厚油层砂体结构解剖方法及剩余油挖潜.docx
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厚油层砂体结构解剖方法及剩余油挖潜
厚油层砂体结构解剖方法
一、引言
经过多年的强化开采,东濮老区多数油田逐渐进入高-特高含水开发阶段,油藏开发的主要矛盾也随之由层间、平面矛盾向层内矛盾转移,储层内部结构非均质性作为主导油田开发后期水淹形式和剩余油分布复杂的核心地质因素而成为了开发地质研究的焦点和热点。
国内大庆、胜利、大港等油田针对曲流带厚油层开展了大量内部结构研究工作,并将其成功应用于剩余油分析与挖潜,而东濮老区在这方面起步较晚。
大量研究事实证明,厚油层仍然是东濮老区当前阶段“稳油控水”的主攻目标,其内部剩余油具有“普遍分布、局部富集”的特点,储层内部结构是其主控因素之一。
深入剖析厚油层内部结构及其对地下流体运动的控制作用可以有效提高剩余油预测精度、更好地指导高-特高含水期油田的剩余油挖潜,对提高油田采收率、实现油田高效开发、促进油田可持续发展具有非常重要的理论和现实意义。
二、东濮老区厚油层开发现状
(一)厚油层界定
一般而言,东濮老区所谓的厚油层多与I类层相对应,其储层具有厚度较大、横向展布范围较广、物性较好的特点,不同油田具体标准不同,是一个相对性概念。
对文10块沙三中9,厚油层多指砂岩厚度在4.2-10m的油层,砂岩平均厚度为6.65m,孔隙度16.1-29.8%,平均23.0%,渗透率1.3-770.4mD,平均60.1mD;对文179块沙二下4,厚油层多指砂岩厚度在3.4-9.5m的油层,砂岩平均厚度为5.71m,孔隙度15.1-18.5%,平均17.1%;对胡12块沙三中8,厚油层多指砂岩厚度在3.2-6.6m的油层,砂岩平均厚度为4.3m,孔隙度22.8-27.7%,平均25.2%,渗透率107.1-2187mD,平均768.4mD(表1)。
(二)厚油层开发现状
从东濮老区厚油层目前开发情况来看,总体呈现三个方面主要特点:
①总体高-特高含水;②总剩余资源量巨大;③砂体内部结构复杂;④剩余油普遍存在,局部富集。
统计特征表明,中渗油藏一类层地质储量为0.891亿吨,但采出程度仅33.08%,剩余资源量为0.596亿吨,以水驱采收率50%来计算,可采出的剩余油量至少还有0.151亿吨,其中主要分布于高含水区,所占比例为36.9%;低渗油藏一类层地质储量为4.53亿吨,但采出程度仅21.8%,剩余资源量为3.542亿吨,总量非常可观(表2)。
表1东濮老区不同区块厚油层砂岩特征统计表
区块
层位
砂岩厚度
孔隙度
渗透率
分布范围
平均值
分布范围
平均值
分布范围
平均值
胡12块
沙三中8
3.2-6.6
4.3
22.8-27.7
25.2
107.1-2187
768.4
文10块
沙三中9
4.2-10
6.65
16.1-29.8
23
1.3-770.4
60.1
文179块
沙二下4
3.4-9.5
5.71
15.1-18.5
17.1
/
/
表2厚油层开发特征
油藏
类型
剩余地质储量
(亿吨)
采出程度(%)
一类层剩余地质储量(%)
二三类层剩余
地质储量(%)
小计
构造复杂带
井损区
相带差异区
高含水区层内
中渗
1.98
33.08
45
21.8
19.4
21.9
36.9
55
低渗
0.88
21.8
51
28.4
19.5
23.4
28.7
49
合计
2.86
29.58
47.1
24.3
19.4
22.5
33.8
52.9
目前,以小层或者单层为单位编绘的水淹图已经不太适应高-特高含水期剩余油分析的需要,必须开展厚油层砂体内部结构针对性研究,落实河道演化及叠置特征及不同级次结构面对地下流体的隔挡作用,以此为基础来进行剩余油形成及分布研究,从而提高剩余油描述精度以适应此阶段的挖潜需求。
三、厚油层内部结构层次划分方案
