基于儲(chǔ)層構(gòu)型的剩余油研究

汪 濤， 任麗華， 張憲國(guó)， 付 勇

(中國(guó)石油大學(xué)(華東) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266555)

我國(guó)東部大部分陸相老油田已進(jìn)入開發(fā)生產(chǎn)的中-高含水期，油田內(nèi)部“三高二低”的開發(fā)矛盾日益突出,但剩余油開采仍具有較大潛力。其中河流相儲(chǔ)層由于砂體內(nèi)部?jī)?chǔ)層非均質(zhì)性嚴(yán)重，油氣采收率低,是陸相儲(chǔ)層中仍具有較大剩余油開采潛力的領(lǐng)域[1-2]。但河流相儲(chǔ)層在沉積過程中常出現(xiàn)多期河道切割疊置，不同時(shí)期沉積的水動(dòng)力條件有所差異，導(dǎo)致河流相砂體內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，剩余油分布潛力規(guī)律較難認(rèn)識(shí)[3]。因此，本文以羊二莊油田明化鎮(zhèn)組下段NmⅢ4、NmⅢ5小層曲流河厚砂體為例,基于 Miall 的河流相建筑結(jié)構(gòu)分析法[4-5],通過在三維尺度上對(duì)儲(chǔ)層內(nèi)部的結(jié)構(gòu)進(jìn)行精細(xì)解剖，得到各級(jí)次構(gòu)型單元，并在此基礎(chǔ)上研究不同級(jí)次儲(chǔ)層構(gòu)型單元對(duì)剩余油分布規(guī)律的影響，以提高對(duì)河流相剩余油分布潛力的認(rèn)識(shí)。

目前,羊二莊油田已進(jìn)入高含水期,剩余油分布異常復(fù)雜,分析難度大. 開采的主要矛盾已由層間矛盾轉(zhuǎn)為層內(nèi)矛盾,乃至砂體內(nèi)部建筑結(jié)構(gòu)之間的矛盾，因此需要建立能精細(xì)描述當(dāng)前儲(chǔ)層內(nèi)部復(fù)雜結(jié)構(gòu)的地質(zhì)模型。并在此基礎(chǔ)上，研究?jī)?chǔ)層內(nèi)部不同構(gòu)型單元對(duì)剩余油分布的控制作用，為儲(chǔ)層構(gòu)型分析法在剩余油研究和油藏精細(xì)描述中的應(yīng)用提供新的思路，也為提高東部其它陸相老油田的開發(fā)效果提供借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

羊二莊油田位于黃驊坳陷羊二莊鼻狀構(gòu)造東北部，為趙家堡斷層下降盤上的一個(gè)逆牽背斜(穹隆背斜)構(gòu)造。油田經(jīng)過40多年的開發(fā)生產(chǎn)，目前綜合含水率達(dá)到90%以上,主力產(chǎn)層高采出、高含水。明化鎮(zhèn)組下段主力含油層具有良好的儲(chǔ)層物性，孔隙度一般在26%～34%，滲透率超過 4 000×10-3μm2。巖性為長(zhǎng)石細(xì)砂巖，巖石固結(jié)程度較差，膠結(jié)疏松，膠結(jié)物以泥質(zhì)為主。

羊二莊油田明化鎮(zhèn)組下段主力含油層為NmⅢ4和NmⅢ5小層，發(fā)育厚層曲流河砂體[6]，其中，NmⅢ4和NmⅢ5小層又可進(jìn)一步劃分為六個(gè)單砂體：NmⅢ4-1、NmⅢ4-2、NmⅢ4-3和NmⅢ5-1、NmⅢ5-2、NmⅢ5-3。厚層曲流河砂體是在沉積過程中曲流河頻繁改道形成，從而導(dǎo)致砂體內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，剩余油分布潛力較難認(rèn)識(shí)。

2 曲流河儲(chǔ)層構(gòu)型

儲(chǔ)層構(gòu)型研究的目的是采用層次分析法，將儲(chǔ)層內(nèi)部的結(jié)構(gòu)在精細(xì)的尺度上解剖成各級(jí)構(gòu)型單元，繼而刻畫各級(jí)構(gòu)型單元內(nèi)部砂體的發(fā)育特征。

