李 平，樊平天，相金元，呼園平，張俊杰，郭艷琴

(1.延長(zhǎng)油田股份有限公司 南泥灣采油廠，陜西 延安 716000； 2.中國(guó)石油集團(tuán)西部鉆探工程有限公司 工程技術(shù)處， 新疆 烏魯木齊 830011； 3.西安石油大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院/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)

引 言

低滲透砂巖儲(chǔ)層是大多數(shù)中國(guó)陸相沉積盆地的重要產(chǎn)油層[1]，通常具有孔隙喉道小、毛細(xì)管壓力大以及孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特征[2-3]。對(duì)于低滲透砂巖儲(chǔ)層而言，儲(chǔ)層質(zhì)量是其油氣勘探的關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素[4]。沉積作用和成巖作用等多種地質(zhì)因素的影響會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)層物性特征差異明顯，往往使低滲透砂巖儲(chǔ)層表現(xiàn)出強(qiáng)烈的非均質(zhì)性[5-6]，顆粒粒度和關(guān)鍵沉積界面等的變化也會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)層非均質(zhì)性的差異[7-8]。上述各類因素導(dǎo)致低滲透砂巖儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，這也是影響儲(chǔ)層質(zhì)量的重要原因。關(guān)于低滲透砂巖含油潛力與儲(chǔ)層質(zhì)量之間具有密切聯(lián)系的認(rèn)識(shí)已達(dá)成共識(shí)[9-10]。由此可見，儲(chǔ)層非均質(zhì)性研究對(duì)于含油潛力及儲(chǔ)層質(zhì)量評(píng)價(jià)均具有重要意義。國(guó)內(nèi)通常采用注水開發(fā)的方式提高低滲透砂巖儲(chǔ)層的石油采收率[1,11]，而儲(chǔ)層非均質(zhì)性對(duì)于低滲透砂巖儲(chǔ)層的注水開發(fā)效率影響較大，即非均質(zhì)性越強(qiáng)，儲(chǔ)層的剩余油含油飽和度越低[12-13]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者就儲(chǔ)層非均質(zhì)性提出過(guò)多種分類方案[14-18]，我國(guó)各油田根據(jù)陸相儲(chǔ)層特征及生產(chǎn)實(shí)踐，以裘懌楠[16-17]的分類方案為基礎(chǔ)，進(jìn)一步將儲(chǔ)層微觀非均質(zhì)性分為顆粒非均質(zhì)性、填隙物非均質(zhì)性和孔隙非均質(zhì)性[19-20]。

南212井區(qū)位于南泥灣油田新窯區(qū)塊，在構(gòu)造位置上屬于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡的中偏東南部，延長(zhǎng)組含油層系較多，屬低滲、特低滲油藏，油藏分布不均，垂向及橫向砂體厚度、規(guī)模和儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)、粒度、填隙物、物性等差別較大，不同級(jí)別的非均質(zhì)性對(duì)儲(chǔ)層影響不同，導(dǎo)致油田開發(fā)難度大、采收率低，因此，研究?jī)?chǔ)層的非均質(zhì)性對(duì)油氣藏的開發(fā)具有重要意義[21-28]。長(zhǎng)4+52為主力油層之一，進(jìn)一步劃分為長(zhǎng)4+52-1和長(zhǎng)4+52-2兩個(gè)小層，平均厚度分別為22 m和21 m，通過(guò)巖心觀察和鑄體薄片、掃描電鏡、物性測(cè)試等實(shí)驗(yàn)分析，對(duì)長(zhǎng)4+52儲(chǔ)層的2個(gè)小層非均質(zhì)性進(jìn)行詳細(xì)研究，為后期油藏高效開發(fā)、提高采收率提供地質(zhì)依據(jù)。

1 儲(chǔ)層宏觀非均質(zhì)性

儲(chǔ)層宏觀非均質(zhì)性包括層內(nèi)、層間和平面非均質(zhì)性，主要研究?jī)?nèi)容包括儲(chǔ)層的空間分布、展布形態(tài)，物性在層內(nèi)、層間和平面上的變化，及其影響因素[18,29]。

1.1 層內(nèi)非均質(zhì)性

層內(nèi)非均質(zhì)性反映儲(chǔ)層內(nèi)部單個(gè)砂體的垂向非均質(zhì)變化，能較好地描述單砂體的垂向物性變化，包括層內(nèi)粒度韻律性、層理構(gòu)造、層內(nèi)夾層分布特征及滲透率在垂向上的差異程度等[26,30]。

