DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2015.03.038
辫状河心滩内部非均质性及对剩余油分布的影响
杨少春1,赵晓东1, 2,钟思瑛3,刘金华3,魏晓晴4,李媛媛5,刘桓6
(1. 中国石油大学(华东) 地球科学与技术学院,山东 青岛,266580;
2. 中国石油冀东油田分公司 勘探开发研究院,河北 唐山,064300;
3. 中国石化江苏油田分公司 地质科学研究院,江苏 扬州,225009;
4. 中国石油大庆油田分公司 第三采油厂,黑龙江 大庆,163113;
5. 中国地质大学长城学院 工程技术系,河北 保定,071000;
6. 中国石油川庆钻探工程公司 井下作业公司,四川 成都,610051)
摘要:辫状河心滩是油气富集的重要储层之一,注水开发会影响并改变心滩内部剩余油分布形式,储层非均质性是影响心滩内部剩余油分布的关键地质因素。以江苏真武油田三垛组一段6砂组辫状河心滩为例,利用岩心观察、岩心分析和测井曲线资料,结合现代沉积考察,平面上将心滩分为滩头、滩尾、滩翼和滩中等4个部分,垂向上将心滩序列划分出垂向加积体、落淤层、侧向加积体、垂向加积面和侧向加积面等5种结构,认为“三体两面”为心滩垂向序列的典型内部结构,落淤层和侧积体是影响心滩内部存在较强非均质性的主要因素。其中,落淤层主要发育泥质、钙质和物性等3种类型,是心滩内部非均质性的主控因素;侧积体与围岩性质差异较大,侧积体的存在加剧心滩内部的非均质性。心滩内部非均质性控制着剩余油的分布,落淤层发育的滩尾、滩中和侧积体发育的滩翼剩余油较为富集,而注采井和落淤层的匹配程度对剩余油的分布也起着重要的影响作用,建议注水井应该分布在心滩的滩头位置,而采油井应在心滩的滩尾、滩中和滩翼位置。
关键词:真武油田;心滩;内部结构;非均质性;剩余油
中图分类号:TN971 文献标志码:A 文章编号:1672-7207(2015)03-1066-09
Inner heterogeneity within braided bar of braided river reservoir and its influence on remaining oil distribution
YANG Shaochun1, ZHAO Xiaodong1, 2, ZHONG Siying3, LIU Jinhua3, WEI Xiaoqing4,
LI Yuanyuan5, LIU Huan6
(1. School of Geosciences, China University of Petroleum, Qingdao 266580, China;
2. Exploration and Development Research Institute, Jidong Oilfield Company, CNPC, Tangshan 064300, China;
3. Institute of Geosciences, Jiangsu Oil Company, SINOPEC, Yangzhou 225009, China;
4. Third Oil Extraction Factory, Daqing Oilfield Company, CNPC, Daqing, 163113, China;
5. Department of Engineering Technology, China University of Geosciences Great Wall College,
Baoding 071000, China;
6. Downhole Service Company, Chuanqing Drilling Engineering Company Limited, CNPC, Chengdu 610051, China)
Abstract: Braided bar of braided river is one of the important oil and gas enrichment reservoir, whose distribution form of remaining oil can be influenced by water injection, and reservoir heterogeneity is the key geological factor influencing the distribution of remaining oil. Taking braided bar of 6 sand group in member one of Sanduo formation in Jiangsu Zhenwu oilfield as a case, based on the analysis of the core observation, core data and the logging data, in combination with modern sedimentary research, the braided bar can be divided into four parts including bar head, bar tail, bar limbs and bar middle in the horizon, and it can also be divided into five parts including the vertical accretion body, the off silt layers, the lateral accretion body, the vertical accretion surface and the lateral accretion surface in the vertical. “Three-body and two-surface” is considered as the typical inner structure of braided bar in the vertical, and the off silt layers and the lateral accretion body are the main factors that influence inner strong heterogeneity of braided bar. Then, three types of the off silt layers of muddy, calcium and muddy gravel are found in the formation, which are the main controlling factors of inner heterogeneity within braided bar. The lateral accretion body is quite different from surrounding rock, the existence of which exacerbates inner heterogeneity within braided bar. The distribution of remaining oil is controlled by inner heterogeneity of braided bar, and remaining oil is enriched where the off silt layers develop such as bar tail, bar middle and bar limbs with lateral accretion body. Besides, the matching degree of injection wells and the off silt layers also plays an important role in the remaining oil distribution. It is suggested that the injection wells should be distributed in the bar head, and production wells should be distributed in the bar tail, bar middle and bar limbs.