2.1 構(gòu)型分級(jí)方案

沉積界面識(shí)別劃分是對(duì)儲(chǔ)層構(gòu)型研究的一個(gè)重點(diǎn)。筆者在綜合前人研究成果和工區(qū)實(shí)際生產(chǎn)資料基礎(chǔ)上[4-6]，針對(duì)研究區(qū)曲流河的沉積特征提出了適合于工區(qū)的構(gòu)型分級(jí)方案，見表1。

表1 研究區(qū)儲(chǔ)層構(gòu)型層次劃分表Table 1 Division of reservoir architecture level in study area

由表1可知，研究的重點(diǎn)是6—9級(jí)構(gòu)型單元，各級(jí)界面及其限定的構(gòu)型單元特征分述如下：

6級(jí)界面：相當(dāng)于Maill的6級(jí)界面。在曲流河體系中，6級(jí)構(gòu)型在垂向上為單期河流沉積，其縱向跨度為河流的滿岸深度，側(cè)向上有復(fù)合河道(組成河道帶)及溢岸沉積，構(gòu)成一個(gè)河流體系；7級(jí)界面：相當(dāng)于Maill的5級(jí)界面。在曲流河體系中，單一河道沉積體相當(dāng)于7級(jí)構(gòu)型；8級(jí)界面：相當(dāng)于Maill的4級(jí)界面。在曲流河體系內(nèi)，單一微相，如點(diǎn)壩、廢棄河道等沉積相當(dāng)于8級(jí)構(gòu)型；9級(jí)界面：對(duì)應(yīng)于Maill的3級(jí)界面。在曲流河體系中，9級(jí)構(gòu)型相當(dāng)于點(diǎn)壩內(nèi)部的側(cè)積體、泥質(zhì)側(cè)積層。

2.2 構(gòu)型單元解剖

羊二莊油田明化鎮(zhèn)組下段可劃分成復(fù)合河道、單一河道、單一點(diǎn)壩、點(diǎn)壩內(nèi)部側(cè)積體等構(gòu)型單元。

其中，復(fù)合河道由多條單一河道組合而成，在剖面上表現(xiàn)為典型的正韻律特征，在平面上可分為條帶狀和連片狀砂體，呈北西-南東方向展布。單一河道可在復(fù)合河道劃分基礎(chǔ)上識(shí)別，單井上識(shí)別標(biāo)志有：(1)泥巖。具有一定厚度的泥巖底部與砂巖接觸時(shí)，可識(shí)別出單一河道的邊界；(2)泥礫以及鈣質(zhì)夾層。對(duì)應(yīng)電測(cè)曲線上，伽馬、電阻率曲線完整箱型( 鐘形) 內(nèi)部明顯回返，回返程度一般超過2/3；(3)沖刷面。發(fā)育在河道底部的沖刷面可作為識(shí)別河道邊界的標(biāo)志。在連井上對(duì)單一河道進(jìn)行高程差異、形態(tài)差異、厚度差異分析，得出研究區(qū)單一河道主要厚度在2～5 m。在單一河道內(nèi)部進(jìn)行點(diǎn)壩識(shí)別，主要從三個(gè)方面識(shí)別：(1)河道內(nèi)部點(diǎn)壩砂體厚度最大；(2)點(diǎn)壩砂體內(nèi)部發(fā)育的側(cè)積體在單井剖面上呈正韻律特征；(3)廢棄河道的出現(xiàn)代表點(diǎn)壩砂體發(fā)育的結(jié)束，因此廢棄河道部位即為點(diǎn)壩的邊界。研究區(qū)點(diǎn)壩主要由細(xì)-中砂巖組成，局部為含細(xì)礫的中-粗粒砂巖，礦物成分復(fù)雜，成熟度較低，不穩(wěn)定組分多。綜合前人的研究成果和研究區(qū)實(shí)際生產(chǎn)資料[7-10]，確定研究區(qū)點(diǎn)壩規(guī)模，見表2。

表2 研究區(qū)點(diǎn)壩規(guī)模統(tǒng)計(jì)表Table 2 Statistics of point dam scale in study area m

