柳 妮，唐群英，劉 靜，于景維，李欽昭，侯筱曉

(1.克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 克拉瑪依 834000；2.中國石油 青海油田分公司 勘探開發(fā)研究院，甘肅 敦煌 736206；3.新疆油田公司 實驗檢測研究院 節(jié)能監(jiān)測中心，新疆 克拉瑪依 834000；4.中國石油大學(xué)(北京) 克拉瑪依校區(qū)，新疆 克拉瑪依 834000)

2011年，準(zhǔn)噶爾盆地阜東斜坡區(qū)在中侏羅統(tǒng)頭屯河組中獲得可觀工業(yè)油氣流，為巖性油氣藏勘探領(lǐng)域的重大發(fā)現(xiàn)之一，內(nèi)含巨大勘探潛力[1-3]。前人已對該區(qū)頭屯河組沉積相、層序地層以及儲集層特征等進(jìn)行了大量研究[1-13]，取得較多成果。隨著該地區(qū)勘探開發(fā)工作的進(jìn)一步深入，注入劑的驅(qū)替效率逐漸減弱，如何進(jìn)一步挖掘殘余油、提高采收率是當(dāng)前面臨的重要問題[2]。

儲集層的微觀非均質(zhì)性是指微觀孔道類型與大小的不均一性所造成的流體流動的特征差異，這種差異對剩余油的形成和分布起著決定性作用[14-16]，同時也是影響油氣藏采收率的關(guān)鍵因素之一[17-18]。微觀非均質(zhì)性受控于沉積、構(gòu)造和成巖作用的綜合影響[9,11]。在基準(zhǔn)面旋回方面，前人往往關(guān)注基準(zhǔn)面旋回對儲集層宏觀非均質(zhì)性的影響[12]，對儲集層微觀非均質(zhì)性的影響探討幾乎沒有。在油田精細(xì)勘探開發(fā)趨勢下，長期時間尺度內(nèi)探討儲集層微觀非均質(zhì)性已不能滿足油田勘探開發(fā)需求，短時間尺度范圍內(nèi)研究儲集層微觀非均質(zhì)性對于生產(chǎn)有更重要的指導(dǎo)意義[1,5,13]。本文在前人研究基礎(chǔ)之上，探討微觀非均質(zhì)性及其與重點短期基準(zhǔn)面旋回的關(guān)系，不僅對研究區(qū)頭屯河組以及相關(guān)地區(qū)勘探有的放矢，還可對油藏精細(xì)開發(fā)研究提供指導(dǎo)。

1 研究區(qū)概況

阜東斜坡區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地中央坳陷帶內(nèi)，緊鄰盆地重要生烴凹陷——阜康凹陷東部[19-20]，呈現(xiàn)鼻狀凸起的構(gòu)造形態(tài)，是油氣聚集有利區(qū)(圖1)，區(qū)內(nèi)多發(fā)育巖性油氣藏[21-24]。研究區(qū)發(fā)育多套地層，最老為寒武系塔木崗組(-C1t)。中侏羅統(tǒng)頭屯河組(J2t)為區(qū)內(nèi)重點勘探層系，發(fā)育辮狀河三角洲沉積體系[1]，以三角洲前緣為主，儲集體為辮狀河三角洲前緣水下分流河道砂體[2]。頭屯河組自下而上分為頭一段(J2t1)、頭二段(J2t2)和頭三段(J2t3)，本次重點研究頭二段。前人通過頭屯河組3個段的粒度、滲透率、夾層、砂體的幾何形態(tài)的變化，認(rèn)為頭二段非均質(zhì)性最強[11]。

頭二段儲集層砂巖以細(xì)粒巖屑砂巖為主[7]，填隙物含量不高，巖石成分成熟度較低；顆粒分選性中等—好，結(jié)構(gòu)成熟度較高[8]。顆粒間以點接觸為主，結(jié)合自生礦物組合和演化、有機質(zhì)熱成熟度指標(biāo)等參數(shù)，認(rèn)為研究區(qū)頭屯河組砂巖成巖作用較弱，處于中成巖A期[7]。儲集層孔隙類型主要為原生粒間孔[3]，孔喉平均半徑較小，分選性一般，孔隙度為2.69%～28.88%，平均14.98%，滲透率為(0.01～790)×10-3μm2，平均26.08×10-3μm2，屬于典型的中孔、中—低滲孔隙型儲集層[7-8]。

