特低滲巖性油藏間連通性表征研究
——以鄂爾多斯盆地馬嶺地區(qū)長8油藏為例

徐永強，何永宏，仲向云，馬靜，陳霖，焦軍 ，朱玉雙

1.西北大學 大陸動力學國家重點實驗室/地質學系，西安 710069 2.中國石油長慶油田分公司開發(fā)事業(yè)部，西安 710018 3.中國石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，西安 710018

0 引言

在成藏規(guī)律一致、相互連通的油藏之間，且具有成藏條件的區(qū)域，尋找新的油氣富集區(qū)可以大大降低勘探風險，因此，通過分析油藏間連通性可為有利區(qū)預測及進一步勘探部署提供依據。過去人們對儲層砂體靜態(tài)連通性研究較多，而對油藏的連通性研究較少[1-2]。目前國內外有關連通性的研究多是用于范圍較小或單一油藏內的井間連通性[3-4]，主要為了解決開發(fā)問題，而對于較大范圍內、距離較遠的油藏之間的連通性研究較少，這制約了較為隱蔽的巖性油藏的勘探，因此研究巖性油藏間的連通性具有實際意義。

儲層砂體的連通性是油藏連通性的基礎，是在不考慮斷裂作用的情況下，分析各套砂體之間的接觸關系[5]。砂體連通的必要條件是各套砂體之間能夠相互切割疊置、接觸，為此國內外學者已開展了大量的研究工作，取得了較多的成果和認識。田景春等[6]以鄂爾多斯盆地高橋地區(qū)二疊系山西組及盒8段為例將其儲集砂體疊置樣式分為沖刷切割型、沖刷接觸型和連續(xù)過渡接觸型。封從軍等[7]在沉積時間單元劃分和密井網資料統(tǒng)計的基礎上總結了復合分流河道砂體的六種疊置關系，包括：多層式、疊加式、多邊式、單邊式、對接式、孤立式，且隨著砂體間疊置關系由多層式向孤立式發(fā)展其砂體間的連通性逐漸變差。趙春明等[8]在分析辮狀河沉積砂體連通模式時指出，由于辮狀河道快速頻繁的擺動使多個成因的砂體在垂向及側向上相互對接，形成了廣泛連通的厚砂體。Leeder[9]總結出根據砂壩厚度計算水深的經驗公式，進而預測河道寬度。Bridgeetal.[10-11]提出辮狀河河道帶寬度與其平均滿槽深度有一定統(tǒng)計關系，進而可計算河道帶寬度。Allen[12]提出了砂地比的臨界值來預測河道砂體的連通程度，裘懌楠[13]根據我國湖盆的發(fā)育特征，對Allen的臨界值做出了補充修改，King[14]利用逾滲理論分析了疊置砂巖體間的連通性，羅曉容等[5]，雷裕紅等[15]，Leietal.[16]，趙健等[17]借鑒儲層描述的思路和方法，提出利用砂地比來計算砂巖連通概率的公式。上述國內外研究學者是通過研究砂體的疊置樣式、發(fā)育規(guī)模來分析各套砂體在縱橫向上能否接觸，最終判斷砂體的靜態(tài)連通性。而利用動態(tài)資料研究連通性的方法很多，常用的分析方法有試井分析法(包括脈沖試井[18]、不穩(wěn)定試井[19]等)、井間化學示蹤劑測試[20-22]、井間動態(tài)數據反演方法[23-31]、電容模型[32-41]等。這些方法主要是利用各種監(jiān)測技術或生產數據來分析井間流體連通性，但在油田開發(fā)早期、中期，動態(tài)資料較少的情況下，則可利用地層壓力分析[42]或地球化學方法(主要包括地層水分析[43]、原油組分分析[42]、原油色譜指紋技術[44-47])來判別油藏流體的連通性。其中，原油色譜指紋技術是判斷油藏連通性的常用方法，且在鄂爾多斯盆地油藏連通性的研究取得了較好的應用效果[48-51]。

本研究以鄂爾多斯盆地馬嶺地區(qū)長8段特低滲巖性油藏為例，并以儲層砂體靜態(tài)連通性研究為基礎，以油藏動態(tài)分析方法為理念，建立了基于夾層的發(fā)育狀況下砂體連通概率公式，利用原油全烴色譜資料分析各油藏之間的連通性，為下一步勘探部署提供依據。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地西南部，區(qū)內構造相對簡單，地層平緩，盆地內無二級構造，三級構造僅發(fā)育一系列幅度較小的鼻狀隆起。研究區(qū)長8段沉積相類型以辮狀河三角洲前緣亞相為主，物源來自南西方向，向北東方向延伸。長8期分流河道不斷發(fā)生改道與遷移，且頻繁交織與匯合，使得長8小層砂體變化大，儲層非均質性強。馬嶺地區(qū)長8段的河道砂體規(guī)模較大，其物性要好于周圍泥質巖類、致密砂巖，為油藏中的“甜點”，是油氣富集區(qū)帶[52]。根據馬嶺地區(qū)長8油藏的開發(fā)狀況，可將各個已滾動建產開發(fā)區(qū)塊分別作為一個小油藏，分為①～⑩油藏(圖1)。

