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1、储层地质学读书笔记储层非均质性的研究1.储层非均质性的概念油气储集层由于在形成过程中受沉积环境、 成岩作用及构造作用的影响，在 空间分布及内部各种属性上都存在不均匀的变化，这种变化就称为储层非均质 性。储层非均质性是影响地下油、气、水运动及油气采收率的主要因素。储层的均质性是相对的，而非均质性是绝对的。在一个测量单元内 （如岩心 塞规模），由于只能把握储层的平均特性（如测定岩心孔隙度），可以认为储层在 同一测量单元内是相对均质的，但从一个测量单元到另一个测量单元， 储层性质 就发生了变化，如两个岩心塞之间的孔隙度差异， 这就是储层非均质的表现。测 量单元具有规模和层次性，储层非均质性也具有规模

2、和层次性。一个层次的非均 质规模包含若干低一级层次的测量单元（如小层单元包括若干个岩心测量单元）。另一方面，储层性质本身可以是各向同性的， 也可以是各向异性的。有的储 层参数是标量（如孔隙度、含油饱和度），其数值测量不存在方向性问题，即在同 一测量单元内，沿三维空间任一方向测量，其数值大小相等，换句话说，对于呈 标量性质的储层参数，非均质性仅是由参数数值空间分布的差异程度表现出来 的，而与测量方向无关。有的储层参数为矢量（如渗透率），其数值测量涉及方向 问题，即在同一测量单元内，沿三维空间任一方向测量，其数值大小不等，如垂 直渗透率与水平渗透率的差别。因此，具有矢量性质的储层参数，其非均质性的

3、 表现不仅与参数值的空间分布有关， 而且与测量方向有关。因此，矢量参数的非 均质性表现得更为复杂。2.储层非均质性的分类储层非均质性的划分方案很多，其分类依据主要有规模、成因和对流体的影 响程度等几个方面。Pettijohn等根据规模大小划分出5个层次：油藏规模的沉积相及造成的层间非均质性；油层规模的沉积微相和相变 关系;砂体内韵律性、沉积结构构造等非均质性；岩心规模的孔隙度、渗透率 等各向异性；显微尺度的孔隙结构、类型、矿物学特征等。而 Weber根据非均质性成因给出了如下的分类系统（图1）。封闭、半封闭、 未封闭断层2成因单元边界-3成因单元内 濛透层农成因单元内 隔夹层5 纹层和交错层理

4、1乩微观非均质性57.封闭、开启裂缝图1 Weber(1986)的储层非均质性分类3.储层非均质性表征3.1层间非均质性层间非均质性是指砂体之间的差异， 包括层系的旋回性、砂层间的渗透率非 均质程度、隔层分布及层间裂缝特征等。研究层间非均质性是划分开发层系、 决 定开采工艺的依据，同时，层间非均质性是注水开发过程中层间干扰和水驱差异 的重要原因。层间非均质性主要受沉积相的控制。3.2平面非均质性平面非均质性指单一油层砂体的几何形态、 各向连续性、连通性以及砂体内 渗透率和孔隙度的平面变化及方向性。 平面非均质性对于井网布置、注入水的平 面波及效率及剩余油的平面分布有很大的影响。3.3层内非均质

5、性它表现为砂层内部垂向上的渗透率韵律、最高渗透层所处位置、非均质程度、 单砂层规模宏观的垂直渗透率与水平渗透率的比值以及层内夹层的分布。 它直接控制和影响一个单砂层垂向上的注入剂波及厚度。 从储层地质学角度来讲，层内非均质性研究应包括以下研究内容：1.粒度韵律；2.渗透率韵律及最高渗透层所 处位置；3.层理构造及渗透率各向异性；4.层内夹层；5.层内裂缝；6.垂直渗透 率与水平渗透率的比值KV/Kh； 7.层内渗透率非均质程度。3.4微观非均质性微观非均质性是指孔隙和喉道的大小，连通程度、配置关系、分选程度以及 颗粒和填隙物分布的非均质性。这一规模的非均质性直接影响注入剂的微观驱替 效率。微观

6、非均质包括三个方面的内容，即孔隙非均质、颗粒非均质和填隙物非均 质，其中后二种非均质是孔隙非均质的成因。目前对于储层的微观非均质性，一般仅局限于岩心规模，即主要研究岩心的 孔隙结构特征。然而，对于砂体规模的微观非均质性研究， 即孔隙结构在宏观三 维空间的差异性，由于目前研究手段所限，研究程度尚欠不够，这也是储层研究 工作者正在探索的一个领域。4.储层非均质性研究的资料基础储层非均质研究所需的基础资料主要有四大类： (1)岩心观测及实验分析资 料；(2)测井资料及其解释成果；(3)测试资料及其处理分析成果；(4)开发地震 及其处理解释成果。4.1岩心观测及实验分析资料岩心观测和实验分析资料是认识

