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本文作者：劉震黃艷輝潘高峰劉靜靜吳迅達王菁張勝斌作者單位：中國石油大學油氣資源與探測國家重點實驗室

儲層臨界物性與儲層含油物性下限的差別

“儲層含油物性下限”是在現今經濟、技術條件下可采儲集層的最小有效孔隙度和最小滲透率。“儲層臨界物性”被定義為在一定地層壓力條件下，油氣能進入儲層所需的最小孔隙度及滲透率，這與前人提出的“有效儲層下限”、“有效儲層含油下限”不同。它是一個歷史性的參數，是主成藏時期所對應的油氣充注臨界物性，反映了油氣成藏效果的下限。油氣的運移和聚集是一個動態的過程，成藏相關的各個要素在地史時期內相互影響相互制約不斷調整，最終形成現今的油氣系統。油氣充注發生在成藏時期，充注成藏期之后，由于受到成巖作用以及構造作用等多種因素的影響，儲層的含油特征與物性發生了很大變化，相對應的油氣充注臨界物性與現今的儲層含油物性下限之間也就不能對等了。但儲層現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系，儲層臨界物性是現今儲層能否成藏含烴的原因之一，現今儲層含油物性下限是儲層臨界物性經歷成藏期后一系列復雜地質歷史過程的一個反映。

1成巖作用對儲層含油物性下限的影響

成巖作用是指在成巖過程中發生的具有獨立特點的作用。根據對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；杜紅權等，2010）。（1）破壞性成巖作用主要有壓實和壓溶作用、膠結作用及交代作用：壓實、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，壓實作用越來越強，同種類型的沉積體，隨著埋深的增加孔隙度越來越小，儲層對油氣排替壓力越來越大，孔隙門限值越來越大（在相同的成藏動力情況下）。但是一般情況下，成藏動力隨埋藏深度增加而增大，而且隨深度增加成藏動力的增長大于壓實作用造成的成藏阻力，隨著儲層埋藏深度的增加，油氣成藏的孔隙度下限越來越小。膠結作用是物質沉積后因自生礦物在孔隙中的沉淀而導致沉積物固結成巖的作用。膠結作用使碎屑巖儲層的孔隙進一步縮小。交代作用是指一種礦物被溶解的同時或溶解之后，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發生的礦物轉化作用，對儲層空間的發育影響不大。總之，由于受強烈破壞性的成巖作用，砂體的滲透性會降低，所對應的含油物性下限就越大。（2）建設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，由于成巖環境的變化而發生溶解，從而達到新的物理化學平衡的一種作用。溶蝕作用可以產生大量的次生孔隙，從而形成次生孔隙發育帶。破裂作用是成巖過程中巖石在外力作用下發生破裂而產生裂縫孔隙的作用。兩者都在一定程度上增大了儲層孔隙的滲透性，因此對應的儲層含油孔隙下限變小，是深部儲集物性改善的主要因素。

2構造作用對儲層含油物性下限的影響

伴隨著地殼的抬升、褶皺和斷裂，使砂巖層發生不同程度的破碎和裂縫，這些裂縫與地殼升降產生的風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性質，使砂巖中不穩定組分發生化學反應，導致礦物的溶解、沉淀，造成次生孔隙的廣泛發育，極大地改善了砂巖的儲集條件，同時儲層滲透性的增加，減小了有效儲層的含油物性下限。

利用錄井資料確定砂巖儲層臨界物性

1常規儲層的臨界物性確定

巖芯的含油產狀可以劃分為飽含油、富含油、油浸、油斑、油跡等級別，根據取芯資料，建立含油產狀與孔隙度、滲透率關系圖，然后再依據含油產狀確定有效儲層的含油物性下限。對于一般未致密化的儲層，埋深通常較淺，成巖作用較弱，儲層物性好，現今儲層含油物性下限與儲層臨界物性差別不大，可以通過求取該地區現今儲層含油物性下限，確定成藏期儲層臨界物性。圖2為高郵凹陷三垛組典型巖性油藏儲層孔隙度、滲透率與含油產狀關系圖，結果顯示三垛組儲層現今含油孔隙度下限12％，滲透率下限1×10－3μm2。由于該地區三垛組儲層埋深較淺，成巖作用較弱，現今儲層物性與成藏期儲層物性基本無變化，即該地區三垛組儲層臨界孔隙度12％，臨界滲透率1×10－3μm2。

