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缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元的划分研究

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元的划分研究引言据统计,全球 50% 以上的油藏为碳酸盐岩油藏。其储集空间以孔、洞、缝为主, 其中大型洞穴是最主要的储集空间, 裂缝既是主要的储集空间, 也是主要的连通通道。塔河碳酸盐岩油藏属于该类油藏。目前, 流动单元研究在砂岩油藏研究中已得到广泛应用, 但对于缝洞型碳酸盐岩油藏来说, 由于成岩后生作用、构造断裂作用、溶蚀作用等多种因素对储集空间的综合影响, 使砂岩油藏的流动单元研究方法难以直接应用于缝洞型碳酸盐岩油藏。因此, 针对塔河油田缝洞型碳酸盐岩地质特征, 论证了该区碳酸盐岩储层渗流屏障的存在及其类型, 探索性提出区别于砂岩油藏的缝洞型碳酸盐岩储层流动单元的综合研究方法, 包括油藏压力趋势分析法和流体性质分析法等, 并综合缝洞型储层的发育特征初步划分了该区的缝洞型碳酸盐岩流动单元。1 动单元概念流动单元概念由 C. L. 于 1984 年首先提出, 认为流动单元是纵横向上连续的、具有相似的孔渗性质和层理特征的储集带。和 都以水力单元为基础定义了流动单元,认为流动单元是给定岩体中水力系数相似的层段。裘怿楠提出流动单元是储集层的非均质性隔挡及窜流旁通条件,使注入水沿地质结构引起的一定途径驱油,并自然形成的流体流动通道。穆龙新认为流动单元是指一个油砂体及其内部因受边界限制、不连续薄隔挡层、各种沉积微界面、小断层及渗透率差异等造成的渗流特征相同、水淹特征一致的储层单元。焦养泉(1998)认为流动单元是指沉积体系内部按地下水动力条件进一步划分的建筑块体。李阳等认为流动单元一般是指,在一定区域内以岩性或物性隔挡层为边界,内部具有相似岩石物理特征和流体渗流能力、空间上连续分布的储集体,对于内部无隔挡层的韵律性储集层视为流动单元的复合体。动单元的主要研究内容流动单元研究是以石油地质学、沉积岩石学、层序地层学、油层物理以及渗流力学等学科的理论为指导,综合应用油田静态和动态资料,以流动单元这一特殊储集体的非均质性特征和渗流特征为主线,对地下油气藏进行综合的研究和评价。综合运用地质、地震、测井和油藏工程等资料,研究流动单元的几何形态、非均质性特征、渗流特征等,建立流动单元模型,研究油田开发过程中不同流动单元的动态特征及剩余油分布规律,从而为油田的二次采油和三次采油提供坚实的地质基础。2 缝洞型碳酸盐岩流动单元(缝洞单元)的概念依据塔河油田缝洞型碳酸盐岩油藏的开发特点, 将“流动单元”定义为: 周围被相对致密的隔挡层遮挡, 由裂缝网络相互串通、由溶孔、溶洞组合而成的多个孤立或孔隙连通的流体流动单元。每个单元都具有相对独立的压力系统或相对一致的压力变化规律以及相似的流体性质, 在生产中可作为一个相对独立的流体运动单元和油气开采的基本单位。塔河油田奥陶系储层的储渗空间形态多样、大小悬殊、分布不均, 主要受岩石结构构造、成岩后生作用、构造断裂作用、溶蚀作用等对储集空间的综合影响。从储集空间的尺度来讲, 缝、洞、孔多种类型变化范围大, 多数小于 3%; 孔隙形态有溶洞、缝状、片状等; 具有不规则顺缝、顺层、溶蚀带等分布特征。从该油藏上小岩样分析结果可见, 致密碳酸盐岩基质(指岩石中溶蚀孔、洞、缝以外的基块部分)储集空间以粒间溶孔、晶间孔(重结晶、白云化)等为主, 但都发育程度低, 孔隙度均小于 2% (有效孔隙度下限) 、只有 1%的样品基质渗透率大于 1 ×10- 3μ有效厚度渗透率下限) 、基质压汞饱和度中值半径均小于 0105μm (有效厚度压汞饱和度中值半径下限) , 故致密碳酸盐岩基质不具有储渗意义,只能作为储集体(或储层) 的封堵体(或隔层、夹层) 分隔和遮挡各类储集空间, 其空间分布具有较大的随机性。测井、岩心资料证实, 受后期构造运动影响, 岩溶缝洞储集体中的溶蚀孔、洞以及裂缝充填现象比较严重, 包括砂、泥质等机械充填和方解石、硅质等化学充填, 它们的存在堵塞了流体流动的渗流通道, 形成了缝洞储集体内的渗流屏障, 加剧了油藏内流体的分隔性和非均质性。对于缝洞型碳酸盐岩储集体的宏观分布, 人们习惯用“缝洞系统”等术语来描述从各类静态资料 (例如地震剖面上的反射特征) 所获得的储集体的分布和井间连通性。依据塔河油田缝洞型碳酸盐岩油藏的开发特点, “流动单元”是指周围被相对致密的隔挡层(体) 遮挡, 由裂缝网络相互串通、由溶孔、溶洞组合而成的多个孤立或孔隙连通的流体流动(水动力流动) 单元。