7、储层的最直接的依据，是任何其它间接的资 料无法代替的。它一方面可直接作为储层研究的基础资料， 另一方面可作为测井 和测试资料甚至地震资料解释的标定。在储层非均质性研究中，根据岩心观测和实验分析可取得以下资料和成果。1.观测资料(1)粒度韵律；(2)沉积构造；(3)夹层分布；(4)裂缝特征。2.实验分析资料(1)岩石结构特征；岩石物性(孔隙度、渗透率、含油饱和度)；(3)孔隙 结构特征；(4)成岩特征；(5)岩石润湿性、毛管压力、相渗透率及自吸特征。4.2测井资料及其解释成果测井资料是储层研究的最为重要的间接资料。 油田开发区内的取心井一般较 少，即使在取心井内，取心井段亦不长，因而测井就成为储

8、层非均质性研究的重 要手段。应用测井资料，可进行以下几方面的解释和研究：1.层组划分和对比（1）建立层组对比的测井标准层；（2）结合岩心、岩屑录井资料进行层组对比。2.测井相研究（1）岩类判别； 沉积韵律判别（自然电位、自然伽玛测井）； 古流向判 别（地层倾角测井）。3.储层参数解释 储层物性参数，包括孔隙度、渗透率、含油饱和度、泥质含量、粒度中 值等；油、气、水层的判别；（3）有效厚度解释； 隔层、夹层解释。4.裂缝解释4.3测试资料各种地层测试和试井资料既是取得储层动态信息的主要手段， 也是验证储层静态信息的重要手段。就储层非均质性研究而言，主要通过测试和试井资料研究 储层的井间连通性、宏

9、观物性参数的分布及裂缝分布等， 应用的手段主要有多井 试井（包括干扰试井和脉冲试井）、示踪井测试和地层重复测试（RFT）。4.3.1.多井试井多井试井是相对于单井试井而言的。 单井试井（如钻杆测试、完井试油）一般 能给出井周围的地层的平均特性，而多井试井则可能给出井间的储层连续性及渗 透率的方向性等储层非均质信息。多井试井是指在生产井上测量产量，同时在周围一口或几口井上测定井底压 力的试井方法。据此，测定生产井周围几个方向的传导系数或渗透率方向性。 多井试井有二种，即标准干扰试井和脉冲试井。在标准干扰试井中，生产井的产量保持不 变，而在脉冲试井中，生产井通过放喷和关井的交替使生产井产量发生周期

10、性变 化，继而测量观测井产生的随时间变化的压力变化， 并计算各个方向的传导系数。 脉冲试井实际上是一种变产量干扰试井方法，生产井放喷和关井产生的产量变化 序列就称为“脉冲”。这种在井上进行脉冲操作而在另一口或几口井中测量压力 响应的方法就是脉冲试井。脉冲试井比标准干扰试井能更好地提供油藏性质的预 测资料。试井分析得出的重要地层参数为传导系数。 从物理意义上说，它代表具一定 粘度的某种流体在单位梯度下传递过单位截面积并展布于整个地层的速度。式中 T 传导系数(m3/Pa s);h储层厚度；卩一一流体粘度；K有效渗透率。这一参数具体体现了地层和流体二者的特性，单位为 m/Pa s ,物理意义 为流

11、量为mVs的流体在1Pa的压差下流经一个底面为1吊、高为h的截面积的传 导能力。当地层存在多相流体时：Kro K rg KrwT = kh( )o g w式中Kro、Krg、Krw分别为油、气、水的相对渗透率；卩。、卩g、卩w 分别为油、气、水的粘度。4.3.2井间示踪剂测试在注入井中注入携带示踪剂的流体，而在周围井中检测示踪剂的产出特征， 是示踪剂测试的基本思路。由于储层非均质性影响了示踪剂的流动特征，因此， 通过追踪注入流体在井间的流动状况便可获得井间储层的非均质性的信息。 应用井间示踪剂测试，可获得以下井间储层非均质的特征。(1)砂体连通性与流动屏障封闭的断层、岩性尖灭等流动屏障的存在，

