張宇辰 ，孫 衛(wèi) ，王 桐 ，崔哲治 ，韓 揚(yáng)

（1．西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西西安 710069；2．大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710069）

儲(chǔ)層非均質(zhì)性研究是目前油氣田開發(fā)地質(zhì)工作中重要的部分之一，通過對(duì)儲(chǔ)層非均質(zhì)性的研究，可以更好地了解儲(chǔ)層特征，為實(shí)際生產(chǎn)中提高原油采收率打下良好的基礎(chǔ)。沉積及成巖過程中的差異導(dǎo)致儲(chǔ)層內(nèi)部特征存在明顯的不同，主要體現(xiàn)在儲(chǔ)層砂體的平面分布及垂向展布上[1]。研究?jī)?chǔ)層的非均質(zhì)性，不僅是研究砂體的變化規(guī)律和分布特點(diǎn)，更重要的是將其非均質(zhì)特征指標(biāo)化，從而更有力地說明儲(chǔ)層非均質(zhì)特征。從沉積角度看，非均質(zhì)性可以具體劃分為宏觀非均質(zhì)性和微觀非均質(zhì)性兩類，宏觀上的儲(chǔ)層非均質(zhì)性包括層內(nèi)、層間與平面上的非均質(zhì)性[2]，本文從儲(chǔ)層沉積特征出發(fā)，通過各種定量化參數(shù)研究各小層的宏觀非均質(zhì)特征，并且在此基礎(chǔ)上，針對(duì)各小層的含油氣性特征，討論儲(chǔ)層宏觀非均質(zhì)性與含油氣性之間的關(guān)系。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

姬塬地區(qū)位于陜西省定邊縣和寧夏回族自治區(qū)鹽池縣境內(nèi)，構(gòu)造位置位于鄂爾多斯盆地中部偏西、天環(huán)坳陷東部、伊陜斜坡西部，面積約1300 km2[3-4]。本次研究的層段屬于三疊世延長(zhǎng)組長(zhǎng)6段，可劃分長(zhǎng)61、長(zhǎng)62和長(zhǎng)63三個(gè)亞段，長(zhǎng)61和長(zhǎng)62亞段為目前的主力開發(fā)層段，也是本次研究的目標(biāo)層段。

根據(jù)常規(guī)薄片和鑄體薄片的鏡下觀察，結(jié)合掃描電鏡、陰極發(fā)光和X衍射等實(shí)驗(yàn)手段，對(duì)姬塬地區(qū)長(zhǎng)6段儲(chǔ)層的巖石學(xué)特征進(jìn)行綜合分析。結(jié)果表明，長(zhǎng)6段儲(chǔ)層碎屑成分以長(zhǎng)石和石英為主，其次是巖屑，其中，長(zhǎng)石含量38.0%、石英含量31.2%、巖屑含量8.9%。巖石類型以長(zhǎng)石砂巖和巖屑長(zhǎng)石砂巖為主，其中長(zhǎng)石砂巖最多，巖屑長(zhǎng)石砂巖次之。整體而言，姬塬地區(qū)長(zhǎng)6段儲(chǔ)層巖石礦物顆粒細(xì)小、分選中等、磨圓差。同時(shí)，對(duì)152口井13538塊巖心樣品的物性統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)6段儲(chǔ)層物性較差，孔隙度和滲透率值均較低，平均孔隙度為9.80%，平均滲透率為 0.50×10-3μm2，屬于典型低孔、低滲-超低滲透儲(chǔ)層。其中相比較而言，長(zhǎng)61亞段的儲(chǔ)層物性（平均孔隙度 10.03%，平均滲透率 0.55×10-3μm2）比長(zhǎng)62亞段（平均孔隙度9.59%，平均滲透率0.45×10-3μm2）好。

2 儲(chǔ)層平面非均質(zhì)性

平面非均質(zhì)性指空間中某個(gè)儲(chǔ)層砂體的幾何形態(tài)，包括其規(guī)模及連續(xù)性，除此之外，還包括平面上砂體內(nèi)孔隙度和滲透率差異所引起的非均質(zhì)性[14]。平面非均質(zhì)性主要受沉積相帶的控制，在平面上，儲(chǔ)層砂體是由不同沉積微相的砂體相互疊置復(fù)合而成，不同沉積微相砂體的沉積背景和水動(dòng)力條件不同，滲透率也就不同，導(dǎo)致滲透率的平面非均質(zhì)性；在同一沉積微相內(nèi)，沉積砂體主體與邊緣地帶的水動(dòng)力條件差異引起滲透率不同，垂向上，砂體的厚度和滲透率沿砂體延伸方向向兩側(cè)明顯變小，造成滲透率的平面非均質(zhì)性，直接影響到波及體積和平面水驅(qū)油效率[15]。