每个单元都具有相对独立的压力系统或相对一致的压力变化规律(压力连通关系) 以及相似的流体性质, 在生产中可作为一个相对独立的流体运动单元和油气开采的基本单位。流动单元的概念强调了缝洞储集体内流体的连续性, 与地质研究的地层对比和地震横向预测所得到的储集体连通性有着质的区别。平面、剖面上连续的地震异常区(储集体) , 实质上可能是具有多个压力体系的缝洞单元体的集合响应。按储层空间结构特点和其渗流特征,将流动单元归纳为 4 种类型: (1) 裂缝型(a)、(2)裂缝—孔隙型(b)、(3)裂缝—溶洞型(c)、(4)复合型(d)。 图 2洞型碳酸盐岩油藏流动单元(缝洞单元)类型模式图3 塔河碳酸盐岩缝洞型油藏裂缝特征塔河油田奥陶系断裂发育(图 3,通过对 17 口井岩心的观察描述, 以及对井下测井成像资料的直接观测,研究区奥陶系裂缝及微裂缝密集发育,多组系交错切割。常用来描述裂缝发育状况的参数包括裂缝倾角、走向、长度、体积密度等。这些裂缝特征参数,是定量描述裂缝特征和裂缝发育状况的指标。在岩心观察、成像测井识别裂缝的过程中,可对这些参数进行详细描述。图 3)裂缝的倾角通过岩心观察,将裂缝倾角划分为 3 个区间,0~30°为低角度裂缝,30°~70°为中角度裂缝,70°~90°为高角度裂缝,塔河油田裂缝主要以高角度裂缝为主(图 3) 。(2)裂缝的走向裂缝的走向在确定裂缝的发育机制及发育期次方面具有非常重要的意义, 目前在没有定向取心井的情况下, 成像测井成为确定裂缝走向的一个主要手段。成像测井资料显示, 本区裂缝走向主要发育 4 组: 北东东向、北东向、北西向、近南北向。其中 以北东东向为主,次发育南北向;井以北西向为主,北东、北东东向次之;以北东向为主(图 3。图 3)裂缝的长度(4)裂缝体积密度裂缝体积密度是指单位长度体积的岩心上,所有裂缝的面积之和。4 缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元(缝洞单元)和储集体的识别与划分的原理与方法缝洞型碳酸盐岩油藏,以岩溶作用形成的缝洞为主。由于裂缝发育程度和溶蚀作用的差异很大,平面上油井产能的变化也比较复杂:在高产油藏上,高产块与低产块同时并存,低产区块中有高产井,高产区块中有低产井,油井产能相差悬殊,采油指数相差数百倍。图 4图 4,缝洞型碳酸盐岩油藏属于改造型油藏,其烃原岩以化学沉积为主,经后期多次构造运动、溶蚀作用改造形成,致使其岩石及物性特征在垂向上的变化规律不强,储层空间往往由孔、洞、缝穿层组合,具有储层连通网络多变、裂缝切割展布规律复杂、流体性质多变的特点。因此,依据沉积特征、岩石物理参数、岩石测井学等方法划分和研究缝洞型碳酸盐岩储层显然有所不适。陆相碎屑岩储层研究主要是建立在静态储层沉积相和参数研究的基础上的,但对缝洞型碳酸盐岩储层而言,由于多期岩溶作用改造,很难求取孔隙度、渗透率等参数。洞型碳酸盐岩油藏储集体的识别标志岩溶作用的结果除产生大量的缝孔洞外,还有一系列的伴生标志。塔里木盆地北部奥陶系碳酸盐岩经受岩溶作用改造的时间长,奥陶系碳酸盐岩受岩溶作用改造强烈,岩溶现象丰富,岩溶作用标志明显。洞型碳酸盐岩油藏储集体实钻录井特征钻井录井过程中出现严重井漏、放空和钻时降至极低是识别大型缝洞型储集层的标志,同时也是认识岩溶作用的标志。统计表明,塔河油田奥陶系涉及放空和严重井漏的范围较大,涉及到塔河油田的各个区块。结合测井特征,可以勾勒出溶洞穴分布。 (图 4 洞型碳酸盐岩油藏储集体岩心特征岩心上岩溶作用主要表现为:(1) 不规则裂缝系统内及高角度构造—风化裂隙内被方解石及泥质充填;(图 4 4)缝合线或斜交层面缝合线发生裂开,扩大溶蚀,形成不规则缝洞及其缝洞内被方解石及沙泥质填积;(图 4 4)小型溶蚀孔洞被方解石及沙泥质填充(4) 大型孔洞穴内塌陷角砾岩,洞穴内暗河沉积角砾岩和沙泥岩沉积;(5)不规则网状裂缝系统发育,并可使岩石呈角砾状构造;(6)裂缝壁显紫红色或褐黄色,缝洞内方解石充填呈紫红色或褐黄色;(7)洞穴内方解石充填:钟乳石沉淀物、巨晶方解石沉淀物。洞型碳酸盐岩油藏储集体成像测井响应特征(1) 塔河油田奥陶系成像测井图像模式井壁成像测井以数据量大、分辨率高、所携带的地质信息多、成像直观、精细等特点在裂缝评价、岩性识别、构造分析、沉积相研究等方面具有独特的优势根据 像解释,可以得出裂缝;断层;底层界面;层理类型;特殊沉积构造;砾石和角砾;充填溶洞与泥质团块、条带、结核等地质信息。通过成像测井与常规测井、岩心分析等资料的综合对比分析,共总结出 15 种塔河油田奥陶系成像测井图像模式,如图 4 4)奥陶系成像测井储层类型的划分与识别在建立成像测井图像模式的基础上,研究了成像测井的地质模型,进而研究利用成像测井对奥陶系储层特征进行划分与识别。