第10章油層非均質(zhì)性研究油層非均質(zhì)性，實(shí)際是指儲(chǔ)層非均質(zhì)性。在油氣藏的形成中，生油巖、儲(chǔ)集層、蓋層、圈閉、運(yùn)移、保存諸條件缺一不可。在其他條件具備的前提下，研究?jī)?chǔ)層是研究油氣藏的核心，儲(chǔ)層是勘探、開(kāi)發(fā)的直接目的層。其特征與油氣儲(chǔ)量、產(chǎn)量及產(chǎn)能密切相關(guān)。儲(chǔ)層非均質(zhì)性的研究是儲(chǔ)層描述和表征的核心內(nèi)容。1一、儲(chǔ)層非均質(zhì)性的概念

儲(chǔ)層非均質(zhì)性：油氣儲(chǔ)層在漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史中，經(jīng)歷了沉積、成巖以及后期構(gòu)造作用的綜合影響。它使儲(chǔ)層的空間分布及內(nèi)部的各種屬性（如孔隙度、滲透率、孔隙結(jié)構(gòu)等）都存在不均勻的變化，這種變化稱之為儲(chǔ)層的非均質(zhì)性。

影響因素:

1．沉積作用的影響無(wú)論是碎屑巖還是碳酸鹽巖儲(chǔ)層，沉積環(huán)境不同是影響儲(chǔ)層非均質(zhì)性的重要因素。由于沉積條件不同，造成碎屑顆粒的礦物成分、粒度、分選程度、堆積和充填形式、膠結(jié)類型、砂體形態(tài)、側(cè)向連續(xù)性、縱向連通性等都不相同，從而導(dǎo)致儲(chǔ)層的巖性、物性和內(nèi)部結(jié)構(gòu)、層理構(gòu)造在縱向上和橫向上都有不同程度的差異，即存在非均質(zhì)性。2

2．成巖作用的影響

成巖作用對(duì)儲(chǔ)層孔隙的改造、保存和破壞起著很重要的作用。例如溶解作用產(chǎn)生次生孔隙，使儲(chǔ)集性能變好；壓實(shí)作用使儲(chǔ)層變致密，儲(chǔ)集性能變差。3．構(gòu)造作用的影響

構(gòu)造運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的斷層和裂縫對(duì)儲(chǔ)層非均質(zhì)性有一定影響。垂直和較大角度的斷層由于其封閉性，不但可以使原來(lái)連通的地層錯(cuò)開(kāi)，變成不連通，也可以由于其開(kāi)啟性使不同年代的地層串通起來(lái)，從而增加儲(chǔ)層非均質(zhì)性程度。一些延伸很遠(yuǎn)的裂縫若不密封，可能使水沿裂縫串流，造成嚴(yán)重的平面矛盾，降低油田的開(kāi)發(fā)效果。例如扶余油田。

總之，儲(chǔ)層的非均質(zhì)性是絕對(duì)的，而均質(zhì)是相對(duì)的。一般陸相儲(chǔ)層的非均質(zhì)程度高于海相儲(chǔ)層。我國(guó)目前已發(fā)現(xiàn)的油氣儲(chǔ)量90%來(lái)自陸相沉積地層，并且絕大多數(shù)為注水開(kāi)發(fā)。因此，儲(chǔ)層非均質(zhì)性的研究水平將直接影響到儲(chǔ)層中油氣水分布規(guī)律的認(rèn)識(shí)和開(kāi)發(fā)效果的好壞以及最終采收率。3二、儲(chǔ)層非均質(zhì)性的分類

一般將儲(chǔ)層非均質(zhì)性分為宏觀非均質(zhì)性和微觀非均質(zhì)性兩大類，而宏觀非均質(zhì)性又包括層內(nèi)非均質(zhì)性、平面非均質(zhì)性和層間非均質(zhì)性。微觀非均質(zhì)性是指研究巖石孔隙結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性。

層內(nèi)非均質(zhì)性宏觀非均質(zhì)性平面非均質(zhì)性儲(chǔ)層非均質(zhì)性層間非均質(zhì)性微觀非均質(zhì)性4（一）宏觀非均質(zhì)性

1．層內(nèi)非均質(zhì)性：

是指一個(gè)單砂層規(guī)模內(nèi)垂向上的儲(chǔ)層性質(zhì)變化。包括層內(nèi)垂向上滲透率的差異程度、最高滲透率段所處的位置、層內(nèi)粒度韻律、滲透率韻律及滲透率的非均質(zhì)程度、層內(nèi)不連續(xù)的泥質(zhì)薄夾層的分布。層內(nèi)非均質(zhì)性是直接控制和影響單砂層儲(chǔ)層內(nèi)注入劑波及體積的關(guān)鍵地質(zhì)因素。52．平面非均質(zhì)性：

