储层地质学

第六章储层非均质性第一节储层非均质性的概念及分类一、储层非均质性的概念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。

储层非均质性是影响地下油、气、水运动及油气采收率的主要因素。

储层的均质性是相对的，而非均质性是绝对的。

在一个测量单元内(如岩心塞规模)，由于只能把握储层的平均特性(如测定岩心孔隙度)，可以认为储层在同一测量单元内是相对均质的，但从一个测量单元到另一个测量单元，储层性质就发生了变化，如两个岩心塞之间的孔隙度差异，这就是储层非均质的表现。

测量单元具有规模和层次性，储层非均质性也具有规模和层次性。

一个层次的非均质规模包含若干低一级层次的测量单元(如小层单元包括若干个岩心测量单元)。

另一方面，储层性质本身可以是各向同性的，也可以是各向异性的。

有的储层参数是标量(如孔隙度、含油饱和度)，其数值测量不存在方向性问题，即在同一测量单元内，沿三维空间任一方向测量，其数值大小相等，换句话说，对于呈标量性质的储层参数，非均质性仅是由参数数值空间分布的差异程度表现出来的，而与测量方向无关。

有的储层参数为矢量(如渗透率)，其数值测量涉及方向问题，即在同一测量单元内，沿三维空间任一方向测量，其数值大小不等，如垂直渗透率与水平渗透率的差别。

因此，具有矢量性质的储层参数，其非均质性的表现不仅与参数值的空间分布有关，而且与测量方向有关。

由此可见，矢量参数的非均质性表现得更为复杂。

二、储层非均质性的分类1.Pettijohn (1973)的分类Pettijohn (1973)对河流沉积储层按非均质性规模的大小提出了一个由大到小的非均质性分类谱图，划分了五种规模的储层非均质性(图6—1)，即层系规模(100m级)、砂体规模(10m级)、层理规模(1～10m级)、纹层规模(10～100mm级)、孔隙规模(10～100μm级)。

2.Weber (1986)的分类Weber(1986)根据Pettijohn 的思路，也提出了一种储层非均质性的分类体系(图6－2)。

但在他的分类中，不仅考虑储层非均质性的规模，同时考虑了非均质性对流体渗流的影响。

他将储层非均质性分为七类：(1)封闭、半封闭、未封闭断层这是一种大规模的储层非均质性。

断裂的封闭程度对油田区内大范围的流体渗流具有很大的影响。

如果断层是封闭的，就隔绝了断层两盘之间的流体渗流，实际上为渗流隔板；如果断层没有封闭，那么断层就成为－大型的渗流通道。

(2)成因单元边界成因单元边界实质上是沉积相边界，亦是岩性变化边界，且通常是渗透层与非渗透层的分界线，至少是渗透性差异的分界线。

因此成因单元边界控制着较大规模的流体渗流。

图6—1 Pettijohn (1973)的储层非均质性分类(以河流沉积储层为例)(3)成因单元内渗透层在成因单元内部，具不同渗透性的岩层，它们在垂向上呈带状分布，从而导致了储层在垂向上的非均质性。

(4)成因单元内隔夹层在成因单元内不同规模的隔夹层对流体渗流具有很大的影响，它主要影响流体的垂向渗流，也影响流体的水平渗流。

(5)纹层和交错层理由于层理构造内部纹层方向具有较大的差异，这种差异对流体渗流亦有较大的影响，从而影响注水开发后残余油的分布。

(6)微观非均质性这是最小规模的非均质性，即由于岩石结构和矿物特征差异导致的孔隙规模的储层非均质性。

(7)封闭、开启裂缝储层中若存在裂缝，那么，裂缝及其封闭和开启的性质亦可导致储层非均质性。

从上可以看出，Weber 的分类方案在考虑非均质规模的同时，特别注重储层非均质性对流体渗流的影响。

3.Haldorsen (1983)的分类Haldorsen(1983)根据储层地质建模的需要，按照与孔隙平均值有关的体积分布将储层非均质性划分为四种类型(图6-3)，即：(1)微观非均质性(Microscopic Heterogeneities )，即孔隙和砂颗粒规模。

(2)宏观非均质性(Macroscopic Heterogeneities)，即岩心规模。

(3)大型非均质性(Megascopic Heterogeneities)，即模拟模型中的大型网块。

(4)巨型非均质性(Gigascopic Heterogeneities)，即整个岩层或区域规模。

图6—2 Weber(1986)的储层非均质性分类4.裘亦楠(1992)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。