依据测井资料, ,塔河油田奥陶系鹰山組和一间房组按成因可划分为如下五类:大洞穴及洞穴填充物储层;单产状裂缝溶蚀扩大小溶洞储层;溶蚀裂缝储层;一间房组溶蚀空洞型储层;一间房组溶蚀孔 缝洞型碳酸盐岩油藏储集体常规测井响应特征(1) 裂缝然伽马值小于10浅侧向电阻率一般小于 呈正幅度差,声波时差和中子增大,密度降低。 (图 4 4)裂缝型和裂缝侧向电阻率呈中—较高值,且呈正幅度差;井径变化不大;自然伽马值低;三条孔隙度略有增大。 (图 4 4)裂缝型或溶蚀空洞型储层测井响应特征:电阻率变化大,一般为高阻显示,深浅侧向电阻率曲线基本重叠;井径接近钻头直径;自然伽马显示为低值;三条孔隙度接近骨架值。洞型碳酸盐岩油藏储集体地球物理特征地震剖面最典型的特征是反射面下凹变形,内部为弱反射特征(图 4上覆地层挤压变形,溶洞对地震波的吸收特征对应,强振幅变化呈带状分布,地震测井约束反演中低波阻抗呈带状分布。图 洞型碳酸盐岩油藏流动单元(缝洞单元)洞型碳酸盐岩油藏流动单元(缝洞单元)的划分原则在对缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元(缝洞单元)概念及对缝洞系统研究的基础上,综合利用各类动静态资料,提出如下缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元的划分原则。 (图 4 4) 纵向上单井生产层段(产液剖面的出液段)间存在厚度较大的致密隔挡层,出液性质和生产特征在纵向不同层段具有明显差异,则为不同的缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元。(2) 位于同一岩溶残丘构造,地震振幅变化率或地震波形特征相似、具有同一流体动力系统的区域为同一缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元。不同缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元之间相互分隔或储渗分布差异明显。(3) 适应油田开发调整的需要。缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元是依据水动力条件和储集体特征,在缝洞系统划分的基础上对储集体进行次一级划分。单元内储集体性质具有相关性,具有相同的流体动力条件,而与单元外储集体无关联性。缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元是通过边界处储集体的突变来描述的,缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元的发育分布主要受构造、断裂、裂缝和岩溶作用的控制。缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元具体划分依据如下:(1) 不同缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元具有不同的流体动力系统,缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元内具有同一流体动力特征的储集体即为同一缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元。(2) 缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元内部与不同缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元之间的连通性有很大差异,在连通性研究的基础上,确定缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元的空间分布。(3) 缝洞系统与缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元的异同:缝洞系统为缝洞型碳酸盐岩内,同一岩溶背景条件下,由相关联的孔、缝、洞构成的岩溶缝洞发育带或缝洞集合体。而缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元是缝洞系统内储集体的进一步细分,强调了储集体、流体的连通性。二者都具有多期构造、岩溶叠加的穿时现象。