储层非均质性的研究

摘要
人们讲储层的基本性质在三维空间分布的不均一性或各项异性称为储层的非均质性。

储层非均质性无论是岩性或物性变化，通常都是极其复杂的，并且直接影响开采效果。

本文主要针对油气储层的非均质性研究内容与发展进行讨论。

本文所运用的储层非均质综合指数对储层的非均质性进行研究，除了从地质角度去考虑控制储层非均质性形成的因素外，还把储层所处的沉积微相、油层的顶底面构造以及流体在其中流动能力等因素纳入了研究中。

研究储层的非均质性，不仅可以升华对储层非均质性的认识，而且在确定开发方案、进一步部署井网和提高采收率等方面具有重要意义。

关键词：表征参数、分层系数、砂岩密度、有效厚度系数
目录
第1章前言 (1)
第2章储层非均质性概念 (1)
2.1 储层概念 (2)
2.2 石油天然气储层地质学概念 (2)
2.3 储层非均质性概念 (3)
第3章储层非均质性的分类 (4)
3.1 Pettijion(1973)的分类 (4)
3.2 Weber(1986)的分类 (5)
3.3 Haldorson(1983)的分类 (5)
3.4 裘亦楠（1989）的分类 (6)
第4章层间非均质性 (7)
4.1层间非均质性研究 (7)
4.2层间非均质性的成因 (7)
4.3层间非均质表征参数 (8)
4.3.1分层系数、砂岩密度、有效厚度系数 (8)
4.3.2砂层间渗透率非均质程度 (8)
4.3.3统计表征参数方法 (9)
4.3.4 油田开发应用 (10)
第5章层内非均质性 (10)
5.1 垂向粒度分布的韵律性 (10)
5.2 层理构造……………………………………………………………………. .11
5.3层内夹层 (11)
5.4层内渗透率非均质性 (11)
5.5引起层内非均质性的根本原因 (12)
第6章结论……………………………………………………………………………. .13参考文献…………………………………………………………………………………. .14
致谢……………………………………………………………………………………… .15
第1章前言
我国地大物博，石油天然气资源丰富。

5 0多年来 ,我国石油工业取得了辉煌成就 ,勘探开发了丰富的油气资源。

随着油气勘探开发事业的发展 ,尤其储层地质研究涉及广泛的领域 ,包括不同盆地类型、不同沉积类型、不同沉积体系类型和不同油气藏类型。

因此，正如我们所知道的一样，我国的油气储集层是具有中国特色的陆相油气储集层，型式多种多样，特别是油气储层的非均质性值得研究。

研究油气储层，认识油气储层和评价油气储层，是石油天然气勘探和开发工作者长期不懈的职责。

油气勘探、开发过程中都要求地质工作者对油气储集层不断地进行评价，随着生产实践的不断深入，对储层开发评价也是不断的越来越高。

在开发石油天然气储层评价中，储层的非均质性是指储层具有双层的非均质性，即赋存流体的岩石的非均质性和岩石空间中赋存的流体的性质和产状的非均质性。

在岩石非均质性中无论是岩性或物性变化都是及其复杂的，直接影响开采效果，而流体的非均质性，虽然在一个油田，一个油藏或是一个开发单元，其性质变化都不大，但是产状分布却是及其异常的，并且这些会随着开采过程的发生而发生变化，这样就更加剧了储层非均质性的复杂性。

储层非均质的影响因素多,非均质对油藏的注水开发效果控制作用强,特别是在开发后期影响剩余油的分布。

在对影响储层非均质的因素综合分析的基础上,提出了利用灰色系统中的灰色聚类理论来确定储层非均质分布。

该方法能够对影响储层非均质的多种因素进行综合考虑、综合分析、综合分类。

储层的岩性、物性、含油气性以及电性等基本性质，不论在平面上还是剖面上以至于在空间上都是有变化的，不均一的。

人们将储层的基本性质在三维空间分布的不均一性或者各向异性称之为储层的非均质性。

储层非均质性对储层中流体的流动、分布以及油气采收率影响很大，对建立油藏模型，设计最优化开发方案，选择有效的排驱方法和完井方法可提供重要参数。

本文侧重对油气储层的非均质性进行研究。

第2章储层非均质性概念
石油天然气储集层是在地质历史的演化过程中，通过沉积物的沉积和成岩作用，或者是由岩浆、喷出作用和变质作用及其后期次生变化，又经历了构造地质的综合作用而最终形成的一部分岩体，它不仅是具有储集层流体的空间，而且还具有可使流体渗滤的能力。