關(guān)于點(diǎn)壩內(nèi)部構(gòu)型解剖的文獻(xiàn)很多[8-12]，本文主要采用岳大力等[8]的方案，將羊二莊油田的側(cè)積層歸為“水平斜列式”側(cè)積層(見圖1)，此類側(cè)積層以相似角度向凹岸傾斜，每一個(gè)側(cè)積體間的側(cè)積層在空間上都為一傾斜的微凸新月形曲面，一系列這樣的曲面向同一方向有規(guī)律地排列成點(diǎn)壩的夾層骨架。各期側(cè)積體間存在的泥質(zhì)側(cè)積層多由泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖等細(xì)粒沉積組成，測(cè)井曲線表現(xiàn)出微電極、微梯度曲線明顯回返，幅度差減小，自然伽馬曲線見回返。綜合Leeder經(jīng)驗(yàn)公式[7]和子井法確定側(cè)積體及側(cè)積層的規(guī)模，推算出羊二莊油田單一側(cè)積體水平寬度為50～70 m，側(cè)積層的傾角較小，約 2°～4°。

圖1 水平斜列式側(cè)積層

Fig.1Horizontal-diagonallaterallamination

3 不同層次構(gòu)型單元控制下的剩余油分布模式

針對(duì)構(gòu)型解剖的結(jié)果，研究各層次構(gòu)型單元，即復(fù)合河道層次、單一河道層次、點(diǎn)壩層次、點(diǎn)壩內(nèi)部層次控制下的剩余油分布情況。

3.1 復(fù)合河道層次

復(fù)合河道對(duì)剩余油分布的控制作用主要表現(xiàn)為復(fù)合河道上的平面相變，即沉積微相在平面上的差異導(dǎo)致各沉積微相內(nèi)部水驅(qū)油的效率不同，在物性較差的沉積微相處，水驅(qū)油效率低，剩余油較富集。以研究區(qū)NmⅢ4-3單砂體的莊8-15井區(qū)為例，從沉積微相圖和剩余油飽和度平面分布圖來看(見圖2)，莊8-15井區(qū)主要發(fā)育為分流河道及點(diǎn)砂壩微相，分流河道沉積區(qū)的剩余油富集程度明顯高于周圍點(diǎn)砂壩沉積區(qū)剩余油的富集程度。

3.2 單一河道層次

單一河道對(duì)剩余油分布的控制作用主要表現(xiàn)為河道內(nèi)部砂體的韻律性及河道間砂體的相互疊置。

3.2.1 單一河道內(nèi)韻律影響的剩余油特征 通過對(duì)研究區(qū)密閉取心井巖心分析資料進(jìn)行研究，曲流河砂體內(nèi)部韻律性多呈多韻律組合特征。韻律組合主要有三種類型：均質(zhì)韻律、復(fù)雜正韻律、底均復(fù)合韻律(底部為均質(zhì)韻律，上部為其它韻律)。其中，以復(fù)雜正韻律居多，其次為底均復(fù)合韻律。

均質(zhì)韻律滲透率呈均質(zhì)韻律特征，在水驅(qū)過程中，由于重力分異作用，水主要沿著砂巖底部舌進(jìn)，故下部水驅(qū)效率較高，水淹程度強(qiáng)，剩余油主要集中在頂部,見圖3(a)。復(fù)雜正韻律滲透率呈正韻律特征，通常被夾層分隔為多個(gè)韻律組合，底部水淹較嚴(yán)重，頂部次之，中部水淹較輕。底部趨油效率高，剩余油中上部較富集，鈣質(zhì)夾層遮擋性好，對(duì)滲流作用影響大，其上下界面水驅(qū)效果差，剩余油富集，見圖3(b)。底均復(fù)合韻律底部為均質(zhì)韻律，上部為其他韻律。在水淹過程中，頂部和底部水淹程度嚴(yán)重，趨油效率高，中部剩余油較富集，見圖3(c)。

圖2 莊8-15井區(qū)NmⅢ4-3單砂體沉積微相及剩余油平面分布圖

Fig.2TheplanardistributionofthesedimentarymicrofaciesandresidualoilofNmⅢ4-3singlesandbodyinZhuang8-15wellarea

圖3 單一河道內(nèi)韻律模式

Fig.3Rhythmicpatternsinsingleriverchannel

3.2.2 單一河道的接觸關(guān)系 單一河道之間的接觸關(guān)系決定砂體連通程度，同時(shí)影響著油水的流動(dòng)。通過對(duì)連井進(jìn)行井間對(duì)比，得出研究區(qū)單一河道接觸關(guān)系主要有4種類型：不接觸、單邊疊置、雙邊疊置、完全疊置，其連通程度依次增大，見圖4。