2低孔滲砂巖儲層的臨界物性確定

低孔滲砂巖儲層的油氣充注發生在成藏時期，充注之后，隨著地層埋深的增大，導致了儲層被進一步壓實，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。因此成藏期與現今比較，儲層物性有很大的變化，相對應的油氣充注臨界物性與現今的含油物性下限之間也就不能對等了，但儲層現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系。用錄井資料分析法求取低孔滲砂巖儲層的儲層臨界物性，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段的正常壓實趨勢線。由于地層抬升，砂巖地層孔隙度回彈性較小，現今的砂巖孔隙度可以看成是在最大埋深時形成的，所以把現今孔隙度剖面沿著正常壓實趨勢向上推到油氣充注期的位置，讀出的目的層孔隙度可以認為是目的層成藏期的孔隙度值。成藏期與現今孔隙度值的差就是成藏后孔隙度減小量，現今儲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層烴類充注臨界孔隙度值。（1）鄂爾多斯盆地安塞油田延長組長6段儲層：利用錄井資料分析法（圖3），確定出該地區延長組長6段儲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期延長組長6段地層又持續埋深了500m。將現今孔隙度剖面沿正常趨勢段上推500m，讀出目的層段對應的孔隙度值是18％，而現今孔隙度剖面上所對應的孔隙度值6％，所以成藏期到最大埋深時期剖4井延長組長6段地層孔隙度減小了5．8％（圖5）。依據上述方法再分別求取了其他3口井延長組長6段儲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成藏期到最大埋深時期延長組長6段地層砂巖孔隙度減小了6．3％，則該地區延長組長6段成藏期儲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層：利用錄井資料分析法，確定出該地區戴南祖儲層含油孔隙度下限為5％，滲透率下限為1×10－3μm2（圖6）。結合上述鄂爾多斯盆地剖4井成藏期儲層古孔隙度反演方法，推知成藏期后戴南祖儲層孔隙度減小了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層臨界物性

1常規儲層的臨界物性確定

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

2低孔滲砂巖儲層的臨界物性確定

下面以鄂爾多斯盆地安塞油田延長組長6段儲層為例。利用試油資料分析法（圖8），確定出該地區延長組長6段儲層含油孔隙度下限為8％，滲透率下限0．01×10－3μm2。依據上述孔隙度剖面作圖反演法得出的結果，成藏期到最大埋深時期延長組長6段地層砂巖孔隙度減小了6．3％，則安塞油田延長組長6段成藏期儲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比和驗證，鄂爾多斯盆地安塞油田延長組長6段成藏期儲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驗法測定儲層臨界物性

1實驗目的及原理

模擬不同壓力環境中的石油充注過程，通過實驗設備檢測油氣在不同狀態下進入巖芯的能力，從而求得臨界充注條件下充注動力和地層物性之間的關系。有利于進一步研究油氣成藏期的古臨界充注物性和古充注注入動力。本實驗中同一塊巖芯，在不同的軸壓和圍壓下，流體的注入壓力是不同的。實驗的最大圍壓為pw＝40MPa，軸壓pz由關系式pz＝pw×γ／（1－γ）計算得到，γ是動態泊松比，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電橋用于監測油是否注入，一旦有油進入巖芯，電阻值就會明顯增加。計量管中的液位會緩慢增加，通過測量一定時間內液位的增量和壓力，就可以計算出流體的滲透率。樣品在夾持器中的受力見圖9。

2實驗監測

烴類充注實驗的起始充注圍壓為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，計量管中液量基本不變，當流壓增加到一定程度時，液量顯著增加，電阻率明顯增大，此時對應的流壓即為該條件下的臨界注入壓力。然后圍壓增加5MPa進入下一輪充注實驗直到圍壓達到40MPa結束。為了準確監測流體的注入壓力，流體壓力增加過程要非常緩慢，因此做一塊樣品的時間要達到數天。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，可測得的注入壓力點也相對較多；如果樣品比較致密，石油就很難注入巖芯，或者能充注但測得的注入壓力點很少（圖10）。

