夏欽禹，吳勝和，馮文杰，蘆鳳明，孟立新，何婉茹

(1．中國石油大學(xué)(北京)地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249;2．中國石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249;3．中國石油大港油田公司勘探開發(fā)研究院，天津 300280)

儲層構(gòu)型的概念及表征方法最早由Miall在解剖河流相砂體時(shí)提出［1］，隨后國內(nèi)外學(xué)者對各類型儲層展開了大量的構(gòu)型研究，其中以河流相儲層構(gòu)型研究成果最為豐富［2－6］。儲層構(gòu)型是控制地下油水運(yùn)動(dòng)及剩余油分布的主要地質(zhì)因素［7－10］，但由于儲層構(gòu)型和地下油水運(yùn)動(dòng)的地質(zhì)復(fù)雜性和工程復(fù)雜性及現(xiàn)有研究手段的局限性，目前對構(gòu)型控制的剩余油研究存在以下不足:①針對儲層構(gòu)型控制的剩余油分布模式研究主要利用二維的平、剖面儲層構(gòu)型模型，而采用三維構(gòu)型模型較少，因此難以有效模擬儲層內(nèi)部油水運(yùn)動(dòng)特征以及河口壩內(nèi)部不同級次構(gòu)型要素對剩余油的控制作用［11］;②前人對開發(fā)后期三角洲儲層構(gòu)型控制的剩余油研究多采用動(dòng)態(tài)分析法等半定量方法，較少涉及三維油藏?cái)?shù)值模擬，同時(shí)基于油田實(shí)際生產(chǎn)區(qū)塊的數(shù)值模擬受油田生產(chǎn)措施影響較大，難以明確儲層內(nèi)部構(gòu)型這一單因素對剩余油分布的控制作用。因此，本文以大港油田棗南斷塊孔一段棗Ⅴ油組辮狀河三角洲儲層為原型建立了河口壩內(nèi)部構(gòu)型三維地質(zhì)概念模型，對構(gòu)型控制下的剩余油分布進(jìn)行了數(shù)值模擬，總結(jié)不同級次的辮狀河三角洲相儲層構(gòu)型單元控制下的剩余油分布模式。

1 油藏地質(zhì)概況

棗南油田是一典型的陸相湖泊沖積扇沉積形成的復(fù)式斷塊油田［14］，它處于黃驊坳陷南部孔店斷裂潛山構(gòu)造帶中部，風(fēng)化店構(gòu)造的南翼，西鄰滄東凹陷，東與孔東地區(qū)毗鄰，北與自來屯構(gòu)造相接，南與沈家鋪構(gòu)造相連?？孜髦鲾鄬訉L(fēng)化店油田分為棗南、棗北兩個(gè)斷塊。棗南斷塊總體上是一個(gè)被斷層復(fù)雜化的大致呈北東－南西走向的地壘式長軸背斜［15］，分為 6 個(gè)斷塊。

棗南斷塊孔一段油藏于1973年在棗2井首獲工業(yè)油流，1984年以三角形井網(wǎng)全面投入開發(fā)。1999年以后由于實(shí)施了大量的油水井合注合采及油井轉(zhuǎn)注等措施，開發(fā)層系打亂，導(dǎo)致油藏層系和井網(wǎng)完善程度降低;2008年以后油田已整體進(jìn)入“雙高”階段［16］。棗Ⅴ油組辮狀河三角洲儲層內(nèi)部構(gòu)型復(fù)雜，夾層發(fā)育(表1)，雖然綜合含水越來越高，但剩余油儲量較大。這些剩余油主要是被油層內(nèi)部復(fù)雜的滲流屏障和滲流差異控制而形成的，是下一步挖潛的重要目標(biāo)。

表1 棗南斷塊儲層構(gòu)型參數(shù)

2 儲層構(gòu)型解剖與概念模型的建立

本文采用基于面的方法建立河口壩內(nèi)部夾層三維概念模型，對側(cè)積層穿過的三維網(wǎng)格進(jìn)行嵌入式細(xì)化，達(dá)到三維網(wǎng)格能精細(xì)表示側(cè)積夾層的目的。最后通過相控建模的思路建立三維孔隙度、滲透率等屬性模型(表2)。