Key words: Zhenwu oilfield; braided bar; inner structure; heterogeneity; remaining oil
据调查我国油气储量约有42.6%富集于河流相储层中[1],其中辫状河心滩是河流相中重要的储层之一。近些年,国内学者主要对曲流河储层内部结构做了诸多探索性的工作[2-6],而针对辫状河的内部结构研究工作甚少,仅在心滩划分、心滩规模和心滩落淤层特征等方面做过一定研究[7-9],更多的学者将心滩作为一个整体考虑[10-11],缺乏对其内部精细刻画的研究。心滩储层具有中高孔中高渗的特点,为油气富集的优质储层之一,随着油田的深入开发,注水开发的开采方式使得心滩储层更易于水淹,造成该类优质储层剩余油分布认识不清。因此,精细刻画辫状河心滩内部非均质性对剩余油分布研究显得尤为重要[12-14]。作者以江苏真武油田三垛组一段6砂组辫状河心滩为例,结合现代沉积观察到的心滩特点,通过岩心观察、岩心分析和测井资料的综合运用,对心滩内部结构特征和内部非均质特征进行了细剖,并探讨了心滩内部非均质性如何影响剩余油的分布,以期可以有效地指导注水开发心滩储层的剩余油挖潜。
1 研究区概况
江苏真武油田位于高邮凹陷中部深凹带的南端,是一个受真②断层控制且被断层复杂化的逆牵引背斜构造[15-16],由真②大断层派生出一系列次级断层将真武油田切割成11个大小不一的断块(图1),其中,真11和真12断块面积大,为主要的含油区块,区内145口井,井距较小,为50~150 m。油藏主要受构造、岩性共同控制,属于中高孔中高渗的辫状河砂岩油藏。研究对象为江苏真武油田真11、真12断块,研究层位为古近系三垛组一段6砂组,油藏埋深1 720~2 150 m。
真武油田自1975年投产,采用注淡水开采方式,目前综合含水率超过90%,剩余油呈整体分散、局部集中的分布特征,对开发后期辫状河心滩内部非均质性认识不清,且对控制的剩余油认识不清,需要开展辫状河心滩内部非均质性研究。前人曾在该区做过沉积、储层等方面的研究[17-20],认为该区为一套湖退背景下形成的辫状河沉积,主要储层是辫状河的心滩且心滩总体为一套中高孔、中高渗储层,研究较为笼统,没有针对性的对心滩砂体,特别是心滩砂体内部的非均质性进行深入研究,因此难以预测高含水期心滩内部剩余油的分布。本文作者从心滩内部结构入手,深入探讨心滩的非均质性特征,重点剖析心滩内部结构,分析其对剩余油分布的影响,为辫状河心滩砂体高含水期的调整开发奠下基础。
2 心滩非均质特征
2.1 心滩内部结构
图2(a)所示为长江流域中典型的心滩沉积,位于安徽省安庆市,滩体受河流的截断作用将滩体分为主滩与次滩,次滩相当于主滩的滩尾与滩翼部,主滩与北侧次滩将河道一分为三,由于河流的螺旋式对称环流作用,次滩正在衰亡,而主滩也正在向南侧向加积偏移。心滩平面上一般分为滩头、滩尾、滩翼和滩中等4个部分(图2(b)),各部分除发育的位置不同,其内部结构也存在一定的差异[21]。滩头位于心滩陡部近物源迎水流位置,该部位迎向水流长期遭受冲刷,使得沉积序列不完整,几乎不发育落淤层;滩尾位于心滩缓部远物源背水流位置,受水流冲刷作用影响很小,前积作用较为明显,落淤层的发育程度和保存程度较好;滩翼位于心滩两侧边部靠近辫状河道位置,该部位受对称环流作用的影响,侧积作用较为明显,而受辫状河道的不断冲刷,位于低部位的落淤层一般保存不完整而高部位的落淤层基本不受影响;滩中位于心滩的中央,地势较为平坦,垂积作用明显,该部位的落淤层发育中等基本呈水平状。
图1 江苏真武油田区域位置及三垛组一段底面构造图
Fig. 1 Regional location and underside structure of E2s1 in Zhenwu oilfield, Jiangsu
图2 长江流域安徽庆阳段中的典型心滩沉积及心滩理论内部结构图
Fig. 2 Typical sedimentary of braided bar in Qinyang, Anhui, Yangtze river and inner structure in theory
