河道单砂体建筑结构控三维非均质模式研究图文精.docx

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河道单砂体建筑结构控三维非均质模式研究图文精

第15卷第1期2008年1月

地学前缘（中国地质大学（北京;北京大学

EarthScienceFrontiers（ChinaUniversityofGeosciences,Beijing;PekingUniversity

Vol.15No.1Jan.2008

收稿日期:

2007-07-20;修回日期:

2007-12-13

基金项目:

中国石油天然气股份有限公司科技风险创新研究资助项目（油科函字（2004322KF3

作者简介:

马世忠（1963—,男,博士,教授,博士生导师,矿物学、岩石学、矿床学及矿产普查与勘探专业,主要从事沉积学、油气田开发地质

学教学、研究工作。

E2mail:

szm6503@sina1com

河道单砂体“建筑结构控三维非均质模式”研究

马世忠1,　吕桂友1,2,　闫百泉1,　范广娟1

11大庆石油学院地球科学学院,黑龙江大庆16331821大庆职业学院,黑龙江大庆163255

MaShizhong1,　LüGuiyou1,2,　YanBaiquan1,　FanGuangjuan1

11GeoscienceCollege,DaqingPetroleumInstitute,Daqing163318,China21DaqingVocationalCollege,Daqing163255,China

MaShizhong,LüGuiyou,YanBaiquan,etal.Researchonthree2dimensionalheterogeneousmodelofchannelsandbodycon2trolledbyarchitecture1EarthScienceFrontiers,2008,15（1:

0572064

Abstract:

Theplanarandintrastratal（layerrhythmicityheterogeneityofmonosandbodyisunabletomeetthedemandinhighwater2cutstageandTertiaryphase1Itcannotrevealthespatialvariationanddistributionofphysicalpropertyinmonosandbody,anditignorestheeffectofimpermeablethininterbeds（mostlylessthan30cminmonosandbodyonthereservoirheterogeneity1Thispaperproposesanapproachforstudyingthethree2dimensionalheterogeneity,thatis,tostudythethree2dimensionalheterogeneityaccordingtothereser2voirarchitecturethatreflectstheoriginofsandbody,themicro2processofformationandthereservoirtexture1Combiningthesedimentationmodelwiththesedimentarystackoflaterally2accretedbodyinmeanderingpointbar,weestablishathree2dimensionalheterogeneousmodelofmeanderingchannelsandbodycontrolledbyar2chitecture1Thismodelfeaturesthelunate,wedge2shapedlaterally2accretedbodywhosepermeabilityisdecrea2singtowardtheconvexbankandupward;theseaccretedbodieslaterallystackinganddippingtowardsthechannelmigrationdirectionat5-15°angleonebyone,andbeingdividedbyimpermeablelaterally2accretedthininterbeds1Thismodelrevealstheimpermeablethininterbedsandbarrier2restrictedframework,whichisim2portanttothethree2dimensionalheterogeneityofmonosandbodybuthasbeenignoredinpreviousmodels1Itobjectivelyrevealsthebasicphysicalpropertyunit（thelaterally2accretedsandbodyanditsregularpatternofthree2dimensionaldistributioninmonosandbody,andtrulyreflectsthenatureofthethree2dimensionalhetero2geneityinmonosandbody1Thiswouldhaveimportantinfluenceontheseepagefield,theinjectantdrivingoil,andthegenerationanddistributionofremainingoilinmonosandbody1Thiswouldhaveasignificantimpactonthestudyandforecastofresidualoilinhighwater2cutstageandtertiaryphaseaswellasthereafter1

Keywords:

reservoirarchitecture;three2dimensionalheterogeneity;meanderingchannel;monosandbody;im2permeablethininterbedsinmonosandbody;laterally2accretedmudstone

摘　要:

单砂体平面、层内（小层韵律性非均质性已不能满足高含水期、三次采油阶段的需求,其既不能揭示单砂体内部物性空间变化及分布,更忽略了单砂体内非渗透薄夹层（多<30cm对储层非均质性的影响。

文中提出按反映单砂体成因、形成微过程及内部结构的储层建筑结构（architecture研究单砂体内部三维非均质性的思想,并结合曲流点坝单一侧积体沉积模式及其侧叠模式,建立了“渗透率向凸岸、向上减小的新月形楔

