常規砂巖儲層油水倒置成因分析

宋洪亮 陳建波 張占女 韓雪芳 祝曉林

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300452)

經典的油氣成藏理論認為，油氣總是聚集在圈閉的高部位。而油田實際勘探開發過程中，油水倒置現象時有發生。從目前來看，引起油水倒置的原因主要有2個方面:當儲層為低滲-超低滲儲層時，可形成油水倒置［1］;另外由于原油為稠油，密度大，易形成油水倒置［2］。

錦州25-1油田沙二段為中孔中滲儲層，原油為中質低黏原油。但根據目前測井資料以及儲層對比和動態認識，存在油水倒置現象。此種油水分布模式的確立對于豐富油氣成藏及分布理論，提高油藏的勘探開發水平具有重要的意義。

1 油田概況

錦州25-1油田處于遼西低凸起北部傾末端，遼西凹陷北洼東側。遼西1號斷層將該構造分為東西兩盤，油田位于遼西1號斷層西盤，整體構造形態為一被斷層復雜化的、北東走向的半背斜。沙二段為油田的主要含油層系，沉積類型為辮狀三角洲沉積。沙二段Ⅳ油組平均孔隙度為24.5%，平均滲透率為267.9×10-3μm2，為中孔中滲儲層。地面原油密度為0.760 ～0.853 g/m3，地層原油黏度為 0.76 mPa·s，屬于輕質低黏原油。沙二段Ⅳ油組開發井位圖見圖1。

圖1 沙二段Ⅳ油組開發井位圖(局部)

2 地層對比

從地層對比上看，沙二段頂部有一明顯高伽馬段標志層，底部為大套泥巖段。同時，依據沉積特征和油水關系將沙二段劃分為4個油組。Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ油組屬于構造-巖性油氣藏，其中Ⅰ油組和Ⅱ油組砂體較薄，分布局限，Ⅲ油組砂體相對較厚，分布范圍相對較大，僅5井區域不發育。探井和開發井沙二段油組對比見圖2。Ⅳ油組砂體橫向分布穩定，砂體主要由2個旋回組成，各開發井測井曲線特征相近。

圖2 探井和開發井沙二段油組對比圖

3 氣油水特征

A17井在沙二段Ⅳ油組實鉆氣水界面為海拔-2 046 m，而探井5井油頂為海拔-2 066 m，較A17井Ⅳ油組氣水界面低20 m。油田開發初期將5井區域作為一巖性體，含油范圍很小，如果砂體連通5井區域整體上將升級為一油環，含油面積將大大增加。分析砂體連通性:首先從物源方向上看，5井更靠近物源;另外，從測井曲線特征上看，5井與A17井在Ⅳ油組曲線特征相近，因此2口井在Ⅳ油組砂體應是同物源同期砂體;從剖面上看，該油組5井與A17井間不發育斷層，砂體不會因為斷層因素而分隔;從動態上看，調整井A32井(圖1)在沙二段Ⅳ油組鉆遇的儲層均為油層，投產一個月后，地層壓力基本不變，但氣油比已由原始的128 m3/m3變為目前的406 m3/m3，說明該井已經發生氣躥，高部位存在天然氣。因此，5井與A17井在沙二段Ⅳ油組砂體應是連通的。

4 井區油水倒置原因分析

從沙二段Ⅳ油組物性上看，5井、A17井與周邊開發井物性基本一致，屬中孔中滲儲層，不存在由于物性差異導致遮擋的可能［3］;同時，從目前開發井實鉆結果上看，開發井均鉆遇該油組砂體，砂體沒有出現巖性上傾尖滅［4］;從斷層角度上分析，構造高部位為氣層，邊界斷層封閉性較好，并非是邊界斷層封閉性導致油水倒置［1］;原油為輕質低黏原油，不會因為原油密度大導致油水倒置。

通過以上分析，該井區油水倒置應與油氣成藏相關。油氣運移的主要動力是浮力沿地層分量［2］，其計算公式為:

式中:Fg和Fo— 分別為油和氣所受的浮力;Zg和Zo— 分別為氣柱高度和油柱高度;ρw、ρg和 ρo— 分別為水、氣、油的密度;α—地層傾角。

運移的阻力為毛細管力，毛細管力是油氣經過孔隙系統時，在變形油滴(氣泡)的兩端形成的毛細管壓力差，它實質上是一種壓強，而不是壓力，方向與運移方向相反，可用式(3)和式(4)表示:

式中:Pgw和Pow— 分別為油和氣所受的毛細管力;σgw和 σow— 分別為氣水和油水的界面張力;θgw和θow—分別為氣水潤濕角和油水潤濕角;rp—孔隙半徑;rt—吼道半徑。

在成藏過程中，與天然氣相比，油所受的浮力小，而所受的阻力大，因此，對于同期油氣來說，氣先于油成藏，氣成藏時先充滿構造高部位［5］。油氣所受浮力與烴柱高度和地層傾角密切相關，沿層方向的動力為凈浮力沿傾向的分量。在凈浮力為定值的情況下，地層傾角越大，則油氣順層運移的動力也較大;反之，地層傾角越小，則油氣順層運移的動力越小。當順層運移的動力減小到不能克服毛細管阻力時，油氣充填在烴柱高度上固定。油氣在順層運移的同時，油氣垂向上也向下排驅水體，最終受油氣資源量的大小、各層位物性好壞等因素的影響形成氣—油—水界面。

對于沙二段Ⅳ油組來說，該井區整體上為一半背斜構造，A17井局部為一小的向斜構造(圖1)。通過上面分析可知，天然氣首先在構造高部位充注成藏(圖3(a))，當天然氣充注從儲層頂部到向斜的最大“圈閉線”(A17井氣水界面)時，由于排驅A17井區域下部水體所需排驅壓力大(外部為泥巖)，并且向斜區域傾角為負角，沒有浮力作用。因此，天然氣選擇沿著傾向方向充注A17井向斜區域外的儲集空間，排驅該區域水體，直至達到平衡(圖3(b))，接著原油進行充注成藏，最終受到斷層封閉性、浮力、毛細管力的多重作用，達到動態平衡，形成A17井區域的油水倒置(圖3(c))。

圖3 沙二段Ⅳ油組油氣成藏模式圖

5 結語

油氣運移成藏主要的動力為浮力，運移的方向為順層和由砂體上部向下，當背斜構造內有小的向斜構造時，油氣排驅到向斜最大“圈閉線”時，由于排驅向斜構造內的水較排驅低部位背斜構造內的水所需的力大，因此，向斜構造內的水被保留。如果開發井部署在小的向斜區域內，該區域的油水關系與周邊不一致;如果探井部署在該區域，應考慮低部位含油的可能性。

［1］張小莉，查明，王鵬.單砂體高部位油水倒置分布的成因機制［J］.沉積學報，2006，24(1):148-151.

［2］嚴科，仁懷強.稠油油藏油水倒置現象探討:以孤島油田中一區館陶組6—7砂層組為例［J］.石油勘探與開發，2009，36(5):635-640.

［3］余成林，林承焰，王正允.準噶爾盆地夏9井區八道灣組油水倒置型油藏特征及成因［J］.石油天然氣學報，2008，30(5):32-36.

［4］尚建林，王勇，王正允.夏9井區克下組成巖相及其對油水分布的控制作用［J］.石油天然氣學報，2007，29(5):23-27.

［5］張洪，何順利，龐雄奇，等.克拉2氣田成藏過程的物理模擬［J］.石油與天然氣地質，2006，27(1):23-26.