平面非均質(zhì)性主要包括儲(chǔ)層砂體的幾何形態(tài)、展布規(guī)模、橫向連續(xù)性和孔隙度、滲透率的平面不均勻性。本次研究從研究區(qū)砂體平面展布特征入手，通過量化參數(shù)表征砂體的連續(xù)性，最后結(jié)合物性的平面分布特征表征研究區(qū)平面非均質(zhì)程度。

2.1 砂體平面展布特征

砂體在平面上展布特征受沉積環(huán)境、物源和水動(dòng)力因素影響。姬塬地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層發(fā)育三角洲前緣亞相，主要包括分流河道和分流間灣兩個(gè)沉積微相，各小層的水下分流河道均呈帶狀分布，并且物源主要來自北西方向，北東方向次之。同時(shí)，多條分流河道彼此之間多次相互交匯和分叉，導(dǎo)致平面上砂體厚度變化很大。受沉積微相、物源和水動(dòng)力的影響，長(zhǎng)62亞段儲(chǔ)層物源方向?yàn)楸蔽?、北東兩個(gè)方向，其中以北西向物源為主。長(zhǎng)62亞段主要有6條主要河道與數(shù)條支流河道，6條主要河道均呈北西-南東向延伸。砂體受物源和水動(dòng)力控制，與河道的展布方向基本一致。長(zhǎng)62亞段多期砂體是由河道多期擺動(dòng)沉積的砂體相互疊置復(fù)合而成的厚層砂體，規(guī)模較大、分布穩(wěn)定，單井砂體的平均厚度14.16 m。長(zhǎng)61亞段物源方向和長(zhǎng)62亞段一樣，發(fā)育有9條水下分流河道與數(shù)條支流河道，6條主要河道均呈北西-南東向延伸。相比較長(zhǎng)62亞段，長(zhǎng)61亞段儲(chǔ)層砂體的發(fā)育規(guī)模和分布范圍明顯擴(kuò)大，單井砂體的平均厚度14.02 m（圖1）。

2.2 砂體的幾何形態(tài)和連續(xù)性

砂體的幾何形態(tài)、規(guī)模和連續(xù)性受沉積相的控制[16]。研究區(qū)水下河道頻繁遷移，彼此之間合并交叉，垂向上往往出現(xiàn)多期分流河道砂體的疊置，導(dǎo)致儲(chǔ)層砂體厚度變化較大。砂體的連續(xù)性是指砂體在不同方向的延伸及砂體的長(zhǎng)度和寬度的變化，常用鉆遇率來表示。鉆遇率是指鉆井過程中，鉆遇砂層的井?dāng)?shù)與總的鉆井?dāng)?shù)之比，反映了一定的井網(wǎng)密度下對(duì)砂體的控制程度，即鉆遇率越高、砂體的延伸性越好。長(zhǎng)61亞段鉆遇率為96%，長(zhǎng)62亞段鉆遇率為78%，整體上長(zhǎng)61亞段砂體連續(xù)性好于長(zhǎng)62亞段。

2.3 砂體的平面物性變化特征

根據(jù)儲(chǔ)層孔隙度和滲透率參數(shù)在平面上的展布特征分析，儲(chǔ)層的物性參數(shù)在平面上的展布均具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性，各小層參數(shù)的展布特點(diǎn)也各不相同（圖2、圖3）。根據(jù)前人研究結(jié)論，儲(chǔ)層的砂體發(fā)育程度和沉積微相的差異導(dǎo)致儲(chǔ)層物性在平面上的差異[17]。由于各層砂體的展布各不相同，并且研究區(qū)儲(chǔ)層砂體呈條帶狀分布，所以沿條帶狀砂體延伸方向的物性較好，孔隙較發(fā)育，滲透率值較高；但是，在垂直砂體的延伸方向上，由于沉積微相的不同，物性變化很大，相比較而言，河道兩側(cè)砂體薄、孔隙度及滲透率值低。