為研究不同級次的河口壩儲層構(gòu)型單元對剩余油的控制作用，分別針對不同級次的構(gòu)型單元設(shè)計(jì)了對應(yīng)的概念模型。

表2 概念模型屬性參數(shù)

2.1 復(fù)合河口壩

研究區(qū)隨湖平面上升，河口壩砂體由連片狀向?qū)挆l帶狀再向窄條帶狀過渡，壩與壩側(cè)向關(guān)系由壩主體接觸過渡到壩緣接觸再到壩間泥巖。當(dāng)湖平面較低河口壩呈連片狀分布時(shí)，河口壩砂體之間相互連通，壩間沒有滲流屏障;當(dāng)湖平面較高河口壩孤立分布時(shí)，壩間泥巖和物性差的壩緣導(dǎo)致了壩體間不連通。

根據(jù)復(fù)合河口壩特征建立了相應(yīng)的概念模型，模型主要考慮河口壩疊置樣式對剩余油分布的影響。模型垂向上共4個(gè)單層，相當(dāng)于4種復(fù)合河口壩數(shù)模方案。各單層發(fā)育兩個(gè)河口壩，河口壩邊部壩緣由內(nèi)到外分別發(fā)育壩內(nèi)緣、壩外緣沉積(圖1)。由下至上兩個(gè)河口壩側(cè)向上接觸關(guān)系分別為:壩主體相接、壩內(nèi)緣接觸、壩外緣接觸、孤立不接觸。模型屬性參數(shù)見表1。I，J方向網(wǎng)格步長均為10 m，K方向步長為0.5 m，網(wǎng)格數(shù)總計(jì)124 800個(gè)。

圖1 復(fù)合河口壩概念模型

2.2 單一河口壩

在露頭和現(xiàn)代沉積等原型模型指導(dǎo)下，依據(jù)研究區(qū)內(nèi)5種單一河口壩邊界(砂體側(cè)向疊置、壩間泥、壩緣出現(xiàn)、壩體厚度差異以及測井曲線形態(tài)差異)識別標(biāo)志，結(jié)合密井網(wǎng)資料確定單一河口壩規(guī)模，最后在沉積相平面圖識別出單一河口壩。研究可知，研究區(qū)單一河口壩寬約200～400 m，厚約8～12 m，寬厚比為20～80，河口壩厚度與寬厚比具有較好指數(shù)關(guān)系。

研究區(qū)河口壩由中心到邊部分別發(fā)育壩主體、壩內(nèi)緣、壩外緣沉積，物性逐漸變差，厚度減薄。單一河口壩模型主要考慮平面相變和垂向韻律性對剩余油分布的影響。概念模型I，J方向網(wǎng)格步長均為10 m，K方向步長為0.5 m，網(wǎng)格數(shù)總計(jì)398 240個(gè)(圖2)。

圖2 單一河口壩概念模型

2.3 河口壩內(nèi)部夾層

研究結(jié)果表明，切物源方向研究區(qū)夾層主要發(fā)育2種樣式:上拱型和側(cè)向迭積型(圖3)。上拱型夾層的形成是由于多期河道不斷向前“延伸”，發(fā)育于狹長形壩體內(nèi)部;側(cè)向迭積型夾層的形成是由于河道不斷側(cè)向遷移造成的，多見于較寬的壩體內(nèi)部。順物源方向夾層向湖盆方向傾斜。通過密井網(wǎng)區(qū)小井距分析，利用公式得到順物源方向夾層規(guī)模為200～600 m，傾角0.5°～1.4°;切物源方向夾層規(guī)模為200～350 m，傾角為0.6°～1.7°;研究區(qū)夾層厚度約0.5 m，夾層分布穩(wěn)定，連續(xù)性較好，能有效隔擋油水運(yùn)動(dòng)。

河口壩內(nèi)部級次概念模型分切物源和順物源。切物源方向主要考慮不同夾層樣式對剩余油分布的影響;順物源方向主要考慮不同夾層頻率對剩余油的影響，設(shè)計(jì)兩個(gè)方案夾層數(shù)分別為3和5，其余參數(shù)相同。切物源方向模型I，J方向網(wǎng)格步長均為10 m，K方向步長為0.5 m，網(wǎng)格數(shù)總計(jì)31 200個(gè)。順物源方向模型I，J方向網(wǎng)格步長均為10 m，K方向步長為0.5 m，網(wǎng)格數(shù)總計(jì)31 200個(gè)。

