河道單砂體_建筑結(jié)構(gòu)控三維非均質(zhì)模式_研究

1、第15卷第1期2008年1月地學前緣(中國地質(zhì)大學(北京;北京大學Eart h Science Frontiers (China University of Geosciences ,Beijing ;Peking University 收稿日期:2007-07-20;修回日期:2007-12-13基金項目:中國石油天然氣股份有限公司科技風險創(chuàng)新研究資助項目(油科函字(2004322KF3作者簡介:馬世忠(1963,男,博士,教授,博士生導師,礦物學、巖石學、礦床學及礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè),主要從事沉積學、油氣田開發(fā)地質(zhì)學教學、研究工作。E 2mail :szm6503sina 1com河道單砂體

2、“建筑結(jié)構(gòu)控三維非均質(zhì)模式”研究馬世忠1,呂桂友1,2,閆百泉1,范廣娟111大慶石油學院地球科學學院,黑龍江大慶16331821大慶職業(yè)學院,黑龍江大慶163255Ma Shizhong 1,L üGuiyou 1,2,Yan Baiquan 1,Fan Guangjuan 111Geoscience College ,Daqing Pet roleum I nstit ute ,Daqing 163318,China 21Daqing V ocational College ,Daqi ng 163255,ChinaMa Shizhong ,L üG uiyou,Yan

3、 B aiqu an ,et al.R esearch on three 2dimensional heterogeneous model of channel sandbody con 2trolled by architecture 1Ea rt h Science Frontiers ,2008,15(1:0572064Abstract :The planar and intrastratal (layer rhythmicity heterogeneity of monosandbody is unable to meet the demand in high water 2cut s

4、tage and Tertiary phase 1It cannot reveal the spatial variation and distribution of physical property in monosandbody ,and it ignores the effect of impermeable thin interbeds (mostly less than 30cm in monosandbody on the reservoir heterogeneity 1This paper proposes an approach for studying the three

5、 2dimensional heterogeneity ,that is ,to study the three 2dimensional heterogeneity according to the reser 2voir architecture that reflects the origin of sandbody ,the micro 2process of formation and the reservoir texture 1Combining the sedimentation model with the sedimentary stack of laterally 2ac

6、creted body in meandering point bar ,we establish a three 2dimensional heterogeneous model of meandering channel sandbody controlled by ar 2chitecture 1This model features the lunate ,wedge 2shaped laterally 2accreted body whose permeability is decrea 2sing toward the convex bank and upward ;these a

7、ccreted bodies laterally stacking and dipping towards the channel migration direction at 5-15°angle one by one ,and being divided by impermeable laterally 2accreted thin interbeds 1This model reveals the impermeable thin interbeds and barrier 2restricted framework ,which is im 2portant to the t

8、hree 2dimensional heterogeneity of monosandbody but has been ignored in previous models 1It objectively reveals the basic physical property unit (the laterally 2accreted sandbody and its regular pattern of three 2dimensional distribution in monosandbody ,and truly reflects the nature of the three 2d

9、imensional hetero 2geneity in monosandbody 1This would have important influence on the seepage field ,the injectant driving oil ,and the generation and distribution of remaining oil in monosandbody 1This would have a significant impact on the study and forecast of residual oil in high water 2cut sta

10、ge and tertiary phase as well as thereafter 1K ey w ords :reservoir architecture ;three 2dimensional heterogeneity ;meandering channel ;monosandbody ;im 2permeable thin interbeds in monosandbody ;laterally 2accreted mudstone摘要:單砂體平面、層內(nèi)(小層韻律性非均質(zhì)性已不能滿足高含水期、三次采油階段的需求,其既不能揭示單砂體內(nèi)部物性空間變化及分布,更忽略了單砂體內(nèi)非滲透薄夾層

