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油藏碎屑岩储层非均质性层次结构及研究方法 - 副本

油藏碎屑岩储层非均质性层次结构及研究方法

摘要:储层物性非均质性与沉积体系内部的构成单位关系密切,可以分尺度进行研究。目前研究储层物性特征和储层非均质性的方法有很多,包括有储层野外露头分析、沉积体系分析、层次界面分析、结构单元和流动单元分析、高分辨率层序学研究、统计学方法以及劳伦兹曲线法等,指出了描述储层非均质性的相关参数和应用的关键。

关键词:储集层非均质性储层描述层次结构

储层非均质性是指储层在形成过程中受沉积环境、成岩作用和构造作用的影响,在空间分布及内部属性上都存在不均匀的变化[1],而这些变化是影响地下油、气、水运动及油气采收率的主要因素。储层非均质性研究是油藏描述中最核心的内容[2]。在油田开发中后期,储层中的剩余油高度分散,挖潜难度越来越大。储层的不同层次不同规模的非均质性是造成剩余油高度分散的主要地质因素[3],因此,必须深入研究储层各层次的非均质问题,更加精细地进行储层描述和预测,这是深度开发油田,提高采收率的基础和关键。

1 储层非均质性表征

1.1储层非均质性的分类

储层非均质性的划分方案很多,其分类依据主要有规模、成因和对流体的影响程度等几个方面。根据规模大小可划分出5个层次:①油藏规模的沉积相及造成的层间非均质性;②油层规模的沉积微相和相变关系;③砂体内韵律性、沉积结构构造等非均质性;④岩心规模的孔隙度、渗透率等各向异性;⑤显微尺度的孔隙结构、类型、矿物学特征等。根据非均质性成因可划分出如下的分类系统(图1)。

1.2储层非均质性的描述

储层非均质性的描述和分析主要是反映其对油藏流体流动影响的程度和方式。一般要求分层次描述储层的非均质性、影响因素及其对流体运动、油田采收率的可能影响,包括定性和定量描述。

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图1储层非均质性类型分类

1.2.1定性描述

首先是地质特征的描述,如断层、裂缝、层理和夹层等。主要是要考虑规模大小问题,可以借助的资料包括岩心资料、成像测井、高分辨率地层倾角测井等,在此基础上再进行储层非均质性分析。对于10~100 m范围的中型非均质性,必须依赖于野外露头类比、现代沉积类比或密井网解剖建立的原型模型、地质知识库等;米级及更小的小型非均质性仅在岩心中可以分辨出,建立沉积模型,正确识别沉积环境和成岩历史是较为有效的方法和手段。微观非均质性还需要借助薄片鉴定和扫描电镜的观察。

1.2.2定量描述

一些直接测量手段可能用于非均质性的定性描述,但多数情况下仅能通过建立模型来表征[4]。

2 储层物性非均质性的层次结构

2.1大尺度储层物性非均质性

如果不考虑成岩作用对储层物性的影响,那么大尺度储层物性非均质性首先表现在不同的沉积体系之间。曲流河沉积体系中骨架砂体的整体物性最好,湖泊三角洲沉积体系中的水下分流河道砂体最差,分流河道砂体中等。这种整体差异主要受控于砂体形成时的古水流强度和发育环境。从沉积构造类型、发育规模,沉积物粒度与泥基质含量等沉积记录可以看出,河道形成过程中,曲流河道及其决口河道的古水流强度最高,湖泊三角洲分流河道和水下分流河道相对较低,因而造成上述孔渗性的整体差异。其次,大尺度储层物性非均质性表现在不同的成因相之间。如在曲流河沉积体系中,属于河道充填组合的点坝、河道底部沉积与属于河道边缘的决口河道砂体的储集性能比较接近而且最好,这是曲流河体系中储集物性最好的构成单位;河道边缘组合的决口扇、天然堤沉积体次之;属于泛滥平原组合的越岸沉积、泛滥盆地沉积及废弃河道沉积体的储集物性最差。同样的差别也表现在湖泊三角洲沉积体系中。这种物性非均质性的存在,是由于不同的成因相具有各自不同的成因、沉积构造、沉积物粒度、矿物成分和组构特征等。

2.2中尺度储层物性非均质性

在成因相级的中尺度范围内,储层物性非均质性的焦点在于流体流动单元和构成流体流动单元的储层岩性相的差别上。在砂体内部,流体流动单元以隔挡层为边界[5],其规模和分布空间与砂体内部构成单元关系密切,它通常是储层物性评价的作图单位。研究发现:

