延安地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層非均性特征

劉曉峰，梁積偉，郭曉丹，薛旭平

(1.陜西省地質(zhì)調(diào)查院，陜西 西安 710054；2.長(zhǎng)安大學(xué) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安 710054；3.陜西省煤田地質(zhì)局 一三一隊(duì)，陜西 渭南 715400)

0 引 言

儲(chǔ)層的非均質(zhì)性是指儲(chǔ)層的沉積構(gòu)造、厚度、巖性和物性等在地質(zhì)作用下，橫向和縱向上的不均一性，是油氣勘探和開發(fā)的重要內(nèi)容。儲(chǔ)層的均質(zhì)性是相對(duì)的、有條件的，而非均質(zhì)性是絕對(duì)的、無條件的[1-2]。儲(chǔ)層的非均質(zhì)性是影響油氣聚集、儲(chǔ)存和開采的主要地質(zhì)因素，儲(chǔ)層在形成過程中受到沉積、成巖環(huán)境變化、后生和構(gòu)造作用等多種因素的影響，使其地質(zhì)和物理性質(zhì)發(fā)生了不均勻的變化，增大了油藏的開發(fā)難度。對(duì)儲(chǔ)層非均質(zhì)性的研究和評(píng)價(jià)在油藏開發(fā)過程中愈顯重要，研究深度和廣度也逐漸增加。

在研究的不同時(shí)期和不同階段，地質(zhì)學(xué)家們對(duì)儲(chǔ)層非均質(zhì)性提出了多種不同的分類方案，Andrew將油田將儲(chǔ)層非均質(zhì)性分為特大規(guī)模非均質(zhì)性、大規(guī)模非均質(zhì)性、中規(guī)模非均質(zhì)性和小規(guī)模非均質(zhì)性[3]；Lake等將儲(chǔ)層的非均質(zhì)性分為微觀、宏觀、中觀和宇觀[4]；秦同洛將儲(chǔ)層非均質(zhì)性分為：微觀、宏觀、粗視和巨視[5]；裘懌楠等根據(jù)我國(guó)陸源沉積的特點(diǎn)，把儲(chǔ)層非均質(zhì)性分為層內(nèi)、層間、平面和孔隙非均質(zhì)性4類[6]。筆者以延安地區(qū)地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層砂體為例，通過物性資料、巖心和測(cè)井曲線等資料的計(jì)算分析，參考裘懌楠的分類方案，根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況，將其分為層內(nèi)、層間和平面3個(gè)方面，對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步研究。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

鄂爾多斯盆地是我國(guó)第二大盆地，面積約37萬km2。延安地區(qū)位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡中部(圖1)，構(gòu)造簡(jiǎn)單，地層相對(duì)平緩，傾角小于1°，偶見斷層發(fā)育[7]。研究區(qū)長(zhǎng)6已探明含油面積約為96 km2，油層組砂巖的非均質(zhì)性為低孔、低滲—特低滲，是一套典型的致密砂巖油藏[8]。長(zhǎng)6儲(chǔ)層的水下分流河道砂體是油氣的主要儲(chǔ)集層，厚度較穩(wěn)定，多在5～7 m，隔層較發(fā)育，儲(chǔ)層物性較差，孔隙度為2.3%～17.5%，平均為9.06%，滲透率較小為(0.09～11.38)×10-3μm2，平均0.65×10-3μm2，屬于低孔、低滲-特低滲油氣儲(chǔ)集層。通過對(duì)整個(gè)區(qū)域沉積相研究表明，延安地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層為淺水型三角洲前緣亞相，發(fā)育水下分流河道、分流間灣、天然堤、河口壩、席狀砂等多種沉積微相。

圖1 延安地區(qū)區(qū)域位置Fig.1 Location of Yan’an Area

2 儲(chǔ)層非均質(zhì)性

儲(chǔ)層非均質(zhì)性是指儲(chǔ)層在形成過程中受到沉積作用、成巖作用、構(gòu)造作用以及后生變化的影響，其各種屬性隨空間位置而變化的性質(zhì)[10-12]。文中參考裘懌楠的分類方法和國(guó)內(nèi)碎屑巖的特點(diǎn)，從儲(chǔ)層的層內(nèi)、層間和平面非均質(zhì)性進(jìn)行研究。