11、(多<30cm 對儲層非均質(zhì)性的影響。文中提出按反映單砂體成因、形成微過程及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的儲層建筑結(jié)構(gòu)(architecture 研究單砂體內(nèi)部三維非均質(zhì)性的思想,并結(jié)合曲流點壩單一側(cè)積體沉積模式及其側(cè)疊模式,建立了“滲透率向凸岸、向上減小的新月形楔狀側(cè)積體,逐一斜列側(cè)疊,其間被非滲透側(cè)積薄夾層隔開”的曲流河道砂體“建筑結(jié)構(gòu)控三維非均質(zhì)模式”,揭示了以往忽視的、但對單砂體內(nèi)部三維非均質(zhì)性至關(guān)重要的不滲透薄夾層及其遮擋2阻流格架;也由此客觀地揭示了單砂體內(nèi)部物性基本單元(側(cè)積砂體及其三維分布規(guī)律,從而真正反映了單砂體內(nèi)部三維非均質(zhì)性的本質(zhì),并由此對單砂體內(nèi)部滲流場、注入劑驅(qū)油和剩余油形成與分布

12、產(chǎn)生重要影響,這將對高含水期、三次采油階段及其以后的剩余油研究、預測具有重要意義。關(guān)鍵詞:儲層建筑結(jié)構(gòu);三維非均質(zhì)性;曲流河道;單砂體;層內(nèi)非滲透薄夾層;側(cè)積泥巖中圖分類號:P588121;P618113文獻標識碼:A文章編號:1005-2321(200801-057-08油氣儲存于地下儲層內(nèi),單砂體成為油氣滲流的基本單元,因此,單砂體內(nèi)部非均質(zhì)性是控制注入劑驅(qū)油(方向、平面與垂向波及特性、驅(qū)油效率等、剩余油形成與分布的關(guān)鍵地質(zhì)因素,也是油氣田開發(fā)地質(zhì)研究的核心內(nèi)容之一1。油田開發(fā)初、中期,多從小層平面沉積微相角度識別單砂體,從平面、層內(nèi)(小層韻律性研究非均質(zhì)性,且側(cè)重于滲透率非均質(zhì)性,通常用

13、單砂體滲透率平面分布及單砂體級垂向韻律性表示,能很好地認識地下復雜單砂體的平面分布、宏觀非均質(zhì)性及水驅(qū)油規(guī)律。而在高含水期、三次采油階段,因油層經(jīng)過長時間的注水開發(fā),含水增高,層內(nèi)水洗及剩余油分布越來越復雜,各種層內(nèi)差異凸顯出來,單砂體內(nèi)部地質(zhì)差異也越顯重要,并對單砂體內(nèi)部注入劑驅(qū)油、剩余油形成與分布產(chǎn)生很大影響。此階段,用單砂體平面物性分布及垂向韻律性研究非均質(zhì)性已不能反映單砂體內(nèi)部更細致的物性變化,且存在兩個問題:(1它是否揭示了單砂體內(nèi)部物性空間變化及分布;(2更為重要的是,忽略了單砂體內(nèi)非滲透薄夾層(多<30cm對非均質(zhì)性、注入劑驅(qū)油、剩余油形成與分布的作用,但其作用可能并不亞于

14、滲透率分布,特別是對于非均質(zhì)嚴重的處于高含水期及三采階段的曲流河道砂體。由于注入劑驅(qū)油皆發(fā)生在單砂體內(nèi)部,則真正控制注入劑驅(qū)油的地質(zhì)因素是單砂體內(nèi)部特征224,即單砂體內(nèi)部建筑結(jié)構(gòu)(architecture,它從單砂體成因及沉積微過程角度,不但揭示了單砂體的內(nèi)部各級界面與結(jié)構(gòu),而且詳盡、客觀地揭示并控制了單砂體內(nèi)部不滲透薄夾層及物性的空間分布。因此,以Miall儲層內(nèi)部建筑結(jié)構(gòu)529分析為基礎的“建筑結(jié)構(gòu)控三維非均質(zhì)模型”是繼單砂體平面、層內(nèi)非均質(zhì)性后的重大進展,其反映了單砂體三維非均質(zhì)的本質(zhì),對油田高含水期及三次采油階段儲層地質(zhì)精細研究具有重要意義。本文以大慶長垣X11區(qū)P組曲流型分流河道單