2 儲集層微觀非均質(zhì)性

儲集層微觀非均質(zhì)性包括3個方面：孔喉非均質(zhì)性、顆粒非均質(zhì)性和填隙物非均質(zhì)性，后兩者是造成孔喉非均質(zhì)性的主要原因[14-16]。

2.1 孔喉非均質(zhì)性

孔喉大小是孔喉非均質(zhì)性中最明顯的參數(shù)[14-16]。由于孔喉半徑中值和毛細(xì)管中值壓力在反映孔喉大小方面是一致的[17]，因此利用最大孔喉半徑和孔喉半徑中值對孔喉大小進(jìn)行表征。對研究區(qū)頭二段208塊樣品進(jìn)行了壓汞法測試，頭二段儲集層的最大孔喉半徑平均為5.09 μm，0～5 μm的樣品占64%；孔喉中值半徑平均為0.69 μm，0～0.69 μm的樣品占70%，整體反映出孔喉大小的不均勻程度很強。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地構(gòu)造單元示意及阜東斜坡區(qū)位置

孔喉分選特征包括孔喉分選系數(shù)、偏度、峰態(tài)和均值系數(shù)，也反映孔喉非均質(zhì)性程度[14-16]。分選系數(shù)表示孔喉的均勻程度，頭二段樣品分選系數(shù)平均為2.35，反映出孔喉分選中等；偏態(tài)系數(shù)整體為負(fù)偏，且偏態(tài)的最大絕對值為3.4，反映出孔喉頻率分布曲線不對稱；峰態(tài)最大值為13.11，最小值為1.26，平均值為1.87，反映出孔喉分選的非均質(zhì)性較強；均值系數(shù)是表征孔喉非均質(zhì)性的主要參數(shù)之一[25]，均值系數(shù)最大值為0.41，最小值為0.07，平均為0.22，整體反映出孔喉的分選性很差。

孔喉的連通性也是孔喉非均質(zhì)性表征的重要參數(shù)，通過退汞效率、孔喉體積比、最小非飽和孔隙體積百分?jǐn)?shù)(簡稱孔隙體積百分?jǐn)?shù))和結(jié)構(gòu)均勻度來表示。頭二段樣品退汞效率最小為5.31%，最大為59.52%，平均為22.68%，可見采收率的高低差距非常大，反映孔喉連通較為復(fù)雜。孔喉體積比反映孔隙和喉道的配置關(guān)系[24]，比值越高，表示孔隙和喉道體積差距越大，頭二段孔喉體積比最大為17.84，最小為0.68，平均為4.94，反映孔喉的配置關(guān)系較為復(fù)雜?？紫扼w積百分?jǐn)?shù)表示巖石小孔隙所占體積[26]，數(shù)值越大，表示孔隙結(jié)構(gòu)越差。頭二段孔隙體積百分?jǐn)?shù)最小為1.15%，最大為87.89%，平均為28.46%，反映孔隙連通不均勻程度高。結(jié)構(gòu)均勻度是表征巖石孔隙結(jié)構(gòu)均勻、連通程度的參數(shù)[19]，數(shù)值越小反映巖石孔隙越均勻、連通程度越好。頭二段結(jié)構(gòu)均勻度最大值為16.14，最小值為1.2，平均為4.8，整體反映孔喉連通性十分復(fù)雜。

