储层非均质性研究进展

储层非均质性研究进展储层非均质性是指储层在形成过程中受沉积环境、成岩作用和构造作用的影响，形成储层的各种性质（包括储层的岩性、物性、电性、含油气性以及微观孔隙结构等）在三维空间分布和各种属性的不均匀变化性，主要表现在岩石物质组成的非均质和孔隙空间的非均质[1-3]。储层非均质性是影响地下流体（包括油、气、水）运动及油气采收率的主要因素，因而储层非均质性研究是储层描述和表征的核心内容，是油气田勘探与开发地质研究中的重要基础工作[2]。储层非均质性的研究始于20世纪70~80年代，从六、七十年代的沉积环境分析和相模式研究到80年代的沉积体系分析和以Cross发起的高分辨率层序地层学研究，从以高密度开发井网为基础的精细地质模型研究到储层露头精细研究和随机建模技术，国内外的储层非均质性研究已形成了许多比较成熟的理论和技术，其研究内容与领域在不断加深，同时，有关储层非均质性的研究技术和方法也在不断地向定量化、精细化的方向发展[4]。1、储层非均质性的分类按照不同的研究目的、研究对象，储层非均质性分类方案有很多[4-5，8-9]：（1）Pettijohn的分类Pettijohn等（1973）在研究河流沉积储层时，依据沉积成因和界面以及对流体的影响，首次将储层非均质性划分为5个层次：①油藏规模的沉积相及造成的层间非均质性；②油层规模的沉积微相和相变关系；③砂体内韵律性、沉积结构构造等非均质性；④岩心规模的孔隙度、渗透率等各向异性；⑤显微尺度的孔隙结构类型、矿物学特征等。这种分类便于结合不同的沉积单元进行成因研究，比较实用。（2）Weber的分类Weber（1986）在前人研究基础上，还考虑了构造特征、隔夹层分布及原油性质对储层非均质性的影响，提出了一个更加全面的分类体系，将储层非均质性分为7类，即封闭、半封闭、未封闭断层，成因单元边界，成因单元内渗透层，成因单元内隔夹层，纹层和交错层理，微观非均质性和封闭、开启裂缝。该分类可以在油田评价和开发期间定量地认识和研究储层非均质性。（3）H.H.Haldorsen的分类H.H.Haldorsen（1983）根据储层地质建模的需要及储集体的孔隙特征，按照与孔隙均质有关的体积分布，将储层非均质性划分为微观非均质性、宏观非均质性、大型非均质性和巨型非均质性四种类型。（4）裘亦楠等的分类裘亦楠等（1987，1989，1992）既考虑了非均质性的规模，又结合开发生产的实际，将碎屑岩非均质性由大到小分为层间非均质性、平面非均质性、层内非均质性和微观（孔隙、颗粒和填隙物）非均质性四类。分类被广泛应用于生产与科研之中，并沿用至今。2、储层非均质性的描述储层非均质性的描述和分析主要是反映其对油藏流体流动影响的程度和方式。一般要求分层次描述储层的非均质性、影响因素及其对流体运动、油田采收率的可能影响，包括定性和定量描述。（1）定性描述[4]是指地质特征的描述，如断层、裂缝、层理和夹层等，主要考虑规模的大小，可以借助的资料包括岩心资料、成像测井(FMI)、高分辨率地层倾角测井等，在此基础上再进行储层非均质性分析。对于10～100m范围的中型非均质性，必须依赖于野外露头类比、现代沉积类比或密井网解剖建立的原型模型、地质知识库等；米级及更小型的非均质性仅在岩心中可以分辨出，建立沉积模型，正确识别沉积环境和成岩历史是较为有效的方法和手段。微观非均质性还需要借助薄片鉴定和扫描电镜的观察。（2）定量描述一些直接测量手段可能用于非均质性的定性描述，但多数情况下仅能通过建立模型来表征。传统的研究方法是以渗透率的各向异性来表征储层的非均质性的，如渗透率变异系数、突进系数和级差等，较为单调。而近年来，则出现了许多新方法如灰色聚类分析法、成岩岩相分析法、流动单元分析法、沉积单元分析法、地质统计学法等来定量表征储层非均质性。这些方法多是从地质方面着手，与利用测井资料分析储层非均质性相比较，它们的连续性较差，定量性分析不够。对于储层非均质性的表征方法的研究在不断推陈出新并日益成熟，由定性分析向半定量及定量研究过度，由单一的描述手段向多种技术配套、多个学科结合的趋势发展。目前常用的非均质参数主要有以下几种；①以渗透率参数变化为主线的非均质参数有；②表征砂体厚度及分布的非均质参数有平均砂层厚度、分层系数和砂岩密度等；③表征储层中油层分布变化的非均质参数有夹层频数、夹层密度和有效砂层系数等。此外还有连通系数、分布系数、孔隙度和孔喉半径等储层参数也常用于表征储层非均质性。这些参数可用于求取储层的综合指数，以全面、定量地表征储层的非均质程度。2.1综合地质分析一些直接测量手段可能用于非均质性的定性描述，但多数情况下仅能通过建立模型来表征。描述储层非均质性，主要用非均质参数、储层参数及其分布和微观特征参数等来表征，利用这些表征方法对不同油田、不同储层进行非均质研究，取得了较好的研究成果。但这些方法都有一个共同的缺陷，即上述参数仅能从一个侧面或某一角度来描述储层的非均质性，如果遇到各种参数表征的非均质程度不一致时就很难作统一处理，于是便选取了将各种因素综合考虑的“非均质综合指数”来定量刻画储层非均质程度，变差函数、模糊数学、极差正规化、非线性映射法及熵权方法等数学方法被用作该“指数”的计算过程中，都在特定工区得到了有效应用。