趙 珺 劉海富 王 芮 李玲玲 胡小龍 侯萬濱

(①中國石油大港油田公司第六采油廠； ②中國石油大港油田公司勘探開發(fā)研究院；③中國石油渤海鉆探工程有限公司第一錄井公司；④中國石油大港油田公司檢測監(jiān)督評(píng)價(jià)中心(HSE監(jiān)督評(píng)價(jià)總站))

0 引 言

羊三木油田位于河北省黃驊市羊三木回族自治鄉(xiāng)境內(nèi)，目前已經(jīng)進(jìn)入勘探開發(fā)后期，含水率已達(dá)96%以上，剩余油挖潛已成為該油田當(dāng)前主要工作任務(wù)。為了深入研究羊三木油田油水運(yùn)移及剩余油分布規(guī)律，需要開展油藏?cái)?shù)值模擬并建立精確的地質(zhì)模型，進(jìn)而需要對(duì)羊三木油田開展儲(chǔ)集層非均質(zhì)性研究。儲(chǔ)集層非均質(zhì)性是儲(chǔ)集層的基本性質(zhì)，即儲(chǔ)集層巖性、物性、電性、含油性以及微觀孔隙結(jié)構(gòu)等特征在三維空間上分布的不均一性[1]，研究儲(chǔ)集層非均質(zhì)性實(shí)際上就是研究儲(chǔ)集層的各向異性。

前人已完成了該油田相帶和單砂體展布規(guī)律研究[2]，在此基礎(chǔ)上，利用館Ⅱ油層組9口取心井的巖心分析資料，結(jié)合測井多井解釋評(píng)價(jià)求取的儲(chǔ)集層參數(shù)來進(jìn)行層內(nèi)、層間及平面非均質(zhì)性研究。本次研究數(shù)據(jù)量充足，并且具有平面延拓性，為研究儲(chǔ)集層非均質(zhì)性提供了可借鑒的技術(shù)方法，因而對(duì)于羊三木油田油水運(yùn)動(dòng)規(guī)律、剩余油分布研究具有重要意義。

1 層內(nèi)非均質(zhì)性特征

層內(nèi)非均質(zhì)性是指一套沉積層系內(nèi)砂層的粒度、層理等非均質(zhì)性，包括層內(nèi)垂向上滲透率的差異程度、高滲透率段所處的位置、層內(nèi)粒度韻律、滲透率韻律以及層內(nèi)不連續(xù)泥質(zhì)薄夾層的分布。

1.1 粒度非均質(zhì)性特征

儲(chǔ)集層巖石顆粒的大小和顆粒分選性是影響儲(chǔ)集層性質(zhì)的重要參數(shù)，儲(chǔ)集層滲透率與顆粒大小呈正相關(guān)，與顆粒分選性呈負(fù)相關(guān)。根據(jù)巖心觀察和測井曲線分析，羊三木油田館陶組儲(chǔ)集層按粒度大小可劃分出四種沉積韻律:細(xì)巖性正韻律、粗巖性正韻律、復(fù)合韻律、塊狀韻律。

1.1.1 細(xì)巖性正韻律

巖性自上而下依次為泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)細(xì)砂巖或粉砂質(zhì)細(xì)砂巖；層理構(gòu)造包括水平層理、波狀層理、小型交錯(cuò)層理。有效儲(chǔ)集層為具有波狀層理和小型交錯(cuò)層理的泥質(zhì)細(xì)砂巖和粉砂質(zhì)細(xì)砂巖。該韻律滲透率為10～80 mD，滲透率變異系數(shù)為0.5～0.6，級(jí)差為10～20，突進(jìn)系數(shù)為4～6，縱向上滲透率下大上小，高滲透率位于韻律層底部。細(xì)巖性正韻律在測井曲線上表現(xiàn)為自然電位曲線呈鐘形，微電阻率值較低，上部比下部的電阻率低(圖1a)。