是指一個(gè)儲(chǔ)層砂體的幾何形態(tài)、規(guī)模、連續(xù)性，以及砂體內(nèi)孔隙度、滲透率的平面變化所引起的非均質(zhì)性。它直接關(guān)系到注入劑的波及效率。1）砂體幾何形態(tài)砂體幾何形態(tài)是砂體各向大小的相對(duì)反映。砂體幾何形態(tài)的地質(zhì)描述一般以長(zhǎng)寬比進(jìn)行分類。

①席狀砂體：長(zhǎng)寬比近似于1:1，平面上呈等軸狀

②土豆?fàn)钌绑w：長(zhǎng)寬比小于3:1③帶狀砂體：長(zhǎng)寬比3:1～20:1之間

④鞋帶狀砂體：長(zhǎng)寬比大于20:1⑤不規(guī)則砂體：形態(tài)不規(guī)則，一般有一個(gè)主要延伸方向。6

2）砂體規(guī)模及各向連續(xù)性

重點(diǎn)研究砂體的側(cè)向連續(xù)性。一般描述砂體長(zhǎng)度，砂體寬度或?qū)捄癖?，也可用鉆遇率來(lái)表征。按延伸長(zhǎng)度可將砂體分為五級(jí)：一級(jí)：砂體延伸大于2000m，連續(xù)性極好。

二級(jí)：砂體延伸1600～2000m，連續(xù)性好。

三級(jí)：砂體延伸600～1600m，連續(xù)性中等。

四級(jí)：砂體延伸300～600m，連續(xù)性差。

五級(jí)：砂體延伸小于300m，連續(xù)性極差。

鉆遇率：表示在一定井網(wǎng)下對(duì)砂體的控制程度。

鉆遇率=（鉆遇砂層井?dāng)?shù)／總井?dāng)?shù)）╳100％7

3）砂體的連通性指砂體在垂向上和平面上的相互接觸連通?？捎蒙绑w配位數(shù)、連通程度和連通系數(shù)表示。

①砂體配位數(shù)：與某一個(gè)砂體連通接觸的砂體數(shù)。

②連通程度：指連通的砂體面積占砂體總面積的百分?jǐn)?shù)。

③連通系數(shù)：連通的砂體層數(shù)占砂體總層數(shù)百分比。4）砂體內(nèi)孔隙度、滲透率的平面變化及方向性編制孔隙度、滲透率及滲透率非均質(zhì)程度的平面等值線圖，表征其平面變化。研究的重點(diǎn)是滲透率的方向性，它直接影響到注入劑的平面波及效率。83．層間非均質(zhì)性：

是對(duì)一套砂泥巖間互的含油層系的總體研究。屬層系規(guī)模的儲(chǔ)層描述。包括各種沉積環(huán)境的砂體在剖面上交互出現(xiàn)的規(guī)律性，以及作為隔層的泥質(zhì)巖類的發(fā)育和分布規(guī)律，即砂體的層間差異。如砂體間滲透率的非均質(zhì)程度的差異。9（二）微觀非均質(zhì)性：

油層巖石的微觀非均質(zhì)性是指微觀孔道內(nèi)影響流體流動(dòng)的地質(zhì)因素，主要包括孔隙結(jié)構(gòu)特征、粘土基質(zhì)等。10三、油層宏觀非均質(zhì)性的研究（一）研究方法

1．?dāng)?shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)法（概率法）

對(duì)影響油層非均質(zhì)性的主要指標(biāo)，如油層的滲透率、孔隙度、有效厚度，用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)法表達(dá)油層的非均質(zhì)程度。右圖能夠直觀表示參數(shù)的分布情況，可以看出該油層滲透率一般是（200-600）×10-3um2，小于100或大于800×10-3um2的占的比例很小。圖中參數(shù)分布越分散（分布范圍越寬），油層非均質(zhì)性越嚴(yán)重112．系數(shù)法

當(dāng)評(píng)價(jià)和對(duì)比油層在平面和剖面上的非均質(zhì)性時(shí)，常常應(yīng)用以下幾個(gè)系數(shù)。（1）砂巖系數(shù)Kn

是指油層剖面中砂巖厚度與油層總厚度之比，即

Kn=h砂/h總也就是油層剖面中砂巖的含量。一般先計(jì)算單井的Kn值，然后再把整個(gè)油田所有井的Kn值進(jìn)行算術(shù)平均，求出整個(gè)油田的Kn值。