1.1.1 粒度韻律特征

碎屑的粒度和形態(tài)受物源、沉積相和搬運(yùn)方式等因素影響，在垂向上常呈一定的韻律性[31]。研究區(qū)長(zhǎng)4+52層為三角洲平原亞相沉積，分流河道砂體為其主要儲(chǔ)集層[32]，通過(guò)巖心觀察資料及測(cè)井曲線特征的分析，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)長(zhǎng)4+52層粒度韻律較為發(fā)育，常見下粗上細(xì)的正韻律、下細(xì)上粗的反韻律和復(fù)合韻律，其中復(fù)合韻律最為發(fā)育(圖1)。

圖1 南212井區(qū)長(zhǎng)4+52儲(chǔ)層粒度韻律特征Fig.1 Particle size rhyme characteristics of Chang 4+52 reservoirs in Nan 212 well block

1.1.2 層理構(gòu)造

層理構(gòu)造是指沉積物在沉積時(shí)因物質(zhì)的成分、顆粒大小、形狀和顏色在垂直方向發(fā)生改變時(shí)產(chǎn)生的紋理，單砂體垂向滲透率變化取決于層理的紋層產(chǎn)狀和組合關(guān)系，受沉積相和水流條件的共同作用形成不同層理，從而導(dǎo)致儲(chǔ)層層內(nèi)非均質(zhì)程度的差異[33]。巖心觀察表明，南212井區(qū)長(zhǎng)4+52儲(chǔ)層中主要發(fā)育的層理構(gòu)造包括槽狀交錯(cuò)層理(圖2(a))、板狀交錯(cuò)層理(圖2(b))和平行層理等(圖2(c))，但這些砂巖含油性均相對(duì)較差。相反，筆者在巖心觀察過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)一些含油性相對(duì)較好的細(xì)砂巖或粗砂巖，其層理構(gòu)造反而不發(fā)育(圖2(d)、圖2(e)、圖2(f))。由此可見，層理構(gòu)造與儲(chǔ)層含油性關(guān)系密切，相同巖性的儲(chǔ)層，層理發(fā)育的層段含油性一般較層理不發(fā)育的層段差。

圖2 南212井區(qū)中長(zhǎng)4+52砂巖中層理構(gòu)造特征Fig.2 Characteristics of bedding structurein Chang 4+52 sandstonesof Nan 212 well block

1.1.3 層內(nèi)夾層特征

層內(nèi)夾層是指單砂體內(nèi)部由泥巖、粉砂質(zhì)泥巖或鈣質(zhì)砂巖組成的非滲透層或低滲透層，它影響著滲透率在水平方向和垂直方向的變化，對(duì)流體的流動(dòng)起阻礙作用[20-23]。常用夾層分布頻率和分布密度兩個(gè)參數(shù)來(lái)定量分析一個(gè)區(qū)域內(nèi)夾層的分布特點(diǎn)[21]。研究區(qū)長(zhǎng)4+52儲(chǔ)層層內(nèi)夾層以泥巖為主，其次為鈣質(zhì)夾層，一般發(fā)育1～3層，發(fā)育1層夾層的占比為46.0%～50.0%；夾層單層厚度為0～1 m和1～2 m，分別占48.5%～51.7%和48.3%～51.5%(圖3、圖4)。研究區(qū)長(zhǎng)4+52-1、長(zhǎng)4+52-2小層夾層頻率分別為0.94個(gè)/m和0.93個(gè)/m，長(zhǎng)4+52-1、長(zhǎng)4+52-2小層夾層密度分別為20%和23%，說(shuō)明2個(gè)小層層內(nèi)夾層分布特點(diǎn)相近(表1)。

1.1.4 層內(nèi)滲透率非均質(zhì)程度

定量描述儲(chǔ)層滲透率非均質(zhì)程度的參數(shù)包括滲透率變異系數(shù)(Vk)、突進(jìn)系數(shù)(Tk)和滲透率級(jí)差(Jk)等。按照上述滲透率參數(shù)將儲(chǔ)層層內(nèi)非均質(zhì)類型分為弱、中等、強(qiáng)3種類型。弱非均值性：變異系數(shù)(Vk)<0.5，突進(jìn)系數(shù)(Tk)<2.0，級(jí)差(Jk)<10；強(qiáng)非均值性：變異系數(shù)(Vk)>0.7，突進(jìn)系數(shù)(Tk)>3.0，級(jí)差(Jk)>50； 中等非均質(zhì)： 變異系數(shù)