1.1.2 粗巖性正韻律

巖性自上而下依次為細(xì)巖性正韻律的巖性組合和具有大型槽狀交錯(cuò)層理的細(xì)-中砂巖及以泥礫巖為主的砂礫巖。滲透率分布有明顯的兩段性，上段滲透率較低，一般小于100 mD，下段滲透率較高，一般為1 000～2 000 mD，上下段厚度均等，但平均滲透率相差為10～20倍。上段的滲透率非均質(zhì)性參數(shù)基本等同于細(xì)巖性正韻律層，下段的滲透率變異系數(shù)為0.25～0.50，級(jí)差為2～4，突進(jìn)系數(shù)為1.5，受泥礫和層理規(guī)模的影響，下段的滲透率高值段往往位于頂部，平均滲透率為2 000 mD。該韻律在測井曲線上表現(xiàn)為自然電位曲線呈箱狀，微電阻率值較高，夾層特征明顯(圖1b)。

1.1.3 復(fù)合韻律

新鮮水果和蔬菜容易受到病原微生物和腐敗微生物的污染，無論從收獲前階段開始還是后處理階段。科學(xué)家對(duì)農(nóng)業(yè)商品的臭氧應(yīng)用進(jìn)行了探索，發(fā)現(xiàn)它比其它消毒劑（例如氯）提供更多的消毒能力，并且能夠去除大量的污染物，包括耐氯處理的微生物。

巖性主要為細(xì)-粗砂巖、粉砂巖、以薄夾層形式出現(xiàn)的鈣質(zhì)砂巖和泥巖；層理類型以小-大型槽狀和板狀交錯(cuò)層理為主。該韻律的主要特點(diǎn)是夾層多，特別是鈣質(zhì)夾層較多，滲透率分布沒有明顯的韻律性，滲透率變異系數(shù)為0.5～0.6，級(jí)差為6～10，突進(jìn)系數(shù)為2～4，平均滲透率為1 200 mD。該韻律在測井曲線上表現(xiàn)為自然電位曲線呈波狀，總體形態(tài)近似箱狀，微電阻率值差異不大，夾層特征明顯(圖1c)。

1.1.4 塊狀韻律

巖性為中粗砂巖，層理類型以大型槽狀和板狀交錯(cuò)層理為主，具有巖性均勻、滲透性好的特點(diǎn)。滲透率變異系數(shù)為0.40～0.55，級(jí)差為4～7，突進(jìn)系數(shù)為3左右，平均滲透率為1 600 mD，受層理類型變化和含礫的影響，在韻律層中下部滲透率值往往較低。該韻律層在測井曲線上表現(xiàn)為自然電位曲線呈箱狀，微電阻率值較高，中部的微電阻率值較上下部略低(圖1d)。

1.2 層理構(gòu)造非均質(zhì)性特征

受沉積環(huán)境和水流條件的控制，砂體內(nèi)會(huì)形成不同的層理構(gòu)造，大慶油田對(duì)不同層理的砂巖儲(chǔ)集層進(jìn)行過注水模擬實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)層理構(gòu)造會(huì)影響油水運(yùn)動(dòng)，不同的層理類型其滲透率和最終采收率差異也較大[3]。通過取心井巖心觀察描述，羊三木油田館Ⅱ上儲(chǔ)集層具有以下幾種層理構(gòu)造。

圖1 沉積韻律地質(zhì)模型描述圖

(1)具底礫(底床侵蝕)序列，發(fā)育中型交錯(cuò)層理，以泥礫巖為主，分選差，磨圓較好，這種砂體的滲透性和含油性下部均好于上部。

(2)小型韻律層，粒度上表現(xiàn)為下粗上細(xì)，下部為中細(xì)砂巖，向上過渡為粉砂巖，為泛濫平原與河道交替出現(xiàn)的產(chǎn)物，滲透性和含油性下部好、上部差。

(4)紋層或波狀層理砂巖體，該類砂巖體在本區(qū)廣泛發(fā)育，是河成單元重要組成部分之一。巖相研究表明，由于河流季節(jié)性流量或流速的變化，在縱向上形成可用肉眼辨識(shí)的毫米級(jí)紋層或波狀層理，紋層主要由粉砂質(zhì)和泥質(zhì)含量差異造成。實(shí)驗(yàn)顯示薄的泥質(zhì)紋層是影響滲透率大小、方向的主要因素，尤其對(duì)垂向滲透率有嚴(yán)格的限制作用。