圖3 切物源、順物源夾層概念模型

3 油藏?cái)?shù)值模擬

在建立起各級次構(gòu)型單元概念模型的基礎(chǔ)上，依據(jù)方案進(jìn)行油藏?cái)?shù)值模擬。由于研究區(qū)為注水開發(fā)，油層中主要以油、水兩相形成流動(dòng)，模擬時(shí)選取兩相Eclipse黑油模型作為模擬器。

數(shù)值模擬參數(shù)均來自油田實(shí)際數(shù)據(jù)(表3)。油水井的最大注入采出能力是從現(xiàn)有井的資料中獲取的，概念模型中油井與水井的配產(chǎn)配注控制在該值范圍內(nèi)，同時(shí)開發(fā)過程注采平衡，保持壓力水平。所有模型均水驅(qū)至極限含水率(fw=98%)情況下，比較不同規(guī)模概念模型的剩余油分布，建立河口壩的剩余油分布模式。

表3 油藏?cái)?shù)值模擬相關(guān)參數(shù)

4 剩余油分布模式

4.1 剩余油分布控制因素

導(dǎo)致油藏非均質(zhì)驅(qū)油的兩大因素為油藏非均質(zhì)性和開采非均勻性。油藏非均質(zhì)性包括構(gòu)造、儲層和流體非均質(zhì)性。儲層非均質(zhì)性是控制剩余油分布最主要的地質(zhì)因素，儲層構(gòu)型類型、滲流屏障與滲流差異是剩余油分布的內(nèi)部控制因素，也是本文研究的控制因素。

開采非均勻性主要是層系組合、井網(wǎng)部署、射孔位置、注采對應(yīng)和注采強(qiáng)度導(dǎo)致的儲層開發(fā)狀況的非均質(zhì)性，是剩余油分布的外部控制因素［9］。

總之，剩余油形成的根本原因是油藏地質(zhì)因素和開發(fā)工程因素的非耦合性。

4.2 復(fù)合河口壩規(guī)模剩余油分布模式

研究區(qū)河口壩組合樣式包括不接觸、壩外緣接觸、壩內(nèi)緣接觸、壩主體接觸，不同的組合樣式控制的剩余油分布模式存在差異。

在現(xiàn)有井距下，當(dāng)壩體間有泥巖或壩緣隔擋時(shí)，由于壩緣物性較差(常發(fā)育干層)，壩主體或壩緣的注水井難以對壩緣形成有效驅(qū)替，導(dǎo)致相鄰河口壩采油井注采系統(tǒng)不完善，油層動(dòng)用程度低，剩余油富集;壩主體接觸時(shí)砂體連通性強(qiáng)，注采對應(yīng)，但注入水驅(qū)替范圍限于井間壩主體，壩體邊部以及壩緣易形成水動(dòng)力滯留區(qū)，剩余油富集(圖4)。同時(shí)由于重力作用在剖面上可以看到位于壩主體的采油井中上部剩余油含量較高。

圖4 河口壩不同接觸樣式剩余油分布模式

4.3 單一河口壩規(guī)模剩余油分布模式

對于單一河口壩而言，平面上由中心到邊部發(fā)育壩主體、壩內(nèi)緣、壩外緣3類沉積，其中壩主體物性明顯優(yōu)于壩內(nèi)外緣。垂向上河口壩呈反韻律，其滲透率極差與重力的的共同作用決定了垂向上剩余油的分布樣式。因此單一河口壩規(guī)模的剩余油主要表現(xiàn)方式為平面相變以及垂向韻律性。

4.3.1 平面相變導(dǎo)致剩余油富集

平面相變對剩余油分布起控制作用的實(shí)質(zhì)是儲層物性的平面變化。從數(shù)模結(jié)果來看，由于壩主體和壩緣的物性差異，壩主體注水時(shí)，注入水優(yōu)先波及壩主體，沿壩主體中心較厚部位突進(jìn)，導(dǎo)致P2采油井最早見效，然后才依次擴(kuò)展至壩內(nèi)緣的P4采油井和壩外緣的P3采油井。壩緣受效慢且波及面積小，因此壩緣處井間剩余油呈“半月形”富集(圖5)。