在开展地下储层结构研究中,大多数学者基本都采用了Miall所提出的储层结构界面及结构要素划分思路,虽然该方案严格遵循了沉积结构层次性原则,但明显存在与现场地层及小层划分方案和使用习惯不配套的问题,因而有必要针对具体的研究对象提出全新而具体的砂体内部结构划分方案。
结构界面和要素的划分和种类应当是一个开放的体系,可以结合所研究地区的特点以及研究对象的复杂程度自行排列界面序列、定义结构要素类型,不拘一格。
鉴于此,本次研究过程中,针对东濮老区厚油层的结构性和现场使用习惯提出了新的砂体内部结构划分方案(表3,图1)
表3砂体内部结构划分方案及其与小层划分方案对比表
图1厚油层砂体结构划分方案图释(以胡检1井沙三中8-5为例)
厚油层砂体结构解剖的重点研究对象为第6、7级结构体,即单成因砂体和加积体,分别对应于小层划分方案中的单砂体及加积单元。
四、厚油层内部结构面类型及特征
厚油层内部结构面是指在纵向沉积层序中一期连续稳定沉积结束到下一期连续稳定沉积开始之间形成的,在岩性和测井响应特征上有别于上下邻层的特征岩性面。
与结构层次划分相应,结构面的规模有大小之别,级别有高低之分,本研究的重点是第六级和第七级结构面,即单成因砂体的边界结构面和单成因砂体内部的加积面(一般以夹层形式产出),这既是重点,也是难点,更是做好空间结构研究的关键所在。
根据岩心特征和测井解释结果,厚油层砂体内部的第六级结构面主要有三种类型:
①泥质层;②含砾砂岩层;③钙质层。
从岩心特征来看,第七级结构面主要是单成因砂体内部的泥岩、粉砂质泥岩或泥质粉砂岩薄夹层,厚度一般0.1~0.3m,一般为洪后水道内的悬浮沉积或洪峰间河道内的细粒沉积,属水动力短暂变弱的沉积产物。
(一)泥质层
泥质层的成因往往是一期河道沉积在沉积晚期,随着水动力作用的减弱而在下部砂质沉积物之上形成的一套泥质,也可以是水下分流河道间的泥质沉积,但随着后期河道逐渐发育以及下切作用不断增强的影响,此前的泥质沉积物一部分会被侵蚀,但这种侵蚀作用还不至于下切至前期沉积的河道砂体,于是在两期河道沉积砂体之间便形成了泥质结构面,微电极测井曲线回返明显(图2),比较容易识别。
S202
河
道
砂
S204
河
道
砂
图2厚油层当中的泥质结构面(文33块沙二下)
(二)含砾砂岩层
含砾砂岩层主要由冲刷-充填作用形成,指位于河道底部的一套滞留沉积,此层分选和物性均相对较差(图3)。
对胡状集油田岩心观察表明,虽然含砾砂岩层物性相对较差,但依然含油,只是原始油气充满度不如其上部砂岩段,电阻率回返程度较低。
物性差的含砾砂岩层从岩心上容易识别,但从测井曲线上识别尚有一定难度,故在做空间单成因砂体划分时需要参考连井剖面上各结构体的空间位置及接触关系来开展综合识别。
(三)钙质层
正韵律水下分流河道储层的下部物性一般较好,是孔隙水的优势渗流部位,也是钙质优先沉积场所,易形成钙质砂岩,此为钙质层成因之一(图4);另外,从厚油层岩心特征来看,河道顶部与上覆泥岩接触位置的钙质层也较发育,所以,钙质层的成因之二也可能属于早期沉积砂体顶部受粘土矿物成因转化过程中提供了较高浓度的钙离子成岩而成。
不管钙质层属哪一种成因,厚油层内部的钙质层指示了单成因砂体的顶、底面,属六级结构面之一,可作为多期单成因砂体叠加的佐证(图3)。
在各类结构面的识别过程中,要注意区分其级次,级次划分的错误会直接导致砂体空间组合的错误,会影响对同一期河道沉积物整体形态的认识,无法精细描述结构体的展布及揭示结构体内部的非均质特征。
开展储集砂体划分和识别不同级次结构面必须遵循所研究对象的沉积规律,按照点-线-面-空间的思路开展全方位研究。
一般地,如果是不同河道单元叠置,其间出现的泥质、钙质和冲刷面等六级结构面具有横向延续较稳定或略呈渐变的特点。
如果在厚油层中的结构面不连续、井间不可追,则这种结构面有可能是单成因砂体内部的第七级结构面。
五、厚油层单成因砂体识别方法
前人对储层空间结构的研究和探讨主要集中于曲流河点坝砂体构型的分析,对三角洲前缘水下分流河道砂体的空间构型研究甚少,尤其是扇三角洲前缘厚油层构型的研究基本还是一个空白。