吳站長(zhǎng)走上前去，喊了聲：“爺爺！”把老人扶到沙發(fā)上坐下。何書記剛要變臉，想斥責(zé)老人兩句，見狀，把嘴張了張，話又咽了回去。老人家疼愛(ài)地拍了拍吳站長(zhǎng)的肩頭，沖馬縣長(zhǎng)說(shuō)：“哪位是縣長(zhǎng)？我老頭子問(wèn)他一件事?！?/p>

圖3 長(zhǎng)4+52夾層數(shù)分布Fig.3 Numberdistributionof interlayers in Chang 4+52 reservoirs

圖4 長(zhǎng)4+52單個(gè)夾層厚度分布Fig.4 Thickness distribution of single interlayer in Chang 4+52 reservoirs

(Vk)為0.5～0.7，突進(jìn)系數(shù)(Tk)為2.0～3.0，級(jí)差(Jk)為10～50。通過(guò)對(duì)長(zhǎng)4+52儲(chǔ)層單砂體物性統(tǒng)計(jì)，對(duì)變異系數(shù)、突進(jìn)系數(shù)和極差的計(jì)算，并參照滲透率非均質(zhì)性參數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)為層內(nèi)非均值性整體上以弱到中等為主(表2)。

表1 南212井區(qū)長(zhǎng)4+52儲(chǔ)層夾層特征參數(shù)Tab.1 Characteristic parameters of interlayersin Chang 4+52 reservoirs of Nan 212 well block

表2 南212井區(qū)長(zhǎng)4+52單砂體物性及層內(nèi)非均質(zhì)性參數(shù)Tab.2 Physical properties and intralayer heterogeneity parameters of single sandbodies in Chang 4+52 reservoirs of Nan 212 well block

1.2 層間非均質(zhì)性

層間非均質(zhì)性反映儲(chǔ)層之間或砂體之間在縱向的非均質(zhì)變化，一般通過(guò)有效砂巖密度、分層系數(shù)、層間隔夾層及層間滲透率參數(shù)來(lái)對(duì)層間非均質(zhì)性進(jìn)行定量評(píng)價(jià)[30-31]。

1.2.1 分層系數(shù)和砂巖密度

分層系數(shù)是指一套層系內(nèi)砂層的層數(shù)。在一定層段中，垂向砂層數(shù)越多，分層系數(shù)越大，該層的層間非均質(zhì)程度就越強(qiáng)。砂巖密度是垂向上砂巖總厚度與地層總厚度的比值，相當(dāng)于砂地比，其值越大表明砂體越發(fā)育。長(zhǎng)4+52-1分層系數(shù)較大，為4.02，長(zhǎng)4+52-2分層系數(shù)比長(zhǎng)4+52-1略小，為3.5，長(zhǎng)4+52-1小層與長(zhǎng)4+52-2小層砂巖密度區(qū)間相同，都在0%～85%，平均值分別為38%和33%，表明長(zhǎng)4+52-1小層層間非均質(zhì)性略強(qiáng)于長(zhǎng)4+52-2小層(表3)。

表3 南212井區(qū)長(zhǎng)4+52儲(chǔ)層分層系數(shù)及砂巖密度Tab.3 Stratification coefficient and sandstone density of Chang 4+52 reservoirs in Nan 212 well block

1.2.2 層間隔夾層

層間隔夾層是指垂向上砂體間發(fā)育的較穩(wěn)定的非滲透層，使上下砂體相互獨(dú)立，油層之間不發(fā)生油、氣、水的運(yùn)移[18]。研究區(qū)層間隔夾層以泥巖為主，隔夾層數(shù)以1～2層為主， 占90%， 隔層厚度以 2～8 m為主，占50%，其次為0～2 m的夾層(圖5)。

圖5 長(zhǎng)4+52隔夾層分布Fig.5 Number distribution of interlayers and thickness distribution of single interlayer in Chang 4+52 reservoirs

1.2.3 層間滲透率非均質(zhì)程度

長(zhǎng)4+52兩個(gè)小層的儲(chǔ)層物性、滲透率非均質(zhì)參數(shù)顯示：長(zhǎng)4+52-1小層變異系數(shù)為0.97，突進(jìn)系數(shù)為3.10，級(jí)差為22.5，非均質(zhì)性中等偏強(qiáng)；長(zhǎng)4+52-2小層變異系數(shù)為0.74，突進(jìn)系數(shù)為2.43，級(jí)差為16，均小于長(zhǎng)4+52-1，非均質(zhì)性中等(表4)。分層系數(shù)、砂巖密度和滲透率參數(shù)均表明長(zhǎng)4+52-2小層的非均質(zhì)性比長(zhǎng)4+52-1小層弱。