洞型碳酸盐岩油藏流动单元动静态资料结合识别与划分方法缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元(缝洞单元)划分的技术方法的思路如下。(图 4 4)缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元(缝洞单元)压力趋势分析法图 4河 4 区地层压力变化特征图利用地层压力资料研究井间连通性基本思路是: 在同一连通的油藏单元内, 随着开采时间的延长, 油藏单元内越来越多的原油采出 , 压降漏斗逐渐扩大, 该单元的地层压力值应该越来越低, 后钻的井的地层压力应低于早期的井。即: 同一流动单元的油井的压降规律相同。以塔河油田 4 区 井为例( 图 4, 随着时间推移, T 401、T 402 等井压力下降趋势相同 , 属于同一流动单元。在同一流动单元的井, 其储层渗流特征、所处的岩溶构造位置、油气产量分布相似。(2)利用类干扰试井法划分缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元(缝洞单元)以相邻井为基本单元, 进行井组分析。充分利用开发过程中的井间干扰现象, 如新井投产、工作制度的改变, 在邻井能否观察到井间干扰信息, 如果存在井间干扰现象说明井间是连通的, 井间无不渗透边界存在, 井组处于同一压力系统。反之, 无井间干扰现象, 两井之间的油层就有可能不连通, 其思路类似于干扰试井, 本文称之为 “类干扰试井 ”。如 T 2002 年 10 月投产后, T 的产量、油压均呈现快速下降趋势。推断 T T 435 井之间可能属于同一流动连通单元。 (图 4 4)利用流体性质变化研究缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元(缝洞单元)国内外实例研究表明, 油藏内流体非均质性特征可作为判断油藏连通性的主要依据。如果油藏是相互连通的, 混合作用可以部分或完全消除原油在运移成藏过程中造成的成分差异。反之, 如果油藏是分隔的。那么由各种原因造成的流体非均质特性将长期保存下来。因此, 油藏流体化学性质相同或相近的井, 可能相互连通, 反之, 则可能是完全是孤立的体系。例如: 原油密度只有 0. 667 ~ 0. 795g/ 甚至低于 3 区带凝析气顶的井的密度, 生产气油比高达 1600上, 初期井口流压高达 40但 2~3 天就停喷无产能, 为稠油区的凝析气藏; T 原油密度为 1. 0060g/ 比邻井的原油密度都大, 显示油藏有局部定容封闭性的特点。(4)井口油压均衡下降法划分缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元(缝洞单元)塔河油田奥陶系油藏地饱压差一般大于 20一般是单相流。由于井的产量来自高传导的裂缝和溶洞, 在单相流情形下, 可假设井口油压下降趋势与井底压力的变化趋势相似, 假定井底流压与静态压力的变化趋势是相似的, 就可以使用能够用井口压力估计地层中压力变化趋势。(5)干扰试井法划分缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元(缝洞单元)改变激动井的工作制度, 采用直读式电子压力计, 可以在附近的观察井中记录到压力干扰, 以此判断激动井和观察井之间的连通性。缝洞型碳酸盐岩油藏干扰试井分析是以双重介质为基础进行的。例如, 2000 年 5 月- 6 月对塔河油田 4 区块奥陶系油藏开展了群井干扰试井, 以 T 作为激动井, 以 T 401、T 402、 T 作为观察井。在干扰试井测试过程中, T 收到了明显干扰信号, 对这 3 口井进行了解释分析, 得到了有关井间连通的地层参数。T 402、09、 T 的激动信号不明显或未接收到干扰信号。此外, 1998 年 11 月至 12 月进行的 T 401- 对也明显见到了干扰信号。因此, 通过干扰试井 , 可以确定 T 401、04、T K 412 及 为同一缝洞单元。图 4通过该测试得到的塔河 4 号区块各井间连通示意图, 图中实线箭头表示连通较明显的井对儿, 虚线箭头表示连通不明显的井对儿。图 4缝发育程度。因此, 在充分研究岩溶储集体发育规律的基础上综合利用各类静态资料研究成果。具体可按以下条件的定义划分流动单元:1.)具有相对一致的压力降落或压力变化趋势的井组。2.)开发生产中具有井间干扰现象的井组。3.)位于同一岩溶残丘构造位置, 具有相同或相似的生产变化特征, 在平面上可按现今岩溶地貌的岩溶冲沟、断崖(或封闭断裂) 、岩溶洼地等, 确定了岩溶缝洞储集体内的流体渗流的自然边界。