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本文作者：劉震黃艷輝潘高峰劉靜靜吳迅達(dá)王菁張勝斌作者單位：中國(guó)石油大學(xué)油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

儲(chǔ)層臨界物性與儲(chǔ)層含油物性下限的差別

“儲(chǔ)層含油物性下限”是在現(xiàn)今經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件下可采儲(chǔ)集層的最小有效孔隙度和最小滲透率?！皟?chǔ)層臨界物性”被定義為在一定地層壓力條件下，油氣能進(jìn)入儲(chǔ)層所需的最小孔隙度及滲透率，這與前人提出的“有效儲(chǔ)層下限”、“有效儲(chǔ)層含油下限”不同。它是一個(gè)歷史性的參數(shù)，是主成藏時(shí)期所對(duì)應(yīng)的油氣充注臨界物性，反映了油氣成藏效果的下限。油氣的運(yùn)移和聚集是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，成藏相關(guān)的各個(gè)要素在地史時(shí)期內(nèi)相互影響相互制約不斷調(diào)整，最終形成現(xiàn)今的油氣系統(tǒng)。油氣充注發(fā)生在成藏時(shí)期，充注成藏期之后，由于受到成巖作用以及構(gòu)造作用等多種因素的影響，儲(chǔ)層的含油特征與物性發(fā)生了很大變化，相對(duì)應(yīng)的油氣充注臨界物性與現(xiàn)今的儲(chǔ)層含油物性下限之間也就不能對(duì)等了。但儲(chǔ)層現(xiàn)今的含油物性下限與油氣充注臨界物性之間還是有著必然的聯(lián)系，儲(chǔ)層臨界物性是現(xiàn)今儲(chǔ)層能否成藏含烴的原因之一，現(xiàn)今儲(chǔ)層含油物性下限是儲(chǔ)層臨界物性經(jīng)歷成藏期后一系列復(fù)雜地質(zhì)歷史過程的一個(gè)反映。

1成巖作用對(duì)儲(chǔ)層含油物性下限的影響

成巖作用是指在成巖過程中發(fā)生的具有獨(dú)立特點(diǎn)的作用。根據(jù)對(duì)砂巖孔隙演化和物性變化的不同影響，成巖作用可分為破壞性和建設(shè)性兩大類（圖1）（鄭浚茂等，1998；劉林玉等，2006；劉震等，2007；劉正華等，2007；王瑞飛等，2007；金振奎等，2008；閆建萍等，2010；呂成福等，2010；杜紅權(quán)等，2010）。（1）破壞性成巖作用主要有壓實(shí)和壓溶作用、膠結(jié)作用及交代作用：壓實(shí)、壓溶作用是使巖石密度增大、原生孔隙度大幅降低的主要成巖作用。隨著上覆地層的加厚，巖石所受的壓力越來越大，壓實(shí)作用越來越強(qiáng)，同種類型的沉積體，隨著埋深的增加孔隙度越來越小，儲(chǔ)層對(duì)油氣排替壓力越來越大，孔隙門限值越來越大（在相同的成藏動(dòng)力情況下）。但是一般情況下，成藏動(dòng)力隨埋藏深度增加而增大，而且隨深度增加成藏動(dòng)力的增長(zhǎng)大于壓實(shí)作用造成的成藏阻力，隨著儲(chǔ)層埋藏深度的增加，油氣成藏的孔隙度下限越來越小。膠結(jié)作用是物質(zhì)沉積后因自生礦物在孔隙中的沉淀而導(dǎo)致沉積物固結(jié)成巖的作用。膠結(jié)作用使碎屑巖儲(chǔ)層的孔隙進(jìn)一步縮小。交代作用是指一種礦物被溶解的同時(shí)或溶解之后，被從孔隙水中沉淀出來的另一種礦物置換，是一種溶解和沉淀同時(shí)發(fā)生的礦物轉(zhuǎn)化作用，對(duì)儲(chǔ)層空間的發(fā)育影響不大?？傊?，由于受強(qiáng)烈破壞性的成巖作用，砂體的滲透性會(huì)降低，所對(duì)應(yīng)的含油物性下限就越大。（2）建設(shè)性成巖作用主要是指溶蝕作用和破裂作用，其中尤以溶蝕作用最為重要：溶蝕作用是指礦物在成巖過程中，由于成巖環(huán)境的變化而發(fā)生溶解，從而達(dá)到新的物理化學(xué)平衡的一種作用。溶蝕作用可以產(chǎn)生大量的次生孔隙，從而形成次生孔隙發(fā)育帶。破裂作用是成巖過程中巖石在外力作用下發(fā)生破裂而產(chǎn)生裂縫孔隙的作用。兩者都在一定程度上增大了儲(chǔ)層孔隙的滲透性，因此對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)層含油孔隙下限變小，是深部?jī)?chǔ)集物性改善的主要因素。