(1)层间非均质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、特殊类型层的分布、层组和小层的划分。

图6—3 Haldorsen(1983)的储层非均质性分类(2)平面非均质性，包括砂体成因单元连通程度、平面孔隙度、渗透率的变化及非均质程度以及渗透率方向性。

(3)层内非均质性包括粒度韵律性、层理构造序列、渗透率差异程度及高渗段位置、层内不连续薄泥质夹层的分布频率和大小、全层规模的水平／垂直渗透率比值等。

(4)孔隙非均质性孔隙非均质性指砂体孔隙、喉道大小及其均匀程度，孔隙喉道的配置关系和连通程度。

这些性质直接影响油田开发过程中注入剂的驱替效率。

裘亦楠的分类方案与前述几种分类一样，也考虑储层非均质性的规模，但更注重油田开发生产的实用性。

除上述分类方案外，还有宏观非均质性、中观非均质性、微观非均质性的分类，另外还有人采用大型、中型和小型非均质性的分类方案。

5.本书采用的储层非均质分类方案综合上述储层非均质性分类的优点，本书提出了一个储层非均质的综合分类体系(表6-1)。

表6-1 储层非均质性综合分类分类原则主要考虑以下三个方面：(1)油田开发生产的实用性；(2)非均质性的规模；(3)储层性0质(储层连续性、储层厚度、孔隙度、渗透率、孔隙、喉道等)。

为此，首先按照我国油田生产部门的实用分类(包括裘亦楠的分类)，将储层非均质性分为层间、平面、层内和微观非均质性，实际上，这是储层非均质性在不同侧面的表现形式。

层间非均质性属于多层规模，平面和层内非均质性属单层规模。

所谓多层规模包括含油层系规模(测量单元为油组)、油组规模(测量单元为砂层组)、砂层组规模(测量单元为单砂体)等多个层次，重点突出层间的非均质性(多层次的空间非均质性)，包括分层性、层间渗透率差异程度、层间隔层及层间裂缝。

单层规模相当于小层规模(由于相变的原因，一个油层在横向上可出现分叉合并)，重点突出砂体的平面非均质性和层内非均质性，两者是描述单砂体储层非均质性的两个方面。

平面非均质性重点描述砂体及其属性参数在平面上的展布特征，包括砂体几何形态、各向连续性、裂缝和断层的平面分布、孔隙度和渗透率的平面变化及方向性、层间渗透率的差异程度；而层内非均质性着重描述储层性质的纵向变化及纵向非均质程度在平面上的展布特征，包括砂体粒度韵律、渗透率韵律、层理构造的渗透率各向异性、层内夹层、层内裂缝、垂直渗透率与水平渗透率比值以及层内渗透率非均质程度。

值得注意的是，层间非均质性也涉及到平面问题，如层间渗透率非均质程度的平面变化。

微观非均质包括孔隙非均质性、颗粒非均质性及填隙物非均质性。

测量单元为一个或几个孔隙大小，而研究规模在现阶段最大只能达到样品规模，即通过样品分析来研究储层的微观非均质性，如通过样品的铸体薄片分析研究孔隙的形状、大小的分布，或通过样品的压汞分析研究喉道的大小的分布。

如何将微观非均质性的表征规模扩展到砂体规模，在目前是一个难点，也是今后的攻关研究方向。

第二节储层非均质性表征一、层间非均质性层间非均质性是指砂体之间的差异，包括层系的旋回性、砂层间的渗透率非均质程度、隔层分布及层间裂缝特征等。

研究层间非均质性是划分开发层系、决定开采工艺的依据，同时，层间非均质性是注水开发过程中层间干扰和水驱差异的重要原因。

层间非均质性主要受沉积相的控制。

我国陆相湖盆中大多数沉积体系的流程短、相带窄、相变快，往往为多种成因类型的砂体叠加成一套储集层，因而层间非均质性一般都比较突出。

1.沉积旋回性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成因，也是储层层组划分对比的依据。

根据我国各油田的实践，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。

由此可见，层间非均质具有不同的层次，即油组之间的非均质、砂层组之间的非均质和单层之间的非均质。

2.分层系数与砂岩密度 主要表征一套储层内砂体分布的复杂程度。

(1)分层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)。

分层系数愈大，层间非均质愈严重，油层开采效果一般越差。

大庆油田的统计结果表明，开发层系内砂层层数越多，单层厚度越小，则油层的动用率越低。

(2)砂岩密度砂岩密度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(%)及国外文献中常用的净总比(NGR，即net/gross ratio)另外，可根据各井钻遇的分层系数及砂岩密度，进行平面成图，以反映层间差异的平面变化。

3.砂层间渗透率非均质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。

这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：一是开发层系之间必须有稳定的隔层(且无裂缝贯穿)，另一是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。

例如若对几个渗透性差异较大的油层采用合层注水开发的话，注入水会优先进入高渗透层驱油，而往往会在较低渗透层中形成剩余油区，因为高渗层水驱启动压力低，容易水驱，而较低渗透率层由于水驱压力相对较高，吸水能力相对较弱，水驱油效率相对较低，从而造成不同油层的水驱程度有较大的差异，形成剩余油区，影响总体开发效果。