《储层非均质性》PPT课件.ppt

第一节 分类 第二节 资料基础 第三节 储层非均质性表征 第四节 储层非均质性对油田开发的影响,第五章 储层非均质性,一、概念 沉积建造、成岩演化、构造改造等作用油气储层在空间分布及内部各种属性上均表现出不均匀变化。 测量单元具有规模和层次性储层非均质性具有规模和层次性 标量具有各向同性：非均质性表现为空间分布上的差异 矢量具有各向异性：非均质性表现为空间分布和测量方向的差异 储层非均质性是影响地下流体运动及最终采收率的主要因素。,第一节 分类,二、分类,1、Pettijohn (1973)分类 以河流沉积储层为例、考虑储层非均质性规模 层系规模：100m级 砂体规模：10m级 层理规模：110m级 纹层规模：10100mm级 孔隙规模：10100m级,2、Weber(1986)分类,分类原则：储层非均质性规模+非均质性对流体渗流的影响 (1)封闭、半封闭、未封闭断层 储层非均质性规模大断层封闭大型渗流隔板断层开放大型渗流通道 (2)成因单元边界 储层非均质性规模较大沉积相边界、岩性变化边界渗透层与非渗透层分界、渗透性差异分界 (3)成因单元内渗透层 非渗透层带状分布渗透层带状分布 (4)成因单元内隔夹层 隔夹层的分布影响垂向渗流水平渗流 (5)纹层和交错层理 层理内部纹层的分布影响注水开发后残余油分布 (6)微观非均质性 孔隙规模的储层非均质性 (7)封闭、开启裂缝,3、Haldorsen (1983)分类,(1)微观非均质性： 孔隙和砂颗粒规模 (2)宏观非均质性： 岩心规模 (3)大型非均质性： 数值模拟模型中的大型网块 (4)巨型非均质性： 整个岩层或区域规模,4、裘亦楠(1992)分类,我国油田生产部门通常使用的分类 分类角度：储层非均质性规模+油田开发生产实用性 (1)层间非均质性 层系旋回性、砂层间渗透率的非均质程度、隔层分布、特殊类型层的分布、层组和小层划分 (2)平面非均质性 砂体成因单元连通程度、平面孔隙度、渗透率变化及非均质程度、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)微观非均质性 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。,5、储层非均质性综合分类,分类原则： 1、油田开发生产的实用性； 2、储层非均质性的规模； 3、储层性质（连续性、厚度、孔隙度、渗透率、孔隙、喉道等）,资料来源：岩心观测、实验分析资料、测井资料、测试资料、开发地震。 一、岩心观测资料 粒度韵律 沉积构造 夹层分布 裂缝特征,第二节 储层非均质性研究资料基础,二、实验分析资料 岩石结构特征 岩石物性(孔隙度、渗透率、含油饱和度) 孔隙结构特征 成岩特征 岩石润湿性、毛管压力、相渗透率,第二节 储层非均质性研究资料基础,三、测井资料,1、层组划分和对比 建立层组对比的测井标准层 结合岩心、岩屑录井资料进行层组对比 2、测井相研究 岩类判别 沉积韵律判别 古流向判别 3、储层参数解释 储层属性参数：Por、Perm、So、Vsh 油、气、水层判别 有效厚度划分 隔层、夹层解释 4、裂缝解释,第二节 储层非均质性研究资料基础,四、测试资料,1、多井试井(标准干扰试井、脉冲试井) 单井试井：如钻杆测试、完井试油，井周围的地层平均特性 多井试井：井间储层连续性，渗透率方向性等非均质信息 2、井间示踪剂测试 