2構(gòu)造作用對(duì)儲(chǔ)層含油物性下限的影響

伴隨著地殼的抬升、褶皺和斷裂，使砂巖層發(fā)生不同程度的破碎和裂縫，這些裂縫與地殼升降產(chǎn)生的風(fēng)化殼和不整合面一起，成為天水淋濾下伏地層的主要通道，天水和地下水的交替改變了砂巖中孔隙水的化學(xué)性質(zhì)，使砂巖中不穩(wěn)定組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致礦物的溶解、沉淀，造成次生孔隙的廣泛發(fā)育，極大地改善了砂巖的儲(chǔ)集條件，同時(shí)儲(chǔ)層滲透性的增加，減小了有效儲(chǔ)層的含油物性下限。

利用錄井資料確定砂巖儲(chǔ)層臨界物性

1常規(guī)儲(chǔ)層的臨界物性確定

巖芯的含油產(chǎn)狀可以劃分為飽含油、富含油、油浸、油斑、油跡等級(jí)別，根據(jù)取芯資料，建立含油產(chǎn)狀與孔隙度、滲透率關(guān)系圖，然后再依據(jù)含油產(chǎn)狀確定有效儲(chǔ)層的含油物性下限。對(duì)于一般未致密化的儲(chǔ)層，埋深通常較淺，成巖作用較弱，儲(chǔ)層物性好，現(xiàn)今儲(chǔ)層含油物性下限與儲(chǔ)層臨界物性差別不大，可以通過求取該地區(qū)現(xiàn)今儲(chǔ)層含油物性下限，確定成藏期儲(chǔ)層臨界物性。圖2為高郵凹陷三垛組典型巖性油藏儲(chǔ)層孔隙度、滲透率與含油產(chǎn)狀關(guān)系圖，結(jié)果顯示三垛組儲(chǔ)層現(xiàn)今含油孔隙度下限12％，滲透率下限1×10－3μm2。由于該地區(qū)三垛組儲(chǔ)層埋深較淺，成巖作用較弱，現(xiàn)今儲(chǔ)層物性與成藏期儲(chǔ)層物性基本無變化，即該地區(qū)三垛組儲(chǔ)層臨界孔隙度12％，臨界滲透率1×10－3μm2。