2.2 顆粒非均質(zhì)性

顆粒非均質(zhì)性是指顆粒大小、分選、形狀以及排列。顆粒大小差異越大，導(dǎo)致大顆粒間的孔隙容易被小顆粒充填，造成孔喉變小，驅(qū)替效果變差[26]。前人對研究區(qū)頭二段顆粒大小進(jìn)行過統(tǒng)計，顆粒大小不等，巖石類型包括礫巖、含礫砂巖、砂巖、粉砂巖和泥巖[3]；整體認(rèn)為顆粒大小分布在0.125～0.5 mm，主要以細(xì)砂巖和中砂巖為主[7]；壓汞實驗中分選系數(shù)平均為2.35，綜合評價整體分選中等。

顆粒的排列方向也是造成儲集層滲透率非均質(zhì)性的重要因素[17]，主要受到古水流方向的控制[14-16]。研究區(qū)頭二段沉積期古水流方向多樣，反映儲集層滲透率非均質(zhì)性較強[3]。

2.3 填隙物非均質(zhì)性

填隙物包括機械成因的雜基和化學(xué)沉淀的膠結(jié)物，其類型、含量、產(chǎn)狀以及分布對儲集層孔喉非均質(zhì)性有較大影響[2,27-28]。

通過對研究區(qū)頭二段200塊樣品的X-衍射分析，發(fā)現(xiàn)填隙物類型豐富，雜基主要為黏土礦物(1.12%)，包括蒙脫石(19.06%)、伊/蒙混層(48.02%)、伊利石(9.68%)、高嶺石(9.18%)和綠泥石(14.07%)[7]，其中伊/蒙混層和蒙脫石含量最多，反映成巖作用不高；膠結(jié)物包括方解石(2.24%)、鐵方解石(0.38%)、水云母(0.83%)和黃鐵礦(0.02%)[7]，以方解石和水云母為主。

利用大量掃描電鏡資料探索頭二段儲集層砂巖中填隙物的產(chǎn)狀，伊/蒙混層往往呈現(xiàn)不規(guī)則的彎曲片狀產(chǎn)出(圖2a)，容易遇水膨脹，造成孔喉不規(guī)則性，加大孔喉非均質(zhì)性；綠泥石沿孔隙周緣形成孔隙襯墊的形式出現(xiàn)(圖2b)，遇酸容易產(chǎn)生沉淀，在一定程度上有利于孔隙的保存，但對于喉道損害嚴(yán)重，增強驅(qū)替難度[29-32]；伊利石也會以襯墊的形式呈現(xiàn)于粒間(圖2c)，但有時呈不規(guī)則絲狀分布于碎屑顆粒表面，容易堵塞喉道，造成孔滲降低；高嶺石則以典型的書頁狀集合體充填于碎屑之間，進(jìn)一步減小孔喉體積，尤其分割細(xì)小孔喉空間，增強孔喉非均質(zhì)性(圖2d)，以上黏土礦物一部分來源于長石溶蝕(圖2e)。其他填隙物如方解石、硅質(zhì)以及黃鐵礦膠結(jié)物基本都充填于粒間和粒表(圖2f-h)，進(jìn)一步增強孔喉非均質(zhì)性。

分析黏土礦物在縱向及平面分布特征，有助于了解填隙物非均質(zhì)性。以阜東081井內(nèi)頭二段約4 m厚的油層為例，油層內(nèi)所出現(xiàn)的黏土礦物組合類型多數(shù)以伊/蒙混層為主，在2 658 m附近，伊/蒙混層含量突然大幅度降低，出現(xiàn)以蒙皂石為主的礦物組合(圖3a)。整體上，隨著深度的增加，黏土礦物的類型以及含量都發(fā)生變化，反映填隙物非均質(zhì)性較強。平面上頭二段黏土礦物分布按組合類型劃為3個區(qū)[3]，Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)分別為以伊/蒙混層、蒙脫石和綠泥石為主的黏土礦物組合類型(圖3b)。整體來看，黏土礦物的類型以及含量在平面上沒有規(guī)律，反映填隙物非均質(zhì)性較強[3]。