状侧积体,逐一斜列侧叠,其间被非渗透侧积薄夹层隔开”的曲流河道砂体“建筑结构控三维非均质模式”,揭示了以往忽视的、但对单砂体内部三维非均质性至关重要的不渗透薄夹层及其遮挡2阻流格架;也由此客观地揭示了单砂体内部物性基本单元（侧积砂体及其三维分布规律,从而真正反映了单砂体内部三维非均质性的本质,并由此对单砂体内部渗流场、注入剂驱油和剩余油形成与分布产生重要影响,这将对高含水期、三次采油阶段及其以后的剩余油研究、预测具有重要意义。

关键词:

储层建筑结构;三维非均质性;曲流河道;单砂体;层内非渗透薄夹层;侧积泥岩

中图分类号:

P588121;P618113　文献标识码:

A　文章编号:

1005-2321（200801-057-08

　　油气储存于地下储层内,单砂体成为油气渗流的基本单元,因此,单砂体内部非均质性是控制注入剂驱油（方向、平面与垂向波及特性、驱油效率等、剩余油形成与分布的关键地质因素,也是油气田开发地质研究的核心内容之一[1]。

油田开发初、中期,多从小层平面沉积微相角度识别单砂体,从平面、层内（小层韵律性研究非均质性,且侧重于渗透率非均质性,通常用单砂体渗透率平面分布及单砂体级垂向韵律性表示,能很好地认识地下复杂单砂体的平面分布、宏观非均质性及水驱油规律。

而在高含水期、三次采油阶段,因油层经过长时间的注水开发,含水增高,层内水洗及剩余油分布越来越复杂,各种层内差异凸显出来,单砂体内部地质差异也越显重要,并对单砂体内部注入剂驱油、剩余油形成与分布产生很大影响。

此阶段,用单砂体平面物性分布及垂向韵律性研究非均质性已不能反映单砂体内部更细致的物性变化,且存在两个问题:

（1它是否揭示了单砂体内部物性空间变化及分布;（2更为重要的是,忽略了单砂体内非渗透薄夹层（多<30cm对非均质性、注入剂驱油、剩余油形成与分布的作用,但其作用可能并不亚于渗透率分布,特别是对于非均质严重的处于高含水期及三采阶段的曲流河道砂体。

由于注入剂驱油皆发生在单砂体内部,则真正控制注入剂驱油的地质因素是单砂体内部特征[224],即单砂体内部建筑结构（architecture,它从单砂体成因及沉积微过程角度,不但揭示了单砂体的内部各级界面与结构,而且详尽、客观地揭示并控制了单砂体内部不渗透薄夹层及物性的空间分布。

因此,以Miall储层内部建筑结构[529]分析为基础的“建筑结构控三维非均质模型”是继单砂体平面、层内非均质性后的重大进展,其反映了单砂体三维非均质的本质,对油田高含水期及三次采油阶段储层地质精细研究具有重要意义。

本文以大庆长垣X11区PⅠ组曲流型分流河道单砂体为例,进行“建筑结构控三维非均质模式”研究。

1　侧积薄夹层控制了单砂体内部非渗透层格架

111　曲流点坝内存在大量曾被忽略的薄夹层单砂体内部薄夹层仅1~30cm（多<20cm,有时在岩心图上都难以表示,因此,在单砂体非均质性研究中常被忽略。

然而,其对单砂体内部非均质性具有重大影响,作用并不亚于通常所重视的渗透率分布。

油田大量岩心、古代露头[10211]及现代沉积揭示:

曲流点坝砂体内不但存在,而且普遍发育大量非渗透薄夹层。

如:

大庆长垣X11区PⅠ组7个大中型分流河道单砂体内的231井层中,测井解释有夹层为132井层,占5712%,有1、2、3、4、5个夹层的分别占2614%、1619%、1014%、117%、117%,夹层厚度/砂岩厚度比分别为713%、14%、1717%、20%、23%。

因夹层很薄,仍有较多夹层测井目前难以识别,因此,单砂体内薄夹层应比这一统计更多。

112　薄夹层成因、类型、规模、建筑结构

尽管曲流河道砂体内存在废弃河道沉积、洪后道内悬浮沉积、洪峰间道内细粒沉积、强水动力冲刷泥砾沉积,成岩作用,原油氧化等多种成因的夹层[12],但以洪后道内悬浮沉积的侧积夹层为主,按Miall储层建筑结构界面分级[529],一般其顶面为4级界面。