2.1 層內(nèi)非均質(zhì)性

層內(nèi)非均質(zhì)性是指單砂層內(nèi)部，物性在垂向的變化[13-14]。以巖心和測(cè)井曲線等為依據(jù)，對(duì)層內(nèi)的粒度韻律、層理特征、滲透率非均質(zhì)程度和層內(nèi)不連續(xù)夾層的分布等方面進(jìn)行了分析研究。

2.1.1 粒度韻律特征

層內(nèi)粒度韻律特征往往與水動(dòng)力條件和所處的沉積環(huán)境密切相關(guān)，并直接決定滲透率的韻律性[15]。碎屑顆粒的大小、形態(tài)受沉積環(huán)境、物源遠(yuǎn)近和搬運(yùn)方式等多方面因素的影響，在垂向上表現(xiàn)出具有一定的韻律性。對(duì)研究區(qū)長(zhǎng)6物性資料分析表明，長(zhǎng)6油層組粒度韻律較為發(fā)育，有下粗上細(xì)的正韻律，與之相反的反韻律和交替出現(xiàn)的復(fù)合韻律等，以反韻律較為發(fā)育(圖2)，常發(fā)育于河口壩微相，從下到上粒度逐漸變粗，非均質(zhì)性也隨粒度的增大而變?nèi)酢?/p>

圖2 延安地區(qū)長(zhǎng)6韻律特征Fig.2 Rhythm features of Chang 6 in Yan’an Area

2.1.2 層理特征

儲(chǔ)層的層理特征和含油性有著密切的聯(lián)系。層理較發(fā)育的地方，含油性較差，層理的存在引起滲透率的各向異性[16-19]。延安地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層以平行層理、砂紋層理和槽狀交錯(cuò)層理(圖3)較為發(fā)育。平行層理呈薄片狀，在高流態(tài)下形成，反映出沉積時(shí)水動(dòng)力條件較強(qiáng)；砂紋層理，發(fā)育于河口壩或席狀砂環(huán)境的粉砂巖中，沉積環(huán)境較弱，分布于河道兩側(cè)；槽狀交錯(cuò)層理由新月形沙波遷移形成，分布于三角洲前緣水下分流河道。

圖3 延安地區(qū)長(zhǎng)6砂巖層理特征Fig.3 Sandstone bedding characteristics of Chang 6 in Yan’an Area(a)平行層理 (b)砂紋層理 (c)槽狀交錯(cuò)層理

2.1.3 層內(nèi)夾層特征

夾層是指位于單層砂體內(nèi)，由泥巖、鈣質(zhì)泥巖或粉砂質(zhì)泥巖形成的低滲透層或非滲透層，對(duì)油氣的運(yùn)移起阻擋作用[18]。常見的夾層為泥質(zhì)夾層和鈣質(zhì)夾層，研究區(qū)普遍發(fā)育這2種夾層，泥質(zhì)夾層以粉砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖為主，測(cè)井曲線特征為SP(自然電位)和GR(自然伽馬)為鋸齒狀的峰值；鈣質(zhì)夾層一般為鈣質(zhì)含量較高的致密細(xì)砂巖，測(cè)井曲線特征為尖刀狀的峰值，主要表現(xiàn)為高電阻、高密度與高微電極和低自然電位、低自然伽馬與低聲波時(shí)差。夾層的分布特征通常采用夾層頻率和夾層密度來表征。延安地區(qū)長(zhǎng)6的夾層密度和夾層頻率從上到下依次增多，非均質(zhì)性逐漸增強(qiáng)(表1)。

表1 延安地區(qū)長(zhǎng)6層內(nèi)夾層分布特征

2.1.4 滲透率非均質(zhì)性

滲透率的非均質(zhì)性是指單砂體內(nèi)的平均滲透率在垂向上的的變化情況[16]，通常用變異系數(shù)、突進(jìn)系數(shù)、極差和均質(zhì)系數(shù)等參數(shù)定量研究分析。變異系數(shù)和極差越大，表明非均質(zhì)性越強(qiáng)，突進(jìn)系數(shù)用來指示層內(nèi)滲透率的變化范圍，均質(zhì)系數(shù)越趨于1，表明非均質(zhì)性越強(qiáng)。通過對(duì)研究區(qū)長(zhǎng)6巖心物性資料和二次測(cè)井解釋資料的分析，延安佛古塬區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層的滲透率非均質(zhì)性整體較強(qiáng)(表2)。長(zhǎng)61儲(chǔ)層滲透率的變異系數(shù)、突進(jìn)系數(shù)和極差均是各層中最大的，而均質(zhì)系數(shù)最小，表明長(zhǎng)61的非均質(zhì)性整體最強(qiáng)，長(zhǎng)62次之，而長(zhǎng)64變異系數(shù)、突進(jìn)系數(shù)和極差均最小，而均質(zhì)系數(shù)最大，表明長(zhǎng)64非均質(zhì)性在研究的4個(gè)層位中最弱。