本次以岩芯观察为基础,结合生产开发动态资料、措施效果资料、测试资料等总结了水下分流主河道单成因砂体的识别标志:
(1)不连续的水下分流河道间砂体(图5)和河道间泥(图6)的出现代表两条不同河道的边界
尽管大面积分布的水下分流河道砂体多为多条河道侧向拼合的结果。
一般情况下,如果河道出现分岔,则在河道间要么会因为漫溢作用形成不连续的水下分流河道间砂或者因为砂质沉积缺乏而只有河道间泥,沿河道横向上不连续分布的水下分流河道间砂体或者河道间泥便成为了两条不同水下分流河道的分界标志。
图5单一河道识别标志——河道间薄层砂沉积
图6单一河道识别标志——河道间泥质沉积
(2)同时期水下分流河道砂体顶底面高程差异
不同水下分流河道砂体尽管属于同一地质时期沉积的产物,但是受其沉积古地形的影响,沉积能量的微弱差别及水下分流河道改道或发育时间差异的影响,在顶底相对高程上会有差异(图3-14)。
如果这种差异出现在水下分流河道分界附近,就可以将其作为两条水下分流河道砂体的边界的标志,需要和其它资料配合使用才能更好地起到单河道划分的标志性作用。
图6单一河道识别标志——同时期河道砂体顶面高程差异
(3)水下分流河道砂体厚度差异
不同水下分流河道砂体,由于分流能力受到多种因素的影响而必然会出现差异,会通过沉积砂体的厚度上的差异表现出来(图7),如果这种差异性的边界可以在较大范围内追溯,就可以认为是不同水下分流河道单元的指示。
图7单一河道识别标志——水下分流河道厚度差异
(4)水淹特征的差异
由于不同的水下分流河道单元形成、演化具有相对的独立性,发育的水下分流河道砂体单元之间不拼合或者拼合但存在渗流屏障,这些地质特征必将会在开发动态及不同时期测井响应特征上体现出来(图3-8)。
图8单一河道识别标志——厚砂体水淹状况的差异
(5)地层压力差异(RFT资料)
注水开发过程中,受开发非均质性和储层非均质性等综合影响,储层压降和压力分布会在纵、横向呈现不均一分布的特点。
RFT测井是获取单层地层压力的有效手段,通过建立单井压力剖面,分析平面压力分布差异可以有效提高对储层内部结构,尤其是横向连通性的认识水平。
在地质条件和注水方式相似的条件下,同一厚油层内部如果压力下降程度出现差异,则很可能是由于井间隔挡面的存在而造成的结果,从而可以在横向上将厚油层划分为不同的单成因砂体(图9)。
图9单一河道识别标志——压力差异
六、厚油层空间结构特征分析
储层结构模型包括单井结构模型、剖面结构模型、平面结构模型和空间三维结构模型。
通过对储层沉积单元的细分与对比,进行砂体骨架精细解剖,在此基础之上,充分认识砂体可能成因类型、组合样式,并结合砂体的平面组合样式,在现代河流沉积模式的指导下,按照地质思维来合理的建立砂体的剖面和平面结构模型。
(一)取心井厚油层结构特征分析
详细观察和描述了7口取心井(其中包括文检1和胡检1两口密闭取心井),岩心总长总计573m。
对取心井的岩心观察和描述着眼于三个方面的问题:
①取心井厚油层内部各级结构面的识别;②厚油层内部结构面的产状特征;③取心井厚油层单成因砂体的划分。
以胡检1井为例来说明取心井厚油层内部结构特征分析。
胡检1井是1994年10月完钻的一口密闭取心井,针对该井的分析化验资料较全。
取芯段的主要厚油层砂体所处层位为沙三中8(6-8),属扇三角洲前缘水下分流主河道砂成因。
1、结构面类型及产状
胡检1井厚油层内部的结构面共有两种类型,一种是单河道底部冲刷面,另一种是泥质结构面(图9)。
岩心观察的结果表明,六级泥质结构面和七级泥质结构面的产状主要为水平状,而六级含砾砂岩结构面(冲刷面)则除了具有水平产状外,还有一部分呈低角度状产出(图9),这说明六、七级结构砂体的主体以垂向充填沉积为主,厚油层内部六级结构体在空间上具“纵向切叠、横向叠置连片”的空间特征。
2、厚油层结构特征
以HJ1井沙三中8-7厚油层为例,该厚油层位于井深2225.0~2230.0m,主体岩性为棕色细砂岩,棕色含砾砂岩等,由四段细砂岩-含砾砂岩构成的正粒序段纵向叠合而成,其内部四段含砾砂岩为冲刷-充填沉积,代表每期河道滞留沉积作用,为第六级结构面,细砂岩内部见交错层理、平行层理。