Kn值越接近1，表示均質(zhì)程度越好。（2）連通系數(shù)K連是表示上、下砂層連通區(qū)面積與油藏(油砂體)總面積之比。

K連=S連/S總這一系數(shù)表示油層縱向上和平面上的連通性。K連越接近1，表示油層連通性越好。12(3)單層突進(jìn)系數(shù)

例如滲透率突進(jìn)系數(shù)：表示砂層中最大滲透率與砂層平均滲透率的比值。

Tk=Kmax/K式中Tk——滲透率突進(jìn)系數(shù)；

K——表示單油層（或砂層）中各相對(duì)均質(zhì)小層段的滲透率平均值；

Kmax——層內(nèi)最大滲透率，一般以砂層內(nèi)滲透率最高的相對(duì)均質(zhì)小層段的滲透率表示。

當(dāng)Tk＜2為均質(zhì)型，

Tk為2—3時(shí)為較均質(zhì)型，

Tk＞3時(shí)為不均質(zhì)型。這一系數(shù)也可用以表示孔隙度的均質(zhì)程度。13（4）均質(zhì)系數(shù)(Kp)

表示砂層中平均滲透率與最大滲透率的比值。

Kp=K/Kmax

均質(zhì)系數(shù)的變化范圍是0＜Kp＜1。

Kp值越接近1，油層均質(zhì)性越好。14

變異系數(shù)是一數(shù)理統(tǒng)計(jì)的概念，用于度量統(tǒng)計(jì)的若干數(shù)值相對(duì)于其平均值的分散程度或變化程度。用下式求解：式中Vk——滲透率變異系數(shù)；

Ki——層內(nèi)某樣品的滲透率值i＝l、2、3……n；

K——層內(nèi)所有樣品滲透率的平均值；

n——層內(nèi)樣品個(gè)數(shù)。

一般，當(dāng)

Vk<0.5時(shí)為均質(zhì)型，表示非均質(zhì)程度弱。

0.5≤Vk≤0.7時(shí)為較均質(zhì)型，表示非均質(zhì)程度中等。

Vk＞0.7為不均質(zhì)型，表示非均質(zhì)程度強(qiáng)。（5）變異系數(shù)（偏差系數(shù)）Vk

15（二）儲(chǔ)層宏觀非均質(zhì)性對(duì)注水開(kāi)發(fā)的影響

在多油層油田的注水開(kāi)發(fā)中，儲(chǔ)層宏觀非均質(zhì)性直接影響注水開(kāi)發(fā)的效果，主要表現(xiàn)在：1．層間非均質(zhì)性導(dǎo)致“單層突進(jìn)”

由于各單層之間的非均質(zhì)性主要表現(xiàn)為滲透率的差異，其滲透率大小相差幾倍、幾十倍甚至高達(dá)數(shù)百倍。所以在籠統(tǒng)注水和采油的條件下，注入水首先沿著連通性好、滲透率高的層迅速突進(jìn)，使注入水很快進(jìn)入采油井，造成油井含水率迅速提高甚至水淹停產(chǎn)。而低滲透層動(dòng)用程度低，大部分原油殘留地下形成“死油”，從而降低了水淹厚度系數(shù)。162．平面非均質(zhì)性導(dǎo)致“平面舌進(jìn)”

由于油層的平面非均質(zhì)性，使各單油層在平面往往呈不連續(xù)分布形成許多面積不大的油砂體。有的小油砂體只被少數(shù)井鉆到甚至漏掉，造成注水開(kāi)發(fā)時(shí)油層邊角處的“死油區(qū)”和被鉆井漏掉的“死油區(qū)”。此外由于平面上滲透率的差異，使注入水沿著平面上高滲透帶迅速“舌進(jìn)”，而中、低滲透帶相對(duì)受注水驅(qū)動(dòng)減小，因而降低了水淹面積系數(shù)。173．層內(nèi)非均質(zhì)性導(dǎo)致層內(nèi)“死油區(qū)”