根据心滩平面上发育的特点,垂向上完整的心滩序列可以划分出5种结构(图2(c)),为垂向加积体、落淤层、侧向加积体、垂向加积面和侧向加积面,“三体两面”是心滩垂向序列的典型内部结构,这亦是心滩形成过程中河流沿主流线两侧的2个螺旋式前进的对称环流不断作用的结果[22]。垂向加积体是心滩最主要的沉积体,是在低水位期发生的细粒物质沉积,发育小角度平缓的波状交错层理;落淤层为心滩内部特有的沉积物,也是区别于辫状河道的主要沉积标志,一般为成层发育的泥质或粉砂质沉积,是洪峰波动过程中憩水期悬浮物质落淤加积而形成的产物,落淤层在心滩的各个部位发育情况不同,是造成心滩内部非均质的主要沉积物;侧向加积体是对称螺旋环流冲刷侵蚀河岸并在河床堆积的产物,此种沉积物与围岩性质差异较大,较易识别,在真武油田取心井岩心观察过程中较为常见;垂向加积面和侧向加积面分别是垂积体与垂积体间或垂积体与侧积体间形成的界面,相当于交错层系组的界面,存在一定的渗流屏障或渗流差异。
2.2 心滩内部非均质性
2.2.1 结构韵律特征
滩头:滩头是研究区开发初期重要的储集部位,储集体内落淤层不发育,垂向上常呈现出正韵律特征。图3(a)中真检1井的1a小层为典型的滩头正韵律沉积,发育3期心滩充填(CB)沉积,韵律底部由于水流长期的冲刷常见冲刷面,以快速堆积的沉积方式为主,该段粒度较粗、成分复杂,常含砾石、泥砾。自然电位曲线为光滑钟型,平均孔隙度为22.70%,平均渗透率为4 600.7×10-3 μm2,渗透率突进系数为4.5,渗透率级差为545.4,非均质性较强。
滩中:滩中是研究区主要的储集部位,发育的范围和面积最大,该段落淤层较为发育,垂向上常为正韵律。图3(b)中真检1井的3a小层为典型滩中正韵律沉积,发育3套大小不一的落淤层(FS),底部为心滩充填(CB)沉积,中上部为叠置顺流加积(DA)沉积,中间夹洪峰波动过程中憩水期形成的落於层(FS)。自然电位曲线为锯齿状钟型,平均孔隙度为25.41%,平均渗透率为7 144.5×10-3 μm2,渗透率突进系数为5.4,渗透率级差为915.4,非均质性较强。
滩尾:滩尾是研究区开发后期主要的剩余油储集部位,储集体内落淤层发育,加剧了储层的非均质性,垂向上呈复合正韵律特征。图3(c)中真140井的2a小层为典型的滩尾复合正韵律沉积,发育3套心滩尾缘(CBL),心滩尾缘(CBL)之间常被落於层分割。下部心滩尾缘(CBL)由于处于背水面水动力比较弱的情况下形成的,岩性以泥质砂岩与粉细砂质为主,砂岩粒度较心滩充填(CB)和顺流加积(DA)要细,泥质含量较高。自然电位曲线为低幅齿化钟形,平均孔隙度为24.16%,平均渗透率为2 676.2×10-3 μm2,渗透率突进系数为3.2,渗透率级差为124.1,非均质性较强。
滩翼:滩翼也是研究区开发后期主要的剩余油储集部位,储集体上部落淤层发育,下部落淤层不发育,垂向上呈正韵律或复合正韵律。图3(d)中真检4井的2b小层为典型的滩翼复合正韵律沉积,中上部为顺流加积(DA)沉积,岩性以中细砂岩为主,下部为受对称环流作用而形成的侧积体(CJT)和心滩充填(CB)沉积,侧积体与围岩性质差异较大,会加剧储层的非均质性。自然电位曲线为钟型、箱形,平均孔隙度为28.2%,平均渗透率为1 575.6×10-3 μm2,渗透率突进系数为2.8,渗透率级差为37,非均质性较强。
图3 心滩内部各部分结构韵律
Fig. 3 Structures rhythm of each part within braided bar
2.2.2 落淤层类型及特征
落淤层是心滩内部成层发育的相对低渗透层或非渗透层[23],它直接影响心滩内部垂向渗透率的变化,是造成心滩内部非均质性的一个重要的因素。前面已阐述过落淤层由于在心滩各部位的水动力条件、沉积方式以及底形的不同,所以心滩各部位的落淤层的发育程度是不同的。研究区落淤层主要存在3种类型:泥质落淤层、钙质落淤层和物性落淤层3种。