2低孔滲砂巖儲(chǔ)層的臨界物性確定

低孔滲砂巖儲(chǔ)層的油氣充注發(fā)生在成藏時(shí)期，充注之后，隨著地層埋深的增大，導(dǎo)致了儲(chǔ)層被進(jìn)一步壓實(shí)，加上后期成巖作用，造成地層孔隙被破壞，孔隙度大幅度減小。因此成藏期與現(xiàn)今比較，儲(chǔ)層物性有很大的變化，相對(duì)應(yīng)的油氣充注臨界物性與現(xiàn)今的含油物性下限之間也就不能對(duì)等了，但儲(chǔ)層現(xiàn)今的含油物性下限與油氣充注臨界物性之間有著必然的聯(lián)系。用錄井資料分析法求取低孔滲砂巖儲(chǔ)層的儲(chǔ)層臨界物性，需要先建立砂巖孔隙度剖面，通過砂巖孔隙度剖面畫出正常壓實(shí)段的正常壓實(shí)趨勢(shì)線。由于地層抬升，砂巖地層孔隙度回彈性較小，現(xiàn)今的砂巖孔隙度可以看成是在最大埋深時(shí)形成的，所以把現(xiàn)今孔隙度剖面沿著正常壓實(shí)趨勢(shì)向上推到油氣充注期的位置，讀出的目的層孔隙度可以認(rèn)為是目的層成藏期的孔隙度值。成藏期與現(xiàn)今孔隙度值的差就是成藏后孔隙度減小量，現(xiàn)今儲(chǔ)層含油孔隙度下限值加上成藏后孔隙度減小量就可以得到儲(chǔ)層烴類充注臨界孔隙度值。（1）鄂爾多斯盆地安塞油田延長(zhǎng)組長(zhǎng)6段儲(chǔ)層：利用錄井資料分析法（圖3），確定出該地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)6段儲(chǔ)層含油孔隙度下限為8％，滲透率下限為0．01×10－3μm2。然后選取該地區(qū)其他3口井，利用孔隙度剖面作圖反演法來確定成藏期之后孔隙度減小量。要恢復(fù)出成藏期之后孔隙度減小量，就要先確定成藏期到最大埋深時(shí)期地層埋深了多少。從剖4井埋藏史圖（圖4）上可以看出，成藏期到最大埋深時(shí)期延長(zhǎng)組長(zhǎng)6段地層又持續(xù)埋深了500m。將現(xiàn)今孔隙度剖面沿正常趨勢(shì)段上推500m，讀出目的層段對(duì)應(yīng)的孔隙度值是18％，而現(xiàn)今孔隙度剖面上所對(duì)應(yīng)的孔隙度值6％，所以成藏期到最大埋深時(shí)期剖4井延長(zhǎng)組長(zhǎng)6段地層孔隙度減小了5．8％（圖5）。依據(jù)上述方法再分別求取了其他3口井延長(zhǎng)組長(zhǎng)6段儲(chǔ)層油氣充注后深度變化量與孔隙度減小量（表1），通過求平均值確定出該地區(qū)成藏期到最大埋深時(shí)期延長(zhǎng)組長(zhǎng)6段地層砂巖孔隙度減小了6．3％，則該地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)6段成藏期儲(chǔ)層油氣充注臨界孔隙度是10．2％。（2）蘇北盆地高郵凹陷戴南組儲(chǔ)層：利用錄井資料分析法，確定出該地區(qū)戴南祖儲(chǔ)層含油孔隙度下限為5％，滲透率下限為1×10－3μm2（圖6）。結(jié)合上述鄂爾多斯盆地剖4井成藏期儲(chǔ)層古孔隙度反演方法，推知成藏期后戴南祖儲(chǔ)層孔隙度減小了6％，因此可以最終確定出高郵凹陷戴南祖油氣充注臨界孔隙度為11％。

利用試油資料確定砂巖儲(chǔ)層臨界物性

1常規(guī)儲(chǔ)層的臨界物性確定

儲(chǔ)層的試油情況可以劃分為油層、差油層、油水同層、含油水層、水層等級(jí)別，根據(jù)試油資料分析，建立試油結(jié)果與孔隙度、滲透率關(guān)系圖，然后再根據(jù)試油情況確定有效儲(chǔ)層的含油物性下限。前已述及，對(duì)于一般未致密化的儲(chǔ)層，通過求取該地區(qū)現(xiàn)今儲(chǔ)層含油物性下限，即可確定成藏期儲(chǔ)層臨界物性。圖7為二連盆地不同沉積相砂體物性與含油性之間的關(guān)系圖，通過對(duì)巴音都蘭凹陷扇三角洲儲(chǔ)層砂體物性以及烏里雅斯太凹陷湖底扇儲(chǔ)層砂體物性分析，砂體物性不同，其含油性存在差異，無論是孔隙度還是滲透率，油氣進(jìn)入儲(chǔ)集砂體存在一個(gè)臨界值（劉震等，2006b），砂體儲(chǔ)層孔隙度高于10％且滲透率高于5×10－3μm2，油氣才能進(jìn)入砂體。

2低孔滲砂巖儲(chǔ)層的臨界物性確定

下面以鄂爾多斯盆地安塞油田延長(zhǎng)組長(zhǎng)6段儲(chǔ)層為例。利用試油資料分析法（圖8），確定出該地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)6段儲(chǔ)層含油孔隙度下限為8％，滲透率下限0．01×10－3μm2。依據(jù)上述孔隙度剖面作圖反演法得出的結(jié)果，成藏期到最大埋深時(shí)期延長(zhǎng)組長(zhǎng)6段地層砂巖孔隙度減小了6．3％，則安塞油田延長(zhǎng)組長(zhǎng)6段成藏期儲(chǔ)層油氣充注臨界孔隙度是10．2％。通過錄井資料分析法和試油資料分析法的對(duì)比和驗(yàn)證，鄂爾多斯盆地安塞油田延長(zhǎng)組長(zhǎng)6段成藏期儲(chǔ)層油氣充注臨界孔隙度是10．2％。