3 層內(nèi)非均質(zhì)性

圖1 姬塬地區(qū)長(zhǎng)6段沉積微相

圖2 姬塬地區(qū)長(zhǎng)6段孔隙度分布

層內(nèi)非均質(zhì)性是在垂直方向上，一個(gè)單砂體內(nèi)部的儲(chǔ)層物性變化特征，是影響單砂體內(nèi)開發(fā)過程中的水淹程度、波及系數(shù)等主要地質(zhì)因素，也是引起層內(nèi)矛盾的內(nèi)在原因[6]。儲(chǔ)層的層內(nèi)非均質(zhì)性包括層內(nèi)垂向上滲透率差異程度和層內(nèi)粒度韻律等[7-8]，相對(duì)孔隙度來說，滲透率更能表征儲(chǔ)層的儲(chǔ)滲性質(zhì)，所以通常使用滲透率的變化來表征儲(chǔ)層垂向的非均質(zhì)性[8-10]。本次研究從目標(biāo)儲(chǔ)層的層理構(gòu)造和沉積韻律入手，結(jié)合滲透率非均質(zhì)性參數(shù)表征儲(chǔ)層層內(nèi)非均質(zhì)性特征。

圖3 姬塬地區(qū)長(zhǎng)6段滲透率分布

3.1 層理特征

姬塬地區(qū)長(zhǎng)6段儲(chǔ)層主要發(fā)育砂紋層理、平行層理、斜層理、交錯(cuò)層理和水平層理。水下分流河道巖性為灰白色、灰色細(xì)粒砂巖及灰色粉砂巖，中上部為泥質(zhì)粉砂巖；層理構(gòu)造為砂紋層理、槽狀交錯(cuò)層理、斜層理和平行層理。分流間灣巖性以深灰色粉砂質(zhì)泥巖及灰黑色、黑色泥巖為主，主要發(fā)育水平層理，可見擾動(dòng)構(gòu)造?？傮w而言，研究區(qū)砂巖層理發(fā)育、非均質(zhì)性強(qiáng)，這樣既有利于水驅(qū)油、提高波及系數(shù)，同時(shí)又造成儲(chǔ)層垂向上的滲透率非均質(zhì)性。

3.2 垂向沉積韻律特征

粒度韻律或粒序?qū)儆谑芩畡?dòng)力環(huán)境影響的周期性粒度粗細(xì)變化，與沉積作用和環(huán)境有關(guān)。結(jié)合長(zhǎng)61和長(zhǎng)62亞段巖心及測(cè)井資料，姬塬地區(qū)目標(biāo)儲(chǔ)層的層內(nèi)沉積粒序大致與理想模式相同，表現(xiàn)為正粒序、反粒序和復(fù)合粒序，因此，在垂向上表現(xiàn)為正韻律、反韻律和復(fù)合韻律。其中，水下分流河道砂體垂向上多個(gè)正韻律疊加，砂體內(nèi)部垂向上的韻律變化對(duì)儲(chǔ)層滲透率垂向上變化影響很大，因此，研究區(qū)目標(biāo)儲(chǔ)層的垂向滲透率表現(xiàn)為高值段交替重復(fù)。

3.3 層內(nèi)滲透率非均質(zhì)性特征

通常采用滲透率變異系數(shù)、滲透率突進(jìn)系數(shù)和滲透率級(jí)差系數(shù)來表示滲透率非均質(zhì)性。其中，變異系數(shù)表示目標(biāo)井段若干滲透率數(shù)據(jù)值相對(duì)其平均值的分散程度，突進(jìn)系數(shù)表征一定井段內(nèi)滲透率最大值與平均值的比，級(jí)差系數(shù)則表示目標(biāo)井段內(nèi)部滲透率最大與最小值之比。以上三個(gè)參數(shù)均可用來表示井段內(nèi)部滲透率的變化程度，因此，當(dāng)此三個(gè)參數(shù)值越大時(shí)，則目標(biāo)儲(chǔ)層的層內(nèi)非均質(zhì)性越強(qiáng)。

