储层非均质性研究进展
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在油田勘探开发过程中,地层储层层间非均质性的评价,对油田的地质研究、注水方案的确定、开发综合调整以及增产、增注措施规划的制定等,均具有极其重要的意义。
储层层间非均质性,是指在纵向上砂体之间的储层性质的差异程度。
目前,研究储层层间非均质性,大多数采用单项参数评价储层层间差异,如分层系数、砂岩密度、层间渗透率变异系数、层间渗透率级差、层间孔隙度级差等,或者将各层的储层参数罗列起来进行比较,反映其层间非均质程度,确定连通情况,规划注采方案。
当然,这些方法从一定角度来讲,是反映了储层层间非均质性,但也存在一些不足之处:一是未将这些参数有机地结合起来,因为一个储层参数只能从一个方面反映储层的特性,而要全面的、科学地评价储层,仅根据一个相对独立的参数进行评价是不够严谨的;二是缺乏“量”的概念,不能准确定量储层层间差异。
目前,油田开发地质研究,正在向精细化、定量化、隐蔽化、前沿化方向发展,因此,有必要对传统的方法进行丰富发展、科技创新,定量评价储层层间非均质性,更好为油田勘探开发奠定良好的科学基础。
油田地质特征一般指构造位置、构造运动类型、含油层系、储层类型、储层特点、油藏类型等。
这里我们以A油田为例,运用多种储层参数和数理统计方法,定量地评价储层的非均质性。
该油田位于济阳坳陷东营凹陷西部边缘区,自上而下,共发现馆陶组至沙河街组沙四段中亚段7套含油层系。
目的层由于经受两次构造运动(济阳运动、东营运动)的影响,并处于凹陷与凸起的过渡带,因而具有含油层系多、储层类型多、层间差异大、油藏类型多等特点。
在地层剖面上,储层类型多、储层层间差异变化大。
从上到下,馆陶组属河流相沉积、东营组属湖成三角洲相沉积、沙河街组沙一下亚段为浅湖相沉积、沙三段1 砂组为滨湖相—砂坝沉积、沙三段2 砂组为扇三角洲沉积、沙四段上亚段为生物礁相沉积、沙四段中亚段属滨湖相沉积。
其岩性除沙一段下亚段、沙四上亚段储层岩性为碳酸盐岩以外,其余均为砂岩。
储层非均质性的研究1. 储层非均质性的概念油气储集层由于在形成过程中受沉积环境、成岩作用及构造作用的影响,在空间分布及内部各种属性上都存在不均匀的变化,这种变化就称为储层非均质性。
储层非均质性是影响地下油、气、水运动及油气采收率的主要因素。
储层的均质性是相对的,而非均质性是绝对的。
在一个测量单元内(如岩心塞规模),由于只能把握储层的平均特性(如测定岩心孔隙度),可以认为储层在同一测量单元内是相对均质的,但从一个测量单元到另一个测量单元,储层性质就发生了变化,如两个岩心塞之间的孔隙度差异,这就是储层非均质的表现。
测量单元具有规模和层次性,储层非均质性也具有规模和层次性。
一个层次的非均质规模包含若干低一级层次的测量单元(如小层单元包括若干个岩心测量单元)。
另一方面,储层性质本身可以是各向同性的,也可以是各向异性的。
有的储层参数是标量(如孔隙度、含油饱和度),其数值测量不存在方向性问题,即在同一测量单元内,沿三维空间任一方向测量,其数值大小相等,换句话说,对于呈标量性质的储层参数,非均质性仅是由参数数值空间分布的差异程度表现出来的,而与测量方向无关。
有的储层参数为矢量(如渗透率),其数值测量涉及方向问题,即在同一测量单元内,沿三维空间任一方向测量,其数值大小不等,如垂直渗透率与水平渗透率的差别。
因此,具有矢量性质的储层参数,其非均质性的表现不仅与参数值的空间分布有关,而且与测量方向有关。
因此,矢量参数的非均质性表现得更为复杂。
2. 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。
Pettijohn等根据规模大小划分出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。
而Weber根据非均质性成因给出了如下的分类系统(图1)。
苏里格气田储层非均质性摘要: 苏里格气田属于典型的岩性圈闭气藏,具“低孔、低渗、低丰度”的地质特征。