利用砂巖烴類充注臨界物性實(shí)驗(yàn)法測(cè)定儲(chǔ)層臨界物性

1實(shí)驗(yàn)?zāi)康募霸?/p>

模擬不同壓力環(huán)境中的石油充注過程，通過實(shí)驗(yàn)設(shè)備檢測(cè)油氣在不同狀態(tài)下進(jìn)入巖芯的能力，從而求得臨界充注條件下充注動(dòng)力和地層物性之間的關(guān)系。有利于進(jìn)一步研究油氣成藏期的古臨界充注物性和古充注注入動(dòng)力。本實(shí)驗(yàn)中同一塊巖芯，在不同的軸壓和圍壓下，流體的注入壓力是不同的。實(shí)驗(yàn)的最大圍壓為pw＝40MPa，軸壓pz由關(guān)系式pz＝pw×γ／（1－γ）計(jì)算得到，γ是動(dòng)態(tài)泊松比，由縱橫波速度確定。平流泵以非常小的流量提供油注入壓力，為了保證穩(wěn)定的壓力需要通過中間容器向巖芯中注入油。RLC電橋用于監(jiān)測(cè)油是否注入，一旦有油進(jìn)入巖芯，電阻值就會(huì)明顯增加。計(jì)量管中的液位會(huì)緩慢增加，通過測(cè)量一定時(shí)間內(nèi)液位的增量和壓力，就可以計(jì)算出流體的滲透率。樣品在夾持器中的受力見圖9。

2實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)

烴類充注實(shí)驗(yàn)的起始充注圍壓為5MPa，然后打開流壓控制閥，逐步增加流壓。開始階段流壓逐漸增加，計(jì)量管中液量基本不變，當(dāng)流壓增加到一定程度時(shí)，液量顯著增加，電阻率明顯增大，此時(shí)對(duì)應(yīng)的流壓即為該條件下的臨界注入壓力。然后圍壓增加5MPa進(jìn)入下一輪充注實(shí)驗(yàn)直到圍壓達(dá)到40MPa結(jié)束。為了準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)流體的注入壓力，流體壓力增加過程要非常緩慢，因此做一塊樣品的時(shí)間要達(dá)到數(shù)天。由于樣品自身的物性不同，充注過程也存在著差異。如果樣品物性較好，充注過程中石油可以注滿整塊巖芯，可測(cè)得的注入壓力點(diǎn)也相對(duì)較多；如果樣品比較致密，石油就很難注入巖芯，或者能充注但測(cè)得的注入壓力點(diǎn)很少（圖10）。

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)中給巖芯施加的圍壓相當(dāng)于地層受到的有效應(yīng)力，注入壓力等效于油氣充注時(shí)的臨界充注動(dòng)力，因此可以把圍壓轉(zhuǎn)換為地層的等效埋藏深度，進(jìn)而分析臨界充注動(dòng)力與埋深和物性之間的關(guān)系。烴類充注實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明（圖11、圖12）：注入壓力受儲(chǔ)層埋深和物性的雙重控制，因此確定了地層的埋深和物性條件就可以求出相應(yīng)的石油充注最小壓力；儲(chǔ)層孔隙度＜10％的情況下，無論多大的充注動(dòng)力，油氣都不能進(jìn)入儲(chǔ)層，因此儲(chǔ)層中石油充注存在一個(gè)臨界條件。通過實(shí)驗(yàn)分析說明充注動(dòng)力和臨界物性對(duì)于油氣的充注成藏有決定性的作用。

儲(chǔ)層評(píng)價(jià)意義討論

（1）靜態(tài)的儲(chǔ)層評(píng)價(jià)不能合理評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的含油氣性：隨著油氣田勘探、開發(fā)的不斷深入，儲(chǔ)層評(píng)價(jià)無論在理論和方法上都有迅速發(fā)展，其主要目的是對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行分類分級(jí)，預(yù)測(cè)有利方向。儲(chǔ)層物性的研究又是儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中的重點(diǎn)和核心，也已進(jìn)入了多學(xué)科、多信息和多種手段相結(jié)合的新階段。對(duì)于常規(guī)儲(chǔ)層，通過綜合利用地質(zhì)、地震、測(cè)井及測(cè)試資料，研究有效儲(chǔ)層含油物性下限，可以合理地評(píng)價(jià)油氣藏；但是對(duì)一些低孔滲砂巖儲(chǔ)層，其現(xiàn)今儲(chǔ)層物性往往低于有效儲(chǔ)層的含油物性下限，按照儲(chǔ)層物性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，在這些儲(chǔ)層中就不會(huì)聚集油氣，無法獲得工業(yè)油氣流，恰恰相反，在鄂爾多斯盆地低孔滲砂巖儲(chǔ)層中發(fā)現(xiàn)了大量油氣。因此單一、靜態(tài)地分析現(xiàn)今儲(chǔ)層含油物性下限，已不能客觀反映成藏期的儲(chǔ)層質(zhì)量下限，儲(chǔ)層物性下限的應(yīng)用變得十分局限。只有歷史、動(dòng)態(tài)地評(píng)價(jià)儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能的好壞，即在一定時(shí)期的構(gòu)造環(huán)境和沉積環(huán)境下，油氣聚集成藏的有利儲(chǔ)集條件，才能客觀認(rèn)識(shí)低孔滲砂巖儲(chǔ)層的成藏能力，才能有效地提高勘探開發(fā)效益。不僅要分析沉積相對(duì)儲(chǔ)層物性的控制作用，而且要研究成藏期及其以后成巖作用、構(gòu)造作用等對(duì)儲(chǔ)層物性的影響，最終確定現(xiàn)今儲(chǔ)層的含油氣性。因此，對(duì)儲(chǔ)層只有實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)，才能解釋其含油氣程度并預(yù)測(cè)其含油氣性。

