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第 2 1 卷第 1 期 中 国 石 油 勘 探 C HI NA P E T RO L E UM E X P L O RAT I O N 2 0 1 6 年 1 月 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 l ／ j ． i s s n． 1 6 7 2 7 7 0 3 ． 2 0 1 6 ． 0 1 ． 0 0 3 储层结构非均质性及其在深层油气成藏中的意义 罗晓容张立宽雷裕红胡才志施辉曹斌风 中国科学院地质与地球物理研究所 摘 要储层孔渗物性的非均质性客观存在，对于地下流体的流动过程影响明显，这不仅对于油气田开发十分重 要，在油气运聚成藏研究中也不能忽视。文章讨论一类较为特殊的结构非均质性，即储层中沉积结构的非均质性导致 各种致密隔夹层构成某种三维空间结构，阻碍储层中流体的流动，引起埋藏过程中成岩作用、油气运聚成藏及储层致 密化过程的强非均质性。模拟分析结果表明这种非均质性会导致油气运移路径和聚集位置的强非均质性。结合岩心观 察和油气藏解剖分析，发现准噶尔盆地腹部侏罗系含油储层在埋藏到盆地深层的过程中成岩一成藏作用交替发生，结 构非均质性的存在可在深层条件下保持有效储集空间，有利于晚期油气运聚成藏。 关键词盆地深层 ；砂岩储层；结构非均质性；沉积构造；成岩作用；油气运聚 中图分类号T El 1 2 ． 2 3 文献标识码 A St r u c t ur a l h e t e r o ge n ei t y o f r e s e r v o i r s an d i t s i mpl i c at i on on h y dr oc ar b on ac c u mu l a t i on i n de e p z on e s Lu o Xi a o r o n g， Zh a n g Li k ua n ， Le i Yuh o ng ， Hu Ca i z h i ， S h i Hui ， Ca o Bi nf e n g I n s t i t u t e o f G e o l o g y a n d G e o p h y s i c s , C h i n e s e A c a d e m y ofS c i e n c e s Abs t r a c t Po r o s i t y a n d p e r me a b i l i t y h e t e r 0 g e n e i t i e s o f r e s e r vo i r s a r e c o mmo n g e o l o gi c a l ph e no me n a t h a t i nflu e n c e s i g n i fic a n t l y flu i d flo wi n g ．T h e y a r e v e r y i mp o r t a n t no t o nly f o r o i l a n d g a s p r o d uc t i o n b u t a l s o for o i l a n d g a s mi g r a t i o n a n d a c c u mu l a t i o n r e s e a r c h e s ．I n t h i s p a p e r ,a k i n d of s pe c i a l s t r u c t u r a l h e t e r o g e ne i t y wa s d i s c u s s e d ． Owi n g t o t h e h e t e r o g e n e i t i e s o f s e d i me n t a r y s t r u c t u r e s i n r e s e r v o i r s ，a c e r t a i n 3 D s pa t i a l s t mc mr e i s f o rm e d b y v ari o u s t i g h t i n t e r c a l a t i o n s ． Du e t o t h e e x i s t e n c e o f s u c h 3 D s t r u c t u r e s ， t he flo w o f flu i ds in r e s e rvo i r i s i mp e d e d ， d i a g e n e t i c a l h e t e r o g e n e i ty i