以苏里格气田东区z9区块为研究目标,利用实际地质资料分别对苏里格气田z9区块石盒子组8段储层平面非均质性、层内非均质性和层间非均质性进行研究。
结果表明,研究区石盒子组8 段层内和层间非均质性都非常严重,垂向上的层间和层内非均质性要强于平面非均质性; 石盒子组8下亚段砂体最发育,在沿河道方向砂体的连续性较好,而在垂直河道方向上河道砂体较厚更叠频繁,连续性较差,致使层间非均质性最严重。
关键词: 砂体;夹层;非均质性; 储层; 苏东z9区块; 苏里格气田abstract: the surig gas field belongs to lithologic gas reservoir geological characteristics of typical, with “low porosity, low permeability, low abundance .”. surig east block z9 gas field as the research object, using the actual geological data respectively 8 reservoir plane heterogeneity, intraformational and interlayer heterogeneity study of surig gas field z9 block stone box. the results show that, the study area shihezi formation of 8 layer and interlayer heterogeneity is very serious, vertical interlaminar and intrastratal heterogeneity is stronger than the plane heterogeneity; shihezi group of 8 low sub-member of zhiluoformation in the development, continuous along the channel direction of sand body is good, but in a vertical channel the direction of channel sand body is thick overlapping frequent, continuity is poor, resulting in the most serious interlayer heterogeneity.keywords: sand body; interlayer; heterogeneity; reservoir; su east block z9 gas field; surig中图分类号:te321 文献标识码:a文章编号:一、区域地质概况苏里格气田东区地处内蒙古自治区鄂尔多斯市乌审旗和陕西省榆林市榆阳区境内。
论述储层非均质性的概念、分类及其主要研究内容。
(1)概念指油气储层在沉积、成岩以及后期构造作用的综合影响下,储层的空间分布及内部各种属性的不均匀变化。
指储层的基本性质包括岩性、物性、含油性及微观孔隙结构等特征在三维空间上的不均一性。
(2)分类根据非均质规模大小、成因和对流体的影响程度等来进行分类。
——常按规模、大小分①Pettijohn分类(1973)Pettijohn对河流储层,按非均质性规模的大小,提出五种规模储层非均质性。
油藏规模1~10km×100m层规模100m×10m砂体规模1~10m2层理规模10~100mm2孔隙规模10~100μm2②Weber分类(1986)Weber根据Pettijohn的思路,不仅考虑非均质性规模,同时考虑非均质性对流体渗流的影响,将储层的非均质性分为七类。
i. 封闭、半封闭、未封闭断层ii. 成因单元边界iii. 成因单元内渗透层iv. 成因单元内隔夹层v. 纹层和交错层理vi. 微观非均质性vii. 封闭、开启裂缝③Haldorsen分类(1983)Haldorsen根据储层地质建模的需要,按照与孔隙均值有关的体积分布,将储层非均质性划分为四个级别:i. 微观非均质性:孔隙和砂粒规模(薄片)ii. 宏观非均质性:通常的岩心规模(岩心大小)iii. 大型非均质性:模拟网格规模(砂体)iv. 巨型非均质性:地层或区域规模。