(5)不規(guī)則狀砂巖體，主要特征為在一些粉砂巖或泥質(zhì)粉砂巖巖心標(biāo)本上發(fā)育由中細(xì)砂巖形成的“小型透鏡體”“砂巖團(tuán)塊”或“脈狀砂帶”。這些不規(guī)則狀砂塊形成的原因主要有生物擾動(dòng)、局部崩塌、流量突變、成巖作用和地下水流作用。巖心觀察可清楚地辨別出不規(guī)則狀砂巖的含油性明顯好于其圍巖，反映出砂巖標(biāo)本中由于巖性的變化存在較大的非均質(zhì)特征，這種非均質(zhì)性表現(xiàn)在巖體巖性、粒度、分選性上出現(xiàn)明顯差異。

1.3 不同微相儲(chǔ)集層非均質(zhì)性特征

羊三木油田館Ⅱ油層組為辮狀河沉積，不同微相由于成因不同，非均質(zhì)性差別較大。主河道砂體砂層厚度大，一般厚達(dá)6～10 m，層內(nèi)由2個(gè)以上的正韻律組成，粒度向上變細(xì)，頂部以粉砂為主，物性差，底部為河道滯留沉積，其粒徑較細(xì)，變異系數(shù)為0.69，突進(jìn)系數(shù)為3.19；分支河道砂體砂層厚度薄，一般為4～6 m，層內(nèi)由1～2個(gè)正韻律組成，變異系數(shù)為0.56，突進(jìn)系數(shù)為2.05；心灘砂體厚度最大，一般大于10 m，粒度粗，垂向復(fù)合韻律，層內(nèi)一般由3個(gè)以上的正韻律組成，變異系數(shù)為0.8，突進(jìn)系數(shù)為3.36；河道間沉積為砂泥巖互層沉積，非均質(zhì)性強(qiáng)且物性差，變異系數(shù)為0.6，突進(jìn)系數(shù)為2.59。通過不同微相非均質(zhì)性參數(shù)(表1)分析認(rèn)為，館Ⅱ上油層組各種成因砂體層內(nèi)非均質(zhì)性不同，心灘沉積非均質(zhì)性最強(qiáng)，分支河道沉積均質(zhì)程度最高。

表1 不同微相非均質(zhì)性參數(shù)統(tǒng)計(jì)

2 層間非均質(zhì)性特征

層間非均質(zhì)性是指某一單元內(nèi)各層段之間垂向差異性。羊三木油田館Ⅱ上油層組單砂體非均質(zhì)性參數(shù)主要以取心井化驗(yàn)資料及測井多井評(píng)價(jià)求取的滲透率參數(shù)為基礎(chǔ)，用滲透率變異系數(shù)、突進(jìn)系數(shù)、級(jí)差來定量描述層間非均質(zhì)性特征。

從館Ⅱ上油層組單砂體滲透率非均質(zhì)性參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果看(表2)，各單砂體孔隙度差別不大，其中館Ⅱ上2砂體孔隙度相對(duì)較高，平均為33.8%，館Ⅱ上4砂體孔隙度最小，平均為28.9%，層間非均質(zhì)性相對(duì)較弱。相對(duì)于孔隙度而言，滲透率差別較大，館Ⅱ上2砂體滲透率最大，平均達(dá)1 700.5 mD，館Ⅱ上4砂體滲透率最小，平均為341.8 mD?？傮w來說，縱向上館Ⅱ上油層組自上而下單砂體物性呈由好變差的趨勢。按照儲(chǔ)集層非均質(zhì)性綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，館Ⅱ上油層組為強(qiáng)非均質(zhì)性儲(chǔ)集層，館Ⅱ上4砂體非均質(zhì)性最強(qiáng)，館Ⅱ上1砂體非均質(zhì)性最弱。

表2 羊三木油田館Ⅱ上油層組單砂體滲透率非均質(zhì)性參數(shù)

3 平面非均質(zhì)性特征

平面非均質(zhì)性是指單砂體在平面上的分布、砂體形態(tài)及連通性。平面上油層分布的非均質(zhì)性特征常用砂巖鉆遇率、連通系數(shù)、油層有效厚度系數(shù)和油層分布系數(shù)來定量描述[4]。

