且要反映其現(xiàn)實性。同時還引入油藏流體性質(zhì)參數(shù)。彭士宓、尹志軍、常學(xué)軍等人(2001年)在國內(nèi)首次將流動單元的劃分推進了定量化的階段。2002年，眾多學(xué)者也開始對儲層流動單元劃分的新方法有了更多的研究和探討，并取得一些成果。師永民、張玉廣等人(2006年)利用毛管壓力曲線定量表征出復(fù)雜的微觀孔隙吼道結(jié)構(gòu)特征，對儲層微觀流動單元進行研究;王大偉等人應(yīng)用時移地震的一些特性對油藏流動單元進行劃分并進行可行性研究;鄭紅軍，茍迎春，張瀛等人(2008年)提出一套從建立非均質(zhì)性模型為基礎(chǔ)對陸相儲層流動單元進行定量研究。同時也有不少學(xué)者在努力地對流動單元的應(yīng)用進行拓展，朱玉雙(2004年)針對性油藏的特點分析研究油層傷害對儲層流動單元的影響。

2 開發(fā)階段儲層研究方法

2.1 非均質(zhì)性研究方法

鄂爾多斯盆地是典型的低滲儲層，孔隙結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性強會造成開發(fā)過程中相繼出現(xiàn)的許多問題，如注水壓力高、含水上升快、啟動壓力大等都在不同程度上影響著油田的注水開發(fā)效果。這些問題主要是由微觀孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性和流體滲流機理決定的。開發(fā)階段需進行油層對比;開展小層沉積相研究;孔隙結(jié)構(gòu)研究;成巖作用研究;非均質(zhì)性研究;滲流特征分析;隔層研究等。對儲層非均質(zhì)性的研究經(jīng)常采用的是真實砂巖微觀模型水驅(qū)油實驗和X－CT掃描成像技術(shù)。

(1)對儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征的認(rèn)識:通過鑄體薄片、X衍射、掃描電鏡等的觀察，明確孔隙類型并對每一類孔隙進行描述;通過壓汞試驗獲取相關(guān)參數(shù)，如儲層中值半徑、平均中值壓力、平均排驅(qū)壓力及退汞效率等。與常規(guī)壓汞相比，恒速壓汞不僅能夠提供更多的巖石物性參數(shù)，還能提供更詳細(xì)的定量信息，明顯區(qū)分巖樣之間孔隙結(jié)構(gòu)上的差異性，通過檢測汞注入過程中壓力漲落將巖石內(nèi)部的喉道和孔隙分開，更適用于孔喉性質(zhì)差別很大的低滲、特低滲儲層。

圖2 組合模型簡圖

(2)真實砂巖微觀模型水驅(qū)油實驗:真實砂巖模型是在保持原巖心孔隙結(jié)構(gòu)、巖石表面物理性質(zhì)及部分填隙物的條件下制作而成，油樣是依據(jù)實際原油粘度配制成的，水樣為配制的地層水，常加入甲基藍(lán)便于實驗觀察。實驗可以分為單一模型實驗和組合模型實驗。前者(圖2)模擬油藏條件下的孔候微觀非均質(zhì)性，后者模擬油藏的宏觀、平面非均質(zhì)性。組合模型巖樣選取平面上要充分考慮不同沉積微相;垂向上要考慮不同沉積韻律、沉積條件和物性的差異，通常選取沉積相帶、沉積韻律、物性不同的模型(一般3個)作為一個組合。需注意的是，賈敏效應(yīng)是油田注水開發(fā)中不可忽視的阻力。在注水開發(fā)中要以預(yù)防賈敏效應(yīng)為主。

(3)X－CT掃描水驅(qū)油實驗:X－CT掃描成像技術(shù)是通過巖石內(nèi)部各成像單元的巖石密度差異以256個灰度等級可視化地將巖石內(nèi)部微觀或細(xì)觀結(jié)構(gòu)特征(如裂縫、微裂縫、次生溶蝕孔洞及均質(zhì)、非均質(zhì)性等)真實反映。通過對巖心水驅(qū)油驅(qū)替實驗過程的CT斷層掃描，清晰、動態(tài)地觀察測定隨驅(qū)替壓力升高，巖心中剩余油飽和度變化分布范圍，計算出各個巖心界面孔隙度和不同壓力下的含水飽和度值，做出CT掃描三維圖像切片以供觀察分析研究(表1)。與常規(guī)的驅(qū)替方法相比，該實驗不但可以清晰直觀定量了解儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)變化程度，而且可動態(tài)觀察不同驅(qū)替壓力下注入水在不同微觀孔隙介質(zhì)中的滲流分布特征。