圖5 平面相變導(dǎo)致的剩余油分布

4.3.2 垂向韻律導(dǎo)致壩主體下部剩余油富集

河口壩物性呈反韻律，當(dāng)滲透率級差為10時(shí)，在重力和反韻律的共同控制下，注水早期易形成上部水竄，下部剩余油相對富集。后期由于重力作用注入水向下驅(qū)替，最終注采井間水驅(qū)均勻，含水率高(圖5)。

4.4 河口壩內(nèi)部夾層規(guī)模剩余油分布模式

河口壩內(nèi)部剩余油主要受層內(nèi)夾層控制，層內(nèi)夾層是點(diǎn)壩內(nèi)部剩余油形成與分布的主控因素。層內(nèi)夾層對油層油水滲流的影響程度大小取決于夾層頻率、夾層樣式。如前所述，切物源方向和順物源方向夾層樣式存在差異，因此分切物源和順物源論述。

4.4.1 切物源夾層控制的剩余油分布

夾層樣式不同，導(dǎo)致層內(nèi)油水滲流特征不同，從而形成不同的剩余油分布模式。

上拱型夾層壩體上部側(cè)向隔擋作用較弱，油水多順夾層側(cè)向流動(dòng)，且與井網(wǎng)耦合較好，因此剩余油往往由于重力作用富集在垂積體較高部位;而壩體底部砂體規(guī)模一般較小，在現(xiàn)有井網(wǎng)條件下易形成注采不對應(yīng)，形成幾乎未動(dòng)用的剩余油。

圖6 切物源、順物源夾層控制的剩余油分布

側(cè)向迭積型夾層壩體側(cè)向隔擋作用較強(qiáng)，對河口壩切割作用強(qiáng)，油水運(yùn)動(dòng)較上拱型更為復(fù)雜。剩余油往往富集在被夾層隔擋的，注采系統(tǒng)不完善的側(cè)積體內(nèi)部，形成基本未動(dòng)用的剩余油。在注采對應(yīng)的側(cè)積體內(nèi)部波及體積較大，剩余油含量較少(圖6)。

4.4.2 順物源夾層控制的剩余油分布

順物源方向上，剩余油往往富集在夾層控制的注采不對應(yīng)的前積體內(nèi)部，一般分布于前積體前端，三維空間內(nèi)呈半環(huán)帶狀，剩余油儲量大，挖潛價(jià)值較高。

相同井距下不同的夾層頻率導(dǎo)致的剩余油分布不同。行列式注水，注采比3:2，夾層數(shù)為3時(shí)，在300m井距以及根據(jù)公式得到的夾層規(guī)模條件下，注采關(guān)系完善，注采對應(yīng)良好，最終采收率為36.19%;夾層數(shù)為5時(shí)，注采井與夾層規(guī)模耦合程度較差，P1采油井與I2注水井注采不對應(yīng)，井間側(cè)積體基本未動(dòng)用，最終采收率為29.75%，遠(yuǎn)低于夾層數(shù)為3時(shí)的采收率(圖6)。

5 結(jié)論

(1)通過建立三角洲河口壩三維儲層構(gòu)型概念模型再現(xiàn)了河口壩內(nèi)部夾層分布特征，并通過對概念模型進(jìn)行油藏?cái)?shù)值模擬明確了河口壩3個(gè)不同級次的構(gòu)型單元對剩余油分布的控制作用。

(2)復(fù)合河口壩級次的剩余油受壩體間接觸關(guān)系的控制，主要分布在注采不完善易形成水動(dòng)力滯留區(qū)的壩體邊部。

(3)單一河口壩級次的剩余油一方面由于平面相變，導(dǎo)致不同微相物性存在差異，注入水沿壩主體驅(qū)替較快，剩余油多分布在物性差的壩緣;另一方面當(dāng)反韻律極差較大時(shí)，注入水沿壩體上部突進(jìn)較快，在壩體中下部易形成剩余油。

(4)河口壩內(nèi)部級次的剩余油分布主要受內(nèi)部夾層樣式、夾層頻率的控制，上拱型夾層主要起到減小砂體厚度、隔擋油水垂向運(yùn)動(dòng)的作用，與井網(wǎng)耦合較好;而側(cè)向迭積型夾層多起到減小砂體延伸范圍和阻礙流體側(cè)向運(yùn)移的作用，與井網(wǎng)耦合程度較上拱型差;夾層頻率越大，越易導(dǎo)致注采不連通，最終采收率下降。

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