2 油藏間靜態(tài)連通性分析

儲層砂體連通是油藏連通的基礎，儲層砂體間靜態(tài)連通性是指各套砂體在垂向上和側向上相互接觸連通的方式及程度，在缺乏地震資料的情況下，需在分析砂體發(fā)育規(guī)模的基礎上判斷各套砂體間能否接觸連通。

2.1 砂體發(fā)育規(guī)模分析

儲層砂體縱向疊置關系及橫向發(fā)育規(guī)模直接影響著儲層砂體的靜態(tài)連通性。

2.1.1 砂體縱向疊置樣式

根據野外露頭觀察及密井網砂體精細解剖，可將研究區(qū)長8段辮狀河三角洲前緣河道砂體疊置樣式分為三種，即孤立式、接觸式、切疊式。其中孤立式在剖面上表現為各套砂體間分散呈孤立狀，彼此不連通；接觸式表現為縱向多期道砂體的垂向接觸，但往往由于前期河道上部旋回的細粒沉積保存較為完整，使相鄰兩期河道沉積砂體連通性差甚至不連通；切疊式是由于河道左右頻繁遷移并時常切割下伏河道砂體而形成，該樣式砂體幾何連通性較好(圖2)。

2.1.2 砂體橫向發(fā)育規(guī)模分析

前人通過野外露頭觀察和現代沉積測量發(fā)現，單一水下分流河道砂體的寬度和深度存在良好的相關性[53]。可根據野外露頭、現代沉積及研究區(qū)密井網資料，建立單一河道砂體寬度與厚度之間的定量模式，預測單一河道的規(guī)模，進而指導稀疏井區(qū)單砂體的刻畫工作[54]。

由于辮狀河河道快速頻繁的擺動使多個成因的砂體在垂向及側向上相互對接，形成廣泛分布的切疊式厚砂層，故常被稱為“泛連通體”或辮狀河河道帶。根據前人對河道及河道帶寬度預測分析可得出如下計算公式[9-11,55]：

(1)

式中，h為水深，m；L為河道砂壩的厚度，m；w為河道寬度，m。

(2)

式中，Chw為辮狀河河道帶寬度，m；dm為平均滿岸水流深度，m，可用河道砂壩砂體厚度代替。

在前人研究基礎上，對辮狀河三角洲前緣河道砂體的野外露頭觀察和測量以及測井資料分析統(tǒng)計，研究區(qū)長8段水下分流河道砂體厚度分布在1～12.5 m之間，平均2.9 m；河道寬度分布在12.7～620.8 m之間，平均65.7 m；河道帶寬度分布在124～11 717 m之間，平均850 m(圖3)。

2.2 砂體連通性分析

2.2.1 密井網解剖

為了量化分析研究區(qū)砂體的連通性特征，選擇井網密集、各類資料豐富的鎮(zhèn)339井區(qū)作為解剖對象，該區(qū)也屬于鄂爾多斯盆地南西沉積體系，沉積微相類型與馬嶺地區(qū)一致。根據該區(qū)域的地質資料及砂體發(fā)育規(guī)模分析，繪制垂直物源方向的砂體連通剖面圖(圖4)?？煽闯錾绑w較為發(fā)育的層段，其砂體疊置樣式以切疊式為主，連通性較好；而孤立型砂體之間相互獨立，連通性差。

2.2.2 砂體連通性分析

在表征砂體發(fā)育規(guī)模的各個參數中，砂體厚度是最為重要的參數，但信息較為單一，而對于研究區(qū)地層厚度變化不大的特征，砂地比不僅一方面反映砂體厚度信息，進而預測砂體寬度，也能反映研究區(qū)沉積相帶變化，因此本次研究中可將砂地比來反映砂體發(fā)育規(guī)模并與連通性進行分析。

羅曉容等[5]、雷裕紅等[15]、Leietal.[16]、趙健等[17]根據砂地比來計算砂體連通概率取得了較好的應用效果，其計算公式為：

(3)

圖4 密井網砂體連通剖面圖Fig.4 Connected section of the sand body from the dense well pattern area