12、会阻止示踪剂从注入井到生产井 中的流动。因此，通过检测生产井中示踪剂的产出情况，即产出还是不产出，便 可确定井间是否存在流动屏障，而通过注入到产出突破的时间，可确定井间连通 砂体的连通程度。(2)渗透率方向性评价在向注入井注入携带示踪剂的流体， 并向周围井流动时，不同方向突破时间 的差异则指示了不同方向渗透性的差异。当某一生产井出现过早突破时，表明这 一方向可能存在高渗条带。通过各生产井的示踪剂突破时间和示踪剂开采曲线，可估算各方向的渗 透率的相对大小以及各层的 K- h值(渗透率与厚度的乘积)。注入井注入流体到 示踪剂在生产井中突破时的时段内的注入体积，则表示对应井间的体积扫油效 率，若发生

13、突破时的注入体积很小，则表示有窜流通道，据此还可估算窜流通道 的体积。(3)裂缝的指示示踪剂过早发生突破之后，示踪剂又生产了很长时间，表明储层渗透率很高、 层段很薄，可能指示着裂缝的存在。4.3.3开发地震包括三维地震、垂直地震剖面(VSP)及井间地震等。开发地震的基础是三维地震。以往，三维地震主要用于油气勘探。现在，人 们越来越重视三维地震在油田开发中的应用。 在进行油藏范围的储层研究时，目 前可利用的资料出现两个极端情况，一个极端是垂向分辨率很高 (0.10.3m )但面积覆盖极小的测井资料，另一个极端是大面积覆盖但垂向分辨率很低的三维地 震资料。因此，储层描述的关键是在地质约束下通过岩心

14、-测井-地震的综合研究， 表征井间砂体的连续性及储层参数的分布。 目前，三维地震资料能提供的储层性质主要为砂组规模的沉积相展布、 井间砂体对比及储层参数的分布，而应用现有 三维地震技术追踪薄层间互的单砂体尚存在很大困难。井间地震方法可望在很大程度上提高储层井间预测的精度， 但目前由于技术问题，尚未进行商业性使用。5.储层非均质性的研究方法5.1储层露头研究露头储层研究具有直观性、完整性、精确性和可检验性等优点。露头研究的 总体思路是在野外实测和室内测试所得大量资料的基础上进行沉积学分析、 成岩 分析、物性分析，获得储层原型模型，积累地质知识库，建立储层地质模型，以达到 预测地下储层的目的。5.

15、2沉积体系分析法沉积体系分析法的有关理论和方法最早起源于美国学者对海湾盆地的研究。 其从本质上讲属成因地层学，即在认识沉积环境和其他同沉积地质背景的基础上 解释大型沉积体的相互关系。这一分析方法的基础是Walther相律和相模式概念 在整个沉积盆地范围的应用和引申。沉积体系分析强调了大型沉积体的空间关 系、沉积体内部和外部几何形态的研究。该方法在油气勘探开发中受到了特别的 重视。5.3层次界面分析法层次界面分析法即首先将储层单元分层次描述，并对描述的结果进行成因上 的解释,以找出规律性的结论，建立适合不同层次的模型；最后再借助地质和数学 方法将不同层次的特征统一到一个体系中进行层次归一 ，以达

16、到预测的目的。整 个分析过程可简单概括为以下5个阶段：(1)层次划分即在地层学基本单位的基础上划分出次级层次。Miall(1988) 扩展 Jacks on (1975)、Alle n(1983)、Bridge 和 Gorde n(1983)等人的研究成果， 将河流沉积砂体划分出6级谱系。(2)层次描述即对层次界面及层次实体进行描述，目的是弄清界面的形成 机制、形态、起伏、连续性、分布范围和厚度变化及级别，层次实体的几何形态、 空间分布范围、相互关系及其内部结构。(3)层次解释其目的在于揭示层次实体、层次界面的分布规律及不同层次 间的内在联系。事件地层学是其主要的工具。 层次建摸 随着地质模型

17、的广泛应用，单一的地质模型已远远不能满足 实际生产的需要，只有多层次的系列地质模型的建立，才能在不同尺度上更加准 确地描述储层。(5)层次归一包括地质模型的套合及运用数学地质方法进行层次归一 ，目的在于得到系统的认识。5.4结构单元和流动单元研究方法目前国内外对油田储层沉积的非均质性研究主要是从流动单元的角度进行研究,砂体内部的构成研究在含油气盆地沉积学中日益重要。 目前,储层流动单元研究已经成为储层表征和建模的新技术，流动单元是精细油藏描述的关键和最基 本单位。流动单元的研究为认识油藏的非均质性提供了有效手段，也是精细油藏 描述的重要发展方向和攻关目标。Miall最早提出河流砂体构成单元概念