圖4 單一河道接觸關(guān)系

Fig.4Contactrelationshipinsingleriverchannel

從圖4可知，NmⅢ5小層內(nèi)部、NmⅢ5-2和NmⅢ5-3單砂體之間隔層發(fā)育較少，砂體疊置程度高，呈完全疊置特征。

3.2.3 單一河道疊置處剩余油富集 河道疊置帶是剩余油的富集區(qū)之一。不同時(shí)期沉積形成的河道砂體常出現(xiàn)相互切疊現(xiàn)象，當(dāng)晚期的河道砂體發(fā)生鈣質(zhì)膠結(jié)或砂體底部出現(xiàn)泥礫層沉積時(shí)，晚期河道對(duì)早期河道的下切作用導(dǎo)致在兩條河道搭接部位存在滲流屏障或相對(duì)低滲帶，且河道邊部本身滲流能力相對(duì)于河道內(nèi)部主體砂體差，因此兩個(gè)疊置河道間的交界是兩個(gè)不同流動(dòng)單元間具有有限滲透性的邊界，注入水在此邊界流動(dòng)受阻，剩余油在河道疊置處相對(duì)富集。以研究區(qū)NmⅢ4-3單砂體為例(見圖5)，該單砂體存在兩期單一河道邊緣疊加，單一河道疊加位置處以及單一河道邊緣物性差，砂體水洗程度低，剩余油富集。

3.3 點(diǎn)壩層次

點(diǎn)壩對(duì)剩余油分布的控制作用表現(xiàn)在點(diǎn)壩邊緣廢棄河道對(duì)相鄰河道砂體間流體流動(dòng)的遮擋而導(dǎo)致剩余油富集。廢棄河道通常發(fā)育在點(diǎn)壩的一側(cè)，底部與點(diǎn)壩砂體相連，頂部則一般發(fā)育泥巖沉積，因而相鄰兩個(gè)河道間砂體在頂部無法連通，僅在河道底部連通，而連通情況取決于沉積在廢棄河道中砂質(zhì)沉積物的多少。如果一條河道的廢棄部分被另一條河道所切穿，且底部砂質(zhì)沉積物被切入，則可以確定兩條河道砂體在空間上是相互連通的，否則為相互不連通。如果在注入井與采出井之間存在廢棄河道，則廢棄河道的存在對(duì)注入水的滲流起到遮擋作用，就會(huì)形成不完善的注采關(guān)系(有采無注或有注無采)[13]。在實(shí)際的油田開采中，廢棄河道的存在會(huì)遮擋注入水，導(dǎo)致局部剩余油富集。以研究區(qū)NmⅢ5-2單砂體莊3-21井和莊7-22井為例(見圖6)，兩口井處于不同的點(diǎn)壩上，其間存在廢棄河道，廢棄河道遮擋處注水受阻，剩余油滯留富集。

圖5 河道疊置處剩余油富集區(qū)

Fig.5Residualoilenrichedbysuperpositionofchannel

圖6 廢棄河道遮擋形成剩余油富集

Fig.6Residualoilenrichedbybarrierofabandonchannel

3.4 點(diǎn)壩內(nèi)部結(jié)構(gòu)層次

點(diǎn)壩內(nèi)部剩余油的分布情況主要受點(diǎn)壩內(nèi)部發(fā)育的側(cè)積體和側(cè)積層控制。

3.4.1 側(cè)積體內(nèi)部物性變化及剩余油特征 側(cè)積體內(nèi)部物性變化造成不同側(cè)積體水淹不同，各側(cè)積體內(nèi)剩余油分部特征有所差異[14]。研究區(qū)莊6-16-5井垂向上發(fā)育多期側(cè)積體(見圖7(a))，該層段為典型的河流相二元結(jié)構(gòu)，NmⅢ5-2底部到頂部，其粒度中值和滲透率變化趨勢(shì)一致，物性逐漸變差，但是其含油飽和度和滲透率的變化呈現(xiàn)不一致的規(guī)律(見圖7(b))。由于儲(chǔ)層下部水淹較為嚴(yán)重，下部主要水淹側(cè)積體整體物性較好，注入水沿高滲段水洗，剩余油飽和度與物性呈負(fù)相關(guān)，主要集中在單個(gè)側(cè)積體中上部物性相對(duì)較差的層段；上部未/弱水淹側(cè)積體整體物性較差，剩余油飽和度與物性呈正相關(guān)，剩余油主要集中在單個(gè)側(cè)積體中下部物性相對(duì)較好、原始含油飽和度高的層段。