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)不同儲(chǔ)層，按其量化系數(shù)可將儲(chǔ)層分為三類[1-2]。根據(jù)本次姬源油田量化指標(biāo)統(tǒng)計(jì)，得到其系數(shù)評(píng)價(jià)表（表1）。通過表中數(shù)據(jù)可看出，長(zhǎng) 61和長(zhǎng)62亞段均表現(xiàn)出較強(qiáng)的非均質(zhì)性，兩個(gè)亞段的變異系數(shù)、突進(jìn)系數(shù)、級(jí)差系數(shù)值都較大，說明層內(nèi)滲透率變化程度較大，非均質(zhì)程度很強(qiáng)。同時(shí)通過比較可以發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)61亞段比長(zhǎng)62亞段的層內(nèi)滲透率變化程度更大，則說明長(zhǎng)61亞段比長(zhǎng)62亞段的層內(nèi)非均質(zhì)性更強(qiáng)。

4 層間非均質(zhì)性

層間非均質(zhì)性指儲(chǔ)層或砂體之間的差異，是一個(gè)油藏或一套砂泥巖間互含油層系的總體特征[11]。層間非均質(zhì)性既有夾層泥質(zhì)巖的分布和發(fā)育情況，又包括不同沉積條件砂體在剖面上的規(guī)律性[12-13]。姬塬地區(qū)長(zhǎng)6段砂巖儲(chǔ)層由多種成因類型的砂體疊加而成，層間非均質(zhì)性比較突出。因此，本次研究采用分層系數(shù)、平均單砂體厚度、有效砂巖密度參數(shù)，對(duì)目標(biāo)儲(chǔ)層的層間非均質(zhì)程度量化評(píng)價(jià)，再結(jié)合油層鉆遇率等參數(shù)，對(duì)儲(chǔ)層的含油氣性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

表1 長(zhǎng)6儲(chǔ)層滲透率非均質(zhì)性評(píng)價(jià)

4.1 分層系數(shù)

分層系數(shù)指某一層段內(nèi)部砂層數(shù)，是單井某層砂層數(shù)和單井某層地層總厚度比值的百分?jǐn)?shù)，通常以層/m來表示。一般情況下，分層系數(shù)越大，單砂體層數(shù)越多，則儲(chǔ)層的層間非均質(zhì)程度越強(qiáng)。通過對(duì)研究區(qū)295口井進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，長(zhǎng)61亞段儲(chǔ)層分層系數(shù)為4.56層/m，長(zhǎng)62亞段儲(chǔ)層分層系數(shù)為4.10 層/m，長(zhǎng)61亞段分層系數(shù)值大于長(zhǎng)62亞段分層系數(shù)值，說明從長(zhǎng)62亞段到長(zhǎng)61亞段砂體沉積環(huán)境發(fā)生變化，單砂層的沉積層數(shù)增多。通過對(duì)比可知，長(zhǎng)61亞段砂層組的層間非均質(zhì)性更強(qiáng)。

4.2 砂巖密度

砂巖密度指砂巖累計(jì)總厚度與地層總厚度之比，也稱砂地比，可以表現(xiàn)每個(gè)小層砂體發(fā)育情況的差異。當(dāng)砂巖密度越大時(shí)，則表明砂體縱向連通性越好。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，長(zhǎng)61亞段砂巖密度值為0.37，長(zhǎng)62亞段砂巖密度值為0.36，這表示長(zhǎng)61和長(zhǎng)62亞段砂層組砂體發(fā)育且縱向連通較好，且長(zhǎng)61亞段儲(chǔ)層整體上縱向砂體連通性略好于長(zhǎng)62亞段儲(chǔ)層。

4.3 平均單砂體厚度

單砂體平均厚度也是反映儲(chǔ)層層間非均質(zhì)性的標(biāo)志性參數(shù)，單砂體平均厚度越小，非均質(zhì)性越強(qiáng)，反之，均值程度越好。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，長(zhǎng)61亞段單砂體平均厚度為3.31 m，長(zhǎng)62亞段單砂體平均厚度為3.46 m，長(zhǎng)61亞段的單砂體平均厚度小于62亞段，說明長(zhǎng)61亞段儲(chǔ)層砂層組非均質(zhì)性強(qiáng)于長(zhǎng) 62亞段。