注入水總是首先沿著層內(nèi)相對(duì)高的滲透帶突進(jìn)，而同一層中的其余部分卻不易受注入水的沖洗，成為“死油區(qū)”。此外，層內(nèi)的沉積構(gòu)造造成滲透率的各向異性也影響注水效果，例如，對(duì)斜層理砂巖來(lái)說(shuō)，在順層理傾向、逆層理傾向和平行層理走向都具有不同的滲透率，繼而影響注水開(kāi)發(fā)的驅(qū)油效率。大慶油田對(duì)斜層理砂巖儲(chǔ)層進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)，測(cè)量了不同方向的水驅(qū)采收率。結(jié)果表明，平行層理走向，采收率最高；逆層理傾向，采收率次之；而順層理傾向，采收率最低。注水傾向無(wú)水采收率（%）最終采收率（%）注入水占孔隙體積倍數(shù)順層理傾向2．8421．31．07逆層理傾向19．448．52．5平行層理走向34．653．21．0斜層理砂巖不同注水方向的驅(qū)油效率18綜上所述，儲(chǔ)層的宏觀非均質(zhì)性，主要表現(xiàn)為滲透率的非均質(zhì)性，造成了油田開(kāi)發(fā)中的“層間矛盾”、“平面矛盾”和“層內(nèi)矛盾”，這三大矛盾是多油層注水開(kāi)發(fā)的基本矛盾，對(duì)于多油層注水開(kāi)發(fā)的油田來(lái)說(shuō)，油田開(kāi)發(fā)的過(guò)程就是不斷地暴露、研究和解決三大矛盾的過(guò)程，三大矛盾處理得好，就能保持油田的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，就能提高最終采收率。19四、油層微觀非均質(zhì)性的研究

油層巖石的微觀非均質(zhì)性是指微觀孔隙和喉道內(nèi)影響流體流動(dòng)的地質(zhì)因素，主要包括孔隙結(jié)構(gòu)特征、粘土基質(zhì)等。

巖石的孔隙結(jié)構(gòu)是指巖石所具有的孔隙和喉道的幾何形狀、大小、分布及其相互連通的關(guān)系。巖石的孔隙系統(tǒng)由孔隙和喉道兩部分組成，孔隙為系統(tǒng)中的膨大部分，連通孔隙的細(xì)小部分稱為喉道。孔隙是流體儲(chǔ)存于巖石中的基本儲(chǔ)集空間,而喉道的粗、細(xì)特征、分布及其幾何形狀是影響儲(chǔ)集巖滲流特征的主要因素。喉道和孔隙的不同配置關(guān)系，可以使儲(chǔ)集層呈現(xiàn)不同的性質(zhì)。20（一）碎屑巖喉道的類型

1．孔隙縮小型喉道

此類孔隙結(jié)構(gòu)屬于大孔粗喉，孔喉直徑比接近于1，巖石的孔隙幾乎都是有效的

2．縮頸型喉道

此類儲(chǔ)集層有較高的孔隙度，但其滲透率卻較低，屬大孔細(xì)喉型。

3．片狀或彎片狀喉道

小孔極細(xì)喉型。若受溶蝕作用改造后亦可以是大孔粗喉型。4．管束狀喉道當(dāng)雜基及各種膠結(jié)物含量高時(shí)，原生的粒間孔隙有時(shí)可以完全被堵塞，雜基及膠結(jié)物中的微孔隙本身既是孔隙又是喉道，這些微孔隙象一支支微毛細(xì)管交叉分布在雜基和膠結(jié)物中組成管束狀喉道，孔隙度中等或較低，滲透率則極低，大多小于0.1×10-3u㎡。21（二）研究方法測(cè)定巖石孔隙結(jié)構(gòu)的方法很多，目前較常用的有壓汞法、鑄體薄片法、掃描電鏡法等。這里著重介紹壓汞法。

1、壓汞法研究孔隙結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室中經(jīng)常采用壓汞法測(cè)定毛管壓力曲線，用毛管壓力曲線研究巖石的孔隙結(jié)構(gòu)。221）毛細(xì)管壓力曲線形態(tài)分析

影響毛細(xì)管壓力曲線形態(tài)特征的主要因素是：孔隙喉道的集中分布趨勢(shì)；孔隙喉道的分布均勻性。這兩個(gè)性質(zhì)可以用孔隙喉道歪度和分選系數(shù)來(lái)表征。如圖為一組具不同歪度和分選的典型的理論毛細(xì)管壓力曲線模式，它們代表了可能存在于實(shí)際中的各類儲(chǔ)集層的毛細(xì)管壓力曲線形態(tài)。具分選好，粗歪度的儲(chǔ)集層應(yīng)具較好的儲(chǔ)滲能力。而分選好，細(xì)歪度的儲(chǔ)集層，雖具較均勻的孔隙結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，但因孔隙喉道太小，其滲透性能可能是很差的。因此，根據(jù)實(shí)測(cè)毛細(xì)管壓力曲線的形態(tài)特征，可以對(duì)儲(chǔ)集層的儲(chǔ)滲性能做出定性判別。典型的理論毛細(xì)管壓力曲線形態(tài)示意圖232）反映孔喉大小的參數(shù)

