莫西莊油田莊101井區低含油飽和度古油藏特征

呂端川，林承焰，任麗華，郭 威，馬鵬杰，狄喜鳳

(1.中國石油大學(華東)地球科學與技術學院，山東青島 266580； 2.山東省油藏地質重點實驗室，山東青島 266580)

莫西莊油田位于準噶爾盆地車莫古隆起中部，該地區在古近系喜山運動作用下發生北部掀斜，導致目前構造形態呈北西高、南東低的單斜[1]。油源為二疊系下烏爾禾組，儲集層為侏羅系三工河組二段。該段由上部的一砂組和下部的二砂組組成，其中一砂組為曲流河三角洲沉積，二砂組為辮狀河三角洲沉積[2-3]，兩個砂組之間發育廣泛分布的泥巖層，其平均厚度達5.3 m。早期研究者基于對該地區現今油水分布的靜態描述，認為構造特征和沉積微相的復合影響以及其內部夾層是造成該地區油水復雜分布的主要原因[4-6]。該認識并未考慮成藏期后的構造掀斜過程對早期油水分布的影響。我國大多數油氣藏在成藏期后并非永久性靜止不動，一般都經歷過構造運動的改造，在此過程中，部分地層水對原始油氣進行驅替，同時被驅替出的原始油氣在合適的圈閉條件下對原始地層水進行驅替，并再次聚集，根據驅替流體的不同，可以將油水界面重新調整區分為油氣被地層水侵區及油氣再次聚集區，其中油氣再次聚集區是常規勘探開發的目標區，油氣被地層水侵區含油飽和度呈低值而未被作為開發目標區。如果僅以其現今靜態分布進行描述，則忽略了構造調整過程中油氣被地層水侵區，即含油飽和度低值區所具有的剩余油潛力。因此，有必要從動態的角度對該地區復雜的油水關系進行分析，確定成藏過程中的油氣被地層水侵區內的油水分布特征，判斷該地區低含油飽和度油藏的形成模式，以期為同類型油藏的研究提供借鑒。

1 莊101井儲層及流體特性

莊101井位于莫西莊油田的西部，北部與莊107井、莊102井之間發育北東東—南西西向正斷層，西南部和東南部分別有莊104井、莊105井和莊108井(圖1)。地球物理資料顯示，莊101井與周圍井之間的砂體連通性較差，其被周圍低滲透性條帶遮擋而呈孤島狀。三工河組二段在莊101井位置處埋深超過4 300 m，壓實作用較為強烈。根據巖心測試得到的孔滲數據和含油飽和度數據平均值分別為12.8%、78.9 mD和16%，呈“低孔中滲低含油”特征。三工河組二段的上下兩個砂組分別厚48 m、79 m。試油數據(表1)表明，該井在三工河組二段由上到下的3個試油層段的試油結論分別為含油水層、水層和油水同層。其中一砂組內含油飽和度最大值為31.4%，平均含油飽和度為15.7%；在二砂組上部的含油飽和度最大值為26.4%，平均含油飽和度為17.4%；在二砂組下部的含油飽和度最大值為25.3%，平均含油飽和度為15.2%。

莊101井的3個試油層段內巖心的物性數據(圖2a)表明，二砂組上部水層段內的含油飽和度最高，比上部一砂組的含油水層段高1.7%，比二砂組下部的油水同層段高2.2%。同時，3個試油層段內的含水飽和度由上到下略微減少。且由上到下，3個試油層段內的平均滲透率分別為8.88 mD、115.37 mD、182.35 mD，即滲透率由上到下呈小幅度增大。滲透率變異系數(圖2b)表明曲流河邊灘沉積內物性非均質程度略高于辮狀河道疊置側向加積形成的砂體內的非均質程度，且受儲層內部非均質程度的影響，含油水層內的剩余油飽和度呈相對高值。3個試油層段內原油族組分數據(圖2c)表明，3個試油層段內飽和烴、芳香烴和非烴組分的含量百分比相近。在一砂組的含油水層段和二砂組的油水同層段內，瀝青質的含量百分比較低，在二砂組油浸水層段內該值的含量最高，分別為上部含油水層段和油水同層段的2.07倍和2.64倍，說明該水層段早期油氣經地層水侵入沖刷后，剩余油的主要成分為瀝青質。