(1)不同类型砂体中各流体流动单元的孔渗分布具有自相似性。高孔渗区通常位于流体流动单元中下部,向上及两侧逐渐降低,最差的部位在流体流动单元的顶部和两侧翼部。如果一个流体流动单元内部存在多个诸如3级或4级界面限定的点坝增生单元或点坝,且它们并不构成隔档层,那么上述孔渗分布规律将以该界面为边界重复出现,即储层物性在垂向上具有多旋回韵律性。

(2)各流体流动单元之间孔渗值存在整体差异,储层物性较好的流体流动单元通常位于河道砂体中下部。究其原因,主要在于构成各流体流动单元中储层岩性相类型、空间分布和发育规模存在差别。通过统计发现,不同的储层岩性相具有不同的储集性能。其中大型槽状交错层理粗砂岩、块状递变粒序中砂岩、大型槽状交错层理中砂岩和具内碎屑泥砾的中砂岩相对最好;波纹交错或波痕纹理粉砂岩、波状层理或攀升层理粉砂岩相对最差;中型槽状交错层理细砂岩、块状递变粒序细砂岩、具内碎屑泥砾的细砂岩和波纹交错层理细砂岩中等。对划分储层岩性相的关键参数粒度与孔渗值统计发现,两者之间亦具良好的正相关,随粒度变粗,孔渗值增大。图像分析更直观地证实了不同的储层岩性相具有不同的孔隙结构,大型槽状交错层理粗砂岩视孔隙和喉道最大值大于块状递变粒序中砂岩,而块状递变粒序中砂岩又大于中型槽状交错层理细砂岩。在一个由点坝增生单元构成的各类储层岩性相发育齐全的流体流动单元中,相对低孔渗的具内碎屑泥砾的中砂岩通常位于底部冲刷面上,之上可能存在少量的中等孔渗的块状递变粒序中砂岩,中下部有大规模的相对高孔渗的大型槽状交错层理中砂岩或中型槽状交错层理细砂岩,再向上及两侧演变为相对低孔渗的波纹交错层理细砂岩、波纹交错或波痕纹理粉砂岩和波状层理或攀升层理粉砂岩。流体流动单元中储层岩性相的这种空间分布规律,是孔渗分布具有自相似性和多旋回韵律性的根本原因。流体流动单元之间孔渗值的整体差异,在于相对高孔渗储层岩性相的发育规模,它越发育,孔渗整体值就愈高,反之愈低。这些宏观规律对于储层描述和模拟具有实际指导意义。

沉积作用对储层物性的影响无疑是重要的,但如果叠加有不均匀的成岩作用的影响,那么整体孔渗值将会大大地降低。成岩阶段的碳酸盐不均匀胶积作用是常见的,如果它叠加于沉积非均质之上,则会充填了原始孔隙并堵死了孔隙喉道,致使砂体的储层物性变差。

2.3微尺度储层物性非均质性

同一样品点的三个渗透率值具有各向异性特征,平行古水流的水平渗透率最大,垂直层面的垂向渗透率最低,垂直古水流的水平渗透率中等。与古水流方向关系密切的微尺度各向异性特征与砂岩中的纹层、矿物排列、胶结物及微裂隙等的定向发育有关。各向异性模式在进行储层模拟时对于描述多孔介质的性质具有

重要意义。

3 储层非均质性的研究方法

3.1储层露头研究

露头储层研究具有直观性、完整性、精确性和可检验性等优点。露头研究的总体思路是在野外实测和室内测试所得大量资料的基础上进行沉积学分析、成岩分析、物性分析,获得储层原型模型,积累地质知识库,建立储层地质模型,以达到预测地下储层的目的。

3.2沉积体系分析法

沉积体系分析法的有关理论和方法最早起源于美国学者对海湾盆地的研究。其从本质上讲属成因地层学,即在认识沉积环境和其他同沉积地质背景的基础上,解释大型沉积体的相互关系。这一分析方法的基础是Walther相律和相模式概念在整个沉积盆地范围的应用和引申。沉积体系分析强调了大型沉积体的空间关系、沉积体内部和外部几何形态的研究。该方法在油气勘探开发中受到了特别的重视。

3.3层次界面分析法

层次界面分析法即首先将储层单元分层次描述,并对描述的结果进行成因上的解释,以找出规律性的结论,建立适合不同层次的模型;最后再借助地质和数学方法将不同层次的特征统一到一个体系中进行层次归一,以达到预测的目的。整个分析过程可简单概括为以下5个阶段:

(1)层次划分即在地层学基本单位的基础上划分出次级层次。

(2)层次描述即对层次界面及层次实体进行描述,目的是弄清界面的形成机制、形态、起伏、连续性、分布范围和厚度变化及级别,层次实体的几何形态、空间分布范围、相互关系及其内部结构。