羊三木油田館Ⅱ上油層組單砂體砂巖鉆遇率較高，為53.7%～99.3%，鉆遇率最高的是館Ⅱ上4砂體，鉆遇率最低的是館Ⅱ上2砂體；砂巖連通程度最高的是館Ⅱ上31和館Ⅱ上32砂體，連通程度最差的是館Ⅱ上2砂體和館Ⅱ上1砂體；館Ⅱ上油層組整體含油性較好，油層有效厚度系數(shù)為0.105～0.847，含油性最好的是館Ⅱ上31砂體，其次是館Ⅱ上32砂體，含油性最差的是館Ⅱ上1砂體；油層分布范圍廣，油層分布系數(shù)為0.29～0.98，油層分布面積最大的是館Ⅱ上31和館Ⅱ上32砂體，分布面積最小的是館Ⅱ上1砂體。

4 儲(chǔ)集層非均質(zhì)性控制因素分析

儲(chǔ)集層非均質(zhì)性一方面表現(xiàn)為宏觀非均質(zhì)性的復(fù)雜性，另一方面顯示出微觀非均質(zhì)特征的多樣性，儲(chǔ)集層宏觀非均質(zhì)性受微觀非均質(zhì)控制[5]。根據(jù)對(duì)羊三木油田三斷塊館Ⅱ上油層組巖心薄片觀察、X射線衍射及電鏡分析，認(rèn)為儲(chǔ)集層微觀非均質(zhì)性控制因素主要有三方面：儲(chǔ)集層結(jié)構(gòu)模態(tài)、成巖作用和黏土礦物。

4.1 儲(chǔ)集層結(jié)構(gòu)模態(tài)

巖心資料統(tǒng)計(jì)表明，羊三木油田館Ⅱ上油層組儲(chǔ)集層由含油砂巖、泥巖和低滲的致密層組成，大多數(shù)砂巖為長石質(zhì)巖屑砂巖，砂巖中顆粒成分有石英、巖屑、長石等，石英顆粒呈棱角狀到次圓狀，粒級(jí)為粉砂-粗砂，多數(shù)為中砂到極細(xì)粒級(jí)(表3)。

Clarke在研究濱岸相沉積儲(chǔ)集層時(shí)提出了砂礫巖雙模態(tài)結(jié)構(gòu)[6]，之后劉敬奎研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于分選差、粒度粗、粒度分布范圍大的砂礫巖儲(chǔ)集層，其孔隙結(jié)構(gòu)具有復(fù)模態(tài)特征[7]。根據(jù)粒級(jí)和顆粒相對(duì)含量，將館Ⅱ上儲(chǔ)集層結(jié)構(gòu)分為以下四種結(jié)構(gòu)模態(tài)。

表3 羊三木油田館Ⅱ上油層組巖石粒度分析統(tǒng)計(jì)

(1)單模態(tài)結(jié)構(gòu)：由等粒級(jí)顆粒堆積而成的孔隙結(jié)構(gòu)稱為單模態(tài)孔隙結(jié)構(gòu)[8]。以細(xì)砂結(jié)構(gòu)居多，顆粒分選好，粒度中值0.137～0.207 mm，平均0.163 mm，基質(zhì)成分為泥質(zhì)，含量2%～14%，一般為5%～8%，膠結(jié)類型以接觸式為主，其次為孔隙式，此模態(tài)類型粒間孔隙發(fā)育，粒間裂縫次之?？紫杜湮粩?shù)較高，一般為3～4。此類結(jié)構(gòu)模態(tài)孔隙空間分布較為均勻，滲透連通性好(圖2a)。

(2)雙模態(tài)結(jié)構(gòu)：在一級(jí)顆粒之間有二級(jí)顆粒存在的孔隙結(jié)構(gòu)稱為雙模態(tài)孔隙結(jié)構(gòu)[8]。該模態(tài)常見于本區(qū)細(xì)砂巖，由細(xì)砂形成骨架，泥質(zhì)充填其中，充填泥質(zhì)成分越多孔滲性越差(圖2b)。

(3)雙模態(tài)懸浮式結(jié)構(gòu)：在雙模態(tài)結(jié)構(gòu)中，如含少量礫石，并且礫石呈懸浮狀分布于砂(泥)之中，不能單獨(dú)構(gòu)成支撐骨架，形成了一種特殊的雙模態(tài)，稱之為雙模態(tài)懸浮式結(jié)構(gòu)。經(jīng)薄片分析，此模態(tài)結(jié)構(gòu)有復(fù)雜的孔隙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而貧基質(zhì)的巖石，粒間孔隙較發(fā)育，且孔隙連通性也較好(圖2c)。