圖7 莊6-16-5井NmⅢ5-2物性研究圖

Fig.7PropertyresearchofNmⅢ5-2inZhuang6-15-5well

側(cè)積層物性較好時(shí)，其下部側(cè)積體頂部及上部側(cè)積體底部剩余油富集。受側(cè)積體間物性影響，中下部側(cè)積體內(nèi)物性較好，剩余油飽和度較高；上部側(cè)積體物性較差，含油飽和度低且開采難度大。經(jīng)濟(jì)可采性較好的剩余油主要位于點(diǎn)壩中部-上部側(cè)積體內(nèi)。

3.4.2 側(cè)積層對(duì)剩余油分布的影響 側(cè)積層是點(diǎn)壩內(nèi)部剩余油形成與分布的主控因素[14]。在點(diǎn)壩內(nèi)部呈一定角度斜列分布的側(cè)積層，控制了側(cè)積體內(nèi)部流體的流動(dòng)。一方面，流體的縱向流動(dòng)受控于側(cè)積層；另一方面，由于側(cè)積夾層的遮擋作用，沿層面流動(dòng)的流體會(huì)在層間阻力與自身重力的共同作用下，改變?cè)鹊牧鲃?dòng)方向，轉(zhuǎn)而向兩邊滲流或沿著底部砂體連通處流動(dòng)，隨著注入水向上流動(dòng)的波及距離增加，向上的動(dòng)力逐漸減弱而阻力增加，垂向上的波及能量也隨之減小，從而致使垂向上波及高度下降，導(dǎo)致位于側(cè)積體頂部的砂體水洗程度低，剩余油主要分布在側(cè)積體頂部。以研究區(qū)NmⅢ4-3砂體莊9-14-1井和莊8-15井為例(見圖8)，油井莊8-15井下發(fā)育兩期側(cè)積體，開發(fā)時(shí)兩期側(cè)積體全部射開；

水井莊9-14-1井發(fā)育兩期側(cè)積體，開發(fā)時(shí)只射開上部側(cè)積體，油井受側(cè)積層影響，砂體下部驅(qū)油效率較高，上部波及程度較弱，剩余油主要分布在井間點(diǎn)壩砂體中上部。

圖8 側(cè)積層遮擋形成剩余油富集

Fig.8Residualenrichedbybarrieroflaterallamination

4 結(jié)論

(1) 對(duì)羊二莊油田明化鎮(zhèn)組下段進(jìn)行儲(chǔ)層構(gòu)型分析，可劃分成復(fù)合河道、單一河道、單一點(diǎn)壩、點(diǎn)壩內(nèi)部側(cè)積體等構(gòu)型單元。

(2) 基于分析不同層次構(gòu)型單元對(duì)剩余油分布的控制作用，復(fù)合河道對(duì)剩余油分布的控制作用表現(xiàn)為沉積微相的平面相變，剩余油在物性差的沉積微相內(nèi)部富集程度高。

(3) 單一河道對(duì)剩余油分布的控制作用主要表現(xiàn)為河道內(nèi)部砂體的韻律性及河道間砂體的相互疊置。羊二莊油田明化鎮(zhèn)組下段滲透率韻律模式分為均質(zhì)韻律、復(fù)雜正韻律、底均復(fù)合韻律三種韻律模式，以復(fù)雜正韻律居多，其次為底均復(fù)合韻律。單一河道接觸關(guān)系主要有不接觸、單邊疊置、雙邊疊置、完全疊置4種類型，其連通程度依次增大。單一河道疊置處是剩余油的富集區(qū)。

(4) 點(diǎn)壩對(duì)剩余油分布的控制作用表現(xiàn)在點(diǎn)壩邊緣廢棄河道對(duì)相鄰河道砂體間流動(dòng)的遮擋，導(dǎo)致在廢棄河道處剩余油富集。

(5) 點(diǎn)壩內(nèi)部剩余油的分布情況主要受點(diǎn)壩內(nèi)部發(fā)育的側(cè)積體和側(cè)積層控制，側(cè)積體內(nèi)部物性變化造成不同側(cè)積體水淹程度不同，各側(cè)積體內(nèi)剩余油分部特征有所差異。側(cè)積層在點(diǎn)壩內(nèi)部呈斜列分布，對(duì)流體滲流起到了遮擋控制作用，剩余油主要分布在側(cè)積體頂部。

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