其类型视河水能量、载荷粒度及比例等不同有所差异,通常为泥岩、含砂泥岩、砂质泥岩、泥质砂岩、含泥砂岩。

侧积夹层规模以极薄、规模小、复杂为特征。

通常其厚度<30cm,宽度约为满岸河宽的2/3[13],长度视点坝规模、曲率及在点坝中的位置而定,通常略大于点坝宽度。

如据开发密井网平面微相揭示的废弃河道宽度,依据舒姆（Schumm、中国科学院地理

图1　曲流河道砂体内单一侧积体沉积与渗透率空间分布模式

Fig11　Thesedimentationmodelandpermeabilityspatialdistributionmodeloflateral

accretionbodyinthemeanderingchannelsandbody

（a—单一侧积体渗透率横向分布模式;（b—曲流河道砂体内部侧积体叠加模式;（c—单一侧积体渗透率垂向分布;（d—曲流河道砂渗透率垂向分布（J375井PⅠ31b

研究所、利凹波德（Leopold河流工程关系式等分别求得X11研究区PⅠ31b单元曲流河道满岸河宽为120、12115、11519、161m,前三者很接近,为此取其满岸河宽为120m。

由开发密井网揭示的废弃河道宽度、河流工程关系式计算的满岸河宽、密井组解剖提取侧积体规模、侧积面平均倾角与河流深度计算侧积体宽度等方法可求得侧积薄夹层的宽度。

X11研究区PⅠ31b单元曲流河道侧积夹层最大宽度约为80m。

侧积薄夹层建筑结构详见文中第3节及图1b。

113　侧积薄夹层对非均质性的重要作用

侧积薄夹层因薄、小,且位于层内,在油田开发初、中期,其作用并不明显,而在高含水期、三次采油阶段,单砂体及其渗透率宏观分布已不能详尽揭示层内剩余油分布,层内薄夹层对非均质性、注入剂驱油的影响及其重要性逐渐显现出来,且其作用可能并不亚于渗透率宏观分布。

（1薄夹层非渗透作用。

对同一单砂体,是否考虑单砂体内薄夹层,对单砂体内部非均质性、流体渗流场具有重大影响。

如X11区PⅠ组主力油层单砂体渗透率为（100~2400×10-3μm2,而薄夹层小于1×10-3μm2,形成极大的渗透率差异,使薄夹层具有明显的非渗透作用,或特低渗透作用。

通过详尽研究发现它进一步可产生如下分作用（图2:

①局部隔层作用,将一个厚层局部分隔成几个相对薄层,对于水平隔层,该作用更突出;②遮挡作用,使运动中的流体遇到遮挡,被迫改变方向,主要针对产状与流向斜交的夹层;③死角回流作用,当两夹层合并,至使砂层尖灭形成死角,流体受阻回流;④分流、合流作用,在夹层消失部位,使流体形成分流或合流;⑤重力分异底板作用,聚集因重力分异而下沉的水,并使之沿夹层顶面流动;⑥减速缓流作用,对特低、低渗夹层,将使流体流速渐小,流量减少。

（2薄夹层建筑结构作用。

如果仅考虑薄夹层的非渗透作用则是片面的,因为侧积薄夹层不但是单砂体内部最重要、最易识别的建筑结构界面,更重要的是,薄夹层的不同建筑结构,即薄夹层不同的形态、规模、组合等特征,将产生不同的作用,从而对渗流场产生不同的影响。

如曲流河砂体的侧积薄夹层建筑结构与水下分流河道砂体的垂向加积薄夹层将形成完全不同的渗流场。

（3揭示并控制了层内渗透率格架。

因侧积薄夹层是渗透率基本单元的4级加积体界面且具非渗透性,而揭示并控制了单砂体内部渗透率格架,这对认识真正的单砂体内部三维非均质性具有重要作用,这恰是以往所忽略的。

由此可见,成因单砂体内部是否存在薄夹层,是否普遍,发育程度、级别、成因、类型、建筑结构等对单砂体内部非均质性产生重大影响。

图2　曲流点坝侧积泥岩薄夹层建筑结构及其对注入剂驱油、剩余油形成与分布的影响

（马世忠,1999

Fig12　Thearchitectureoflateralaccretionmudstoneinpointbaranditseffectonthe

injectant2drivenoilandthegenerationofresidualoil

2　单一加积体渗透率空间模式

4级加积体是组成单砂体的基本单元,而单一4级加积体渗透率空间模式成为认识单砂体内部三维非均质性的钥匙。

由此可见单砂体内部建筑结构研究的意义。

由于同一加积体范围很小且其经历的成岩作用相同或相似,因此其渗透率分布主要受沉积作用控制,又由于同一侧积体内2级界面控制的同一岩相渗透率相同或相近,因此加积体渗透率空间分布主要受岩相控制。