s i n d u c e d d u r i n g t h e b u r i a l h i s t o r y , a n d s t r o n g h e t e r o g e n e i t i e s a r e g e n e r a t e d i n t h e p r o c e s s o f h y d r o c arb o n a c c u mul a t i o n a n d po r o s i t y r e d uc t i o n． I t i s s h o wn f r o m s i mul a t i o n r e s ul t s t h a t t hi s k i nd o f s t r u c t u r a l h e t e r o g e n e i t y c a n r e s u l t i n s t r o ng h e t e r o g e n e i ty o f mi g r a t i o n p a t h wa y s a n d a c c u mu l a t i o n l o c a t i o n s ． Ba s e d o n c o r e o b s e r v a t i o n a n d h y d r o c a r b o n r e s e r v o i r d i s s e c t i o n a n a l y s i s ， d i a g e n e s i s an d r e s e rvoi r f o rm a t i o n t oo k pl a c e a l t e r n a t i v e l y wh e n J ur a s s i c o i l - b e a r i n g r e s e r v o i r s i n t he c e n t r a l J u n g g a r Ba s i n we r e b u r i e d t o t h e d e e p z o n e s i n t h e b a s i n ． Du e t o t h e e x i s t e n c e o f s t r u c t u r a l h e t e r o g e n e i t y , t h e h i g h q u a l ity r e s e r v o i r s c a n b e p r e s e rve d i n t h e d e e p z o n e s a n d i t i s f a v o r a b l e f o r t h e mi g r a t i o n a n d a c c u mul a t i o n o f o i l a nd g a s a t t h e l a t e r s t a g e ． Ke y wo r ds de e p z o ne ，s a n d s t o ne r e s e r vo i r ，s t ruc t ur a l h e t e r o ge ne i t y ，s e d i me n t a r y s t ruc t ur e ，d i a g e n e s i s ，h y dr o c a r bo n mi g r a t i o n a nd a c c u mu】 a t i o n 盆地中沉积地层埋藏深度越大，往往意味着地层 所经历过的各种成岩作用也更多，因而储层孔渗物性 总体上逐渐变差 u ，储层平均渗透率很低 ，多被认 为是致密储层 。近年来深层油气勘探表 明，盆地深 层油气分布具有明显的不均匀性 ，在普遍低孔渗的 背景下，物性好、油气产量高的储层占了相当比例。 从物性测试数据的统计结果来看 ，深层储层往往表现 出强非均质性 ，储层在深层条件下的有效性及优质储 层存在的形式 ，一直是深层油气成藏研究所关注、但 尚未得到很好解决的问题 J 。 储层非均质性是地层在沉积埋藏过程 中受沉积环 境、 成岩作用和构造作用的影响所造成的内部属性 如 孔隙度、渗透率、孔隙结构等的不均匀变化 陋 ]。储 层层内非均质性严重影响了储层中注入流体的流动特 基金项目国家科技重大专项 “ 大型油气田与煤层气开发” 2 0 1 1 Z X0 8 0 0 5 0 0 4 ；国家重点基础研究发展计划 9 7 3 项目 “ 中国西部 叠合盆地深部油气复合成藏机制与富集规律” 2 0 1 l C B 2 0 1 1 0 5 。 第一作者简介罗晓容 ， 1 9 5 9 一 ，男，四川成都人，博士，1 9 9 4 年毕业于法国科学技术中心蒙波利埃地质与地球物理中心，研究员，主 要从事石油地质学基础和应用基础研究工作。