泥质落淤层:岩性主要为泥岩、粉砂质泥岩,厚度一般在0.5~1.5 m,主要发育在心滩砂体上部,是水动力条件较弱时期的产物。在测井曲线上表现为自然电位明显回返,微电极曲线低值,微电位与微梯度曲线基本重合,整体上为高自然电位、低电阻特征(图4(a))。
钙质落淤层:岩性主要为钙质胶结的致密砂岩,主要发育在心滩砂体的上部,钙质含量一般在10%以上,厚度不大,一般在0.2~1.2 m,平面延伸距离短。在测井曲线上表现为自然电位略有回返,微电极曲线呈高阻尖峰,钙质含量越大,电阻率曲线变化幅度越大,整体上为低自然电位、高电阻特征(图4(b))。
物性落淤层:以泥质粉砂岩、粉砂岩为主,具有一定的孔隙度和渗透率(渗透率一般小于50×10-3 μm2),但与上下垂积体(渗透率平均约2 000×10-3 μm2)的物性相差很多,厚度较泥质落淤层和钙质落淤层薄,一般为0.2~0.5 m。在测井曲线上表现为自然电位略有回返,微电极曲线低值,微电位与微梯度曲线有微小分离,整体上为中低自然电位、低电阻特征(图4(c))。
落淤层的封隔作用主要取决于落淤层的渗透能力,一般落淤层的厚度越大,其封隔能力越强,但对于封隔能力较弱的落淤层,随着落淤层的厚度越大,封隔能力也会增强。真武油田不同类型落淤层封隔能力也有所差异,受落淤层发育的厚度和平面延伸范围等因素的影响,一般泥质落淤层封隔能力最强,钙质落淤层的封隔能力次之,而物性落淤层最弱。研究区心滩内部存在大量的落淤层,心滩各部分的落淤层发育程度及发育厚度大小不一,且分布很不稳定,在横向上难以追踪,落淤层的存在对心滩的垂向、水平渗透率影响极大。落淤层的分布受到心滩内部结构及砂体分布的影响,在滩头部位落淤层不发育或不存在落淤层,在滩翼部位上部发育落淤层而下部不发育,而在滩尾和滩中部位落淤层的发育程度增强,这也是垂向上识别心滩各个部位的重要标志之一。不同类型落淤层的分布位置也有所不同,物性落淤层主要分布在滩中;泥质落淤层在滩中和滩翼的上部都有发育,但在滩翼的概率比在滩中高;钙质落淤层分布比较随机,且顺心滩方向的落淤层连续性比垂直于心滩方向上的连续性好。
图4 辫状河心滩内部落淤层类型
Fig. 4 Type of off silt layers in inner braided bar
2.2.3 侧积体的识别及特征
侧积体在岩心上与围岩性质差异较大比较容易识别,岩性与两岸侵蚀母岩岩性有关,主要为灰绿色的泥质粉砂岩、灰色泥岩等(图5)。侧积体一般在螺旋式前进的对称环流作用过程中形成的[24],这种环流主要由表流和底流组成,表流为发散水流,由心滩向两岸流动,并冲刷侵蚀两岸,而底流由两岸向心滩聚集,并将携带的沉积物在心滩边部沉积下来,从而在滩翼形成侧积体。侧积体的孔隙度和渗透率与围岩相比变化较大,围岩与侧积体间形成的侧积面存在一定的渗流屏障或渗流差异,侧积体的存在加剧了心滩内部的非均质性。
图5 心滩内部侧积体的识别
Fig. 5 Identify of lateral accretion body in inner braided bar
3 心滩内部非均质性对剩余油分布的影响
影响剩余油分布的因素较多,既有地质因素又有工程因素,心滩内部非均质性是影响辫状河相心滩砂体剩余油分布的主要因素之一[25-28]。本文重点从落淤层和侧积体的纵横向分布角度分析其对心滩内部剩余油分布的影响。
3.1 落淤层
心滩内部落淤层具有非渗透性或弱渗透性的特点,它的存在会影响心滩内部垂向上渗透率的变化,起到一种类似于隔夹层的作用。心滩内部落淤层发育的程度和水平发育范围对剩余油的分布起到重要的影响,一般落淤层发育程度高的部位,剩余油较为富集;另外落淤层的水平发育范围增大时,剩余油富集范围也相应增大。心滩内部的4个结构中落淤层的发育程度不同,其中滩头不发育落淤层,滩翼部位上部发育落淤层而下部不发育,滩尾和滩中落淤层较为发育,其中滩尾落淤层发育程度最高,这就导致了不同的剩余油富集模式,包括滩尾高富集模式、滩中富集模式、滩翼顶部富集模式和滩头不富集模式等。