(4)三模態(tài)結(jié)構(gòu)：有三種級(jí)別的顆粒共存的孔隙結(jié)構(gòu)稱為三模態(tài)孔隙結(jié)構(gòu)[8]。本區(qū)常見由泥、細(xì)砂以及部分粉砂組分組成的巖石，粉砂與細(xì)砂形成骨架而泥質(zhì)充填于其中，由于粒徑大小不均一，此模態(tài)結(jié)構(gòu)較緊密，孔隙度相對(duì)低，一般為26%～30%，滲透率較差，非均質(zhì)性主要表現(xiàn)為滲透率級(jí)差較大。該儲(chǔ)集層類型多發(fā)育于多泥質(zhì)的漫灘區(qū)(圖2d)。

圖2 孔隙結(jié)構(gòu)模態(tài)

4.2 成巖作用的影響

受成巖作用影響，該區(qū)儲(chǔ)集層發(fā)育多種孔隙類型，孔隙成因組成結(jié)構(gòu)更趨于復(fù)雜化(表4)。成巖作用對(duì)儲(chǔ)集層的影響，實(shí)際上是次生孔隙形成和再分配的過程。不均勻的膠結(jié)和選擇性溶解，溶解物質(zhì)的遷移、沉淀導(dǎo)致砂巖儲(chǔ)集體局部形成孔隙發(fā)育區(qū)，成為良好的儲(chǔ)集層，而在局部再沉淀的地方可能導(dǎo)致孔隙的急劇減少，甚至形成致密層。這些作用促使儲(chǔ)集層微觀上產(chǎn)生極強(qiáng)的非均質(zhì)性特征。

4.3 黏土礦物的影響

羊三木油田館Ⅱ上儲(chǔ)集層的主要黏土礦物有蒙脫石、伊利石、高嶺石、綠泥石，黏土礦物的含量以伊蒙混合成分居多，其次是伊利石、高嶺石。黏土礦物存在的方式主要有分散狀(主要為高嶺石和綠泥石)、薄層狀(主要為伊利石)、搭橋式、填塞式。分散狀分布的黏土礦物對(duì)儲(chǔ)集層影響不大，而呈薄層狀、搭橋式、填塞式分布的黏土礦物顯著降低了儲(chǔ)集層的滲透性。

表4 孔隙成因分類

5 結(jié) 論

在相帶和單砂體展布研究的基礎(chǔ)上，利用取心井的巖心分析資料，結(jié)合測井多井解釋評(píng)價(jià)求取的儲(chǔ)集層參數(shù)，對(duì)羊三木油田館Ⅱ上油層組儲(chǔ)集層層內(nèi)、層間及平面非均質(zhì)性進(jìn)行研究，并對(duì)儲(chǔ)集層微觀非均質(zhì)性控制因素進(jìn)行分析，得出如下結(jié)論。

(1) 羊三木油田館Ⅱ上油層組為辮狀河沉積，主要發(fā)育主河道、分支河道、心灘、河道間、河漫灘、泛濫平原沉積微相，不同微相由于成因不同，非均質(zhì)性差別較大，非均質(zhì)性最強(qiáng)的是心灘沉積，均質(zhì)程度最高的是分支河道沉積。

(2)羊三木油田館Ⅱ上油層組為強(qiáng)非均質(zhì)性儲(chǔ)集層，其中館Ⅱ上4砂體非均質(zhì)性最強(qiáng)，館Ⅱ上1砂體非均質(zhì)性最弱，館Ⅱ上油層組自上而下單砂體物性呈由好變差的趨勢。

(3)四種儲(chǔ)集層結(jié)構(gòu)模態(tài)當(dāng)中單模態(tài)儲(chǔ)集層結(jié)構(gòu)孔滲性最好，雙模態(tài)次之，三模態(tài)儲(chǔ)集層孔滲性最差。

(4)成巖作用對(duì)儲(chǔ)集層的影響實(shí)際上是次生孔隙形成和孔隙再分配的過程，受成巖作用的影響，該區(qū)儲(chǔ)集層發(fā)育多種孔隙類型，孔隙成因組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。

(5)黏土礦物對(duì)儲(chǔ)集層物性具有較大影響，主要表現(xiàn)為分散狀分布的黏土礦物對(duì)儲(chǔ)集層影響不大，而薄層狀、搭橋式、填塞式分布的黏土礦物顯著降低了儲(chǔ)集層的滲透性。