地址北京市朝阳区北土城西路 1 9 号，邮政编码 1 0 0 0 2 9 。E - ma i l l u o x r ma i l ． i g g c a s ． a c ． c n 收稿 日期 2 0 1 5 1 2 0 1 ；修改 日期 2 0 1 5 1 2 1 2 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 罗晓容等储层结构非均质性及其在深层油气成藏中的意义 2 9 征 。那么，深层油气分布的不均匀性与储层物性非 均质性特征之间有无联系对储层非均质性的理解和 认识对于深层油气的运聚成藏研究有何意义呢 本文 尝试讨论 由于沉积构造 的非 均质性所导致 的结构非均质性储层的成 因及其对油气运聚的作用， 分析该类储层在埋藏到盆地深层的过程中所发生的成 岩一成藏变化，并通过实例分析加以说明。 1 结构非均质性储层 储层非均质性在不同的尺度上表现不同，成因差 别也很大 [6 , 8 - 9 ] 0对于油田开发尺度的宏观非均质性 ， 即地 层学上相对易于识别的成 因单元之 间的非 均质 性，利用现有技术手段所能获得的资料都可以得到很 好的描述和表征 [ 10 - 1 1 ]0但因为地质资料的不完备及 人们在地质建模时处理能力的限制 ，对于储层内部的 非均质性， 无论是致密结核、 渗透一非渗透的薄互层、 隔夹 层分隔、纹层和交错层 ，乃至裂缝系统等 J ，主 要还是通过地质统计学的方法，利用一些能够反映储 层非均质程度的参数 ，如突进 系数、变异系数 、隔夹 层密度等 ，通过 “ 大量”的测试数据加以表征 [ 1 2 - 1 3 ] o 但问题在于 ，即便人们知道这些数据确实代表 了储层 的非均质程度，但仍然很难据此还原构建出实际储层 的非均质性特征 [14 ]o而储层中一部分隔夹层或结核 相互连接，起到渗流屏障的作用 。 在实际储层中，一些岩石的组成单元对于流体流 动的影响更为 明显。如在低渗储层中形成了开启的裂 隙、裂缝 ，且其间相互连通，则这样的裂缝 系统就构 成 了明显利于流体流动的通道 ，从而改变了地层中流 体流动的方式 。又如在砂岩储层中经常可以发现密度 不一 、连接关 系各 异的隔夹 层 u ，如果这 些隔夹 层 孤立分布 ，相互间不连接 ，则这些隔夹层的存在对于 流体流动的影响不大 ；但若这些隔夹层的形成和分布 受到某种沉积结构的控制 ，延伸范 围足够广 ，则将对 储层中流体的流动起到重要的作用 [5 ,1 6 ] 0这类储层中 的非均质性特征称为结构非均质性 u 。 储层结构非均质性受沉积结构、早期成岩作用以 及断裂和裂缝的控制 [ 1 5 , 1 8 - 1 9 ] 。储层内部沉积结构的非 均质性往往会造成储层在埋藏过程中成岩作用的差异 性 ⋯ ，形成受沉积构造控制 的、在成岩作用早期 就 变得致密的隔夹层；这些隔夹层在储层内部构成不同 层次、并不完全封隔的网状结构，影响甚至控制了后 期的流体活动，进而引起油气充注过程的非均匀 性 ] ；而储层中含油气部分的成岩作用过程受到阻 碍 ，从而增加 了储层成岩差异性程度 。 2结构 非 均 质性 储 层 内油 气 的运移 与 聚集 图 l 展示了几种非均质性储层及其中油气运移一 聚集的模拟结果 。运移过程发生在一经典的生储盖组 合一背斜 圈闭模型中，采用了以侵入逾渗理论为基础 的数值模拟方法 [2 1 - 2 2 ] 。 图 1 a中储 层宏观上为均质，但在微观上孔喉分 布具有随机非均质性 [2 1 ] 0油气在烃源岩中生成，经 初次运移进入储层之后则在浮力作用下向上运移 ，油 气到达储层顶界面后 ，受到盖层的遮挡，向上倾方向 侧向运移， 在合适的圈闭中聚集成藏。由图 1 a 可见， 烃源岩排烃范 围之内 ，垂直运移路径基本均匀 ，侧向 运移路径上的运移通量不断增加 ；在圈闭内的油气聚 集过程中，高含油饱和度的范围由上向下逐步扩展。 若模型中储层宏观上为随机非均质，即其中低渗 透岩石随机分布 ，运移模拟结果如图 1 b所示 。烃 源 岩排烃范围之内，垂直运移路径 明显受到储层非均质 性的影响 ，但宏观上仍基本均匀，侧向运移路径及在 圈闭内的油气聚集特征与图 1 a基本一致。图 1 b中的 致密岩石设为等轴状的 ，若设为各向异性的 ，则运移 路径 ，特别是垂直运移段中的运移路径会受到影响， 但总体上与图 1 b类似。 当储层中低渗透隔层沿着储层内部的沉积结构面 发 育，从而形成似 网状的结构 ，油气在其 中运移的模 拟结果如 图 1 c和 l d所示 。