圖1 莫西莊地區三工河組平面構造Fig.1 Plane tectonic of Sangonghe formation in Moxizhuang area

圖2 莫西莊油田莊101井試油層段各參數綜合圖Fig.2 Various parameters of testing section of Zhuang-101 well in Moxizhuang oilfield

2 莊101井日產及鄰井油水分布特征

根據前人對莊101井區內油水界面調整變化的識別，莊101井在構造掀斜后油水界面抬升調整幅度為25～30 m[7]。同時根據該井區各井試油資料(表1)，表明莊101井區“上水下油”的分布特征較為明顯，且莊101井的油氣顯示級別在該井區內最高。結合前人對該地區構造演化的認識，說明莊101井在成藏期作為構造高點，其內部的原始油氣豐度高于鄰井，在經歷北部掀斜后，目前的油氣顯示仍高于該井區內其他井。結合儲層發育特征及試油數據，油水界面在上調過程中，該非均質河道砂巖層段作為油氣發生再次運移的路徑，在其層間隔層及層內夾層的遮擋作用下，地層水對原始油氣的沖刷驅替程度不徹底，在局部形成殘留，從而形成了以單砂體為儲集單元的孤立油氣藏。該類油氣藏含油飽和度普遍呈低值，且日產量低。但針對該低飽和度油藏，施行合適的開發措施，仍可以取得一定的經濟效益[8]。通過對比油氣顯示同為油浸級別的二砂組上下兩個試油段的物性及含油性，預測其儲量，若二砂組上部6.5 m厚油浸淺黃灰色中砂巖中的剩余油實現可動化，其產量將明顯高于下部。

表1 莊101井區各井試油層段的日產及油氣顯示情況Table 1 Production and oil and gas showing situation of each well in Zhuang-101 well area

3 古油藏特征

圖3 油水界面分布及調整示意Fig.3 Diagram of oil and water interface distribution and adjustment

根據傳統油氣成藏理論，油氣在圈閉頂部富集，則從油藏級別的角度認為，油藏內含油飽和度表現為由上到下由高變低的分布特征[9](圖3)，結合原油在圈閉中的聚集過程，表明油相對水相的排替作用由上到下逐漸降低。若油藏在后期遭受構造或開發因素的改造，油水界面發生改變，則油區與水區發生調整，古油區發生水侵，油相被水相驅替，或者古水區的水相被油相重新排替。其中，被水侵的古油區即為本文所討論的古油藏的所在位置。

若構造調整幅度較高，原始油氣藏可被完全破壞，從而形成古油藏。若構造調整幅度未將油藏完全破壞，則會導致油氣的再次運聚，形成新的油氣藏，同時也形成古油水界面限定的油氣被地層水侵區。國內對古油藏的分析研究，主要是根據油藏被破壞后的殘留瀝青質判斷油氣運移路徑，確定油氣來源[10-11]；或者是通過對古油水界面的判斷，分析油藏內的油氣充注歷史，確定排烴期次[12-13]。但一直并沒有將油氣被地層水侵區，即含油飽和度呈低值的古油區作為具有開發潛力的對象進行深入研究[14-16]。當國外利用CO2混相驅替方法在生產油水界面與自由水界面之間低含油飽和度層段內獲得顯著工業流，發現了該層段的剩余油潛力[17-19]。

油氣被地層水侵區內的低含油飽和度油藏中剩余油的有效挖潛為剩余油研究提供了新思路。后期學者對該類型油藏的開發措施進行了研究[20]。要究該類型低含油飽和度油藏，首先要解決如下2個問題：①油氣被地層水侵區內低含油飽和度油藏的形成機理，判斷其是否與現今油藏底部低含油飽和度層段的形成機理存在差異；②油氣運移路徑上能否形成一定厚度且可以作為挖潛目標的低含油飽和度的古油層段。

