碎屑岩储层中常发育有水平层理、斜层理、交错层理、层理的存在会引起渗透率的各向异性,从而影响注水及三次采油开发动态。
水平层理发育时,会影响流体的垂向流动(渗流),注入水易顺层理面推进,也很可能因注水压力高使层理面启开(开启),导致注入水沿层理而严重水窜,使驱油效果不好。对于斜层理而言,渗透率的各向异性也很明显。在顺层理、逆层理方向渗透率的差异,严重影响不同方向注水时的采收率大小,大庆油田对斜层理砂岩储层进行不同方向注水驱油模拟实验其结果;
不同注水方向驱油效果对比
注水方向 顺层理 逆层理 垂直层理 无水采收率 % 2.82 19.4 34.6 最终采收率 % 21.3 48.5 53.2 注入水占孔隙体积(PV) 1.07倍 2.5u 1.0 从上表的结果可看出,垂直于层理方向渗透率较低,采收率最高;而顺层理方向的渗透率高,水淹快,无水采收率低,易形成较多的残余油,故驱油效率低,最终采收率也低。
交错层理的渗透率各向异性最强,且交错纹层组合愈复杂,各向异性程度愈高。Weber(1983)通过研究指出,对于交错层来说,垂直于前程纹层(平行于吉河道轴)方向的驱替特性比主流动平行于前程纹层更有利。事实上,渗透率的方向性控制着驱替特征的各向异性。
(3)层内夹层
层内夹层指位于单砂层内部的相对低渗透率层或作渗透性岩层。在注水开采过程中,夹层对地下流体具有隔绝能力或遮挡作用
层内夹层常见的有泥(页)岩,粉细质泥岩、钙质泥岩、含砂泥岩等,此外还包括成岩过程中形成的硅质、钙质条带等。
常见是泥(页)岩夹层,一般厚度较薄,仅有数厘米至数十厘米,延伸的长度一般也不大。但在不同相带砂体的延伸范围明显不同,如在三角洲前缘相中的延伸范围大于在分流河道砂体中,而分流河道中的处伸又大于在点坝砂体中,总的来说其侧向连续较差,有人分析认为,这种泥(页)岩夹层代表了在弱紊流地区水均匀地形中沉积的物质的细粒部分。因此,夹层的厚度仅与沉积过程中的局部地形有关,似乎与夹层的延伸长度无关,这样就导致井与井之间夹层的不可对
比性。
层内夹层的分布状态除可在单井岩心剖面上观察和露头调查外,也可用自然伽码—中子测井曲线来识别。通过统计井剖面中的夹层频率(单位厚度岩层中夹层的层数,单位:层/米)和夹层密度(夹层总厚度占所统计)的砂岩剖面总厚度的百分数来表示,也可绘制成夹层等密度设图来直观反映。
泥(页)岩夹层的产状决定了砂与泥之间的配置方式,进而对油水运动的空间轨迹,速度和采出状况有密切影响。平行于砂层面分布的夹层对垂向渗透率有很大影响,而由于上下夹层合并可与层面方向斜交分布,或由于不规则的粘土层和相互交织。也会阻碍流体的水平流动,并使流体运动更加复杂化。
(4)层内渗透率水均质性
描述层内渗透率的分布特征,一是要确定层内最高渗透率的处的位置,二是单砂层规模的垂直和水平渗透率的比值,三是层内渗透率的分布模式的差异程度。
①理论研究和数值模拟实验以及闭密取的分析油层水淹规律,均表明在其它条件一定时。单砂层中最高渗透率段越靠近项、上部,水淹厚度波及系数越大,越接近衣部,水淹厚度波及系数越小,且油层厚度越大,重力作用越明显,底部突进现象越严重。这不是不韵律厚油层在注水开发中面临的最大问师——严重的层内矛盾。
②全层规模的垂直渗透率与水平渗透率的比值,反映了流体在垂和水平方向流动能力的相对大小,它决定于砂粒,片状矿物的排列,层内夹层的存在,各种层理构中的泥质纹层等因素。两者的比值越大,越有利于提高水淹厚度波及系数。
③单层渗透率的垂向分布模式可对应粒度的分布特征,也可分为不韵律反韵律,复合韵律(包括各种组合)等,不同渗透率模式,即对注水开发效果有很大的影响。相对应的为开发效果差水淹厚度小,含水上升快和开发效果好的水淹厚度大(反韵律),介于中间的为复合韵律等。
层内渗透率的水均质性差异程度,通常用于列定量统计参数来。表示: ①渗透率变异系数(Kv):
单砂体内渗透率样品标准偏差与其平均值的比值
即:Kv??kn 其中
???i?1(ki?k)2/n
式中: ?—样品标准偏差 Ki—单个样品可各相对均质段渗透率率值,10-3um2
?—样品平均值 k—样口数
Kv反映样口偏离整体平均值的程度,Kv≥0。Kv值越小,说明样品值越均匀,非均质性弱。通常用Kv可粗略地评价层内水均质程度,即Kv<0.5为均匀,0.5-0.7为较均匀,≥0.7为不均匀,当然还需综合其它条件。
②渗透率突进系数(KT):(非均质系数) 单砂层内渗透率极大值与平均值的比值:
hiki?Kmax即;KT? k?i?1
nkhii?1 KT是评价层内渗透率非均质性的一个重要参数,KT≥1。KT越小,说明垂向上渗透率变化小,注入剂厚度及系数小,驱渍效果好,反测向变化大,注入剂易由高渗段宗进,注入剂厚数波及系数小,水驱效果差。
③渗透率级差(KT)
单砂层内渗透率最大值与最小值比值。
Kmax即 kT?