烃源岩排烃范 围之 内，垂 直运移路径被限制在被隔夹层分隔的网格 内部 ，只要 网格隔壁上溢 出点的位置不在 网格最顶端 ，网格中随 时有油气聚集 ，达到溢出点之后可以运移到与之连通 的下一个 网格 中，这样依次运移、聚集、溢出。受低 渗透隔层结构的控制， 运移路径与油气聚集复杂多变。 对比图 1 c 和图 l d可以看出，当储层中的隔夹层结构 不 同时 ，油气运移的路径相差很大。 图 l d中展示 的模拟结果表 明，对于流体流动速 度很慢的油气运移过程，结构非均质性储层对于油气 的运移和聚集具有非常明显的作用 ，在运移模拟分析 中必须加以考虑。侧向运移阶段 ，油气在储层中各个 网格之间流动，运移路径所占的空间比宏观均质储层 条件下更为广泛，有时可能占据整个储层的厚度，但 在该范围内油气不一定占据全部输导空间，而是在油 层之间保留水层；另外，当油气在圈闭位置发生聚集 时，由于油气可以随着时间而积累，因而倾向于在圈 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 罗晓容等 储层结构非均质性及其在深层油气成藏中的意义 3 5 综合古构造 、储层演化及油气充注微观信息 ，参 考 图 2所示的结构非均质性储层中沉积结构控制成岩 隔夹层分布 、影响油气运聚分布 、后期成岩致密的模 型，建立了准中地区侏罗系储层非均质结构约束下的 油气成藏模式。 晚侏罗世末期 ，莫西庄油田侏罗系储层 中曾发生 油气运移 ，但可能因为原油运移量少、圈闭未形成等 因素的影响，未能形成油气聚集。晚白垩世有效储层 含油砂岩的古孔隙度平均大于 1 8 ％，具有良好的 物性条件 ；而泥质岩夹层、软岩屑致密砂岩和钙质胶 结致密砂岩隔夹层构成了较好的遮挡条件 ，油气在这 种结构非均质性储层中运移 ，形成广泛分布但聚集程 度不高的一系列小型油藏 ， 其 间存在众多的含水砂岩。 由于这期原油运移量有限，仅在上部隔夹层交织构成 的封隔单元内强非均质储层段形成了一些相对孤立的 小油气藏，而下部均质储层段未发生油气聚集。新生 代以来 ，随着埋藏深度的增加 ，储层成岩致密化过程 不断进行 ，同时受构造活动影响 ， 早期油藏不断调整， 含油砂岩受到原油改造 ，出现亲油倾向。中、上新世 以来的轻质油和天然气运移至该储层，在整体低渗透 储层条件下 ，油气主要在 曾经发生过运移聚集的储层 砂岩内及少数溶蚀相带内运移、聚集 ，形成一系列小 型的 “ 甜点”式油藏 图 3 。 5讨论与结论 碎屑岩储层内部沉积结构的非均质性往往会造成 储层在埋藏过程中成岩作用的差异性，部分受沉积构 造控制的薄层、纹层在成岩作用早期就形成致密的隔 夹层 ；这些隔夹层在储层内部构成不同层次 、并不完 全封 隔的网状结构 ，影 响甚至控制 了后期 的流体 活 动 ，进而引起后期成岩作用和油气充注过程的非均匀 性 ；而储层中含油砂岩中油的存在阻碍 了成岩作用过 程 ，从而增加 了储层成岩差异性程度。 要形成具有一定空 间结构的隔夹层体 系，储层中 的隔夹层需要达到一定的密度和延伸范围，若采样是 随机的 ，则非均质性参数必须达到一定值域才行 u 。 致密的隔夹层对于流体流动的屏障作用十分有效 ，因 而这些岩石组成部分本身的形状 、大小、薄厚等对流 体流动的影响并不十分重要，它们构成的具有一定结 构的空间分布形态才是造成油气运移路径分布广泛、 油气藏小型化的主要因素。 深层储层在埋藏过程中经历了多期的成岩环境变 化和油气运聚过程 ，成岩过程复杂 ，深层低渗透储层 的非均质性特征是各种地质作用的综合结果。在以河 湖相为主的碎屑岩储层中隔夹层结构十分普遍，其中 油气运移聚集具有强非均质性 ， 运移路径分布范围大， 其中成岩作用得到抑制，岩石颗粒表面润湿性得到改 造 ，十分有利于后期油 气的运移聚集。这类结构非均 质性储层在盆地中广泛存在，对于深层油气的运聚成 藏作用十分重要 ，应该是深层油气研究的重要 内容 。 常规油气的开发主要针对 圈闭溢出点之上圈闭面 积之内的油气聚集 ，但对于一些结构非均质性储层油 气藏 ，在其油气运移经过的路途上很可能就存在相当 可观的运移路径分布及与之相关的小型油气圈闭群 ， 相对于主要油气藏而言 ，这些油气的聚集程度可能不 高 ，但其分布范 围广 ，只要开发措施得当，也有可能 扩大油藏的范围及储量。 参考文献 [ 1 】 B l o c h S ，L a n d e r R H，B o n n e l l L ．A n o ma l o u s l y h i g h p o r o s i t y a n d p e r me a bi l i t y i n d e e p l y b ur i e d s a n d s t o n e r e s e r vo i r s o r i g i n a n d p r e d i c t a b i l i t y [ J ] ．