18、，指出 沉积体是由各种规模的岩相和结构集合体构成的，其规模范围从单个小型波痕到 整个沉积体系形成的集合体。各国学者在一致认为以微相单元作为最基本的沉积 构成单位，以此为基础再逐级进行划分和研究。目前对所有的沉积环境都有一个 比较统一的构成单元划分标准（表1）。表1河流沉积体系和浊流沉积体系规模分级系统对比时间1址览充加切址計it廣:E览抱克览.神创丨述河池更合休it时1炉T1址沉稅律竈廟6河團慚系.划LB5 - IDb呦荣弭适一兀然堤以汁佛5H沪4痕伞克城4IB2 - ID3Ltf1 - ID1屮酬底形2琳H相的层系粗1W J - ID 35.5高分辨率层序地层学研究该内容是随着油田开发后期油

19、藏精细描述而发展起来的。其任务是以岩心、 三维露头、测井和高分辨率地震剖面为基础，运用精细层序划分和对比技术对三 维地层关系进行预测，并建立起各级层序地层对比格架，其理论核心是：在基准面 旋回变化过程中，由于可容空间与沉积物补给通量比值的变化 ，相同沉积体系域或相域中发生沉积物的体积分配作用，导致沉积物的保存程度、地层堆积样式、 相序、相类型及岩石结构发生变化，这些变化是其在基准面旋回中所处的位置和 可容纳空间的函数，因此，由基准面旋回所控制的等时地层单元的地层分布形式 是有规律可循的,而且是可以预测的。Cross领导的科罗拉多矿业学院成因地层 研究组在这一领域取得了突出成就。5.6地质统计学

20、方法储层的非均质性表现为储层的物性参数，如孔隙度、渗透率、厚度、夹层数 等的不均匀性。其既具有结构性，又具有随机性，是区域变化量。根据地质统计学 理论,通过半变异函数（式（1）及图2）,利用适当的拟合模型（如球状模型、高斯模 型、指数模型等）,可对储层非均质性的变化幅度、变化速率以及变化的随机性进 行定量描述。这套理论在实际应用中效果显著。丫 (h,a)=1/2EZ(x)-Z(x+h)2=1/2VarZ(x)-Z(x+h) (1)该方法是将岩心或测井所测得的渗透率数值从大到小排成一列，分别计算相 应的渗透率贡献百分数和其对应的岩样块数百分数或厚度百分数，在直角坐标系 上标绘成劳伦兹曲线，如图3

21、a所示。对于完全均质的油藏，劳伦兹曲线是一条对角线 AC（即卩10%羊品渗透率贡献 10%,20%样品渗透率贡献20%）,显然只有在每个样品的渗透率完全相等的情 况下才会出现这种情况。图3a中弧线ADC与对角线AC的包络面积愈大表示非均 质愈严重。所包含的面积 ADCAf三角形面积ABCA之比称之劳伦兹系数，也是样 品非均质程度的一种表达方式，它的范围在0到1.0之间。劳伦兹系数为0时表 示极端均质，为1时表示极端非均质。图3 劳伦兹曲线示意图将图3a中渗透率贡献率及其对应的岩样块数百分数分别进行倒数变换，并 在直角坐标下作图，可以将不同形态的渗透率累积分布曲线转换成斜率不同的直 线（图3b）

22、。其中,极端均质储层的斜率为1,极端非均质储层的斜率为0,常规非 均质储层的斜率则为01。将01斜率值定义为储层非均质程度系数，以此定 量表征储层宏观非均质程度，该斜率值与储层非均质程度成反比。劳伦兹曲线法的优点之一是既适合于任何渗透率分布类型油藏，又使求得的 渗透率变异系数值在0（均质）到1.0（极端非均质）之间,是有界的；优点之二是直 观,包络面积大小与油藏的非均质程度具相关性。从图中可以直接得知油藏的非 均质程度,并可读得不同岩样块数百分数下的渗透率贡献值。 因此,劳伦兹曲线法是比较推崇的一种计算储层宏观非均质性的方法6、储层非均质性对剩余油的影响20世纪90年代，随着油田开发的不断深入

23、及油气资源需求量的日益增长 ，以 提高采收率、挖潜剩余油为目标的储层非均质性研究逐渐引起人们的重视。 主要 是通过动、静态资料的结合，找出储层各级非均质性与水驱效果的关系，揭示剩余 油分布规律，并提出具体的注水调整及挖潜措施。在平面上，受砂体展布、规模、连通性及空间组合方式不同的制约，注水开发 期间注入水沿高渗透带指进，致使高渗透带水洗程度相当高，而低渗透带波及系 数较小,注水收效较差，导致剩余油在平面上分布不均匀，储层物性相对较差、渗 透率级差大的微相带是剩余油的主要富集区和挖潜的目标区；受储层层间非均质 性的影响,剩余油常富集在储层渗透率级差大、物性较差的单砂层内，应采用分层 开采工艺技术