古油藏相對于現今油藏經歷了一定的改造作用，包括構造因素引起的地層掀斜、斷層封閉性變差，以及開發等因素引起的水動力的改變，這種改造作用造成油水界面發生調整。在油水界面變化的層段內，早期油藏被動發生地層水的水驅沖刷，由于儲層層間非均質的影響，導致水驅沖刷程度存在差異。孔喉結構內存在一定量不同形式的殘余油，因此在剩余油飽和度垂向分布上可以識別出殘余油飽和度呈低值的非可動油區。現今油藏底部低含油飽和度層段的形成，則是因為在油藏底部原油充注程度相對于中上部較低，油相被水相捕獲，以非可動油的形式殘留在孔隙中。因此，從水相與油相的相互作用角度來看，兩者的形成機理具有相似性，均為一種流體對另一種流體的不完全驅替。結合莊101井區構造大事件(表2)及各井的油氣顯示來看，在成藏期作為古構造高點的莊101井，在北部掀斜的改造作用下，經地層水沖刷后，目前仍為油浸，而位于早期構造低點的各井，由于充注程度較弱，目前僅表現為油斑或油跡。

表2 莫西莊地區構造歷史大事件Table 2 The great tectonic events in Moxizhuang area

很多學者通過對油氣運移路徑的研究[21-22]，認為油氣的二次運移路徑包括斷裂帶、不整合面、裂縫和連通性孔隙。油氣在運移過程中首先沿孔滲條件好的優勢通道進行，以砂巖輸導層為例，發生優勢運移的砂體厚度占砂體總厚度的比例非常小[23]。從微觀級別分析，油氣的運移以及自由水對油區的侵入均受油相與水相兩者間相互作用的影響，在運移過程中，油氣受浮力、重力和毛管力的合力而向圈閉內聚集，同時由于巖石表面親油礦物的潤濕性影響，油相迅速在巖石表面形成油膜。從宏觀級別分析，油氣在優勢通道內主要沿浮力方向運移。逐漸聚集的油氣在圈閉內受到頂部蓋層的遮擋，由上到下對水相發生排替，該排替過程中，在孔滲條件差的致密層內，油氣的驅動力不足以克服毛管力，則油氣相不能對該層的水相進行排替[24-25]。在非致密儲層內，當油氣來源充足時，圈閉內巖層的有效孔隙均被油氣填充。一旦油藏保存條件發生改變，出現油水界面調整，則發生與水驅開發類似的水侵過程，受儲層內物性差異，相同調整程度下，孔滲條件好的層段內剩余油飽和度值比孔滲條件差的層段內的值低[26-28]。當油氣在優勢通道內運移時，由于該位置的儲層物性相對較好，油氣的運移驅動力大于毛管阻力，因而缺少形成油相殘留的條件，故在運移路徑內不存在具有開發潛力的殘余油區。

綜上對圈閉被油氣聚集及油水界面調整過程的分析，結合莊101井區內各井的實際生產情況，認為在油水界面調整范圍內，具有開發潛力的低含油飽和度的古油藏的形成需要滿足如下3個條件：①圈閉內早期發生油氣聚集成藏，后期存儲條件發生改變致使遭受水侵；②發生水侵的區段內由于儲層物性的影響致使地層水的沖刷不徹底，造成一定量的剩余油殘留；③該部分殘余油能夠利用混相驅替或化學驅等開采方法實現可動化，從而進行有效開發。同時莊101井區低含油飽和度油藏形成的外因是受喜山期北部掀斜影響，造成早期油氣聚集區部分被地層水侵入；內因則是儲層內部非均質性降低了地層水的沖刷程度，形成了油水復雜分布、以低含油飽和度為特征的古油藏類型。

4 結論

(1)莫西莊油田莊101井區屬于典型的構造調整水侵區內發育的低含油飽和度古油藏，三工河組古油層受構造掀斜作用的影響發生水侵，在儲層層內非均質因素的控制下導致古構造高點位置處油水復雜分布的特征。

(2)油氣被地層水侵區內的低含油飽和度油藏的形成機理與現今油藏底部低含油飽和度層段的形成機理相似，均表現為油相被水相捕獲而殘留在儲層中。

(3)油氣運移路徑上不存在低含油飽和度油藏形成的條件，因此難以形成具有一定厚度且具有開發潛力的殘余油層段。

(4)儲層非均質程度較高、成藏期為古構造高點、在油氣成藏后發生構造調整的區域是進行剩余油研究挖潛的新目標區。