砂体连通性与流动屏障 渗透率方向性评价 裂缝指示 五、开发地震 三维地震 垂直地震测井(VSP) 井间地震,第二节 储层非均质性研究资料基础,层间非均质性 平面非均质性 层内非均质性 孔隙非均质性,第三节 储层非均质性表征,砂层间差异划分开发层系、决定开采工艺的依据 注水开发中层间干扰和水驱差异 我国陆相湖盆沉积体系层间非均质性比较突出 主要包括： 层系旋回性 分层系数和砂岩密度 砂层间渗透率非均质程度 层间隔层 层间断层、裂缝特征,一、层间非均质性,1、层系旋回性（沉积旋回性）,陆相盆地沉积旋回一般可分为五级： 一、二级旋回：标志层古生物层 反映盆地构造演化、沉降和抬升背景上形成的沉积层，旋回间有不整合和(或)沉积相明显变化。 地层单元：系、组（含油层系） 三级旋回：标准层稳定泥岩隔层（10m） 代表湖盆水域的扩展与收缩。 地层单元：段（若干油层组） 油层组：油田范围内厚度稳定、同时具稳定隔层的储层段，适用于开发层系的划分。 四级旋回：视标准层较稳定泥岩隔层 沉积条件变化形成的沉积层。 地层单元：砂层组 砂岩组：油层组的细化。适应于分层开采工艺的实施。 五级旋回：隔层分布面积大于小层连通面积 同一沉积环境下形成的微相单元。 地层单元：小层、单层,三级,五级,一-二级,2、分层系数与砂岩密度,分层系数 层系内砂层的层数。表示方法： 分层系数平均单井钻遇砂层层数钻遇砂层总层数/统计井数 分层系数层间非均质油层动用率油层开采效果 砂岩密度 垂向剖面上，砂岩总厚度与地层总厚度之比，%。,3、砂层间渗透率非均质程度,开发层系划分原则： 开发层系间必须有稳定隔层，且无裂缝贯穿 开发层系内砂层间渗透率差异不能太大，否则，低渗层形成剩余油 层间渗透率流管法试验： 大庆油田、原油性质相同的两个油层同时开采 渗透率相差1倍，采收率：52.29% 渗透率相差4倍，采收率：49.27% 渗透率相差8倍，采收率：46.00%,（1）层间渗透率分布形式,主要描述不同单层砂体的渗透率差异,（2）层间渗透率变异系数,3、砂层间渗透率非均质程度,（3）层间渗透率突进系数 Kmax：最大单层平均渗透率 Kmin：最小单层平均渗透率 Ki：第i层平均渗透率 （4）层间渗透率级差 K：各层渗透率平均值 n：统计总层数 大庆油田： 三角洲前缘亚相开发层系：Jk3，不出油的层占12% Jk3，不出油的层占86.3% 河流相开发层系：Jk5，不出油的层占13.5% Jk5，不出油的层占61.2%,3、砂层间渗透率非均质程度,4、层间隔层,阻止层间垂向渗流独立开发单元 隔层具有层次性：油组间隔层、砂组间隔层、单层间隔层 描述内容： 隔层岩石类型：泥岩、蒸发岩、其它岩类 隔层在剖面上的分布位置 隔层厚度在平面上的变化情况,5、构造裂缝,裂缝穿层层间流体窜流对注水开发影响极大 描述内容： 产状：裂缝走向、倾向和倾角 性质：裂缝张开与闭合性质、裂缝充填情况和裂缝壁特性等。 密度：线密度、面密度、体密度 穿层程度： 切穿若干岩层； 单层内,包括： 单砂体的几何形态 各向连续性 连通性 砂体内属性参数的平面变化及方向性。 对布置井网、注水平面波及率及剩余油平面分布规律有很大影响。,二、平面非均质性,1、砂体几何形态,沉积相砂体几何形态 砂体几何形态分类： 席状砂体 长宽比近于1：1，平面上呈等轴状，大片分布，面积从几平方公里至几十平方公里。 土豆状砂体 长宽比等于或小于3：1，分布面积小，形似“土豆”，零星分布，多为小透镜状砂体。