綜上所述，研究區(qū)頭二段儲集砂體孔喉非均質(zhì)性、顆粒非均質(zhì)性和填隙物非均質(zhì)性都較強，造成微觀非均質(zhì)性程度很強。

圖2 準(zhǔn)噶爾盆地阜東斜坡區(qū)頭屯河組二段儲集砂巖填隙物產(chǎn)狀

a.北74井，2 871.86 m，粒表不規(guī)則伊/蒙混層礦物；b.阜東081井，2 643.9 m，殘余粒間孔隙，粒間分布片狀綠泥石，見石英次生加大；c.阜東11井，2 943 m，伊利石襯墊式膠結(jié)粒間，粒間沸石、自生石英充填膠結(jié)，見殘余粒間孔隙；d.阜東6井，2 398.72 m，粒間充填的不規(guī)則狀高嶺石；e.阜東081井，2 614 m，長石黏土化；f.阜東051井，2 869.4 m，粒間見膠結(jié)物以方解石為主；膠結(jié)類型以鈣質(zhì)膠結(jié)為主，見殘余粒間孔隙；g.阜東11井，2 945 m，顆粒表面生長次生石英；h.北74井，2 906.02 m，黃鐵礦晶體

Fig.2 Occurrence of interstitial material concentration in reservoirs of second member of Toutunhe Formation in Fudong slope area, Junggar Basin

圖3 準(zhǔn)噶爾盆地阜東斜坡區(qū)頭屯河組二段儲集砂巖黏土礦物縱向(阜東081井)及平面分布

3 高分辨層序地層分析

前人對研究區(qū)頭屯河組高分辨層序地層進(jìn)行過詳細(xì)分析[2,6]，給出了旋回特征和旋回界面識別標(biāo)志(表1)。在識別旋回界面基礎(chǔ)上，對區(qū)內(nèi)連井剖面進(jìn)行旋回對比，將頭屯河組劃分為1個長期基準(zhǔn)面旋回(相當(dāng)于Vail的Ⅲ級旋回)，3個中期基準(zhǔn)面旋回(相當(dāng)于Vail的Ⅳ級旋回)和10個短期基準(zhǔn)面旋回(相當(dāng)于Vail的Ⅴ級旋回)[2](圖4)。

4 微觀非均質(zhì)性與短期基準(zhǔn)面旋回的關(guān)系

在中長期基準(zhǔn)面旋回內(nèi)研究微觀非均質(zhì)性，已不能滿足現(xiàn)階段油氣藏精細(xì)勘探開發(fā)的需要[13]，短期甚至超短期基準(zhǔn)面旋回內(nèi)對微觀非均質(zhì)性程度的強弱及變化進(jìn)行探討，可為后期油氣勘探開發(fā)重點的選取提供直接幫助[13]。研究區(qū)頭屯河組包含4個短期旋回，產(chǎn)油層多為SSC4和SSC7上升旋回內(nèi)砂體[1]?；鶞?zhǔn)面旋回具有不同類型的旋回結(jié)構(gòu)，受控于可容納空間大小與沉積物供給量之間的關(guān)系(A/S比值)[33-34]。根據(jù)研究區(qū)內(nèi)各個鉆井中頭二段的重點短期基準(zhǔn)面旋回結(jié)構(gòu)在平面上的分布(圖5)，SSC4發(fā)育向上變“深”的非對稱型和向上變“深”復(fù)變淺的對稱型旋回結(jié)構(gòu)類型；SSC7發(fā)育向上變“深”復(fù)變淺的對稱型旋回結(jié)構(gòu)類型。因此，討論SSC4和SSC7短期基準(zhǔn)面上升旋回內(nèi)微觀非均質(zhì)性的變化十分有意義。

表1 準(zhǔn)噶爾盆地阜東斜坡區(qū)頭屯河組高分辨率層序地層格架特征和識別標(biāo)志[2]