以六级结构面为界,可以将沙三中8-7厚油层砂体纵向上可以划分为四期水下分流河道,即该厚油层是由四期水下分流河道纵向切叠构成(图10)。
图10厚油层砂体结构特征(HJ1井,沙三中8-7)
岩心分析结果表明,高渗段出现在厚油层下部,从下往上渗透率逐渐降低,显正韵律特征,另外也注意到,该厚油层下部剩余油饱和度低,从下往上剩余油饱和度逐渐变大。
这正是正韵律油层的注入水易从下部高渗段流动,上部低渗段波及效果差的结果,导致了砂体上部剩余油富集。
(二)对子井厚油层结构分析
所谓对子井,顾名思义就是相距较近且成对出现的井。
重点选取了胡状集油田胡12块10组对子井进行了研究,这些对子井的平均井距为78.25m。
一般而言,薄夹层的横向延展范围难于确定,但对子井小井距的特点正好为研究不同级次结构面的空间特征提供了良好的契机;另一方面,这种小井距的特点也更便于研究砂体的横向变化特征。
研究结果表明,这10组对子井在沙三中8(6-8)共钻遇河道砂体20个,其中这些河道砂体在对子井间尖灭的有10个,占50%;共钻遇不同类型结构面(夹层)76个,其中这些结构面在井间尖灭的有20个,占26.3%(表4),这充分说明了厚油层内部复杂的结构非均质性,在其内部发育了规模不等的六级结构体以及具有不同遮挡作用的六级结构面。
表4对子井厚油层和夹层特征统计表
(三)厚油层剖面结构分析
厚油层单成因砂体剖面结构的建立过程主要包括三个部分的内容:
①单成因砂体的空间组合;②单成因砂体内的夹层空间组合分析;③单成因砂体空间结构组合结果的检验。
在各沉积单元储层对比的格架内,在地层构造、沉积展布等条件约束下,充分考虑不同类型沉积体的韵律变化规律和横向变化特点,在相控条件下实施不同单成因砂体的识别、对比、划分及组合,进而建立厚油层砂体结构剖面(图11)。
图11厚油层砂体结构要素剖面
通过结构剖面分析可以得出以下几点认识:
①顺物源方向厚油层结构要素剖面的单成因砂体(六级结构体)的横向连续性好于垂直物源方向;②厚油层砂体并不是由于一期河道作用形成,几乎所有的厚油层砂体都是由多条水下分流主河道相互切割,叠置连片而形成的;③厚油层砂体内部不同级次结构面具有随机分布特征,且多以低角度相互斜交的方式产出;④东濮凹陷三角洲前缘具水下分流河道成因的厚油层砂体内部未见类似曲流河点坝的侧积现象,二者结构特征迥异。
(四)厚油层砂体平面结构分析
研究了胡状集油田、文留油田不同区块三角洲前缘厚油层砂体平面结构,结果表明厚油层砂体是由多期水下分流河道在纵向切叠和横向叠置连片的基础上而形成的。
从这一点来讲,以往在单井相分析基础上建立起来的均化了厚油层砂体内部结构特征的“泛微相”沉积微相展布图已经不能描述厚油层砂体内部的复杂河道演化特征,基于高含水后期油田开发需求,沉积微相图必须能较好反映河道发展和演化特征,具有能较好地反映沉积过程的功能(图12)。
图12厚油层砂体平面结构分析图
七、厚油层内部结构控制下的剩余油挖潜对策及效果
开发中后期,厚油层砂体结构单元的韵律性及结构界面(渗流屏障)的空间分布对剩余油的控制作用明显。
在分析厚油层砂体结构与剩余油分布关系的基础上,总结了以厚油层内部结构为主控因素的剩余油分布模式,即注采强对应的顶部剩余油分布模式、无注采对应的顶部剩余油富集型分布模式、横向结构单元差异富集型分布模式,根据不同的剩余油分布模式,在明确挖潜思路的基础上,提出了相应的挖潜措施并取得了理想的挖潜效果。
(一)推广应用水平井技术挖掘剩余油
在无井网控制区域,当受厚油层砂体内部结构面遮挡的剩余可采储量达到一定规模时,可以推广应用水平井技术挖掘剩余油。
经研究表明,在文79块文79井西南部的沙二下2(2-3)厚油层砂体属三期水下分流河道叠置而成(图13),各期之间存在的六级结构面一方面造成了该区域各井纵向上的水淹差异,另一方面也造成了剩余油在纵向上和平面上的非均匀滞留,且剩余油资源量可观,于是在文79西南布置了文79-平2井,该井在沙二下2(2-3)共钻遇油层154.7m,用4mm油嘴求产,油压10MPa,日产油28吨,取得了非常理想的挖潜效果。