,条带状砂体 长宽比介于3：1和20：1之间，一些顺直型分流河道砂体属此类。 鞋带状砂体 长宽比大于20：1。 树枝状砂体 属伸长状砂体，通常较弯曲并有分枝。如：树枝状分流河道砂体。 不规则状砂体 形态不规则，一般有一个主要延伸方向，其它为次要延伸方向，为多次水流改道而成。,砂体各向长度（米） 钻遇率: 钻遇砂体井数占总井数的百分率 砂体连续性分级： 一级：砂体延伸2000米，连续性极好； 二级：砂体延伸12002000米，连续性好 三级：砂体延伸6001200米，连续性中等 四级：砂体延伸300600米，连续性差 五级：砂体延伸300米，连续性极差 我国中、新生代陆相盆地砂体，侧向连续性较差，密井网开发，井距大多在300米以下。,2.砂体的连续性,3、砂体连通性,砂体连通扩大砂体连续性；砂体不连通不同注采井组 砂体连通形式： 断层连通 多边式砂体间侧向接触连通 多层式垂向叠加连通,(1)砂体配位数： 与一个砂体接触连通的砂体数 (2)连通程度： 砂体间连通部分的面积占砂体总面积的百分数 (3)连通系数： 连通的砂体层数与砂体总层数之比 (4)连通体大小： 连通体砂体相互接触连通而成的复合砂体 (5)砂体接触处渗透能力,4、砂体渗透率的平面变化,(1)影响因素： 沉积因素 平面上不同微相砂体 渗透率存在差异 同一微相不同部位 渗透率存在差异: 主体带与边缘带、近源带与远源带 砂体几何形态 引起渗透率方向性带状砂体：高渗带呈条带状,古水流主流方向：引起渗透率方向性 古水流主流方向：注入水的“自然水路” 颗粒粗、分选好渗透率高 颗粒定向排列、斜层理倾向下游顺古水流方向高渗,4、砂体渗透率的平面变化,裂缝类型不同，影响不同： 微裂缝 增大渗透率，对渗透率的平面非均质性无大影响 延伸长度小于井距的裂缝 局部发育，对渗透率的平面非均质性有一定影响，但影响范围有限，在全油田范围内影响较小 延伸长度超过井距的裂缝 这类裂缝构成网状裂缝系统时，会导致严重的渗透率方向性，对油田注水开发有很大的影响,裂缝影响,4、砂体渗透率的平面变化,影响大范围内的流体渗流： 大规模渗流屏障 大规模渗流通道,断层封闭性影响,4、砂体渗透率的平面变化,(2)井间渗透率非均质性程度表征参数,井间渗透率变异系数 Ki：第i个井点的砂体渗透率 K：所有井点的平均渗透率 n：井点数 不同等级渗透率的面积分布频率 注采井间渗透率的差异程度 导致注水开发中平面矛盾的内在原因,4、砂体渗透率的平面变化,1、粒度韵律 单砂层内颗粒粒度大小在垂向上的变化渗透率韵律性 （1）正韵律 颗粒粒度自下而上变细。典型砂体：曲流河点坝、浊积岩 （2）反韵律 颗粒粒度自下而上变粗。典型砂体：三角洲前缘河口砂坝,三、层内非均质性,1、粒度韵律 （3）复合韵律 正、反韵律组合 复合正韵律：正韵律叠置 复合反韵律：反韵律叠置 复合反正韵律：上下细、中间粗 复合正反韵律：上下粗、中间细 （4）均质韵律 颗粒粒度在垂向上变化无韵律,三、层内非均质性,渗透率大小在纵向上的变化所构成的韵律性 渗透率韵律模式：正韵律、反韵律、复合韵律、均质韵律,2、渗透率韵律及最高渗透层所处位置,三、层内非均质性,3、层理构造及渗透率各向异性,平行层理 Kh比Kv大得多 斜层理 顺层理倾向：渗透率最大 逆层理倾向：渗透率最小 平行纹层走向：渗透率介于其间 交错层理 组合愈复杂，各向异性程度愈高,三、层内非均质性,分散在单砂体内的低渗或非渗透层。 