④Tyler分类(1988,1993)Tyler对曲流河道、河控/潮控扇三角洲储层按非均质规模的大小,提出了一个由大到小的非均质分类图,划分出五种规模的储层非均质性。
i. 巨型尺度--油层组规模ii. 大尺度--建筑块模型(较大的网格单元)iii. 中尺度--岩相规模(较小的网格单元)iv. 小尺度--纹层规模v. 微尺度--孔隙规模⑤裘亦楠的分类(1987,1989)根据我国陆相储层特征(规模)及生产实际,裘亦楠提出了一套较完整且实用的分类方案i. 层间非均质性ii. 平面非均质性iii. 层内非均质性iv. 孔隙非均质性(3)主要研究内容①层内非均质性——指一个单砂层规模内垂向上的储层性质变化。
河口坝砂体储层非均质性及剩余油分布王改云1杨少春1廖飞燕2(1.中国石油大学资源与信息学院,山东东营257061;2.胜利油田分公司桩西采油厂,山东东营257237) 摘 要 运用非均质综合指数,以胜坨油田坨28断块沙二段8、9砂层组为例,对河口坝砂体储层的层间、层内、平面非均质性进行了定量表征,并分析了非均质性与剩余油分布之间的关系。
认为河口坝储层层间非均质性弱,而层内、平面非均质性以中等—弱为主,非均质综合指数与含油饱和度有良好的对应关系,剩余油主要分布在非均质性中等的区域内。
关键词 储层非均质性 剩余油分布 河口坝砂体1 地质背景及研究方法胜坨油田位于济阳坳陷东营凹陷北侧的坨庄—胜利村—永安镇二级构造带中段,属于逆牵引背斜构造稠油油藏。
该油田划分为3个区,坨28断块位于三区的西北部,呈北东方向抬起、向西开口的负向簸箕状构造。
沙二段是主力含油层系,共分为15个砂层组,其中8、9砂层组是研究的目的层段,主要为三角洲前缘河口坝沉积,岩性以细砂岩、粉细砂岩为主,属中孔中渗储层。
坨28断块1965年开始投产,经过30多年的开采,钻井井数已达470口,综合含水率超过92%,采出程度却小于30%。
表征储层非均质性的参数很多,文中在分析渗透率、砂岩密度等参数变化规律的基础上,还采用了利用熵权法得到的非均质综合指数[1~3]。
选择了渗透率的变异系数、突进系数、沉积微相、孔隙度等11个非均质参数。
其中在引入沉积微相控制指数时,将沉积微相对储层非均质性的影响进行了量化,不同的微相类型赋予0~1.0的值。
综合考虑各个单因素非均质参数对储层非均质性的影响,按照其表征非均质性强弱的程度,利用不同的公式对其进行归一化处理,并运用熵权法确定各非均质参数指标的权重,最后将归一化处理后的指标加权平均得到非均质综合指数I。
I在[0,1]之间变化,I越小,非均质性越强。
结合本区地质特征及前人研究成果,建立I定量表征目的层非均质性的标准:I<0.4为强非均质性;0.4≤I<0.55为较强非均质性;0.55≤I<0.7为中等非均质性;I≥0.7为弱非均质性。
储层非均质性研究进展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,形成储层的各种性质(包括储层的岩性、物性、电性、含油气性以及微观孔隙结构等)在三维空间分布和各种属性的不均匀变化性,主要表现在岩石物质组成的非均质和孔隙空间的非均质[1-3]。
储层非均质性是影响地下流体(包括油、气、水)运动及油气采收率的主要因素,因而储层非均质性研究是储层描述和表征的核心内容,是油气田勘探与开发地质研究中的重要基础工作[2]。
储层非均质性的研究始于20世纪70~80年代,从六、七十年代的沉积环境分析和相模式研究到80年代的沉积体系分析和以Cross发起的高分辨率层序地层学研究,从以高密度开发井网为基础的精细地质模型研究到储层露头精细研究和随机建模技术,国内外的储层非均质性研究已形成了许多比较成熟的理论和技术,其研究内容与领域在不断加深,同时,有关储层非均质性的研究技术和方法也在不断地向定量化、精细化的方向发展[4]。