此外，还有利用生产动态资料研究储层非均质性的实例，金强（1999）[10]根据美国一些开发多年的油气田产量等生产数据(如累积产量、年度产量和月度产量等)，利用数理统计方法结合地质分析提出了月度产量变异系数、年度产量变异系数和累积产量变异系数等特征参数，这些参数有效地反映了储层层内和平面非均质特征，对于高含水期的老油气田油藏地质模型研究很有帮助。2.2储层地质建模储层地质建模方法是一种快速且直观地反映储层内部结构的可视化方法，它可以实现对油气储层的定量表征及对各级非均质性的刻画。习惯上将储层地质模型分为概念模型、静态模型和预测模型3大类，早期地质模型大部分属于概念模型及静态模型。随着油田的发展，越来越需对井网控制不住的区域给出精细预测和不确定性评价。随机建模技术正是在此基础上得到了长足发展。至今，随机建模方法已有多种，如布尔随机点法、与高斯分布有关的方法、指示模拟方法、退火方法等。建模过程中对储层非均质性的划分直接影响模型的精度。以Miall为代表倡导内部构型分析法，即通过对典型露头砂体的解剖，从不同尺度认识储层的非均质性，并借此建立高精度的储层地质模型。刘泽容等提出了建立四级油藏地质模型:一级为反映油田规模的油藏地质模型，二级为反映小层规模的沉积模型，三级为反映单砂体规模的储集单元模型，四级为反映微观储层特征的孔隙结构模型。该建模方法使用简单，适合于中国大多数油田；林承焰则提出建立储层格架模型、沉积模型、微构造模型、微观结构模型以及流体模型等来反映储层非均质性。随着沉积微相划分技术的发展，相控储层建模得以推广，而在相控基础上以流动单元为基础的地质建模则大大提高了模型的预测精度，能够更好地预测剩余油分布。由于沉积地质体是在不同时间段形成的，为了提高建模精度，在建模过程中应进行等时地质约束，于是用于确定等时界面的高分辨率层序地层学方法目前在储层地质建模及非均质性分析过程中得到了广泛应用。2.3实验方法实验方法是石油地质综合研究和油气勘探决策的基础，也是储层非均质性研究的重要手段之一，随着石油工业的发展，实验方法取得了长足的进步。常见的实验方法包括实验室测试技术和模拟实验。储层研究的实验室测试技术除了薄片及铸体薄片鉴定，孔隙度、渗透率、饱和度测定，粒度分析及重矿物分析等常规的分析方法，还不断涌现出一系列先进的测试手段，扫描电镜、X射线衍射仪、阴极发光显微镜、荧光显微镜、色谱—质谱仪等的出现推动。储层研究不断向更精细、更多样的领域发展。近年来，核磁共振岩心分析仪的研制又受到众人关注，它可以从一块岩样中得到孔隙度、自由流体指数、孔径分布以及渗透率等多种参数，为储层非均质性的研究提供了更先进的手段。实验模拟能够建立流体在非均质性储层中流动的正演过程，为深刻认识非均质性储层内流体运动及分布规律提供依据。目前模拟实验有物理模拟和数值模拟2种。对于物理模拟，宏观上，既有基于成藏阶段反映油气运聚过程的非均质储层成藏模拟，又有开发阶段反映水驱油过程的非均质储层剩余油分布模拟；微观上，既有反映油在水湿介质中运动的“优势通道”模拟，又有研究孔隙结构非均质性对剩余油分布影响的微观水驱油实验。数值模拟则以反映非均质储层油气运动规律的油气运移数值模拟和反映储层成岩非均质性的成岩数值模拟较为常见。何琰等（2001）[11]通过半变异函数，利用k阶球状模型拟合实验半变异曲线，利用线性规划法实现了k阶球状模型的最优拟合。并提出了评价储层非均质性的综合评价指标，对储层非均质性的变化幅度、变化速度以及变化的随机性进行定量描述。隋少强等（2003）[12]研究辽河坳陷冷家地区沙三段各体系内储层渗透率在垂向上的变化规律时，将非均质模式划分为线性增加型、线性降低型、三次函数型、二次中间增大型和稳定型。3、储层非均质性的研究方法3.1储层露头研究储层露头研究具有直观性、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。3.2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。3.3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Jackson(1975)、Allen(1983)、Bridge和Gorden(1983)等人的研究成果，将河流沉积砂体划分出6级谱系[10]。（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。（4）层次建摸随着地质模型的广泛应用，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。3.4结构单元和流动单元研究方法目前，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，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。3.5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