厚度较小，一般几厘米至几十厘米 直接影响垂直和水平渗透率,4、层内夹层,三、层内非均质性,（1）夹层岩性及产状 泥质夹层 泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩等 砂体中的泥质薄层： 平行层面分布。三角洲前缘河口坝、席状砂。 砂体中的泥质侧积层： 与砂体斜交。河流点坝砂体。,4、层内夹层,三、层内非均质性,层理构造中的泥质纹层或条带： 厚度小、数量多、分布不规则,砂、泥岩配置方式：J.C.M.泰勒 A、平行渗透屏障：泥质薄层 B、交织渗流屏障：泥质侧积层、交错层理泥质层、部分胶结条带,4、层内夹层,成岩胶结条带 物性夹层、成岩胶结夹层： 钙质条带 硅质条带 粘土胶结条带 薄层砂体全胶结型 厚层砂体顶、底胶结型 砂体内的分散胶结型 沥青条带 石油运移过程中产生的沥青或重质油充填带,4、层内夹层,(2)夹层大小及延伸长度 相对稳定夹层 夹层在油层内延伸距离达到一个注采井距以上，相当于隔层 较稳定夹层 夹层在油层内延伸距离可达到注采井井距一半以上，但不到一个井距 不稳定夹层 夹层在油层内的延伸距离均小于注采井距之半，呈透镜状分布,4、层内夹层,(3)夹层频率和密度 夹层频率： 单位厚度岩层中夹层的层数，层/米 夹层密度： 砂体中夹层总厚度与统计的砂体 (包括夹层)总厚度的比值，%,4、层内夹层,5、层内裂缝,改变流体层内渗流特征 岩心和显微镜下描述 裂缝长度、宽度、产状、组合方式、充填性质、发育程度,三、层内非均质性,6、垂直与水平渗透率比值(KvKh),考察层内夹层对垂直渗透率的影响：Haldersen等，1984、1986 Kve：有效垂直渗透率 K：均质砂体垂直渗透率 Fs：夹层密度，小数 S：夹层频率，层数/米 Lav：几何常数 二维剖面中，C2；三维空间中，C3,三、层内非均质性,7、层内渗透率非均质程度,(1)渗透率变异系数 Vk：渗透率变异系数 Ki：层内某样品的渗透率值 K：层内所有样品渗透率平均值 n：层内样品的个数 评价标准： Vk0.5 非均质程度弱 0.5Vk0.7 非均质程度中等 Vk0.7 非均质程度强,三、层内非均质性,(2)渗透率突进系数(Tk) Tk：渗透率突进系数 Kmax：层内最大渗透率值 K：层内所有样品渗透率平均值 评价标准： Tk2 非均质程度弱 2Tk3 非均质程度中等 Tk3 非均质程度强,(3)渗透率级差(Jk) Jk：渗透率级差 Kmin：层内最小渗透率 Jk越大，渗透率非均质越强； Jk越小，渗透率非均质越弱。,陆相湖盆典型微相砂体的层内非均质性,直接影响注入剂的微观驱替效率 包括：孔隙非均质、颗粒非均质、填隙物非均质岩心规模 1、孔隙非均质 2、颗粒非均质性 3、粘土基质及胶结物,四、微观非均质性,(1)孔隙、喉道大小 孔隙、喉道类型、大小、分布状态、分选程度 用各种孔喉半径参数定量描述 润湿相流体存在时：有效孔喉半径实际孔喉半径液膜厚度 (2)孔、喉大小分布 孔间干扰：流体沿大孔道渗流，而小孔喉水驱不到 用分选系数、相对分选系数、均质系数、孔隙结构系数、孔喉歪度、孔喉峰态等参数定量描述 (3)孔隙连通性 用孔喉配位数、孔喉直径比、孔喉体积比表征 孔隙连通性越好，越有利于油气采出 (4)孔隙形状复杂性,1、孔隙非均质,2、颗粒非均质性 颗粒大小、形状、分选、排列及接触关系 