1、储层非均质性的分类按照不同的研究目的、研究对象,储层非均质性分类方案有很多[4-5,8-9]:(1)Pettijohn的分类Pettijohn等(1973)在研究河流沉积储层时,依据沉积成因和界面以及对流体的影响,首次将储层非均质性划分为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。
这种分类便于结合不同的沉积单元进行成因研究,比较实用。
(2)Weber的分类Weber(1986)在前人研究基础上,还考虑了构造特征、隔夹层分布及原油性质对储层非均质性的影响,提出了一个更加全面的分类体系,将储层非均质性分为7类,即封闭、半封闭、未封闭断层,成因单元边界,成因单元内渗透层,成因单元内隔夹层,纹层和交错层理,微观非均质性和封闭、开启裂缝。
该分类可以在油田评价和开发期间定量地认识和研究储层非均质性。
(3)H.H.Haldorsen的分类H.H.Haldorsen(1983)根据储层地质建模的需要及储集体的孔隙特征,按照与孔隙均质有关的体积分布,将储层非均质性划分为微观非均质性、宏观非均质性、大型非均质性和巨型非均质性四种类型。
(4)裘亦楠等的分类裘亦楠等(1987,1989,1992)既考虑了非均质性的规模,又结合开发生产的实际,将碎屑岩非均质性由大到小分为层间非均质性、平面非均质性、层内非均质性和微观(孔隙、颗粒和填隙物)非均质性四类。
分类被广泛应用于生产与科研之中,并沿用至今。
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。
(1)定性描述[4]是指地质特征的描述,如断层、裂缝、层理和夹层等,主要考虑规模的大小,可以借助的资料包括岩心资料、成像测井(FMI)、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10~100m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;米级及更小型的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。
(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。
传统的研究方法是以渗透率的各向异性来表征储层的非均质性的,如渗透率变异系数、突进系数和级差等,较为单调。
而近年来,则出现了许多新方法如灰色聚类分析法、成岩岩相分析法、流动单元分析法、沉积单元分析法、地质统计学法等来定量表征储层非均质性。
这些方法多是从地质方面着手,与利用测井资料分析储层非均质性相比较,它们的连续性较差,定量性分析不够。
对于储层非均质性的表征方法的研究在不断推陈出新并日益成熟,由定性分析向半定量及定量研究过度,由单一的描述手段向多种技术配套、多个学科结合的趋势发展。
目前常用的非均质参数主要有以下几种;①以渗透率参数变化为主线的非均质参数有;②表征砂体厚度及分布的非均质参数有平均砂层厚度、分层系数和砂岩密度等;③表征储层中油层分布变化的非均质参数有夹层频数、夹层密度和有效砂层系数等。
此外还有连通系数、分布系数、孔隙度和孔喉半径等储层参数也常用于表征储层非均质性。
这些参数可用于求取储层的综合指数,以全面、定量地表征储层的非均质程度。
2.1 综合地质分析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。
描述储层非均质性,主要用非均质参数、储层参数及其分布和微观特征参数等来表征,利用这些表征方法对不同油田、不同储层进行非均质研究,取得了较好的研究成果。
但这些方法都有一个共同的缺陷,即上述参数仅能从一个侧面或某一角度来描述储层的非均质性,如果遇到各种参数表征的非均质程度不一致时就很难作统一处理,于是便选取了将各种因素综合考虑的“非均质综合指数”来定量刻画储层非均质程度,变差函数、模糊数学、极差正规化、非线性映射法及熵权方法等数学方法被用作该“指数”的计算过程中,都在特定工区得到了有效应用。