24、进行开采；由于储层层内非均质性的差异，水淹程度差异较大，高渗 透部位渗流速度较快，水淹程度较高，低渗透部位渗流速度较慢，水淹程度较低， 剩余油相对富集，尤其是在正韵律中上部的低渗透区，但对复合正韵律而言，层内 剩余油的分布出现多层富集的状况，反韵律模式通常水驱效果较好；储层孔隙网 络结构同样控制着剩余油的形成和分布状况，孔喉细小的储层渗透性差，孔隙连 通性差,盲孔较多，容易形成剩余油，孔喉网络均质系数低的部位剩余油也相对富 集。该项研究为处于中一高含水期的老油田注入了新的活力 ，是保持老油田增产、稳产的有力保证。与此同时，随着认识的加深，研究领域也逐渐由常见的河流、 三角洲、扇三角洲和滩坝等，

25、向古潜山、礁灰岩、砂砾岩体、浊积砂体和煤系地 层等更加复杂与隐蔽的储集体扩展。7、储层非均质性对油气成藏的影响近几年来，随着成藏机理研究的深入展开，关于储层非均质性对油气成藏影 响的研究从微观开始逐渐向宏观发展。在微观范围内，油气运移的动力变化较小， 油气在非均质输导层中的运移路径受运移阻力分布的控制，优先通过运移阻力较 小的输导层部分（优势通道）,这就决定了油气藏内油气的分布，即在同一油气层 内高孔、高渗透储层具有较高的含油饱和度，而低孔、低渗透部分含油饱和度低 甚至不含油。层内非均质性对油气成藏具有重要影响。 层内的韵律性是影响油气 成藏的重要因素，即正韵律储层底部有利于油气聚集，含油饱和

26、度高，反韵律储层 顶部含油饱和度高，其粒度级差是造成该影响程度差异的主要因素。层内夹层对 油气聚集也起到一定的控制作用：一方面，当夹层面未形成有效遮挡时，它会阻止 油气继续往储层顶部运移，不利于油气成藏，或者可能造成储层纵向上形成大段 不饱和的油（气）水同层;另一方面，当夹层面形成了有效圈闭时，油气可能在其中 聚集形成小型油气藏。层间非均质性对油气成藏的影响主要表现为“层间干扰” 现象。关于储层平面非均质性对油气成藏影响方面的研究 ，多为间接地从沉积相和成岩相角度分析储层对油气成藏及分布的影响，即水动力条件强的有利沉积相 带及次生孔隙发育良好的成岩相带往往是油气运移聚集的有利指向区。 在对牛庄

27、洼陷沙三段中亚段浊积岩储层的研究中发现，沉积相是控制油气成藏与分布的主 要因素,储集物性最好的中扇亚相浊积水道微相是油气聚集最为有利的相带 ，已 发现的油气多聚集在该相带，水道间和朵叶体微相次之，外扇亚相最差；成岩相对 油气成藏的影响在于局部发育的胶结和溶解作用使得油气在砂体内部垂向分布 不均匀，但不影响油气平面上的大规模聚集，因此相对于沉积相，成岩相对油气成 藏分布的影响是次要的。此类研究将储层非均质性的研究目标转变为对油气聚集成藏的影响 ，从而加 深了对油气成藏过程的认识，有助于油田勘探阶段目标的选取，是目前研究的热 点,这既丰富了石油地质理论，又为勘探实践提供了指导，其研究内容与领域也逐

28、 渐扩大。8小结储层非均质性对油气的聚集、产出、分布和油气藏的形成等起着至关重要 的作用。特别是在油田开发中后期，在对老区块进行工艺调整、剩余油挖潜、 提高采收率过程中，储层非均质性更是核心的研究内容。通过几十年的发展 ，储层非均质性的研究内容不断扩展，研究领域不断拓宽，研究方法与技术也日 趋成熟。今后，综合利用测井、地震、计算机和地质建模等多种手段研究储层 非均质性将是必然的趋势。同时，现有的储层非均质性研究基本上都是对现今 储层内部结构的研究，这在老油区开发中起到了决定性的指导作用随着油气田 勘探形势的日益严峻，储层非均质性研究也将向更深层次发展，而研究储层在 油气藏形成时期的原始面貌及其受成岩、构造等因素影响所产生的变化则有助 于预测新探区油气开发的有利区带，是今后储层非均质性研究的新方向。