(1)排替壓力（Pd）：巖石中潤(rùn)濕相流體被非潤(rùn)濕相流體排替所需要的最小壓力。在毛細(xì)管壓力曲線上壓力最小的拐點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的壓力即為排替壓力。巖石排替壓力越小，說(shuō)明孔喉越大。（2）最大連通孔喉半徑(rd)：與排驅(qū)壓力相對(duì)應(yīng)的孔喉半徑。也即非潤(rùn)濕相驅(qū)替潤(rùn)濕相時(shí)所經(jīng)過(guò)的最大連通喉道半徑。（3）飽和度中值壓力(Pc50)：指非潤(rùn)濕相飽和度為50%時(shí)，相應(yīng)的注入曲線所對(duì)應(yīng)的毛管壓力。Pc50愈小，反映巖石滲濾性能愈好。（4）喉道半徑中值(r50)：非潤(rùn)濕相飽和度為50％時(shí)，相應(yīng)的喉道半徑，它可近似地代表樣品平均孔喉半徑的大小。242．應(yīng)用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)法研究孔隙半徑均勻程度

了解油層內(nèi)部孔隙的均勻程度,可以先選擇該油層一批巖樣進(jìn)行切片處理,然后在顯微鏡下統(tǒng)計(jì)孔隙直徑大小,最后做出孔隙大小分布曲線。

砂巖孔隙半徑統(tǒng)計(jì)分布曲線

圖中孔隙半徑集中在30-60

m之間，呈一正態(tài)分布曲線。顯然，曲線越窄越陡，說(shuō)明該層孔徑分布越集中，孔徑越均勻；相反，曲線越平緩，說(shuō)明孔徑大小分散，相差懸殊，巖石非均質(zhì)程度越大。在統(tǒng)計(jì)學(xué)上常用“極差”和“標(biāo)準(zhǔn)差”兩個(gè)指標(biāo)，表達(dá)這種分散程度。251）極差觀測(cè)最大孔徑與最小孔徑之差，即：

R=max（X1,X2,X3,…Xn

）—min（X1,X2,X3,…Xn

）式中，R——極差；

Xn是第n個(gè)觀測(cè)樣品的數(shù)據(jù)。

極差越大，孔徑越分散。極差也可反映滲透率、孔隙度的均勻程度。4）標(biāo)準(zhǔn)差

式中，n為觀測(cè)次數(shù)，Li為每次觀測(cè)值，Ls為平均值。

同樣也可利用標(biāo)準(zhǔn)差的平方（方差）S2來(lái)衡量孔隙半徑的分散程度。

S（或S2）越小，孔徑變化范圍小，越均勻。

S（或S2）越大，孔徑變化范圍大，越不均勻。26（三）微觀非均質(zhì)性與油氣采收率的關(guān)系1、儲(chǔ)層孔隙系統(tǒng)中油水的分布

油水在油層孔隙系統(tǒng)中的分布，主要受巖石潤(rùn)濕性制約。如圖所示，當(dāng)含水飽和度很低時(shí)，水將以環(huán)狀束縛水狀態(tài)存在于孔隙系統(tǒng)中，油則沿巖石顆粒迂回盤繞，成為連續(xù)狀在孔隙系統(tǒng)中分布；當(dāng)存在自然壓差時(shí)，油將形成渠道流狀態(tài)參與流動(dòng)。隨含水飽和度增加，油水兩相均呈迂回狀，在孔隙系統(tǒng)中都將參與流動(dòng)。若含水飽和度繼續(xù)增加，最終石油將以油珠的形式呈懸浮狀分布于孔隙中，油珠雖能同水一起流動(dòng)，但在狹窄喉道中極易被卡而成為阻礙流體流動(dòng)的障礙。27在注水開(kāi)發(fā)的油田，驅(qū)替初期，在水濕的油層孔隙系統(tǒng)內(nèi)，在未受到注入水波及的地方，水以束縛水形式吸附于巖石顆粒表面或粒隙尖角的地方，剩下的孔隙空間被油充填。在油水同流的地方，大部分油以渠道流狀態(tài)流動(dòng)。由于毛細(xì)管力等因素的作用，有些油則因水的超前而被堵塞于孔道中，有些油則因注入水的分割包圍成滴狀被滯留于孔隙中?？傊秃蟮挠蛯又兄皇Ｏ卤凰指铋_(kāi)來(lái)的油滴。282、儲(chǔ)層孔隙系統(tǒng)中油水的滲流

具相同粘度的單相流體，在孔隙系統(tǒng)中流動(dòng)時(shí)，其流