15、砂體為例,進行“建筑結(jié)構(gòu)控三維非均質(zhì)模式”研究。1側(cè)積薄夾層控制了單砂體內(nèi)部非滲透層格架111曲流點壩內(nèi)存在大量曾被忽略的薄夾層單砂體內(nèi)部薄夾層僅130cm(多<20cm,有時在巖心圖上都難以表示,因此,在單砂體非均質(zhì)性研究中常被忽略。然而,其對單砂體內(nèi)部非均質(zhì)性具有重大影響,作用并不亞于通常所重視的滲透率分布。油田大量巖心、古代露頭10211及現(xiàn)代沉積揭示:曲流點壩砂體內(nèi)不但存在,而且普遍發(fā)育大量非滲透薄夾層。如:大慶長垣X11區(qū)P組7個大中型分流河道單砂體內(nèi)的231井層中,測井解釋有夾層為132井層,占5712%,有1、2、3、4、5個夾層的分別占2614%、1619%、1014%、

16、117%、117%,夾層厚度/砂巖厚度比分別為713%、14%、1717%、20%、23%。因夾層很薄,仍有較多夾層測井目前難以識別,因此,單砂體內(nèi)薄夾層應比這一統(tǒng)計更多。112薄夾層成因、類型、規(guī)模、建筑結(jié)構(gòu)盡管曲流河道砂體內(nèi)存在廢棄河道沉積、洪后道內(nèi)懸浮沉積、洪峰間道內(nèi)細粒沉積、強水動力沖刷泥礫沉積,成巖作用,原油氧化等多種成因的夾層12,但以洪后道內(nèi)懸浮沉積的側(cè)積夾層為主,按Miall儲層建筑結(jié)構(gòu)界面分級529,一般其頂面為4級界面。其類型視河水能量、載荷粒度及比例等不同有所差異,通常為泥巖、含砂泥巖、砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖、含泥砂巖。側(cè)積夾層規(guī)模以極薄、規(guī)模小、復雜為特征。通常其厚度<

17、;30cm,寬度約為滿岸河寬的2/313,長度視點壩規(guī)模、曲率及在點壩中的位置而定,通常略大于點壩寬度。如據(jù)開發(fā)密井網(wǎng)平面微相揭示的廢棄河道寬度,依據(jù)舒姆(Schumm、中國科學院地理圖1曲流河道砂體內(nèi)單一側(cè)積體沉積與滲透率空間分布模式Fig11The sedimentation model and permeability spatial distribution model of lateralaccretion body in the meandering channel sandbody(a單一側(cè)積體滲透率橫向分布模式;(b曲流河道砂體內(nèi)部側(cè)積體疊加模式;(c單一側(cè)積體滲透率垂向分布;

18、(d曲流河道砂滲透率垂向分布(J375井P31b研究所、利凹波德(Leopold河流工程關(guān)系式等分別求得X11研究區(qū)P31b單元曲流河道滿岸河寬為120、12115、11519、161m,前三者很接近,為此取其滿岸河寬為120m。由開發(fā)密井網(wǎng)揭示的廢棄河道寬度、河流工程關(guān)系式計算的滿岸河寬、密井組解剖提取側(cè)積體規(guī)模、側(cè)積面平均傾角與河流深度計算側(cè)積體寬度等方法可求得側(cè)積薄夾層的寬度。X11研究區(qū)P31b 單元曲流河道側(cè)積夾層最大寬度約為80m。側(cè)積薄夾層建筑結(jié)構(gòu)詳見文中第3節(jié)及圖1b。113側(cè)積薄夾層對非均質(zhì)性的重要作用側(cè)積薄夾層因薄、小,且位于層內(nèi),在油田開發(fā)初、中期,其作用并不明顯,而在高

19、含水期、三次采油階段,單砂體及其滲透率宏觀分布已不能詳盡揭示層內(nèi)剩余油分布,層內(nèi)薄夾層對非均質(zhì)性、注入劑驅(qū)油的影響及其重要性逐漸顯現(xiàn)出來,且其作用可能并不亞于滲透率宏觀分布。(1薄夾層非滲透作用。對同一單砂體,是否考慮單砂體內(nèi)薄夾層,對單砂體內(nèi)部非均質(zhì)性、流體滲流場具有重大影響。如X11區(qū)P組主力油層單砂體滲透率為(1002400×10-3m2,而薄夾層小于1×10-3m2,形成極大的滲透率差異,使薄夾層具有明顯的非滲透作用,或特低滲透作用。通過詳盡研究發(fā)現(xiàn)它進一步可產(chǎn)生如下分作用(圖2:局部隔層作用,將一個厚層局部分隔成幾個相對薄層,對于水平隔層,該作用更突出;遮擋作用,

