嚴(yán) 敏

（西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710065；西安石油大學(xué)陜西省油氣成藏地質(zhì)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710065）

國(guó)內(nèi)關(guān)于儲(chǔ)層非均質(zhì)性的研究開(kāi)始于20世紀(jì)80年代。2017年，裘亦楠發(fā)表的《油氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)技術(shù)》一文中，根據(jù)非均質(zhì)性的規(guī)模和開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的實(shí)際，將碎屑巖儲(chǔ)層的非均質(zhì)性分為4類(lèi)：層間、平面、層內(nèi)與微觀非均質(zhì)性。早期對(duì)成藏有關(guān)的儲(chǔ)層非均質(zhì)性研究停留在對(duì)沉積相帶、構(gòu)造作用和成巖作用所導(dǎo)致的孔滲和孔隙結(jié)構(gòu)變化等較為宏觀和定性的描述上。例如，鄂爾多斯盆地西部延長(zhǎng)組下組合油氣充注受當(dāng)?shù)爻蓭r作用的和沉積構(gòu)界面的控制，原油沿著儲(chǔ)層中的優(yōu)勢(shì)通道聚集成藏［1］。庫(kù)車(chē)前陸盆地致密氣成藏受到裂縫發(fā)育的影響，裂縫的發(fā)育一方面優(yōu)化了儲(chǔ)層物性，另一方面減少了儲(chǔ)層的排替壓力［2］。

隨著大部分油田已經(jīng)進(jìn)入開(kāi)發(fā)階段，儲(chǔ)層非均質(zhì)性研究的深度必須達(dá)到解決油藏精準(zhǔn)描述、油藏流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律等問(wèn)題。為了提高研究精度，研究層面必須向定量與微納米級(jí)別進(jìn)行轉(zhuǎn)變［3-7］。本文通過(guò)大量調(diào)研，力圖從儲(chǔ)層非均質(zhì)性的微觀層面對(duì)致密油運(yùn)移成藏的影響進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析，進(jìn)而解決油田在開(kāi)發(fā)階段的生產(chǎn)問(wèn)題。

1 儲(chǔ)層微觀非均質(zhì)性在油氣運(yùn)移聚集研究中的進(jìn)展

1.1 儲(chǔ)層微觀非均質(zhì)性的研究?jī)?nèi)容

對(duì)于碎屑巖儲(chǔ)層而言，與微納米級(jí)別的孔隙結(jié)構(gòu)和孔隙網(wǎng)絡(luò)發(fā)育特征的研究是極為重要的。例如，孔隙類(lèi)型、孔喉發(fā)育尺度、孔喉連通性，裂縫發(fā)育程度等。除此之外，對(duì)儲(chǔ)層的微觀非均質(zhì)性的研究還包括：研究受沉積和成巖作用控制的礦物類(lèi)型與分布的非均質(zhì)性；研究受物源、孔隙非均質(zhì)性影響所導(dǎo)致的力學(xué)性質(zhì)、滲透性等物性方面的非均質(zhì)性［8］。換角度而言，儲(chǔ)層微觀非均質(zhì)性研究的核心就體現(xiàn)在儲(chǔ)集和運(yùn)移兩個(gè)方面上。展開(kāi)來(lái)說(shuō)，當(dāng)親油礦物含量較多、孔隙開(kāi)放程度高、孔徑分布于孔隙比表面積分布的比例適當(dāng)，會(huì)使儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能會(huì)相對(duì)優(yōu)質(zhì)。當(dāng)孔隙具有良好的連通性與有效性、層理縫或裂縫的延展性與開(kāi)啟性較好，則更利于流體的運(yùn)移［4，9-11］。

1.2 儲(chǔ)層微觀非均質(zhì)性研究進(jìn)展

之前就儲(chǔ)層微觀非均質(zhì)性對(duì)于油氣成藏的研究較少，缺乏微納米級(jí)孔喉分布網(wǎng)絡(luò)對(duì)油氣運(yùn)移與聚集、滲流特征等特征影響的研究。近些年來(lái)，因?yàn)橄嚓P(guān)微觀測(cè)試分析手段的更新，使其研究進(jìn)展如下：

1）基于儲(chǔ)層微觀特征研究手段的提升，使儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)的研究更為細(xì)致。CT技術(shù)、壓汞技術(shù)、核磁共振等技術(shù)的相結(jié)合達(dá)到對(duì)孔隙定性定量的描述與表征，加上實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的流量、壓力等的監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)巖心內(nèi)流體沿非均質(zhì)性孔隙的分布和流動(dòng)特征的定性與定量描述，精細(xì)實(shí)時(shí)刻畫(huà)儲(chǔ)層微觀層面流體運(yùn)移特征［12］。

2）隨著數(shù)字巖心技術(shù)與虛擬數(shù)字化模型的發(fā)展，提高了油藏精細(xì)描述的精度，同樣也是儲(chǔ)層微觀滲流路徑的研究向著更準(zhǔn)確高效、三維可視化的方向進(jìn)步，提高致密油采收率。但是孔隙尺度模擬重建的相關(guān)方法（MD法、LBM法、CFD法等）的使用在國(guó)內(nèi)并沒(méi)有普遍使用［13-15］。

1.3 非均質(zhì)儲(chǔ)層內(nèi)油氣運(yùn)移與聚集的特征

油氣從烴源巖內(nèi)排出，然后進(jìn)入致密儲(chǔ)層中的運(yùn)移主要以垂向運(yùn)移為主，側(cè)向運(yùn)移為輔，復(fù)雜的微納米級(jí)孔徑網(wǎng)絡(luò)增加了毛細(xì)管力對(duì)于油氣運(yùn)移浮力的束縛，從而使致密油主要沿著優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道運(yùn)移。致密油一般變現(xiàn)為近源聚集，同樣是受到微納米級(jí)的孔喉所導(dǎo)致的運(yùn)移和聚集所需的動(dòng)力受毛管壓力所限［5，7，16］。