（2）儲(chǔ)層與非儲(chǔ)層的劃分標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該以能否成藏來劃定：儲(chǔ)層評(píng)價(jià)主要是評(píng)價(jià)已發(fā)現(xiàn)油氣藏的儲(chǔ)層，而對(duì)未發(fā)現(xiàn)油氣藏或者是低于含油儲(chǔ)層物性下限的（低孔滲）儲(chǔ)層就不再進(jìn)行研究，它不能有效地評(píng)價(jià)儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能。筆者認(rèn)為現(xiàn)今的儲(chǔ)層孔隙參數(shù)不能直接作為判斷儲(chǔ)層含油氣性的條件，但是可以利用現(xiàn)今儲(chǔ)層物性下限恢復(fù)出主成藏期時(shí)的儲(chǔ)層臨界物性，從而推斷出油氣成藏的有效儲(chǔ)層和有效運(yùn)移通道，當(dāng)成藏期儲(chǔ)層孔隙度大于這一臨界條件，臨近烴源巖生成的油氣才會(huì)沿著有效運(yùn)移通道充注到有效儲(chǔ)層中聚集成藏；相反地，當(dāng)小于這一臨界值時(shí)，無論有多大充注動(dòng)力，油氣也無法進(jìn)入儲(chǔ)層。由此可以看出，儲(chǔ)層臨界物性是控制油氣能否成藏的主要控制因素。因此儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的依據(jù)應(yīng)該是能否成藏，即烴源巖生成的油氣能否在儲(chǔ)集層中聚集成藏，同樣儲(chǔ)層與非儲(chǔ)層的劃分標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)該以能否成藏來劃定。

（3）當(dāng)物性超過儲(chǔ)層臨界物性后注入物性－注入壓力聯(lián)合控制烴類充注：油氣在地質(zhì)空間中時(shí)刻保持著流動(dòng)的趨勢(shì)，其在地質(zhì)歷史中的狀態(tài)、位置及其變化取決于當(dāng)時(shí)作用于受力之間的平衡關(guān)系。油氣能否充注到儲(chǔ)層中，不僅要滿足儲(chǔ)層臨界物性這一條件，而且對(duì)于不同深度、不同物性的儲(chǔ)層還存在著臨界注入壓力因素。油氣在儲(chǔ)層中充注、聚集和成藏，就是動(dòng)力克服阻力以及動(dòng)力與阻力平衡的過程，當(dāng)動(dòng)力大于阻力時(shí)油氣開始充注；而當(dāng)動(dòng)力與阻力相等時(shí)對(duì)應(yīng)著油氣臨界充注狀態(tài)。在相同埋深條件下，儲(chǔ)集物性越好，成藏阻力越小，對(duì)應(yīng)的臨界注入壓力相對(duì)較??；在儲(chǔ)層物性相同的條件下，埋藏越淺的儲(chǔ)層成藏阻力越小，所對(duì)應(yīng)的臨界注入壓力越小。只有儲(chǔ)層物性大于臨界物性，注入壓力高于在該深度、孔隙度條件下的臨界注入壓力，油氣才可能成藏；同時(shí)油氣等流體會(huì)選擇性地進(jìn)入儲(chǔ)層介質(zhì)中，儲(chǔ)層物性越好，注入壓力與臨界注入壓力差值越大，儲(chǔ)層介質(zhì)就越容易捕獲運(yùn)移而來的油氣。因此成藏期儲(chǔ)層物性在超過儲(chǔ)層臨界物性后，注入物性和注入壓力聯(lián)合控制著油氣藏的形成（圖12）。