20、使運動中的流體遇到遮擋,被迫改變方向,主要針對產(chǎn)狀與流向斜交的夾層;死角回流作用,當兩夾層合并,至使砂層尖滅形成死角,流體受阻回流;分流、合流作用,在夾層消失部位,使流體形成分流或合流;重力分異底板作用,聚集因重力分異而下沉的水,并使之沿夾層頂面流動;減速緩流作用,對特低、低滲夾層,將使流體流速漸小,流量減少。(2薄夾層建筑結(jié)構(gòu)作用。如果僅考慮薄夾層的非滲透作用則是片面的,因為側(cè)積薄夾層不但是單砂體內(nèi)部最重要、最易識別的建筑結(jié)構(gòu)界面,更重要的是,薄夾層的不同建筑結(jié)構(gòu),即薄夾層不同的形態(tài)、規(guī)模、組合等特征,將產(chǎn)生不同的作用,從而對滲流場產(chǎn)生不同的影響。如曲流河砂體的側(cè)積薄夾層建筑結(jié)構(gòu)與水下分流河

21、道砂體的垂向加積薄夾層將形成完全不同的滲流場。(3揭示并控制了層內(nèi)滲透率格架。因側(cè)積薄夾層是滲透率基本單元的4級加積體界面且具非滲透性,而揭示并控制了單砂體內(nèi)部滲透率格架,這對認識真正的單砂體內(nèi)部三維非均質(zhì)性具有重要作用,這恰是以往所忽略的。由此可見,成因單砂體內(nèi)部是否存在薄夾層,是否普遍,發(fā)育程度、級別、成因、類型、建筑結(jié)構(gòu)等對單砂體內(nèi)部非均質(zhì)性產(chǎn)生重大影響。圖2曲流點壩側(cè)積泥巖薄夾層建筑結(jié)構(gòu)及其對注入劑驅(qū)油、剩余油形成與分布的影響(馬世忠,1999Fig12The architecture of lateral accretion mudstone in point bar and its

22、 effect on theinjectant2driven oil and the generation of residual oil2單一加積體滲透率空間模式4級加積體是組成單砂體的基本單元,而單一4級加積體滲透率空間模式成為認識單砂體內(nèi)部三維非均質(zhì)性的鑰匙。由此可見單砂體內(nèi)部建筑結(jié)構(gòu)研究的意義。由于同一加積體范圍很小且其經(jīng)歷的成巖作用相同或相似,因此其滲透率分布主要受沉積作用控制,又由于同一側(cè)積體內(nèi)2級界面控制的同一巖相滲透率相同或相近,因此加積體滲透率空間分布主要受巖相控制。依據(jù)側(cè)積體形成過程14,建立曲流點壩單一側(cè)積體滲透率空間模式。單一側(cè)積體沉積模式:在曲流環(huán)凸岸,一次洪水事件形

23、成一個側(cè)積體。在一次洪水事件中的某階段(以最大洪水位期為例在河曲(如轉(zhuǎn)折端處的橫斷面上,由凹岸向凸岸,由于河水漸淺、縱向流速及橫向底流流速漸降,由此形成主要沉積負載由滾動跳躍懸浮、沉積粒度漸細、底形及層理類型與規(guī)模漸變的側(cè)積體橫向沉積模式。一次洪水事件從漲洪落洪枯水期的每一階段都有不同于其他階段的水動力特征,因而在同一位置將形成粒度、層理不同(或稍不同于其他階段的沉積。由此各階段形成的具不同特征的橫向沉積則構(gòu)成側(cè)積體垂向沉積模式。由上可見,一次漲沖落淤型洪水事件形成一個正韻律側(cè)積體,其橫向由凹岸到凸岸、垂向由下而上粒度漸細、層理漸變,之上被薄的側(cè)積泥巖覆蓋。側(cè)積體的這一巖相空間變化也將相應導致

24、儲集物性的變化,據(jù)此提出單一側(cè)積體滲透率空間模式為:向凸岸、向上減小的新月楔狀體模式,即滲透率橫向向凸岸、縱向向上(正韻律減小(圖1a、c。據(jù)單一側(cè)積體滲透率空間模式,結(jié)合研究區(qū)層巖石相滲透率值,采用同井同點壩自下而上不同側(cè)積體的滲透率亞序列代表同一側(cè)積體不同部位的滲透率亞序列,如用J375井P31b(圖1d的第1側(cè)積體亞序列代表側(cè)積體下部亞序列,用第2、4、5側(cè)積體亞序列分別代表側(cè)積體中、上、頂部亞序列,由此建立研究對象(P31b的單一側(cè)積體滲透率空間模式(圖1a、c。如(1橫向由凹岸向凸岸:滲透率為1400×10-32300×10-3(下1000×10-3 1