此外,还有利用生产动态资料研究储层非均质性的实例,金强(1999)[10]根据美国一些开发多年的油气田产量等生产数据(如累积产量、年度产量和月度产量等),利用数理统计方法结合地质分析提出了月度产量变异系数、年度产量变异系数和累积产量变异系数等特征参数,这些参数有效地反映了储层层内和平面非均质特征,对于高含水期的老油气田油藏地质模型研究很有帮助。
2.2 储层地质建模储层地质建模方法是一种快速且直观地反映储层内部结构的可视化方法,它可以实现对油气储层的定量表征及对各级非均质性的刻画。
习惯上将储层地质模型分为概念模型、静态模型和预测模型3大类,早期地质模型大部分属于概念模型及静态模型。
随着油田的发展,越来越需对井网控制不住的区域给出精细预测和不确定性评价。
随机建模技术正是在此基础上得到了长足发展。
至今,随机建模方法已有多种,如布尔随机点法、与高斯分布有关的方法、指示模拟方法、退火方法等。
建模过程中对储层非均质性的划分直接影响模型的精度。
以Miall为代表倡导内部构型分析法,即通过对典型露头砂体的解剖,从不同尺度认识储层的非均质性,并借此建立高精度的储层地质模型。
刘泽容等提出了建立四级油藏地质模型:一级为反映油田规模的油藏地质模型,二级为反映小层规模的沉积模型,三级为反映单砂体规模的储集单元模型,四级为反映微观储层特征的孔隙结构模型。
该建模方法使用简单,适合于中国大多数油田;林承焰则提出建立储层格架模型、沉积模型、微构造模型、微观结构模型以及流体模型等来反映储层非均质性。
随着沉积微相划分技术的发展,相控储层建模得以推广,而在相控基础上以流动单元为基础的地质建模则大大提高了模型的预测精度,能够更好地预测剩余油分布。
由于沉积地质体是在不同时间段形成的,为了提高建模精度,在建模过程中应进行等时地质约束,于是用于确定等时界面的高分辨率层序地层学方法目前在储层地质建模及非均质性分析过程中得到了广泛应用。
2.3 实验方法实验方法是石油地质综合研究和油气勘探决策的基础,也是储层非均质性研究的重要手段之一,随着石油工业的发展,实验方法取得了长足的进步。
常见的实验方法包括实验室测试技术和模拟实验。
储层研究的实验室测试技术除了薄片及铸体薄片鉴定,孔隙度、渗透率、饱和度测定,粒度分析及重矿物分析等常规的分析方法,还不断涌现出一系列先进的测试手段,扫描电镜、X射线衍射仪、阴极发光显微镜、荧光显微镜、色谱—质谱仪等的出现推动。
储层研究不断向更精细、更多样的领域发展。
近年来,核磁共振岩心分析仪的研制又受到众人关注,它可以从一块岩样中得到孔隙度、自由流体指数、孔径分布以及渗透率等多种参数,为储层非均质性的研究提供了更先进的手段。
实验模拟能够建立流体在非均质性储层中流动的正演过程,为深刻认识非均质性储层内流体运动及分布规律提供依据。
目前模拟实验有物理模拟和数值模拟2种。
对于物理模拟,宏观上,既有基于成藏阶段反映油气运聚过程的非均质储层成藏模拟,又有开发阶段反映水驱油过程的非均质储层剩余油分布模拟;微观上,既有反映油在水湿介质中运动的“优势通道”模拟,又有研究孔隙结构非均质性对剩余油分布影响的微观水驱油实验。
数值模拟则以反映非均质储层油气运动规律的油气运移数值模拟和反映储层成岩非均质性的成岩数值模拟较为常见。
何琰等(2001)[11]通过半变异函数,利用k阶球状模型拟合实验半变异曲线,利用线性规划法实现了k阶球状模型的最优拟合。
并提出了评价储层非均质性的综合评价指标,对储层非均质性的变化幅度、变化速度以及变化的随机性进行定量描述。
隋少强等(2003)[12]研究辽河坳陷冷家地区沙三段各体系内储层渗透率在垂向上的变化规律时,将非均质模式划分为线性增加型、线性降低型、三次函数型、二次中间增大型和稳定型。
3、储层非均质性的研究方法3.1 储层露头研究储层露头研究具有直观性、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。
Miall(1988)扩展Jackson(1975)、Allen(1983)、Bridge和Gorden(1983)等人的研究成果,将河流沉积砂体划分出6级谱系[10]。
(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。