表2 延安地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層非均質(zhì)性特征

2.2 層間非均質(zhì)性

在砂巖和泥巖段中，一套含油系列通常含有幾個(gè)油組或幾十個(gè)砂組、單砂層，它們之間儲(chǔ)層性質(zhì)的差異即為層內(nèi)非均質(zhì)性，是儲(chǔ)層研究的重點(diǎn)，包括分層系數(shù)、有效砂巖密度和層間隔層等[20]。

層間非均質(zhì)性主要取決于垂向上儲(chǔ)集砂體與泥巖隔層的發(fā)育關(guān)系，是由于各種不同的沉積環(huán)境交替出現(xiàn)所形成的。延安地區(qū)儲(chǔ)層以水下分流河道、河口壩和分流間灣等沉積微相交錯(cuò)出現(xiàn)，形成多種砂、泥互層的組合關(guān)系。由于砂體在縱向發(fā)育不均衡，砂、泥巖間物性差異較大，從而形成較強(qiáng)的非均質(zhì)性。

2.2.1 分層系數(shù)

分層系數(shù)是指在一定層段內(nèi)砂層的層數(shù)，分層系數(shù)越大，非均質(zhì)性越強(qiáng)[21]。同一層段內(nèi)的由于砂體的不連續(xù)性，砂層數(shù)往往不相同，通常用平均單井鉆遇砂層數(shù)來表征。研究區(qū)構(gòu)造簡(jiǎn)單，地層相對(duì)平緩，對(duì)鉆遇砂層層數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算出各小層的分層系數(shù)和鉆遇率(表3)。延安地區(qū)各層之間分層系數(shù)差異較大，長(zhǎng)62的分層系數(shù)最大，表明其非均質(zhì)性較強(qiáng)，其次為長(zhǎng)61小層、長(zhǎng)63小層和長(zhǎng)64小層。

表3 延安地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層層間非均質(zhì)性參數(shù)統(tǒng)計(jì)

2.2.2 有效砂巖密度

砂巖密度是指垂向上有效砂巖厚度與地層總厚度之比，也稱為砂地比，可以表征砂體在縱向上發(fā)育的差異程度，是評(píng)價(jià)油氣藏的一個(gè)重要參數(shù)[22-24]。砂巖密度越大，表明其砂體在垂向上連通性越好，反之，則表明其非均質(zhì)性強(qiáng)。通常當(dāng)有效砂巖密度大于50%時(shí)，砂體常呈片狀分布，連通性較好；有效砂巖密度為30%～50%時(shí)，砂體局部呈帶狀分布；小于30%時(shí)，砂體連通性較差。通過統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出(表3)，研究區(qū)砂體連通性較差，局部呈條帶狀分布，有效砂巖密度較低，非均質(zhì)性較強(qiáng)。

2.2.3 層間隔層

層間隔層是指砂體間的非滲透層，巖性一般為泥巖和粉砂質(zhì)泥巖，厚度大于2m。層間隔層將上下2套油(氣)隔開，使之不發(fā)生油、氣、水的串流，對(duì)油氣的儲(chǔ)集和運(yùn)移具有抑制作用。沉積時(shí)期的水動(dòng)力強(qiáng)弱決定著隔層厚度的大小，當(dāng)上下2層砂體沉積時(shí)水動(dòng)力較強(qiáng)，則隔層的厚度較??；反之，則隔層厚度較大。

研究區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層的隔層主要為泥質(zhì)巖類，各小層之間隔層的厚度為：長(zhǎng)61～長(zhǎng)62的隔層厚度為0.8～18.1 m，平均5.39 m；長(zhǎng)62～長(zhǎng)63的隔層厚度為1～13 m，平均6.19 m；長(zhǎng)63～長(zhǎng)64的隔層厚度為1.9～15.9 m，平均為8.41 m.延安地區(qū)隔層厚度較大的一般在砂地比較小的分流間灣和河口壩地區(qū)，而水下分流河道層間隔層厚度較小，隔層厚度在河道主體一般較薄，向河道兩側(cè)則逐漸變厚。