影响：孔隙非均质性、渗透率各向异性注水开发中储层自身的动态变化 3、粘土基质及胶结物 粘土基质及胶结物类型、含量、产状,油田采收率： Hk：水淹厚度系数，Hkf（层间非均质性、层内非均质性） Sk：水淹面积系数，Skf（平面非均质性、层内非均质性） Lk：水淹层驱油效率，Lkf（微观非均质性）,第四节 储层非均质性对油田开发的影响,影响采收率主要因素： 各种地质客观因素 储层非均质性 流体非均质性 各种人为因素 井网布置 注水方式 油井工作制度 采油工艺 经济管理水平,第四节 储层非均质性对油田开发的影响,1、层间非均质性层间矛盾 多层合注合采 层间矛盾：层间干扰、单层突进 好油层：注水井中吸水多，水线推进快；采油井中出油多 差油层：吸水少，水线推进慢甚至不水驱，出油少 层数、层间差异层间矛盾,一、宏观非均质性对油田注水开发的影响,大庆油田： 三角洲前缘亚相开发层系 Jk3，不出油的层占12% Jk3，不出油的层占86.3% 河流相开发层系 Jk5，不出油的层占13.5% Jk5，不出油的层占61.2%,层间非均质性越强，层间矛盾越突出，水驱油效率越低,2、平面非均质性平面矛盾,(1)砂体连续性和连通性对注水开发效果的影响 A、透镜状、条带状砂体：侧向连续性差 无井钻达：油层保持原始状态未动用剩余油区 仅注水井：注水憋高压未动用油层 仅采油井：仅靠天然能量采出少量油，低压基本未动用油层 B、“迷宫状”砂体：注采井网常不完善，注、采井间不连通， 可导致“注不进，采不出”现象。,(2)渗透率方向性的影响,水道：水窜部位经长期水洗之后而形成。主要发育： 高渗条带方向：剩余油低渗区 古水流主流线方向：剩余油主流线两侧 延伸较远的大裂缝方向：剩余油远离裂缝原始孔隙区,3、层内非均质性与水驱效果,(1)渗透率韵律和渗透率非均质程度的影响 A、单井点、厚油层 正韵律：底部水淹型 底部：水洗程度高，油井见水早、含水率上升快。长期水道 中上部：水洗程度弱甚至未水洗剩余油,反韵律：均匀水淹型、水淹厚度系数大,上部水淹严重、产液多：层内渗透率级差很大较稳定夹层 全层驱油效率基本接近：均匀水淹型，渗透率级差不大 底部先见水、水洗强：渗透差级差很小亲水,复合韵律：与韵律段厚度、渗透率大小、方向、级差相关,复合正韵律,复合反韵律,均质韵律,复合正韵律：分段水淹型 复合反韵律：均匀水淹型 均质韵律：水洗效果与厚度相关 厚度薄：水洗效果一般较好（重力影响不明显） 厚度大、无夹层：水洗效果一般较差（重力影响明显）,B、注水井到采油井的剖面,正韵律：底部水淹型 注水井附近，水淹厚度较大，可达90%以上。 水线推进一段距离后，水淹厚度变小，只有20%左右。,反韵律：三种情况 注水井采油井： 上部水洗严重下部水洗严重 渗透率级差很大一直是上部水洗严重 渗透率级差很小一直是下部水洗严重,B、注水井到采油井的剖面,剖面上正反韵律交错： 重力作用距注水井排越远，底部越表现为优先水驱的趋势 注水效果：反韵律复合韵律正韵律，均质韵律与厚度有关,(2)夹层的影响,与夹层延伸长度、产状、发育程度有关 相对稳定的平行夹层： 延伸长度大于一个注采井距，有利水驱 特点 分隔厚油层，抑制纵向窜流，提高动用程度，增加水洗厚度； 夹层频率和密度越大，水驱效果越好。,稳定性差的不连续平行夹层、交织的夹层： 延伸长度小于注采井距，不利注水 特点 复杂渗流屏障，降低纵横向传导系数，导致剩余油、注采失败； 夹层频率和密度越大，水驱效果越差。