研究中通過對密井網區(qū)域解剖，統(tǒng)計分析了砂體連通概率與砂地比的相關關系(共128個統(tǒng)計數據)。具體方法是先記錄每一口井每一層段的砂地比值，并通過剖面圖分析該層段砂體能否與左右兩口井中相應層段的砂體連通，再將砂地比值從0到1平均劃分為20個區(qū)間，統(tǒng)計各個區(qū)間中對應的砂體連通的樣本在總樣本中所占的百分比，獲得砂體連通概率與砂地比間的相關關系?？煽闯錾暗乇扰c砂體連通概率整體呈正相關關系，即砂地比值越大則砂體連通性越好。但將統(tǒng)計結果與式(3)計算結果對比可見二者差異較大(圖5)，這說明對于本研究區(qū)單純依據砂地比來分析砂體連通性誤差較大。通過分析統(tǒng)計發(fā)現夾層較為發(fā)育處其誤差較大，研究認為夾層的發(fā)育狀況會對砂體連通性產生一定的影響。

圖5 砂地比與砂體連通概率關系Fig.5 Relationship between sand content and connectivity probability of the sand body

筆者認為，對于鄂爾多斯盆地延長組而言，其地質構造簡單，各小層厚度變化不大，影響砂地比值大小的根本原因在于各小層河道砂體的發(fā)育程度。但若有夾層發(fā)育則會使得垂向上砂體發(fā)育的連續(xù)性中斷，特別是橫向連續(xù)的夾層，使得砂體疊置樣式多為孤立式，連通性變差。在分析砂地比與砂體連通性的關系時，存在砂地比一致而夾層發(fā)育狀況不同，使得其砂體連通概率也不同的現象。因此筆者認為在運用該公式計算砂體連通概率時，還應考慮到夾層發(fā)育狀況的影響。通過曲線擬合分析各個夾層參數(包括夾層厚度、夾層頻率、夾層密度)對砂體連通性的影響，結果表明考慮夾層頻率分析砂體連通概率的效果最好，為此將上式加以改進，提出新的砂體連通概率公式：

(4)

根據所做的砂體連通剖面圖判斷井間砂體連通性，并統(tǒng)計分析砂體連通概率與連通系數關系(圖6)，可看出計算結果與統(tǒng)計結果基本一致，誤差很小，故該公式可用于分析計算研究區(qū)長8段砂體連通概率。圖6表示當連通系數小于0.14時，井間砂體不連通；當連通系數大于0.64時，井間砂體完全連通；當連通系數處于0.14與0.64之間時，砂體連通概率則隨連通系數增大而升高。

圖6 砂體連通概率判別模型Fig.6 Evaluation model of connectivity probability for the sand body

本次利用新建的砂體連通概率公式(式(4))計算研究區(qū)長8段儲層砂體連通概率，并作出砂體連通概率平面分布圖(圖7)，可看出研究區(qū)北部①～⑥油藏與南部⑦～⑩油藏間的砂體連通概率較低，為此可將研究區(qū)整體分為南北兩個“砂體連通體”。南北兩個“砂體連通體”內各小油藏間砂體呈網狀相互連接，根據各小油藏間砂體連通概率，可初步判斷研究區(qū)北部②、④、⑤、⑥小油藏之間，南部⑦、⑩油藏之間的儲層砂體連通性較好，其余各油藏間砂體連通概率不等，但有仍有砂體連接各個油藏，但各油藏間流體是否連通還需進一步分析。

圖7 鄂爾多斯盆地馬嶺地區(qū)長8段砂體連通概率分布圖Fig.7 Distribution of sand body connectivity probability for the Chang 8 member reservoir in the Maling area of the Ordos Basin

3 油藏間動態(tài)連通性分析

上述方法是運用靜態(tài)資料分析儲層砂體連通性，油藏間儲層砂體在空間上幾何連通并不一定表示儲層砂體內部的流體連通，只有儲層砂體內部的流體連通，才表明油藏之間是連通的，油藏連通性也故名為“油藏間動態(tài)連通性”。與中高滲構造油藏不同，特低滲巖性油藏具有儲層物性差、非均質性強的特點，沒有統(tǒng)一的油水界面、壓力系統(tǒng)。因此，利用地層水及原油性質、地層壓力的差異判斷油藏間動態(tài)連通性不適用于馬嶺地區(qū)長8油藏，而利用原油色譜分析則是解決這個問題的有效的方法。

鄂爾多斯盆地中生界原油主要來源于延長組長7層優(yōu)質烴源巖，是生烴母質處于成熟—高成熟階段的產物[56]，原油的烷烴分布特征基本相同，但由于油氣運移距離、油氣成藏特征及其儲集層特征的差異，使得不同產層、不同油藏的原油色譜特征存在著明顯差別。因此可以應用原油全烴色譜的對比判斷油藏的連通性。利用原油全烴色譜特征來研究油藏連通性時，由于樣品在采集、儲存和實驗室內處理過程中，輕烴往往易于揮發(fā)[57]，因此色譜特征參數和輕重比參數采用nC8之后的全烴色譜進行對比分析。