1.3 平面非均質(zhì)性

平面非均質(zhì)性是描述儲(chǔ)層中砂體在平面上的分布特點(diǎn)、砂體連通性和砂體的規(guī)模，及其引起的孔隙度和滲透率等在平面上的非均質(zhì)變化。砂體的幾何特征、規(guī)模直接受沉積相的影響，而孔隙度、滲透率的大小和分布又受砂體展布的控制。

表4 南212井區(qū)長(zhǎng)4+52巖心物性非均質(zhì)性參數(shù)Tab.4 Heterogeneity parameters of core permeability of Chang 4+52reservoirsin Nan 212 well block

研究區(qū)長(zhǎng)4+52主要為三角洲平原亞相沉積，主要儲(chǔ)集體分流河道砂體呈現(xiàn)出“北東—南西向相通、西北—東南向分帶”的特點(diǎn)，總體上長(zhǎng)4+52-1砂體連片性較好，分流河道中砂體發(fā)育，砂地比大于30%，河道中心大于60%，砂體厚度主要集中在8～10 m，在河道中心砂體厚度大于12 m。長(zhǎng)4+52-2砂地比大于30%，河道中心大于60%，砂體厚度主要集中在6～8 m，在河道中心砂體厚度大于10 m(圖6)。

1.3.2 儲(chǔ)層物性變化

儲(chǔ)層物性在平面上的變化是用來(lái)描述和表征儲(chǔ)層平面非均質(zhì)性的重要參數(shù)。分流河道砂體的孔隙度大于6.00%，滲透率大于0.3×10-3μm2(圖6)。長(zhǎng)4+52-1、4+52-2儲(chǔ)層孔隙度分別為6.79%～11.70%、4.82%～13.93%；長(zhǎng)4+52-1、4+52-2儲(chǔ)層滲透率分別為(0.17～1.09)×10-3μm2、 (0.12～2.20)×10-3μm2(表5)，表明長(zhǎng)4+52-2儲(chǔ)層平面非均質(zhì)性較長(zhǎng)4+52-1強(qiáng)。

表5 南212井區(qū)長(zhǎng)4+52儲(chǔ)層物性Tab.5 Physical properties of Chang 4+52 reservoirs in Nan 212 well block

2 儲(chǔ)層微觀非均質(zhì)性

儲(chǔ)層的微觀非均質(zhì)性主要描述儲(chǔ)層內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)中的非均質(zhì)性變化，主要包括3方面內(nèi)容，分別是顆粒非均質(zhì)性、填隙物非均質(zhì)性和孔隙非均質(zhì)性。顆粒非均質(zhì)性是指巖石碎屑顆粒的粒度、分選和磨圓等，填隙物非均質(zhì)性是指填隙物的類型、含量以及礦物組成，孔隙非均質(zhì)性為儲(chǔ)層孔隙大小和均勻程度、孔隙與喉道之間的連通性和孔喉的配置關(guān)系。

2.1 顆粒非均質(zhì)性

長(zhǎng)4+52儲(chǔ)層以細(xì)砂為主，中砂次之，其分選以中、好為主，磨圓以次棱為主，顆粒的接觸關(guān)系以線接觸為主。對(duì)比兩個(gè)小層砂巖顆粒特征發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)4+52-1小層細(xì)砂巖占比(43.29%)小于長(zhǎng)4+52-2小層(77.11%)，中砂巖占比(56.06%)高于長(zhǎng)4+52-2小層(20.01%)。長(zhǎng)4+52-1小層顆粒分選(中等)及磨圓度(次圓—次棱)均弱于長(zhǎng)4+52-2小層(分選中等—好，磨圓為次圓—次棱狀)，上述對(duì)比分析結(jié)果表明，長(zhǎng)4+52-1小層顆粒非均質(zhì)性較長(zhǎng)4+52-2小層強(qiáng)。

2.2 填隙物非均質(zhì)性

長(zhǎng)4+52填隙物體積分?jǐn)?shù)介于8.00%～16.00%，平均11.70%，填隙物以黏土質(zhì)雜基、濁沸石、綠泥石和方解石為主。長(zhǎng)4+52-1小層膠結(jié)物以綠泥石及黏土質(zhì)雜基為主，平均體積分?jǐn)?shù)分別5.00%和5.60%，其次為方解石，體積分?jǐn)?shù)平均為4.30%，膠結(jié)類型主要為孔隙式膠結(jié)。長(zhǎng)4+52-2小層膠結(jié)物以黏土質(zhì)雜基為主，體積分?jǐn)?shù)平均6.30%，其次為方解石，體積分?jǐn)?shù)平均3.00%。上述分析表明，長(zhǎng)4+52-1小層填隙物體積分?jǐn)?shù)比長(zhǎng)4+52-2小層高，填隙物類型較長(zhǎng)4+52-2多，故長(zhǎng)4+52-1填隙物非均質(zhì)性相對(duì)較強(qiáng)。