圖4 準(zhǔn)噶爾盆地阜東斜坡區(qū)阜東5井頭屯河組高分辨層序地層分析

圖5 準(zhǔn)噶爾盆地阜東斜坡區(qū)頭屯河組二段短期旋回結(jié)構(gòu)類型分布

4.1 SSC4短期基準(zhǔn)面上升旋回內(nèi)微觀非均質(zhì)性

4.1.1 向上變“深”的非對稱型

此類對稱型僅保存上升半旋回的記錄(圖5a)，由多個沖刷界面和厚層塊狀水道化砂體構(gòu)成，形成于A/S≤1的沉積條件下，單一水下分流河道砂體均為自旋回沉積作用的產(chǎn)物[33]。研究區(qū)基準(zhǔn)面上升旋回內(nèi)顆粒自下而上的非均質(zhì)性呈現(xiàn)多個正韻律式變化(參考分選系數(shù)變化)(圖6a)，其頻率與水動力的強弱有關(guān)。沉積物源的供給在基準(zhǔn)面上升早期過于充足，沉積物產(chǎn)生強烈充填作用，儲集砂體分選較差，較粗顆粒間孔隙較大，有利原生孔隙保存。隨著水動力的稍微降低，被可容空間截留沉積物的分選有變好的趨勢，細(xì)粒物質(zhì)含量增多，儲集物性隨著顆粒分選相對變好卻變差。在沖刷面附近，隨著水動力的突然增強，較粗顆粒分選變好、同時細(xì)粒物質(zhì)含量變少，物性相應(yīng)變好，沖刷面附近顆粒非均質(zhì)性對微觀非均質(zhì)性影響較大。單一水下分流河道砂體的填隙物非均質(zhì)性隨基準(zhǔn)面上升而逐漸變強，這是由于水動力逐漸減弱，泥質(zhì)含量逐漸增加。另外同一成巖期次內(nèi)不同類型黏土礦物組合的大量出現(xiàn)，反映研究區(qū)物源供給并不唯一[35-38]，認(rèn)為存在“動態(tài)物源”[2]，造成填隙物的非均質(zhì)性增強。同時，隨著基準(zhǔn)面的上升，水下分流河道砂體的孔喉分選性和連通性逐漸變差，反映孔喉非均質(zhì)性表現(xiàn)為向上逐漸增強的趨勢。

圖6 準(zhǔn)噶爾盆地阜東斜坡區(qū)頭屯河組SSC4和SSC7上升旋回儲集層微觀非均質(zhì)性模式

由上述分析可知，向上變“深”的非對稱型的上升半旋回，其儲集層的微觀非均質(zhì)性表現(xiàn)為向上逐漸增強的趨勢，顆粒非均質(zhì)性和填隙物(主要為雜基)非均質(zhì)性引起的孔喉非均質(zhì)性對儲集層微觀非均質(zhì)性影響較大。

4.1.2 向上變“深”復(fù)變淺的對稱型

此類型層序中保存有較完整的基準(zhǔn)面上升和下降半旋回沉積記錄(圖5a)，形成于A/S>1的沉積條件下。研究區(qū)該基準(zhǔn)面上升旋回內(nèi)顆粒自下而上的非均質(zhì)性呈現(xiàn)正反韻律式變化(參考分選系數(shù)變化)(圖6b)。較高的可容空間在基準(zhǔn)面上升初期被砂質(zhì)顆粒充填，顆粒非均質(zhì)性在單一河道砂體頂部和底部由于水動力減弱而變強，底部和頂部較細(xì)顆粒的堆積不利于原始孔隙的保存；在水動力較強時，較粗粒物質(zhì)開始沉積，顆粒分選相對要好，非均質(zhì)性較弱，物性逐漸變好。分選變化趨勢和物性變化趨勢一致，顆粒非均質(zhì)性對儲集層微觀非均質(zhì)性的影響很大。沉積水動力較強條件下，泥質(zhì)含量很低；水動力較弱條件下，孔隙間流體減少流動有利于碳酸鹽膠結(jié)，造成單一河道砂體填隙物的非均質(zhì)性受沉積水動力的影響呈現(xiàn)頂?shù)兹酢⒅虚g強的特點。水動力由弱到強再到弱條件下，單一河道砂體最大孔喉半徑呈現(xiàn)由小變大再變小的趨勢，通過均質(zhì)系數(shù)發(fā)現(xiàn)孔喉的分選特征隨基準(zhǔn)面的變化有由差變好再變差的規(guī)律，孔喉非均質(zhì)性總體表現(xiàn)出頂?shù)讖?、中間弱的分布特點。