在注水开采的情况下,注采井和落淤层的匹配关系影响着剩余油的分布。当注水井位于滩头时,注入水迅速向滩中和滩尾方向推进,滩中在落淤层的底部剩余油较为富集,滩尾落淤层最为发育剩余油更为富集(图6(a));当注水井位于滩中时,注入水迅速向滩头和滩尾2个方向推进,滩头由于不发育落淤层,剩余油不富集,剩余油主要富集在滩尾和滩中水平发育范围大的落淤层底部(图6(b));当注水井位于滩尾时,注入水向滩头和滩中方向推进,滩尾剩余油被挤压到边角遭到破坏,另外在滩中水平发育范围大的落淤层底部也会零星富集剩余油而滩头不发育剩余油(图6(c))。因此,注采井和落淤层的匹配程度对剩余油的分布起着重要的影响作用,建议注水井应该分布在心滩的滩头位置,而采油井应在心滩的滩尾和滩中位置。
图6 心滩内部落淤层对剩余油的影响
Fig. 6 Influence on remaining oil distribution by off silt layers in inner braided bar
3.2 侧积体
侧积体主要分布在滩翼,侧积体根据其渗透性特点,分为非渗透性、弱渗透性和渗透性。围岩与侧积体间形成的侧积面存在一定的渗流屏障或渗流差异,侧积体影响剩余油的分布主要有2点:一当侧积体为非渗透层时,侧积体与围岩之间形成的侧积面具有渗流屏障作用,在侧积面的下部或侧积面的边角剩余油富集(图7(a));二当侧积面为弱渗透层或渗透层时,侧积体与围岩具有渗流差异,在注水开采的情况下,高渗透层围岩水驱启动压力低,水线推进快,注入水易波及,剩余油不富集,低渗透层启动压力高,水线推进慢甚至不出水,侧积体难以被注入水波及剩余油易富集(图7(b))。建议采油井应在心滩的滩翼侧积体发育位置。
图7 心滩内部侧积体对剩余油的影响
Fig. 7 Influence on remaining oil distribution by lateral accretion body in inner braided bar
4 结论
1) 综合考虑平面发育位置和内部结构差异将心滩平面上划分为滩头、滩尾、滩翼和滩中等4个部分,垂向上将心滩序列划分为垂向加积体、落淤层、侧向加积体、垂向加积面和侧向加积面等5种结构,提出“三体两面”是心滩垂向序列的典型内部结构,落淤层主要发育在滩尾、滩中和滩翼的上部,滩头不发育。
2) 落淤层主要为泥质、钙质和物性等3种类型,是心滩内部非均质性的主控因素;侧积体与围岩性质差异较大,岩性与两岸侵蚀母岩岩性有关,围岩与侧积体间形成的侧积面存在一定的渗流屏障或渗流差异,侧积体的存在加剧了心滩内部的非均质性。
3) 心滩内部落淤层和侧积体发育程度对剩余油分布具有影响作用,落淤层发育的滩尾、滩中和滩翼剩余油较为富集,其中滩尾剩余油最为富集;侧积体影响剩余油的分布主要表现在当侧积体为非渗透层时,在侧积面的下部或侧积面的边角剩余油富集,当侧积面为弱渗透层或渗透层时,侧积体未被注入水波及剩余油易富集,建议注水井应该分布在心滩的滩头位置,而采油井应在心滩的滩尾、滩中和滩翼位置。
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(编辑 陈爱华)
收稿日期:2014-05-10;修回日期:2014-08-19
基金项目(Foundation item):国家科技重大专项(2011ZX05009-003);中央高校基本科研业务费专项资金(13CX06013A) (Project(2011ZX05009-003) supported by the National Science and Technology Major Project; Project(13CX06013A) supported by the Fundamental Research Funds for the Central Universities)
通信作者:杨少春,教授,博士生导师,从事油气地质及油藏描述研究;E-mail: scyang@upc.edu.cn