表1 常見物質(zhì)的CT值

2.2 開發(fā)地震應(yīng)用

開發(fā)地震在油田開發(fā)前及油田開發(fā)中地震可對儲層進行靜態(tài)和動態(tài)的研究工作。包括三維地震、油藏動態(tài)監(jiān)測、壓力預(yù)測以及裂縫識別等。利用地震信息進行儲層評價研究，應(yīng)從基礎(chǔ)研究技術(shù)方法和綜合研究等三個方面進行:①關(guān)于基礎(chǔ)研究。在沉積盆地各類儲層成因類型及分布規(guī)律研究基礎(chǔ)上，加強地震信息地質(zhì)含義的研究，以及巖性物理學(xué)的研究。②關(guān)于技術(shù)方法研究。包括圍繞提高分辨率的研究、VSP方法研究和橫波勘探研究等，以及提高地震反演方法(波阻抗與SLIM等)的資料準(zhǔn)確性和實用性的研究、三維地震解釋方法的研究、利用地震信息求取巖石物性參數(shù)的研究。③此外，在儲層研究中也開始應(yīng)用地震層析成像技術(shù)、微地震技術(shù)等。

3 結(jié)語

(1)目前我國東部油田已進入高含水開發(fā)階段，注水開發(fā)后，儲層的顆粒骨架、孔隙結(jié)構(gòu)、物性和流體性質(zhì)等有很大影響。中西部盆地中生界地層發(fā)育大量低滲致密含氣砂巖大部分處于低產(chǎn)低效狀態(tài)，隨勘探程度加深，其在油氣資源比例不斷擴大，國內(nèi)對致密氣藏的勘探主要依賴于對有利古構(gòu)造、古圈閉及后期構(gòu)造演化的控制的研究碳酸鹽巖油藏研究熱點主要集中在巖石物理相的相滲規(guī)律等方面。開發(fā)儲層研究正向著小尺度、多方法結(jié)合方向發(fā)展。

(2)儲層非均質(zhì)性作為開發(fā)儲層基礎(chǔ)工作，從20世紀(jì)70－80年代開始研究，國外以Pettijohn非均質(zhì)性5種分類和Weber7種分類著名，國內(nèi)以裘楠生分類最為典型，將其分為層間、平面、層內(nèi)和微觀4類，儲層非均質(zhì)性對儲層影響研究從微觀逐漸向宏觀發(fā)展。流動單元可反映儲層巖石內(nèi)部流體流動或滲流特征及儲層非均質(zhì)性，二十世紀(jì)八十年代這一概念逐漸被國內(nèi)學(xué)者廣為接受，不同學(xué)者對其認(rèn)識和研究方法不完全一致。九十年代后以張一偉、裘亦楠、閻長輝等人先后對流動單元概念補充、新定義并拓展研究。

(3)開發(fā)儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性和流體滲流機理決定注水開發(fā)效果，儲層非均質(zhì)性的研究經(jīng)常采用真實砂巖微觀模型水驅(qū)油實驗和X－CT掃描成像技術(shù)，通過鑄體薄片、X衍射、掃描電鏡等認(rèn)識儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征。油田開發(fā)前及開發(fā)中開發(fā)地震可對儲層進行靜態(tài)和動態(tài)的研究工作，包括三維地震、油藏動態(tài)監(jiān)測、壓力預(yù)測以及裂縫識別等。

［1］李陽.我國油藏開發(fā)地質(zhì)研究進展［J］.石油學(xué)報，2007，28(3).

［2］宋廣壽，高輝，高靜樂，孫衛(wèi).西峰油田長8儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性與滲流機理實驗［J］.吉林大學(xué)學(xué)報(地球科學(xué)版)，2009，39(1).

［3］低滲透儲集層微觀水驅(qū)油機理研究—以西峰油田莊19井區(qū)長82儲集層為例［J］.付曉燕，孫衛(wèi).新疆石油地質(zhì)，2005，26(6).

［4］孫衛(wèi)，史成恩，趙驚蟄等.X－CT掃描成像技術(shù)在特低滲透儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)及滲流機理研究中的應(yīng)用—以西峰油田莊19井區(qū)長82儲層為例［J］.地質(zhì)學(xué)報，2006，80(5).

［5］朱永賢，孫衛(wèi)，于鋒.應(yīng)用常規(guī)壓汞和恒速壓汞實驗方法研究儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)—以三塘湖油田牛圈湖區(qū)頭屯河組為例［J］.天然氣地球科學(xué)，2008，19(4).

［6］劉吉余，馬志欣，孫淑艷.致密含氣砂巖研究現(xiàn)狀及發(fā)展展望［J］.天然氣地球科學(xué)，2008，19(3).

［7］徐春梅，張榮，馬麗萍，羅必林.注水開發(fā)儲層的動態(tài)變化特征及影響因素分析［J］.巖性油氣藏，2010，12.

［8］董鳳娟.注水開發(fā)階段的儲層評價與油水分布規(guī)律研究——以丘陵油田三間房組油藏為例［D］.西北大學(xué)，2010，6.