由于石油天然气储层是油气勘探和开发的最终目的层，储层的性质严格地控制着油气的储集、产量以及产能，所以开展储层的地质、物探、测井、试井以及实验室分析测试等各种方法的综合研究，是油气田勘探开发过程中的一项重要工作，并且贯穿于含油气盆地勘探开发的全过程。

定量描述储层非均质性十分重要而又很难。

薛培华曾对河流点坝相储层的非均质性及储层模式作过详细论述。

Scheak认为直接测定孔隙形态、孔隙度和渗透率及其变化是描述碳酸盐岩储层流体流动非均质性的有效方法。

储层非均质性的影响因素主要有沉积因素，成岩因素和构造因素等。

储层非均质性研究的内容主要有：①层内非均质性；②层间非均质性；③平面非均质性和三维非均质性等。

总之，储层非均质性无论对油气勘探和开发均具有十分重要的影响。

我国陆相油气砂岩储层占有重要地位。

同海相沉积的碎屑岩储层相比较，陆相河湖相沉积条件，由于盆地规模相对较小，物源区近而且多，一般不存在相对洁净的石英砂岩或长石石英砂岩，而主要类型是岩屑长石杂砂岩或岩屑长石砂岩，并且砂岩体的非均质性比海相砂岩要强。

因此，开展储层非均质性研究，定性定量描述储层非均质性，已是摆在石油地质工作者面前十分重要的任务。

2.1 储层
油、气、水可以储存于岩石的空隙之中，但是只能储集油、气或油-水、气-水的岩石还不能称为储集层，只有那些具备良好的渗透流体的能力的岩石才能称为油气储集层。

储层是地层中的一部分，是能储存和产出流体的那一部分岩层组或者层段。

因此，可以将储层理解为是以储集层为主的一套岩层组合。

2.2 石油天然气储层地质学
石油天然气储层地质学是适应石油天然气勘探开发工作的需要，随着该领域的不断发展而发展起来的一门新学科。

石油天然气储层地质学是研究储层成因类型，特性，形成，演化，几何形态，分布规律，还要涉及储层的研究方法和描述技术以及储层评价和预测的综合性地质学科。

2.3 储层非均质性
储层非均质性是指储层的基本性质，包括岩性、物性、电性、含油气性以及微观孔隙结构等特征在三维空间上分布的不均一性。

无论是碎屑岩储层还是碳酸盐岩储层，其非均质性都是普遍存在的。

研究储层非均质性，实际上就是要研究储层的各向异性，定性定量地描述储层特征及其空间变化规律，为油藏模拟研究提供精确的地质模型。

储层非均质性的研究对油气田勘探和开发具有指导作用，尤其是对弄清油气水的运动规律，提高油田采收率有重要的意义。

不同学者由于研究目的不同，对储层非均质性的规模和内容的研究也不相同。

油气储集层由于在形成过程中受沉积环境、成岩作用及构造作用的影响，在空间分布及内部各种属性上都存在不均匀的变化，这种变化就称为储层非均质性。

第3章储层非均质性的分类
储层的非均质性可以根据非均质性规模大小、成因和对流体的影响程度来进行分类。

目前较为流行的几种分类方法都是按照规模大小来划分的。

3.1 Pettijion(1973)的分类
1973年Pettijion等提出的五种分类。

层系规模（100m级）砂体规模（10m）
层理规模（1-10m）纹层规模（10-100mm）
孔隙规模（10-100um）
3．2Weber(1986)的分类
Weber不仅考虑了储层非均质性的规模，同时还考虑了非均质性对流体渗流的影响。

3.3 Haldorson(1983)的分类
Haldorson在1983年对储层非均质性进行了分类。

根据储层地质建模的需要，按照与空隙平均值有关的体积分布将其分成四种类型。

3.4 裘亦楠（1989）的分类
裘亦楠(1992)将碎屑岩的储层非均质性由大到小分为四类，这也是我国油田生产部门通常使用的储层非均质性分类。

层间非均质
平面非均质
层内非均质
孔隙非均质
第4章层间非均质性
4.1层间非均质性研究
层间非均质性：砂层之间的差异性，包括层系的旋回性、砂层间渗透率的非均质程度、隔层分布及层间裂隙特征等。