依据侧积体形成过程[14],建立曲流点坝单一侧积体渗透率空间模式。

单一侧积体沉积模式:

在曲流环凸岸,一次洪水事件形成一个侧积体。

在一次洪水事件中的某阶段（以最大洪水位期为例在河曲（如转折端处的横断面上,由凹岸向凸岸,由于河水渐浅、纵向流速及横向底流流速渐降,由此形成主要沉积负载由滚动→跳跃→悬浮、沉积粒度渐细、底形及层理类型与规模渐变的侧积体横向沉积模式。

一次洪水事件从涨洪→落洪→枯水期的每一阶段都有不同于其他阶段的水动力特征,因而在同一位置将形成粒度、层理不同（或稍不同于其他阶段的沉积。

由此各阶段形成的具不同特征的横向沉积则构成侧积体垂向沉积模式。

由上可见,一次涨冲落淤型洪水事件形成一个正韵律侧积体,其横向由凹岸到凸岸、垂向由下而上粒度渐细、层理渐变,之上被薄的侧积泥岩覆盖。

侧积体的这一岩相空间变化也将相应导致储集物性的变化,据此提出单一侧积体渗透率空间模式为:

向凸岸、向上减小的新月楔状体模式,即渗透率横向向凸岸、纵向向上（正韵律减小（图1a、c。

据单一侧积体渗透率空间模式,结合研究区层岩石相渗透率值,采用同井同点坝自下而上不同侧积体的渗透率亚序列代表同一侧积体不同部位的渗透率亚序列,如用J375井PⅠ31b（图1d的第1侧积体亚序列代表侧积体下部亚序列,用第2、4、5侧积体亚序列分别代表侧积体中、上、顶部亚序列,由此建立研究对象（PⅠ31b的单一侧积体渗透率空间模式（图1a、c。

如（1横向由凹岸向凸岸:

渗透率为1400×10-3~2300×10-3（下→1000×10-3~1400×10-3（中→800×10-3（上→30×10-3μm2（顶。

（2垂向亚序列:

自下而上,渗透率降低,至顶部变为非渗透或特低渗透薄夹层。

但单一侧积体的下、中、上、顶部的渗透率亚序列值不同（图1d,如下部亚序列由2300×10-3→1700×10-3→1400×10-3→600×10-3→1×10-3μm2;而上部亚序列由827×10-3→811×10-3→300×10-3→100×10-3→1×10-3μm2。

3　加积体空间叠加模式及单砂体“建筑结构控三维非均质模式”

　　由于不同成因单砂体具有不同4级加积体叠加模式,因此其单砂体内部渗透率空间分布模式也不

同。

曲流河道砂体“建筑结构控三维非均质模式”受控于侧积体空间叠加模式。

311　侧积体空间叠加模式

一次洪水事件,河曲凹岸被强烈侵蚀,相应地在凸岸侧积面之上沉积一个侧积体（图1a,河道发生一次迁移。

由于洪水事件周期性发生,则使后期洪水事件形成的楔状新月形侧积体呈叠瓦状侧向叠加于前一侧积体之上,至河流废弃时,则由若干个侧积体叠加组合为一个点坝,每个侧积体即是一个等时间单元,其间存在一侧积面,正韵律侧积体的侧积泥岩位于后期侧积面之下,反韵律侧积体的侧积泥岩位于本期侧积面之上。

由此构成点坝侧积体沉积叠式（图1b。

312　曲流河道砂体“建筑结构控三维非均质模式”

按点坝侧积体侧叠模式即可得到点坝渗透率空间侧叠模式,其包括两方面:

其一,非渗透薄夹层侧积泥岩为空间新月形斜列侧叠模式（图1a、b。

据该模式及侧积薄夹层宽度（文中112部分、平均倾角、平面分布密度、开发密井网平面微相揭示的废弃河道的侧积方向等即可对侧积薄夹层进行预测。

但因曲流河道砂体内侧积夹层薄而窄,在正常开发井网下,其一般不能进行井间对比。

其二,具“渗透率向凸岸、向上减小的新月楔状体”模式的单一侧积体,沿侧积方向按空间新月形斜列侧叠模式叠加（图1b。

即得到曲流河道砂体“建筑结构控三维非均质模式”。

按实际侧积体渗透率模式,沿侧积方向按空间新月形斜列侧叠模式叠加,即得到研究区实际曲流河道砂体“建筑结构控三维非均质模式”（图1a、b。

313　成因单砂体内部垂向渗透率亚序列是“建筑结构控三维非均质模式”的垂向反映

（1成因单砂体内部渗透率亚序列及非渗透薄夹层。

以往油层垂向非均质研究注重成因单砂体整体垂向（岩性、物性、含油性序列研究,如曲流点坝整体粒度正韵律及渗透率正韵律。

一般忽略了层内薄夹层及层内（岩性、物性、含油性亚序列,成因单砂体内部结构研究证实:

单砂体内存在岩性、物性亚序列及薄夹层。

更为重要的是,薄夹层不但是层内非渗透薄夹层,而且与层内亚序列一起深入、精细地揭示了单砂体内部空间物性格架及其物性空间分布模式,层内亚序列是单砂体内部物性变化的基本单元,是研究、认识单砂体内部空间非均质性的基础,并影响到流体渗流及剩余油形成与分布。

为此,应

引起重视。

（2层内亚序列是层内4级加积体的垂向反映。

薄夹层建筑结构及岩心精细研究结果表明:

各种成因单砂体是由多个4级加积体以不同方式加积而成;每个4级加积体都有自己的垂向序列（正韵律、反韵律、复合韵律、块状韵律等,即亚序列;一个完整的垂向亚序列的顶部（正、复合韵律或底部（反、复合韵律应为细粒沉积,其多为泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩,并构成非渗透薄夹层,有时其被后期强水动力（洪水、湖浪等冲刷掉或因本期水动力持续较强而未能沉积。

因此,4级薄夹层是识别、区分亚序列的最好标志。

上述特征表现在单井上,即为:

一个成因单砂体垂向上由多个（1~6个亚序列构成。

层内亚序列类型取决于4级加积体的沉积作用。

其类型包括:

①正韵律（I,自下而上,粒度、渗透率渐小。

可分为渐变型正韵律（I1和突变型正韵律（I2。

河道相4级加积体基本为正韵律,且下部多为I2型,上部多为I1型。

②复合韵律（II,有2种即下反上正型（II1和下正上反向型（II2,前者可出现于河道相4级加积体上部。

③反韵律（III,多见于远砂坝、河口坝层内亚序列。

④块状韵律（IV,即自下而上,粒度、渗透率无变化。

该类型可出现于河道相4级加积体底部,为加积体上部细粒部分被冲蚀所致。

4　“建筑结构控三维非均质模型”对注入剂驱油效果及剩余油形成与分布

的影响

　　曲流河相储层以其分布广泛、石油储量大,而成为最重要的储层类型之一和许多陆相油田开发初期的主力油层,又因其非均质性强而成为高含水期油田挖潜的重要目标。

以往认为曲流点坝内垂向水淹（或剩余油规律为:

下部强水淹、中部中水淹、上部弱水淹且主要受控于向上变小的渗透率序列。

自20世纪80年代以来,随着对曲流点坝现代沉积及古代露头研究的加强,特别是Miall（1988建立的储层建筑结构要素及界面分级理论[529],从而对单砂体内部结构、层次及三维非均质性有了更深入的认识。

本文通过对曲流点坝形成过程分析及单一侧积体沉积模式和点坝侧积体沉积叠式,建立曲流河道砂体“建筑结构控三维非均质模式”;并对大庆长垣X11

　　　62马世忠,吕桂友,闫百泉,等/地学前缘（EarthScienceFrontiers2008,15（1区密闭取心井PⅠ组曲流点坝侧积泥岩建筑结构、内部结构、岩石相、粒度、孔隙度、渗透率、原始及目前含油饱和度、驱油效率序列（图1d、3进行了大量图综合而细致的分析,指出常被忽略且岩心图难以表出的极薄（几到十几厘米侧积泥岩建筑结构和渗透侧被侧积泥岩遮挡,在上倾方向被泛滥平原泥遮挡,而形成上倾岩性尖灭遮挡（图2中A。

向此注水,因无泄油通道形成只注不采的高压剩余油（RO1,而其向下倾方向,与物性较好的下点坝连通。

当尖灭方向无注水井只有采油井时,最后因驱动力不足,在尖灭处形成有采无注型尖灭剩余油（RO2,如J375井PⅠ1b（图1d顶部第5侧积体247样品（φ:

32017%,k:

29×-3μm2驱油效率仅019%。

10（2井间侧积泥岩遮挡灭尖型剩余油:

当开发井距大于侧积泥岩宽度时,井间侧积泥岩侧向遮挡并上倾尖灭的上点坝侧积砂体仅能通过连通的下点坝砂体而不直接与开发井连通（图