AAP G B u l l e t i n，2 0 0 2 ， 8 6 2 3 0 1 3 2 8 ． [ 2 】 E h r e n b e r g S N，Na d e a u P H． S a n d s t o n e V S ．c a r b o n a t e p e t r o l e u m r e s e r v o i r sa g l o b a l pe r s p e c t i v e o n p o r o s i t y d e p t h a n d p o r o s i t y per me a b i l i t y r e l a t i o n s h i p s [ J 】 ． A AP G B u l l e t i n ，2 0 0 5 ， 8 9 4 ， 4 3 5 4 4 5． [ 3 】 庞雄奇 ．中国西部叠合盆地深部油气勘探面临的重大挑战及其研究方 法与意义 【 J J ．石油与天然气地质 ，2 0 1 0 ， 3 1 5 5 1 7 5 4 1 ． Pa ng Xi o ngq i ． Ke y c ha l l e nge s a nd r e s e ar c h m e t ho ds of p e t r o l e u m e xp l o r a t i o n i n t he d e e p o f s u p e r i mpo s e d b a s i n s i n we s t e r n C h i n a [ J ] ．O i l Ga s Ge o l o g y，2 0 1 0 ， 3 1 5 5 1 7 -5 4 1 ． [ 4 】 孙龙德 ，邹才能 ，朱如凯 ，等 ．中国深层油气形成 、分布与潜力分 析 l J J ．石油勘探与开发 ，2 0 1 4 ， 4 0 6 6 4 1 6 4 9 ． S u n Lo ng d e， Zo u Ca i n e n g， Zhu Ruk a i ， et a 1 ． Fo r m a t i o n， d i s t r i bu t i on a nd po t e n t i a l o f d e e p hyd r o c a r bo n r e s o ur c e s i n C h i n a [ J 】 ．P e t r o l e u m E x p l o r a t i o n a n d D e v e l o p me n t ，2 0 1 4 ， 4 0 6 6 4 l -6 4 9． [ 5 】 L u o X R，H u C Z，Xi a o Z Y，e t ．T h e e ff e c t s o f c a r r i e r b e d h e t e r o g e n e i t y o n h y d r o c a r b o n mi g r a t i o n [ J 】 ．Ma r i n e a n d P e t r o l e u m G e o l o g y，2 0 1 5 ， 6 8 1 2 1 2 0 -1 3 1 ． [ 6 】 We b e r K J ．Ho w h e t e r o g e n e i t y a f f ect s 0 i l r e c o v e r y [ A 】 ．I nL a k e L W， Ca r r o il H B J r ． ，e d s ．R e s e r v o i r C h a r a c t e r i z a t io n [ C] ． ， Ne w Yo r kAc a d e m i c Pr e s s 1 98 6 4 8 7 -5 4 4 ． [ 7 】 Du t t o n S P， Whj t e C D， W订 l i s B J ， e a 1 ． C a l c i t e c e me nt d i s t r i b ut i o n a nd i t s e f f e c t o n flui d f l o w i n a d e l t a i c s a n d s t o n e ，F r o n t i e r F o r ma t i o n，Wy o mi n g [ J 】 ．AA P G B u l l e t i n ， 2 0 0 2 ， 8 6 1 2 ， 2 0 0 7 - 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