由上述分析可知，向上變“深”復(fù)變淺的對稱型的上升半旋回，其儲集層的微觀非均質(zhì)性表現(xiàn)為頂?shù)讖姟⒅虚g弱的趨勢，顆粒非均質(zhì)性和填隙物(主要為膠結(jié)物)非均質(zhì)性引起的孔喉非均質(zhì)性對儲集層微觀非均質(zhì)性影響較大。

4.2 SSC7短期基準(zhǔn)面上升旋回內(nèi)微觀非均質(zhì)性

SSC7保存有較完整的基準(zhǔn)面上升和下降半旋回沉積記錄(圖5b)，形成于A/S>1的沉積條件下。該基準(zhǔn)面上升旋回內(nèi)顆粒自下而上的非均質(zhì)性呈現(xiàn)反韻律式變化(參考分選系數(shù)變化)(圖6c)。可容納空間的減小速率和沉積物供給速率基本一致，碎屑顆粒搬運距離較短，同時SSC7整體位于中期旋回的基準(zhǔn)面下降期，伴隨著可容空間減小，沉積強度逐漸增強，顆粒的分選逐漸變差，但粗粒物質(zhì)逐漸增加有利于儲集物性變好，顆粒非均質(zhì)性對儲集層微觀非均質(zhì)性的影響很大。由于水動力強度很大，造成填隙物非均質(zhì)性較弱，對儲集層微觀非均質(zhì)性的影響不大。隨著水動力強度的增加，單一河道砂體孔喉逐漸增大、分選逐漸變好，同時孔喉連通性逐漸增強，導(dǎo)致孔喉非均質(zhì)性出現(xiàn)逐漸減弱的趨勢。

由上述分析可知，SSC7的上升半旋回，儲集層的微觀非均質(zhì)性表現(xiàn)為逐漸減弱的趨勢，顆粒非均質(zhì)性引起的孔喉非均質(zhì)性對儲集層微觀非均質(zhì)性影響較大。

整體來看，由于距離物源較近，同時成巖作用較弱，短期基準(zhǔn)面內(nèi)A/S變化控制顆粒非均質(zhì)性，顆粒非均質(zhì)性引起的孔喉非均質(zhì)性對于儲集層微觀非均質(zhì)性的影響較大。在對SSC4上升旋回內(nèi)單一儲集砂體進(jìn)行開發(fā)時，根據(jù)其短期旋回結(jié)構(gòu)的不同，注意頂?shù)赘浇奈⒂^非均質(zhì)性變化。在對SSC7上升旋回內(nèi)單一儲集砂體進(jìn)行開發(fā)時，砂體頂部附近的微觀非均質(zhì)性較弱，儲集物性相對較好。同時在開發(fā)的過程中，應(yīng)當(dāng)注意黏土礦物類型所帶來的儲集層敏感性傷害，主要為水敏和酸敏[23-24]。

5 結(jié)論

(1)通過對準(zhǔn)東阜東斜坡區(qū)頭屯河組二段儲集砂體內(nèi)孔喉非均質(zhì)性、顆粒非均質(zhì)性和填隙物非均質(zhì)性的研究，揭示出頭二段儲集層具有很強的微觀非均質(zhì)性。

(2)在高分辨層序地層格架內(nèi)，發(fā)現(xiàn)重點旋回SSC4和SSC7中儲集砂體儲集層微觀非均質(zhì)性的強弱與短期基準(zhǔn)面的A/S變化改變有很大關(guān)系。SSC4不同旋回結(jié)構(gòu)的上升旋回內(nèi)單一儲集砂體微觀非均質(zhì)性不同。SSC7上升旋回內(nèi)單一儲集砂體頂部附近的微觀非均質(zhì)性較弱，便于開發(fā)，在開發(fā)的過程中應(yīng)當(dāng)注意水敏和酸敏傷害。