层间非均质性研究包括粒度韵律性、层理构造序列、渗透率差异程度及高渗段位置、层内不连续泥质夹层分布频率和大小，以及其他不渗透隔层特征、全层规模的垂直渗透率与水平渗透率比值等。

4.2层间非均质性的成因
沉积旋回性是指各类沉积环境形成的不同性质砂体和隔层在纵向上的分布规律，是储层层间非均质性的主要成因，也是储层层组划分对比的依据。

陆相盆地沉积旋回一般可以分为五级。

一、二级旋回是反映盆地构造演化、盆地沉降和抬升背景上形成的沉积层，旋回之间有不整合和(或)沉积相的明显变化，这二级
旋回的划分一般在区域储层评价中在盆地范围内解决。

在油田开发中，储层层组的划分对比主要依据三、四、五级旋回。

三级旋回代表湖盆水域的扩展与收缩。

不同三级旋回之间地层是连续的，常有湖侵层分隔。

它是形成油组的基础。

油组是在油田范围内有一定厚度的、分布稳定的隔层分隔的储层段，适用于开发层系的划分。

油组间隔层在现有采油工艺技术条件下最好能达到5米以上，最小不能小于3米
四级旋回是沉积条件变化所形成的沉积层，是划分砂岩组的基础。

砂岩组是在油组内根据储层性质的差异和隔层的稳定程度进一步划分的次一级储层单元。

它适应于开发区块范围内的分层开采工艺的实施。

五级旋回是同一沉积环境下形成的微相单元，如三角洲前缘的一次水下分流河道沉积或一次河口坝沉积，相当于开发地质研究中的单层。

单层为一个相对独立的储油(气)砂层，上下有隔层分隔，砂层内部可构成一个独立的流体流动单元。

然而，由于陆相沉积环境相变的复杂性，单层在横向上可能出现分叉、合并甚至尖灭。

由此可知，层间非均质性具有不同的层次。

油组之间的非均质到沙层组之间的非均质再到单层之间的非均质。

4.3 层间非均质表征参数：
4.3.1分层系数、砂岩密度、有效厚度系数：分层系数是指一套层系内砂层的层数。

由于相变的原因，在平面上同一层系内的砂层层数会发生变化。

可用平均单井钻遇砂层层数来表示：钻遇砂层总层数/统计井数。

分层系数越大，层间非均质愈严重，油层开采效果一般越差。

长庆油田开发状况表明，开发层系内砂层层数越多，单层厚度越小，则油层的动用程度越低。

4.3.2 砂层间渗透率非均质程度：砂岩厚度系数指垂向剖面上的砂岩总厚度与地层总厚度之比，以百分数表示，相当于砂地比(%)。

国外文献中常用的净总比(NGR，即net/gross ratio)
该系数主要反映了某一油藏砂体的连通程度。

在一套储集层内，由于砂体沉积环境和成岩变化的差异，可能导致不同砂体渗透率的较大差异。

4.3.3 统计表征参数方法：
1.层间渗透率分布型式，主要描述各砂层的平均渗透率在剖面上的分布情况，表现各砂层平均渗透率的差异程度及最高渗透率层在剖面上的分布位置。

2.层间渗透率变异系数（VK），为各砂层渗透率均方差与平均渗透率之比值，其值愈大，非均质程度愈强。

公式为：
式中：ki—某单砂层渗透率值；
k—所有单砂层渗透率的平均值；
n—总层数。

3.层间渗透率突进系数（Tk），为各砂层中最大渗透率与平均渗透率的比值。

其
值愈大，非均质程度愈强.
公式为：Tk=Kmax/
式中：kmax—最大单层平均渗透率值；
—所有单砂层渗透率的平均值；
4.层间渗透率级差（Jk ）为各砂层中最大渗透率与最小渗透率的比值，渗透率级差愈大，反映渗透率的非均质性愈强。

公式为：Jk=Kmax/Kmin
Kmax —最大单层平均渗透率
Kmin —最小单层平均渗透率
4.3.4 油田开发应用
砂层间渗透率的非均质程度是划分开发层系和决定开采工艺的关键。