3實驗結果分析

實驗中給巖芯施加的圍壓相當于地層受到的有效應力，注入壓力等效于油氣充注時的臨界充注動力，因此可以把圍壓轉換為地層的等效埋藏深度，進而分析臨界充注動力與埋深和物性之間的關系。烴類充注實驗的結果表明（圖11、圖12）：注入壓力受儲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的石油充注最小壓力；儲層孔隙度＜10％的情況下，無論多大的充注動力，油氣都不能進入儲層，因此儲層中石油充注存在一個臨界條件。通過實驗分析說明充注動力和臨界物性對于油氣的充注成藏有決定性的作用。

儲層評價意義討論

（1）靜態的儲層評價不能合理評價儲層的含油氣性：隨著油氣田勘探、開發的不斷深入，儲層評價無論在理論和方法上都有迅速發展，其主要目的是對儲層進行分類分級，預測有利方向。儲層物性的研究又是儲層評價中的重點和核心，也已進入了多學科、多信息和多種手段相結合的新階段。對于常規儲層，通過綜合利用地質、地震、測井及測試資料，研究有效儲層含油物性下限，可以合理地評價油氣藏；但是對一些低孔滲砂巖儲層，其現今儲層物性往往低于有效儲層的含油物性下限，按照儲層物性的評價標準，在這些儲層中就不會聚集油氣，無法獲得工業油氣流，恰恰相反，在鄂爾多斯盆地低孔滲砂巖儲層中發現了大量油氣。因此單一、靜態地分析現今儲層含油物性下限，已不能客觀反映成藏期的儲層質量下限，儲層物性下限的應用變得十分局限。只有歷史、動態地評價儲層儲集性能的好壞，即在一定時期的構造環境和沉積環境下，油氣聚集成藏的有利儲集條件，才能客觀認識低孔滲砂巖儲層的成藏能力，才能有效地提高勘探開發效益。不僅要分析沉積相對儲層物性的控制作用，而且要研究成藏期及其以后成巖作用、構造作用等對儲層物性的影響，最終確定現今儲層的含油氣性。因此，對儲層只有實現動態評價，才能解釋其含油氣程度并預測其含油氣性。

（2）儲層與非儲層的劃分標準應該以能否成藏來劃定：儲層評價主要是評價已發現油氣藏的儲層，而對未發現油氣藏或者是低于含油儲層物性下限的（低孔滲）儲層就不再進行研究，它不能有效地評價儲層儲集性能。筆者認為現今的儲層孔隙參數不能直接作為判斷儲層含油氣性的條件，但是可以利用現今儲層物性下限恢復出主成藏期時的儲層臨界物性，從而推斷出油氣成藏的有效儲層和有效運移通道，當成藏期儲層孔隙度大于這一臨界條件，臨近烴源巖生成的油氣才會沿著有效運移通道充注到有效儲層中聚集成藏；相反地，當小于這一臨界值時，無論有多大充注動力，油氣也無法進入儲層。由此可以看出，儲層臨界物性是控制油氣能否成藏的主要控制因素。因此儲層評價的依據應該是能否成藏，即烴源巖生成的油氣能否在儲集層中聚集成藏，同樣儲層與非儲層的劃分標準也應該以能否成藏來劃定。

（3）當物性超過儲層臨界物性后注入物性－注入壓力聯合控制烴類充注：油氣在地質空間中時刻保持著流動的趨勢，其在地質歷史中的狀態、位置及其變化取決于當時作用于受力之間的平衡關系。油氣能否充注到儲層中，不僅要滿足儲層臨界物性這一條件，而且對于不同深度、不同物性的儲層還存在著臨界注入壓力因素。油氣在儲層中充注、聚集和成藏，就是動力克服阻力以及動力與阻力平衡的過程，當動力大于阻力時油氣開始充注；而當動力與阻力相等時對應著油氣臨界充注狀態。在相同埋深條件下，儲集物性越好，成藏阻力越小，對應的臨界注入壓力相對較小；在儲層物性相同的條件下，埋藏越淺的儲層成藏阻力越小，所對應的臨界注入壓力越小。只有儲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；同時油氣等流體會選擇性地進入儲層介質中，儲層物性越好，注入壓力與臨界注入壓力差值越大，儲層介質就越容易捕獲運移而來的油氣。因此成藏期儲層物性在超過儲層臨界物性后，注入物性和注入壓力聯合控制著油氣藏的形成（圖12）。