4)流体的性质或变化特征相似的井组, 按流体性质划分的单井有615、 (成藏期的分隔造成流体性质差异长期保存) 。5)干扰试井和脉冲试井解释, 井间连通。采取局部就近的原则, 从构造图上相邻的井对儿出发,进行邻井对比分析和缝洞流动单元体的平面划分。以塔河4 区为例(图 4 , 主要的流动单元有:①主要包括 401—井; ②元; ③元。尤其是以 为代表的流动单元体的规模最大, 该单元位于继承性发育的北西—南东向古岩溶高地, 油藏所处古岩溶构造位置决定流动单元自然分区。沿该单元的主体部位储层较为发育, 斜坡带厚度明显减薄, 低部位的沟谷区储层发育最差。缝洞单元控制的储量丰度远大于构造主体两翼的岩溶沟谷的储量。图 4沿该单元的延伸方向缝洞储集体的连通性很好, 井间很容易产生干扰, 而与之斜交的缝洞单元间储层连通性相对较差, 井间出现干扰或干扰程度小得多。因此推断 ,向是塔河 4 区流动单元发育的区域性变化方向。(6)示踪剂监测判定法示踪剂井间监测技术就是在注水井中注入水溶性示踪剂,在周围监测井中取水样,分析样品中示踪剂的浓度,并绘制领井示踪剂浓度随时间变化的曲线,通过对示踪剂产出曲线进行分析,就可以确定油藏是否连通,连通井组则为同一缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元(缝洞单元) 。 (图 4 4洞型碳酸盐岩油藏流动单元(缝洞单元)的评价根据缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元(缝洞单元)能量特征评价指标和缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元(缝洞单元)规模评价指标,综合天然能量、储量对缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元(缝洞单元)进行两级分类,天然能量作为一级分类依据。塔河油田奥陶系油藏主体区块缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元(缝洞单元)共分为三大类八小类,分类指标标准及结果如下(图 5图 5缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元(缝洞单元):天然能量较充足,水体发育,开发过程中,油井含水上升快,产量递减较大。按规模大小又可分为中、小、特小三小类。Ⅱ类缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元(缝洞单元):具有一定天然能量,油井能量下降明显,含水上升、产量下降较快。根据储量规模大小又可分为中、小、特小三小类。Ⅲ 类缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元(缝洞单元):天然能量不足,油井表现出衰竭是递减,产量下降快。根据储量规模大小又可分为中、小、特小三小类。6 结论流动单元是一种思维方法,它的应用依赖于地震、测井等油藏描述技术的发展,而对流动单元的研究也促进了油藏描述的进步。对缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元的研究,可以促进对缝洞型碳酸盐岩油藏非均质性等的认识。结合研究区域的地质条件和缝洞型碳酸盐岩油藏的特点,综合运用现有的动态、静态的油田资料,根据流动单元的概念和划分的原则,和对塔河缝洞型碳酸盐岩油藏储集体的深入研究,提出了缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元(缝洞单元)识别与划分的原理及方法,为缝洞型碳酸盐岩油藏提高采收率的研究与开发提供了有益的理论和技术。参考文献[1] . et “A 4587 26999, ] . et 004 J) v. 88, 11 (004), 1467–1470[3] “973822005 [4] “J), 001s 001[5] 何更生, 《油层物理》 ,石油工业出版社,北京,1994[6] 崔学慧,刘忠宝等,塔里木盆地寒武—奥陶系碳酸盐岩层序地层在油气勘探中的应用,世界地质,2010 年 6 月,第 29 卷第 2 期[7] 高志前,王惠民等,塔里木盆地寒武—奥陶系沉积相沉积体系及其组合序列,新疆石油天然气,2005 年 6 月,第 1 卷第 1 期[8] 高伟 ,王允诚,流动单元划分方法的讨论与研究,200931 6[9] 焦方正,窦之林, 《塔河碳酸盐岩缝洞型油藏开发研究与实践》 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