通過求取各個油藏原油色譜特征峰對比值的均值并加以對比，來判斷油藏動態(tài)連通性。分析中采用作極坐標繪制星狀圖的方式進行對比，若油藏間相互連通則星狀圖形狀相似，否則形狀差異較大。

由研究區(qū)各個小油藏原油輕、重烷烴色譜對比星狀圖(圖8，9)可看出研究區(qū)③油藏與其余油藏差異最大，而其余油藏則明顯分為兩組，一組為①、②、④、⑤、⑥油藏，另一組為⑦、⑧、⑨、⑩油藏。

圖8 各油藏原油輕烴色譜對比星狀圖Fig.8 Contrast star chart of crude petroleum light hydrocarbon chromatography in various reservoirs

圖9 各油藏原油重烴色譜對比星狀圖Fig.9 Contrast star chart of crude petroleum heavy hydrocarbon chromatography in various reservoirs

通過原油輕、重烷烴色譜對比分析，并結合前文對儲層靜態(tài)砂體連通性的研究(圖7)，分析認為，因砂體連通性差而導致南北兩個“砂體連通體”之間流體連通性差；③油藏與周圍②、⑤、⑥油藏之間均有砂體連通，但砂體內部的流體卻不連通，這是因為砂體物性(孔、滲性)是影響流體運移能力、運移效率和運移距離的根本因素，而特低滲巖性油藏非均質性強，則易造成靜態(tài)砂體連通但因連通砂體的物性較差而使得流體無法連通的現象。

綜合分析認為，研究區(qū)長8段各油藏共可劃分為三個流體連通系統(tǒng)，每一個系統(tǒng)內油藏之間相互連通，不同系統(tǒng)內的油藏間連通性差，即研究區(qū)①、②、④、⑤、⑥油藏之間動態(tài)連通性較好，⑦、⑧、⑨、⑩油藏之間動態(tài)連通性較好，而③油藏與其余各個油藏之間的動態(tài)連通性較差。

4 油藏間連通性分析的動態(tài)驗證

根據巖性油藏油氣運移、聚集原理，若兩個巖性油藏間相互連通，則油藏間物性較好的砂體部位(同時具備巖性遮擋)就會有油氣聚集，為此可通過尋找連通油藏間的砂體發(fā)育帶來發(fā)現新的油氣富集區(qū)。如圖1中的④油藏，④油藏是馬嶺地區(qū)目前最大的油藏，其實它也是由若干個小油藏組成的，各個小油藏間相互連通從而形成一個大油藏。針對研究區(qū)長8段各個小油藏分布特點，可通過在各個油藏間能否發(fā)現新的油氣富集區(qū)來判斷以上油藏連通性的分析方法是否合理有效。

在確定油藏連通性的基礎上，連通油藏間的連通概率高的砂體發(fā)育帶可作為未來勘探評價的目標區(qū)。為此圈定研究區(qū)各小油藏間的砂體發(fā)育帶，并疊合馬嶺地區(qū)最新油藏評價部署圖(圖10)，對比可看出，各小油藏間的砂體發(fā)育帶基本均位于有利區(qū)范圍內，研究區(qū)大體分為北部與南部兩個有利區(qū)，分別在北部①、②、④、⑤、⑥油藏及南部⑦、⑧、⑨、⑩油藏周圍大面積連片分布，而③油藏與這些有利區(qū)不連接。以上說明，前文對各個油藏間的連通性分析是正確的，這套油藏連通性分析方法是合理可行的。

圖10 鄂爾多斯盆地馬嶺地區(qū)長8段最新評價部署圖Fig.10 Distribution of the latest evaluation deployment for the Chang 8 member in the Maling area of the Ordos Basin

5 結論與認識

(1) 研究區(qū)長8段砂體疊置樣式分為孤立式、接觸式、切疊式三種，其中切疊式砂體間連通性較好。建立了基于夾層發(fā)育狀況下的砂體連通概率公式，并計算了研究區(qū)長8段儲層砂體連通概率。

(2) 通過原油色譜分析并結合砂體連通概率分布，可將研究區(qū)長8段油藏劃分為三個流體連通系統(tǒng)，每一個系統(tǒng)內油藏之間相互連通，不同系統(tǒng)內的油藏間連通性差。

(3) 判斷各特低滲巖性油藏之間的連通性，首先從分析儲層砂體的連通性，再運用動態(tài)資料判斷油藏間流體的連通性。這套方法主要用于分析勘探前期階段油藏間連通性，以尋找新的油氣富集區(qū)，為下一步油氣勘探部署提供依據。