25、400×10-3(中800×10-3(上30×10-3m2 (頂。(2垂向亞序列:自下而上,滲透率降低,至頂部變?yōu)榉菨B透或特低滲透薄夾層。但單一側(cè)積體的下、中、上、頂部的滲透率亞序列值不同(圖1d,如下部亞序列由2300×10-31700×10-31400×10-3600×10-31×10-3m2;而上部亞序列由827×10-3811×10-3300×10-3100×10-31×10-3m2。3加積體空間疊加模式及單砂體“建筑結(jié)構(gòu)控三維非均質(zhì)模式”由于不同成因單砂體

26、具有不同4級加積體疊加模式,因此其單砂體內(nèi)部滲透率空間分布模式也不 同。曲流河道砂體“建筑結(jié)構(gòu)控三維非均質(zhì)模式”受控于側(cè)積體空間疊加模式。311側(cè)積體空間疊加模式一次洪水事件,河曲凹岸被強烈侵蝕,相應地在凸岸側(cè)積面之上沉積一個側(cè)積體(圖1a,河道發(fā)生一次遷移。由于洪水事件周期性發(fā)生,則使后期洪水事件形成的楔狀新月形側(cè)積體呈疊瓦狀側(cè)向疊加于前一側(cè)積體之上,至河流廢棄時,則由若干個側(cè)積體疊加組合為一個點壩,每個側(cè)積體即是一個等時間單元,其間存在一側(cè)積面,正韻律側(cè)積體的側(cè)積泥巖位于后期側(cè)積面之下,反韻律側(cè)積體的側(cè)積泥巖位于本期側(cè)積面之上。由此構(gòu)成點壩側(cè)積體沉積疊式(圖1b。312曲流河道砂體“建筑結(jié)

27、構(gòu)控三維非均質(zhì)模式”按點壩側(cè)積體側(cè)疊模式即可得到點壩滲透率空間側(cè)疊模式,其包括兩方面:其一,非滲透薄夾層側(cè)積泥巖為空間新月形斜列側(cè)疊模式(圖1a、b。據(jù)該模式及側(cè)積薄夾層寬度(文中112部分、平均傾角、平面分布密度、開發(fā)密井網(wǎng)平面微相揭示的廢棄河道的側(cè)積方向等即可對側(cè)積薄夾層進行預測。但因曲流河道砂體內(nèi)側(cè)積夾層薄而窄,在正常開發(fā)井網(wǎng)下,其一般不能進行井間對比。其二,具“滲透率向凸岸、向上減小的新月楔狀體”模式的單一側(cè)積體,沿側(cè)積方向按空間新月形斜列側(cè)疊模式疊加(圖1b。即得到曲流河道砂體“建筑結(jié)構(gòu)控三維非均質(zhì)模式”。按實際側(cè)積體滲透率模式,沿側(cè)積方向按空間新月形斜列側(cè)疊模式疊加,即得到研究區(qū)實際曲流河道砂體“建筑結(jié)構(gòu)控三維非均質(zhì)模式”(圖1a、b。313成因單砂體內(nèi)部垂向滲透率亞序列是“建筑結(jié)構(gòu)控三維非均質(zhì)模式”的垂向反映(1成因單砂體內(nèi)部滲透率亞序列及非滲透薄夾層。以往油層垂向非均質(zhì)研究注重成因單砂體整體垂向(巖性、物性、含油性序列研究,如曲流點壩整體粒度正韻律及滲透率正韻律。一般忽略了層內(nèi)薄夾層及層內(nèi)(巖性、物性、含油性亞序列,成因單砂體內(nèi)部結(jié)構(gòu)研究證實:單砂體內(nèi)存在巖性、物性亞序列及薄夾層。更為重要的是,薄夾層不但是層內(nèi)非滲透薄夾層,而且與層內(nèi)亞序列一起深入、精細地揭