1.3.1 油氣運(yùn)移特征

以下是采用侵入逾滲理論為模型的在非均質(zhì)儲(chǔ)層內(nèi)的油氣運(yùn)移模型［3，17］：

1）儲(chǔ)層宏觀上均質(zhì)，微觀上表現(xiàn)為非均質(zhì)。油氣進(jìn)入儲(chǔ)層后在浮力的作用下發(fā)生垂向運(yùn)移（以向上為例），遇到蓋層后，發(fā)生短距離的側(cè)向運(yùn)移，并在適當(dāng)?shù)奈恢贸刹亍Ｓ捎趦?chǔ)層內(nèi)的孔隙形態(tài)、連通性、物性等的非均質(zhì)性，使垂向運(yùn)移路徑受影響明顯，如圖1（a）所示。

2）儲(chǔ)層宏觀上非均質(zhì)（在儲(chǔ)層中隔夾層發(fā)育），微觀上同樣表現(xiàn)為非均質(zhì)。在油氣發(fā)生垂直運(yùn)移的過(guò)程中會(huì)被層內(nèi)的結(jié)構(gòu)面限制，并可能在隔夾層處發(fā)生聚集，當(dāng)?shù)竭_(dá)隔夾層的溢出點(diǎn)時(shí)，油氣便沿著運(yùn)移通道到下一個(gè)隔夾層處。同樣受儲(chǔ)層內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性的影響，油氣的運(yùn)移路徑變得更為復(fù)雜，如圖1（b）所示。

圖1 非均質(zhì)儲(chǔ)層內(nèi)致密油運(yùn)移路徑模擬

1.3.2 油氣聚集特征

在微觀非均質(zhì)性明顯的致密儲(chǔ)層中，復(fù)雜的微納米級(jí)孔喉網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)致了較大的毛細(xì)管力，使一部分致密油在在遇到非均質(zhì)的隔夾層處發(fā)生近源聚集，當(dāng)隔夾層內(nèi)有封閉住流體使流體沿著隔夾層網(wǎng)絡(luò)的缺口或者是沿著開(kāi)啟的微裂縫，進(jìn)入更上（下）一層的儲(chǔ)集空間從而聚集成藏［18-20］。隨著以上測(cè)試分析手段的進(jìn)步，有些地區(qū)發(fā)現(xiàn)致密油在微觀非均質(zhì)儲(chǔ)層的流動(dòng)基質(zhì)呈“毛細(xì)管指進(jìn)”［20-21］，隨著壓力的增加致密油的運(yùn)移呈“跳躍式”。孤立的致密油隨著壓力驅(qū)替沿著優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道，發(fā)生“跳躍”，在孔隙中央呈孤立分布，當(dāng)聚集充滿這個(gè)孔隙時(shí)，隨著壓力增大又一次發(fā)生“跳躍”運(yùn)移。如此循環(huán)，致密油滴聚集成藏（圖2）。

圖2 非均質(zhì)孔隙中致密油運(yùn)移與聚集示意圖

2 研究存在的問(wèn)題

1）不再受測(cè)試技術(shù)和設(shè)備的限制與實(shí)驗(yàn)介質(zhì)的不透明性的影響。流體在微觀孔隙的流動(dòng)、分布狀態(tài)和油-水界面的相互作用都得以到直觀的觀察，CT技術(shù)的出現(xiàn)使流體在非均質(zhì)孔隙中滲流過(guò)程得以進(jìn)行實(shí)時(shí)三維展現(xiàn)，使微觀滲流物理模型試驗(yàn)，解決了特征二維滲流特征與三維空間上的滲流特征存在不同的問(wèn)題。但是，成本高昂，為了高效、低成本的對(duì)微觀非均質(zhì)性滲流的研究，需大力升級(jí)設(shè)備，開(kāi)展多技術(shù)聯(lián)合測(cè)試手段。對(duì)于在此微納米孔隙結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上的油氣運(yùn)移動(dòng)力的研究有所缺乏。2）在微觀非均質(zhì)性儲(chǔ)層中對(duì)于致密油聚集形式、狀態(tài)、油水分布特征的研究隨著CT技術(shù)的發(fā)展有所進(jìn)展，可以達(dá)到定量與定性的描述，但是對(duì)于聚集動(dòng)力的研究卻十分薄弱。如：就致密油“甜點(diǎn)”聚集機(jī)理與動(dòng)力學(xué)機(jī)制，油水分布特征及動(dòng)力學(xué)機(jī)制等方面的研究較少。3）隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字巖心的運(yùn)用將會(huì)成為趨勢(shì)，對(duì)于數(shù)字模擬可靠性的保證將成為在微觀層面一切油氣成藏方面研究的保障。

3 結(jié)語(yǔ)

目前國(guó)內(nèi)對(duì)于致密儲(chǔ)層微觀非均質(zhì)性的研究已有所進(jìn)展，但是對(duì)于致密油微觀運(yùn)移與聚集的機(jī)理研究的少。雖然隨著相關(guān)實(shí)驗(yàn)分析手段的進(jìn)步，使儲(chǔ)層微納米級(jí)別的孔隙連通網(wǎng)絡(luò)分布特征與流體微觀滲流特征的研究變得精細(xì)化，但是關(guān)于致密油運(yùn)移與聚集的動(dòng)力學(xué)機(jī)制方面還比較薄弱，需加強(qiáng)此方面的研究，從而為油田后續(xù)的開(kāi)發(fā)做好保障。