2.3 平面非均質(zhì)性

平面非均質(zhì)性是指儲(chǔ)集層的儲(chǔ)滲性能在平面上的差異程度[25-27]。主要包括砂體的幾何形態(tài)、展布規(guī)模、孔隙度、滲透率和橫向連續(xù)性等在平面上的變化。

2.3.1 砂體的形態(tài)及連通性

砂體的形態(tài)受控于沉積環(huán)境和沉積相，研究其沉積相可更好地剖析砂體的展布規(guī)律。研究區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層為三角洲前緣亞相沉積，并在北東-南西向發(fā)育有3～6條水下分流河道砂體，河道主體寬度在1.6～4.8 km之間，有效砂體厚度多在5～7 m.延長(zhǎng)組長(zhǎng)6儲(chǔ)層砂體在研究區(qū)發(fā)育的規(guī)律為：長(zhǎng)64時(shí)期砂體開始發(fā)育，長(zhǎng)63時(shí)期砂體進(jìn)一步發(fā)育，到長(zhǎng)62時(shí)期砂體最為發(fā)育，進(jìn)一步到長(zhǎng)61時(shí)期，砂體開始相對(duì)萎縮。長(zhǎng)62砂體面積大、連片性好、滲透性好，平均厚度超過15 m，呈條帶狀、片狀，非均質(zhì)性相對(duì)較弱(圖4)。

砂體的連通性是指砂體在平面上的延伸，是定量描述砂體規(guī)模的重要指標(biāo)，常用鉆遇率來表示，鉆遇率越高，則砂體的延伸性也越好。延安地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層長(zhǎng)64，長(zhǎng)63，長(zhǎng)62和長(zhǎng)61各小層的鉆遇率分別為31.3%，40.4%，59.9%和41.5%，長(zhǎng)62的鉆遇率最高，表明該層的平面連續(xù)性最好，其次為長(zhǎng)61，長(zhǎng)63和長(zhǎng)64.通過地層對(duì)比剖面可以直觀的反映出砂體的內(nèi)部連通情況，延安地區(qū)長(zhǎng)6砂體整體連通性較好(圖5)。

2.3.2 儲(chǔ)層物性的平面變化

儲(chǔ)層物性在平面上的變化是儲(chǔ)層平面非均質(zhì)性的重要參數(shù)。儲(chǔ)層的沉積微相、砂體的展布和砂體的連續(xù)性影響著儲(chǔ)層的物性在平面上的變化，沿水下分流河道方向，儲(chǔ)層的物性較好，向河道兩側(cè)至分流間灣，滲透率的孔隙度減小[28-29]。通過對(duì)研究區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層的樣品研究分析，得出儲(chǔ)層的孔隙度和滲透率(表4)，孔隙度分布于8%～9.5%，滲透率平均約為0.7×10-3μm2，表明該區(qū)域長(zhǎng)6儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)，屬于低孔-低滲儲(chǔ)層。

圖4 延安地區(qū)長(zhǎng)6砂體展布及滲透率分布特征Fig.4 Distribution characteristics of sand bodies and permeability of Chang 6 reservoir in Yan’an Area

圖5 延安地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)6儲(chǔ)層砂體連通Fig.5 Sandbody connectivity of Chang 6 reservoir of Yanchang Formation in Yan’an Area

表4 延安地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層的儲(chǔ)層物性統(tǒng)計(jì)

3 結(jié) 論

1)延安地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層為三角洲前緣亞相，水下分流河道砂體為主要的儲(chǔ)油層，河道主體相對(duì)河道兩側(cè)非均質(zhì)性較弱。

2)層內(nèi)非均質(zhì)性較強(qiáng)，粒度韻律以反韻律為主，層理的發(fā)育加大了儲(chǔ)層的非均質(zhì)性，層內(nèi)夾層使得儲(chǔ)層非均質(zhì)性在縱向上連通性較差，滲透率非均質(zhì)性整體較強(qiáng)。

3)長(zhǎng)62分層系數(shù)最大，層間隔層最多，層間非均質(zhì)性最強(qiáng)；長(zhǎng)64整體砂厚較薄，有效砂巖密度最小，非均質(zhì)性也較強(qiáng)。

4)從平面非均質(zhì)性來看，砂體以條狀、片狀為主，砂體整體連通性一般較好，儲(chǔ)層物性表現(xiàn)為低孔-低滲的特征。