儲層微觀非均質性及其在致密油運移與聚集中的研究進展

嚴 敏

（西安石油大學地球科學與工程學院，陜西 西安 710065；西安石油大學陜西省油氣成藏地質學重點實驗室，陜西 西安 710065）

國內關于儲層非均質性的研究開始于20世紀80年代。2017年，裘亦楠發表的《油氣儲層評價技術》一文中，根據非均質性的規模和開發生產的實際，將碎屑巖儲層的非均質性分為4類：層間、平面、層內與微觀非均質性。早期對成藏有關的儲層非均質性研究停留在對沉積相帶、構造作用和成巖作用所導致的孔滲和孔隙結構變化等較為宏觀和定性的描述上。例如，鄂爾多斯盆地西部延長組下組合油氣充注受當地成巖作用的和沉積構界面的控制，原油沿著儲層中的優勢通道聚集成藏［1］。庫車前陸盆地致密氣成藏受到裂縫發育的影響，裂縫的發育一方面優化了儲層物性，另一方面減少了儲層的排替壓力［2］。

隨著大部分油田已經進入開發階段，儲層非均質性研究的深度必須達到解決油藏精準描述、油藏流體的運動規律等問題。為了提高研究精度，研究層面必須向定量與微納米級別進行轉變［3-7］。本文通過大量調研，力圖從儲層非均質性的微觀層面對致密油運移成藏的影響進行總結，并對其發展趨勢進行分析，進而解決油田在開發階段的生產問題。

1 儲層微觀非均質性在油氣運移聚集研究中的進展

1.1 儲層微觀非均質性的研究內容

對于碎屑巖儲層而言，與微納米級別的孔隙結構和孔隙網絡發育特征的研究是極為重要的。例如，孔隙類型、孔喉發育尺度、孔喉連通性，裂縫發育程度等。除此之外，對儲層的微觀非均質性的研究還包括：研究受沉積和成巖作用控制的礦物類型與分布的非均質性；研究受物源、孔隙非均質性影響所導致的力學性質、滲透性等物性方面的非均質性［8］。換角度而言，儲層微觀非均質性研究的核心就體現在儲集和運移兩個方面上。展開來說，當親油礦物含量較多、孔隙開放程度高、孔徑分布于孔隙比表面積分布的比例適當，會使儲層的儲集性能會相對優質。當孔隙具有良好的連通性與有效性、層理縫或裂縫的延展性與開啟性較好，則更利于流體的運移［4，9-11］。

1.2 儲層微觀非均質性研究進展

之前就儲層微觀非均質性對于油氣成藏的研究較少，缺乏微納米級孔喉分布網絡對油氣運移與聚集、滲流特征等特征影響的研究。近些年來，因為相關微觀測試分析手段的更新，使其研究進展如下：

1）基于儲層微觀特征研究手段的提升，使儲層微觀孔隙結構的研究更為細致。CT技術、壓汞技術、核磁共振等技術的相結合達到對孔隙定性定量的描述與表征，加上實驗過程中的流量、壓力等的監測實現對巖心內流體沿非均質性孔隙的分布和流動特征的定性與定量描述，精細實時刻畫儲層微觀層面流體運移特征［12］。

2）隨著數字巖心技術與虛擬數字化模型的發展，提高了油藏精細描述的精度，同樣也是儲層微觀滲流路徑的研究向著更準確高效、三維可視化的方向進步，提高致密油采收率。但是孔隙尺度模擬重建的相關方法（MD法、LBM法、CFD法等）的使用在國內并沒有普遍使用［13-15］。

1.3 非均質儲層內油氣運移與聚集的特征

油氣從烴源巖內排出，然后進入致密儲層中的運移主要以垂向運移為主，側向運移為輔，復雜的微納米級孔徑網絡增加了毛細管力對于油氣運移浮力的束縛，從而使致密油主要沿著優勢運移通道運移。致密油一般變現為近源聚集，同樣是受到微納米級的孔喉所導致的運移和聚集所需的動力受毛管壓力所限［5，7，16］。

1.3.1 油氣運移特征

以下是采用侵入逾滲理論為模型的在非均質儲層內的油氣運移模型［3，17］：

1）儲層宏觀上均質，微觀上表現為非均質。油氣進入儲層后在浮力的作用下發生垂向運移（以向上為例），遇到蓋層后，發生短距離的側向運移，并在適當的位置成藏。由于儲層內的孔隙形態、連通性、物性等的非均質性，使垂向運移路徑受影響明顯，如圖1（a）所示。

2）儲層宏觀上非均質（在儲層中隔夾層發育），微觀上同樣表現為非均質。在油氣發生垂直運移的過程中會被層內的結構面限制，并可能在隔夾層處發生聚集，當到達隔夾層的溢出點時，油氣便沿著運移通道到下一個隔夾層處。同樣受儲層內部微觀結構非均質性的影響，油氣的運移路徑變得更為復雜，如圖1（b）所示。

圖1 非均質儲層內致密油運移路徑模擬

1.3.2 油氣聚集特征

在微觀非均質性明顯的致密儲層中，復雜的微納米級孔喉網絡導致了較大的毛細管力，使一部分致密油在在遇到非均質的隔夾層處發生近源聚集，當隔夾層內有封閉住流體使流體沿著隔夾層網絡的缺口或者是沿著開啟的微裂縫，進入更上（下）一層的儲集空間從而聚集成藏［18-20］。隨著以上測試分析手段的進步，有些地區發現致密油在微觀非均質儲層的流動基質呈“毛細管指進”［20-21］，隨著壓力的增加致密油的運移呈“跳躍式”。孤立的致密油隨著壓力驅替沿著優勢運移通道，發生“跳躍”，在孔隙中央呈孤立分布，當聚集充滿這個孔隙時，隨著壓力增大又一次發生“跳躍”運移。如此循環，致密油滴聚集成藏（圖2）。

圖2 非均質孔隙中致密油運移與聚集示意圖

2 研究存在的問題

1）不再受測試技術和設備的限制與實驗介質的不透明性的影響。流體在微觀孔隙的流動、分布狀態和油-水界面的相互作用都得以到直觀的觀察，CT技術的出現使流體在非均質孔隙中滲流過程得以進行實時三維展現，使微觀滲流物理模型試驗，解決了特征二維滲流特征與三維空間上的滲流特征存在不同的問題。但是，成本高昂，為了高效、低成本的對微觀非均質性滲流的研究，需大力升級設備，開展多技術聯合測試手段。對于在此微納米孔隙結構網絡系統上的油氣運移動力的研究有所缺乏。2）在微觀非均質性儲層中對于致密油聚集形式、狀態、油水分布特征的研究隨著CT技術的發展有所進展，可以達到定量與定性的描述，但是對于聚集動力的研究卻十分薄弱。如：就致密油“甜點”聚集機理與動力學機制，油水分布特征及動力學機制等方面的研究較少。3）隨著計算機技術的發展，數字巖心的運用將會成為趨勢，對于數字模擬可靠性的保證將成為在微觀層面一切油氣成藏方面研究的保障。

3 結語

目前國內對于致密儲層微觀非均質性的研究已有所進展，但是對于致密油微觀運移與聚集的機理研究的少。雖然隨著相關實驗分析手段的進步，使儲層微納米級別的孔隙連通網絡分布特征與流體微觀滲流特征的研究變得精細化，但是關于致密油運移與聚集的動力學機制方面還比較薄弱，需加強此方面的研究，從而為油田后續的開發做好保障。