(3)层次解释其目的在于揭示层次实体、层次界面的分布规律及不同层次间的内在联系。事件地层学是其主要的工具。

(4)层次建摸随着地质模型的广泛应用,单一的地质模型已远远不能满足实际生产的需要,只有多层次的系列地质模型的建立,才能在不同尺度上更加准确地描述储层。

(5)层次归一包括地质模型的套合及运用数学地质方法进行层次归一,目的在于得到系统的认识。

3.4结构单元和流动单元研究方法

目前国内外对油田储层沉积的非均质性研究主要是从流动单元的角度进行研究,砂体内部的构成研究在含油气盆地沉积学中日益重要。目前,储层流动单元研究已经成为储层表征和建模的新技术,流动单元是精细油藏描述的关键和最基本单位。流动单元的研究为认识油藏的非均质性提供了有效手段,也是精细油藏描述的重要发展方向和攻关目标。目前对所有的沉积环境都有一个比较统一的构成单元划分标准。

3.5高分辨率层序地层学研究

该内容是随着油田开发后期油藏精细描述而发展起来的。其任务是以岩心、三维露头、测井和高分辨率地震剖面为基础,运用精细层序划分和对比技术对三维地层关系进行预测,并建立起各级层序地层对比格架,其理论核心是:在基准面旋回变化过程中,由于可容空间与沉积物补给通量比值的变化,相同沉积体系域或相域中发生沉积物的体积分配作用,导致沉积物的保存程度、地层堆积样式、相序、相类型及岩石结构发生变化,这些变化是其在基准面旋回中所处的位置和可容纳空间的函数,因此,由基准面旋回所控制的等时地层单元的地层分布形式是有规律可循的,而且是可以预测的。

3.6地质统计学方法

储层的非均质性表现为储层的物性参数,如孔隙度、渗透率、厚度、夹层数等的不均匀性。其既具有结构性,又具有随机性,是区域变化量。根据地质统计学理论,通过半变异函数,利用适当的拟合模型(如球状模型、高斯模型、指数模型等),可对储层非均质性的变化幅度、变化速率以及变化的随机性进行定量描述。半变异函数的这些特征值反映了储层非均质性的空间变化特征。

3.7劳伦兹曲线法

该方法是将岩心或测井所测得的渗透率数值从大到小排成一列,分别计算相应的渗透率贡献百分数和其对应的岩样块数百分数或厚度百分数,在直角坐标系上标绘成劳伦兹曲线,如图2a所示。

对于完全均质的油藏,劳伦兹曲线是一条对角线AC(即10%样品渗透率贡献

10%,20%样品渗透率贡献20%……),显然只有在每个样品的渗透率完全相等的情况下才会出现这种情况。图2a中弧线ADC与对角线AC的包络面积愈大表示非均质愈严重。所包含的面积ADCA与三角形面积ABCA之比称之劳伦兹系数,也是样品非均质程度的一种表达方式,它的范围在0到1.0之间。劳伦兹系数为0时表示极端均质,为1时表示极端非均质。

将图2a中渗透率贡献率及其对应的岩样块数百分数分别进行倒数变换,并在直角坐标下作图,可以将不同形态的渗透率累积分布曲线转换成斜率不同的直线(图2b)。其中,极端均质储层的斜率为1,极端非均质储层的斜率为0,常规非均质储层的斜率则为0-1。将0-1斜率值定义为储层非均质程度系数,以此定量表征储层宏观非均质程度,该斜率值与储层非均质程度成反比。

劳伦兹曲线法的优点之一是既适合于任何渗透率分布类型油藏,又使求得的渗透率变异系数值在0(均质)到1.0(极端非均质)之间,是有界的;优点之二是直观,包络面积大小与油藏的非均质程度具相关性。从图中可以直接得知油藏的非均质程度,并可读得不同岩样块数百分数下的渗透率贡献值。因此,劳伦兹曲线法是比较推崇的一种计算储层宏观非均质性的方法。

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图2 劳伦兹曲线示意图

4 结语

储层非均质性对油气的聚集、产出、分布和油气藏的形成等起着至关重要的作用。特别是在油田开发中后期,在对老区块进行工艺调整、剩余油挖潜、提高采收率过程中,储层非均质性更是核心的研究内容。综合利用测井、地震、计算

机和地质建模等多种手段研究储层非均质性将是必然的趋势。随着油气田勘探形势的日益严峻,储层非均质性研究也将向更深层次发展,而研究储层在油气藏形成时期的原始面貌及其受成岩、构造等因素影响所产生的变化则有助于预测新探区油气开发的有利区带,是今后储层非均质性研究的新方向。

参考文献

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[5]焦养泉,李祯.河道储层砂体中隔挡层的成因与分布规律.石油勘探与开

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