在划分开发层系时，必须充分注意二点：一、开发层系之间必须有稳定的隔层(且无裂缝贯穿)；二、开发层系内砂层间渗透率的差异不能太大，否则会严重影响开发效果。

长庆油田用流管法进行了研究，将原油性质相同的两个油层同时开采。

若渗透率相差一倍，采收率为52.29%；若渗透率相差四倍，采收率为49.27%；若渗透率相差八倍，则采收率为46%。

可见层间渗透率差异越大，油田采收率越低，开发效果越差。

层间非均质性对储层注水开发效果的影响是如此之大。

对于这种情况，要采用分层开采工艺技术，以克服层间非均质带来的矛盾。

第5章层内非均质性
层内非均质性是指一个单砂层规模其内部垂向上的储层性质变化。

它是直接影响和控制单砂层层内水淹厚度、波及系数的关键地质因素。

5.1垂向粒度分布的韵律性
正韵律：颗粒粒度自下而上由粗变细。

反韵律：颗粒粒度自下而上由细变粗。

复合韵律：即正反韵律的上下组合。

由正韵律组合者称为复合正韵律；由反韵律组合者称为复合反韵律；上为正韵律下为反韵律称为反正复合韵律；上为反韵律下为正韵律称为正反复合韵律。

均质韵律：颗粒粗细上下变化不大，接近均匀分布；
无韵律：颗粒粒度从纵向上变化无规律可寻。

粒度的韵律分布，对储层渗透率的垂向分布规律影响很大，在成岩变化较弱的储层中，粒度分布的韵律性直接决定储层的渗透率韵律性，进而影响水驱油特征。

5.2层理构造
储层中常发育有水平层理、斜层理、交错层理等，层理的存在会引起渗透率的各向异性，从而影响注水及三次采油开发动态。

水平层理发育时，会影响流体的垂向渗流，注水易顺层理面推进。

对于交错层理而言，渗透率的各向异性也很明显。

5.3层内夹层
层内夹层是指位于单砂层内部的相对低渗透率或非渗透率夹层。

在注水开采过程中，夹层中地下流体具有隔绝能力或遮挡作用，因而对水驱油过程有很大影响。

最常见的夹层是泥（页）岩夹层，一般厚度较薄，延伸长度不大，但是在不同相带砂体中的延伸范围明显不同。

夹层的厚度仅与沉积过程中的局部地形有关，与延伸长度无关。

层内夹层在有些情况下对注水开发有一定的利用价值。

例如：一正韵律厚油层中上部在油井和注水井端都存在夹层，但井间不连续，开有“天窗”。

如果不利用夹层开采，注入水就会沿底部突进，油井提早水淹，无水采收率很低。

但是，如果我们利用夹层，效果就会大不相同，水淹情况可以得到改善。

5.4层内渗透率非均质性
描述层内渗透率的分布特征，从三方面开始考虑：
一是要确定层内最高渗透率所处的位置；二是单砂层规模的垂直渗透率与水平渗透率比值；三是层内渗透率的分布模式和差异程度，不同的渗透率分布模式，对注水开发效果有很大的影响。

5.5引起层内非均质性的根本原因
储层的层内非均质性特征对注水开采效果有重大影响。

然而，要进行正确的研究与地质预测，就要通过沉积学分析方法，从识别不同的沉积环境可能出现的沉积方式入手，研究每一沉积方式下所产生的层内非均质性特征。

经过各项研究表明，砂体的沉积方式是引起层内非均质性的根本原因，控制了层内非均质性的基本面貌。

当然，在成岩作用改造强烈的情况下，不可忽视成岩作用的影响。

第5章结论
油气储层非均质性研究内容与发展是一项综合性研究，它与石油地质、储层地质、油藏工程等课程彼此相结合，相互补充，是石油工作者必须掌握的一门知识。

为了更好地研究油气储层非均质性，应该先学习沉积学、地质构造学、油层物理、渗流力学等课程的相关知识基础，以便更好地进行研究。

油气储层与油气开发生产实际紧密结合，有很强的实际性，应该不断地完善和发展。

这将对我国油气开发生产产生更大的推动作用。

参考文献
[1]油气田开发地质学夏位荣，张占峰，程时清著；石油工业出版社
[2]石油天然气储层地质学方少仙，侯方浩著；中国石油大学出版社
致谢
本论文是在王锦老师的悉心指导下完成的。

老师的老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。