綜合分析砂巖密度、分層系數(shù)和單砂體厚度等參數(shù)可知，姬塬地區(qū)長(zhǎng)6段儲(chǔ)層的層間非均質(zhì)程度較強(qiáng)，長(zhǎng)61和長(zhǎng)62亞段均表現(xiàn)出較強(qiáng)的層間非均質(zhì)性。通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)61亞段分層系數(shù)、砂巖密度均大于長(zhǎng)62亞段，平均單砂體厚度小于長(zhǎng)62亞段，因此，長(zhǎng)61亞段的層間非均質(zhì)性比長(zhǎng)62亞段強(qiáng)。

5 非均質(zhì)性與含油氣性關(guān)系

根據(jù)前文的研究結(jié)果，姬塬地區(qū)長(zhǎng)6段的兩個(gè)小層長(zhǎng)61和長(zhǎng)62亞段非均質(zhì)性均較強(qiáng)，結(jié)合含油飽和度分布可以發(fā)現(xiàn)，河道砂體發(fā)育最好的地區(qū)儲(chǔ)層的物性也最好、含油飽和度最高；相反，分流間灣地區(qū)物性較差、砂體最薄、含油氣性也最差（圖4）。同時(shí)，通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)長(zhǎng)6段儲(chǔ)層從長(zhǎng)62亞段到長(zhǎng)61亞段砂體的連續(xù)性變好，因此含油氣性也相應(yīng)增強(qiáng)，這就說明砂體的發(fā)育情況與儲(chǔ)層的含油氣情況關(guān)系密切。

同時(shí)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)的儲(chǔ)層砂巖厚度、孔隙度、滲透率等參數(shù)發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)61亞段儲(chǔ)層作為物性最好、砂體較厚的儲(chǔ)層，含油氣程度較高，這就說明了儲(chǔ)層的含油氣性很大程度上取決于儲(chǔ)層物性的好壞。由此可以認(rèn)為，儲(chǔ)層平面砂體連續(xù)程度和物性好壞是決定其含油氣性的關(guān)鍵因素。

6 結(jié)論

（1）姬塬地區(qū)長(zhǎng)6段儲(chǔ)層物性較差，屬于典型低孔、低滲-超低滲透儲(chǔ)層。研究區(qū)儲(chǔ)層主要發(fā)育水下分流河道和分流間灣兩個(gè)沉積微相，物源方向主要為北西方向，北東方向次之，層理較發(fā)育，以砂紋層理、槽狀交錯(cuò)層理、斜層理、平行層理和水平層理為主。儲(chǔ)層砂體內(nèi)部表現(xiàn)為粒度下粗上細(xì)的正韻律，且由多個(gè)正韻律段疊加而成。

（2）根據(jù)計(jì)算滲透率的非均質(zhì)性參數(shù)，姬塬地區(qū)長(zhǎng)6段儲(chǔ)層兩個(gè)小層的層內(nèi)非均質(zhì)程度均較強(qiáng)，其中長(zhǎng)61亞段屬于強(qiáng)非均質(zhì)性，長(zhǎng)62亞段為中等-強(qiáng)非均質(zhì)性。結(jié)合分層系數(shù)等參數(shù)，目標(biāo)儲(chǔ)層整套砂體的層間非均質(zhì)性突出，長(zhǎng)61亞段砂層組的層間非均質(zhì)性相比長(zhǎng)62亞段較強(qiáng)。同時(shí)，根據(jù)有效砂巖密度參數(shù)特征分析，長(zhǎng)61亞段儲(chǔ)層砂體發(fā)育，連通性略好于長(zhǎng)62亞段儲(chǔ)層。

（3）對(duì)比姬塬地區(qū)長(zhǎng)6段儲(chǔ)層兩個(gè)小層的平面非均質(zhì)性特征和含油氣性特征可以發(fā)現(xiàn)，目標(biāo)儲(chǔ)層的含油氣性與其平面上砂體的展布特征和物性具有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，儲(chǔ)層平面砂體連續(xù)程度和物性好壞是決定其含油氣性的關(guān)鍵因素。具體表現(xiàn)在，在物性好、砂體厚度大的河道地區(qū)，儲(chǔ)層的含油飽和度相對(duì)較高，含油氣性相對(duì)較好。

圖4 姬塬地區(qū)長(zhǎng)6段儲(chǔ)層含油飽和度分布