圖6 南212井區(qū)長(zhǎng)4+52孔滲與沉積微相疊合圖Fig.6 Overlay diagrams of porosityand permeability with sedimentary microfacies of Chang 4+52 reservoirs in Nan 212 well block

2.3 孔隙非均質(zhì)性

長(zhǎng)4+52油層組的孔隙類型按成因可分為原生孔隙與次生孔隙。鑄體薄片及掃描電鏡資料分析表明：長(zhǎng)4+52儲(chǔ)層孔隙總面孔率為7.00%，其中，原生粒間孔為4.40%(圖7(a)—(d))，次生孔隙主要為長(zhǎng)石溶孔和巖屑溶孔(圖7(e)—(i))，面孔率分別為0.86%和1.02%，此外，還發(fā)育少量雜基溶孔和裂隙孔，面孔率分別為0.61%和0.11%。孔喉特征圖像分析數(shù)據(jù)顯示，長(zhǎng)4+52平均孔隙直徑的最小值為52.39 μm，最大值為73.95 μm，主要為中孔隙，最小喉道寬度最大值為4.54 μm，最小值為1.51 μm，壓汞實(shí)驗(yàn)參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，最大連通孔喉半徑0.15～1.17 μm，中值半徑0.02～0.12 μm，主要發(fā)育粗喉道和中細(xì)喉道(表6)。

圖7 南212井區(qū)長(zhǎng)4+52儲(chǔ)層常見孔隙類型Fig.7 Common pore types in Chang 4+52 reservoirs of Nan212 well block

表6 南212井區(qū)長(zhǎng)4+52平均孔喉直徑分布特征Tab.6 Distribution characteristics of average pore throat diameter of Chang 4+52 reservoirs in Nan 212 well block

長(zhǎng)4+52-1儲(chǔ)層總面孔率為7.18%，粒間孔、長(zhǎng)石溶孔、巖屑溶孔、雜基溶孔和裂隙孔面孔率分別為4.00%、1.30%、1.20%、0.60%和0.08%，最大連通孔喉半徑為0.10～1.17 μm，中值半徑介于0.02～0.12 μm。長(zhǎng)4+52-2儲(chǔ)層總面孔率為6.78%，其中，粒間孔5.30%，長(zhǎng)石溶孔0.40%，巖屑溶孔0.30%，雜基溶孔和裂隙孔分別為0.70%和0.08%，最大孔喉半徑為0.87 μm，中值半徑為0.08 μm。上述數(shù)據(jù)表明，長(zhǎng)4+52-1儲(chǔ)層的微觀孔隙非均質(zhì)性較長(zhǎng)4+52-2強(qiáng)。

3 結(jié) 論

(1) 南212井區(qū)長(zhǎng)4+52為三角洲平原沉積，分流河道砂體為主要儲(chǔ)集體，單層砂體垂向發(fā)育正韻律、反韻律和復(fù)合韻律，其中復(fù)合韻律最發(fā)育。砂體發(fā)育槽狀交錯(cuò)層理、板狀交錯(cuò)層理和平行層理，層內(nèi)非均質(zhì)性整體上以弱到中等為主。

(2)南212井區(qū)變異系數(shù)、突進(jìn)系數(shù)、級(jí)差、分層系數(shù)及砂巖密度均為長(zhǎng)4+52-1略大于長(zhǎng)4+52-2，長(zhǎng)4+52-1的層間非均質(zhì)性較長(zhǎng)4+52-2略強(qiáng)。長(zhǎng)4+52分流河道砂體呈“北東—南西向相通、西北—東南向分帶”，平面上，長(zhǎng)4+52-2儲(chǔ)層孔隙度和滲透率變化范圍較長(zhǎng)4+52-1略大，長(zhǎng)4+52-2的平面非均質(zhì)性要略強(qiáng)于長(zhǎng)4+52-1小層。

(3)南212井區(qū)長(zhǎng)4+52-1儲(chǔ)層中砂巖的粒度變化、填隙物類型及體積分?jǐn)?shù)、孔喉半徑范圍變化均比長(zhǎng)4+52-2大，因此，長(zhǎng)4+52-1的顆粒非均質(zhì)性、填隙物非均質(zhì)性以及孔隙非均質(zhì)性等微觀非均質(zhì)性比長(zhǎng)4+52-2儲(chǔ)層強(qiáng)。