,(3)层理构造对水驱效果的影响 大庆油田对不同层理砂岩储层注水模拟实验：,不同水驱方向对斜层理砂岩的驱油效果表,润湿相液滴从大孔道自吸入小孔道的力分析示意图,微观非均质性微观驱替效率微观规模剩余油分布 1、孔隙系统中的微观驱替机理 孔隙介质中滞留石油的力共有三种：(Dawe，1979) 粘滞力：流体沿孔隙流动时的剪切应力造成 重力：油、气、水的密度差造成 毛管力：油湿储层（阻力），水湿储层（动力） 自由渗吸现象： PC2PC1 润湿相液滴从大孔道 自吸入小孔道 （1）单孔道模型 采油过程是驱动力克服阻力的过程。,二、微观非均质性对采收率的影响,（2）双孔道模型：一对不等径的并联孔道模型,A、水湿体系：取决于施压的大小 施压很大：主要动力外加压力，主要阻力粘滞力（图C） 施压过小：主要动力毛管力，主要阻力粘滞力（图D）,B、油湿体系 驱油动力外加压力，驱油阻力毛管力、粘滞力 孔间干扰的典型模式： 指进作用：注入水总是优先选择大孔道向前推进 旁超作用：油滴被滞留在小孔道中 C、混合润湿体系 亲油部位捕集残余油滴。并联双孔道模型不适用,(3)串联孔道模型,毛管截面渐扩渐缩模式： 海恩斯跃进(Haines jumps)界面曲率逐点改变界面两侧的毛管压力逐点改变弯液面时而扩张、时而收缩：瞬变不平衡状态。,水湿体系： 动力毛管力、外力。残余油形成机理：侵入水自动润湿孔喉表面，随水膜变厚，喉道轴心的油颈被挤成丝状，最后油丝断裂，在喉道处形成水桥阻塞油路水桥后形成残余油。 油湿体系： 动力外力，阻力毛管力。孔喉隘口处孤立油滴,(4)残油特征,水湿储层 不规则油滴（图A）：不同产状 并联孔道中（a） H型孔隙中（b） 死胡同孔隙中（c） 孤立孔隙中（d） 索状（图B） ：油饱和度较大，残余油连贯 簇状油块（图C） ：油丝断裂、水桥阻塞、旁超作用造成,油湿储层,油滴：“死胡同”孔隙中 油膜：附着孔壁上，尤其孔隙表面较粗糙部分 簇状油块：被小孔喉圈闭的死油区,2、碎屑岩孔隙非均质性对驱油效率的影响,孔隙非均质性愈强，驱油效率越低 （1）均质系数与驱油效率（沈平平：东部、下第三系沙河街组砂岩） 01：1，孔隙结构越均质 强亲油条件下：阻力毛细管力、粘滞力 动力外力 0 -6.7466.42 r0.85 0.57.359.7 r0.91 10 3148.6 r0.98 30 41.240.9 r0.93 30：岩样的驱油效率，下标为含水百分数 结论：越小，孔隙结构非均质越差，Rave与Rmax偏离越大，水线前沿大孔道突进严重，小孔道被其周围大孔道的水隔截为不连通孔隙，无水期直至最终期的驱油效率越低。,强亲水条件下：动力外力、毛细管力，阻力粘滞力 0 -0.8375.2 r0.76 0.524.650.38 r0.73 10 42.3645.78 r0.71 30 49.636.54 r0.65 外力下（进汞曲线）：孔隙+喉道越均一 毛细管力下（退汞曲线）：喉道越不均一 孔隙结构特征参数 0 69.246.6 r-0.75 0.575.437.6 r-0.87 10 8833.1 r-0.82 30 85.625.8 r-0.74 (、) 与相关性：较高,（2）特征结构系数（1/Drp）与水驱油效率（王传禹，1981：大庆、砂岩）,孔隙结构参数与驱油效率相关性对比表,p：迂曲度因子，反映真实岩石孔隙结构与理论平行毛细管束之间的差别。 p=1：毛细管束模型（p1） Dr：孔喉相对