图13文79-平2井身轨迹与厚油层砂体结构的关系
(二)做好结构单元细分,补钻调整井
由不同成因类型的单成因砂体所构成的厚油层内,因不同单成因砂体之间的物性差异,造成注入水非均匀推进,单成因砂体的高渗部位易成为注入水的优势通道,并沿着高压力梯度方向顺河道突进,直到河道方向压力梯度变小,才向河道两侧扩展,致使溢岸成因的单成因砂体水驱状况差,剩余油饱和度高,剩余油相对富集。
可以通过补钻调整井,完善井网来达到挖潜剩余油的目的。
文95块沙三中10-4厚油层砂体,由于早期的微相图均化了砂体的纵横向结构,所编绘的剩余油分布图水淹范围过大。
厚油层结构解剖后认为,该厚油层砂体具有多期河道成因,包含水下分流河道和侧缘两类单成因砂体。
基于砂体结构细分而编绘的剩余油分布图提高了剩余油的描述精度(图14,图15),据此而部署的文95-99井取得了良好的挖潜效果。
图14文95块结构细分图
图15文95块储层结构细分前后剩余油分布研究成果对比图
(三)优化注水调整,实现剩余油有效驱替
受结构界面的存在而导致的单成因砂体之间半连通或者不连通是厚油层砂体平面非均质性的主要体现,是影响水驱波及面积的重要因素,造成了厚油层砂体展布范围内剩余油“局部富集”的特点。
针对受单成因砂体平面物性差异而造成的剩余油可以通过优化注水调整、井网整体调整等来实现剩余油的有效驱替。
厚油层结构解剖认为,文33块文33-276井沙二下2(1-3)钻遇的厚油层砂体属水下分流河道单成因砂体,其侧缘发育水下分流河道侧缘单成因砂体,这两种成因砂体之间受物性差异的影响,注入水沿水下分流河道单成因砂体优势渗流,水下分流河道侧缘单成因砂体因波及效率低而导致剩余油滞留(图16)。
通过堵水措施实施,提高了沙二下2(1-3)水下分流河道侧缘单成因砂体的波及效率,新文83井初期日产油13.3t,含水33%,已累积增油2000余吨,达到了挖潜剩余油的目的。
图16新文83井挖潜模式图
(四)做好单井复查,实施补孔挖潜
单井复查是老油田在高-特高含水期做好开发工作的关键之一,从地质的角度来看,该项工作主要面向两类砂体,其一为受围岩影响而漏解释的油层,其二就是从厚油层内部结构出发,受单成因砂体之间半连通或者不连通降低注水波及效率而形成的剩余油。
对后者而言,可以采取实施补孔挖潜来达到有效开发剩余油的目的。
文明寨油田M40井组由M161注水井和M40及M75C两口采油井构成,沙二上1-1属典型的厚油层。
结构解剖后认为M40井钻遇的该砂体可以从纵向上细分为三期河道,其中第二期和第三期河道间存在一明显的六级泥质结构面,且横向具有较好的横向延续性和纵向分隔性,指示第三期河道砂体为剩余油滞留区(图17)。
2008年1月对该井下四寸套,射开顶部2.8m/1层,日产油11.6t。
图17文明寨油田M40井组S2U1-1厚油层结构及水淹图
鉴于厚油层内部结构所控制的剩余油具有局部性和分段富集的特征,要注意补孔范围不宜过大越过结构面而导单成因砂体发生水窜降低措施效果。
八、结论
1.随着油田进入新的开发阶段,厚油层内部剩余油总量依然较大,是重要的挖潜对象。
2.厚油层多具多期河道成因,属多河道“纵向侵蚀切割、横向叠置连片”的沉积过程产物。
为适应高-特高油田开发需求,在沉积微相编图方面,需要实现从基于以小层为单位的单井相分析基础上建立起来的均化了厚油层砂体内部结构的“泛微相”沉积微相图向具有能较好地反映沉积过程功能的微相图转变。
3.从厚油层砂体内部复杂的结构特征出发来分析剩余油分布特征能有效提高研究精度,是优化挖潜措施制定、提升挖潜效果、实现油田高效开发的重要突破口。
4.下步工作,需要针对密井网地区进行单成因砂体(单河道)进行结构参数的定量化研究,不断提高河道规模的预测水平,更好地指导油藏地质建模。
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