Kmin所映渗透率变化的幅度,KT≥1。数值越大,非均质性越强,数值越接近1,储层越均质。
研究表晃,层内平均渗透率分别与突进系数及变异系数虽反此关系。说明平均渗透率越低,变异系数越大,突进系数也截越高。
渗透率级差及突进系数与变异系数呈抛物律,即指数关系,表明渗透率倍数越大,实进系数越大,则变异系数也越大,渗透率级差和突进系数大到一定数值后,变异系数相变化减小,实践表明,变异系数能较好地反映储层的非均质性。
2.层间非均质性
层间非均质性是指垂向上各种环境的砂体交互出现的规律性,以及途径为隔层的泥质岩类,在剖面上的发育和分布情况,属于层系规模的储层描述。
层间非均质性研究既是油田开发初期划分开发层系,确定开发方案的地质基础,也是在多油层合理时分析层间矛盾和研究剖面水淹规律及剩余油分布特征的
n地质依据。
层间非均质重点研究内容有: (1)砂层的发育与分布
①分析沉积旋回性,认识砂体在剖面上的发育与分布,划分储层单元,了解特殊的分布等。
②统计分层系数垂向砂岩密度等参数,研究砂体的发育与分布。
分层系数:指一定层段内砂层的导数。常以平均单井钻遇砂层数表示,一般分层系数越大,则层间非均质性愈严重。
垂向砂岩密度;又称砂岩系数,指剖面上砂岩总厚度占地层总厚度的百分数。数值越大,砂体越发育,连续性好。
(2)各砂层间渗透率非均质程度
通过统计分析层间渗透率很差,突进系数,变异系数,来分样研究砂层之间的渗透率差异。其差异程度,在很大程度上决定着中层的产油吸水状况,是引起层间干扰的主要原因,所以它也是划分开发层系必须考虑的一个重要因素。
(3)主力储油层在剖面中的位置,分布的集中程度和高顺水层有分布等必须考虑主力油层的具体分布以及非主力油层在剖面上的配置关系,最大限度的发挥主力为油层的作用,则地应尽可能地减小层间干扰,使各类油层都能得到较好的动用,如对高渗层具体位置的确定,可采取适当的措施,避免造成过早形成注入水单层突进。
(4)层间隔层的岩性、物性、分布状况 搞清其差别是目的,如隔层分布范围,厚度。 (5)构造裂缝的发育程度,产状和分布规律
六、砂体的平面孔隙与渗透性
砂体内的孔隙度、渗透率的平面变化与砂体的几何形态,连通性等内容同属储层平面非均质性的研究范畴,直接关系到注入剂的平面波及效率。
1.岩性变化引起的渗透率方向性
沉积能量大小决定了沉积岩的岩性,而岩性对物性有直接的控制,一般的沉只规律是,高能带沉积体中的岩相粗、物性大,如在平面上随着沉积环境由高能向低能的转变,相应也会出现砂岩—细砂岩—粉砂岩—泥质砂岩—砂质泥岩—泥
页岩这样的沉积序列,伴随着的也是渗透率逐渐降低的序列。分析沉积能量喧,有助于我们认识沉积物岩性带的分布,进而掌握渗透率等物性的平面分布。在河流三角洲沉积体系中,许多砂体的几何长轴方向,也是渗透率最大方向。沉积体的主体带的渗透率大于边缘带的渗透率。
2.砂体内沉积构造和结构同不因素引起的渗透率方向性
除了层理等构造可引起砂本中具有主向性渗透率外,伸长砂粒、状矿物的定向排列也会引起渗透率的方向性。砂粒沉积时的排列方式受沉积时水流方向影响很大。一般都是砂粒长轴平行于古流方向,且大头一端指向来水方向。顺古水流方向,由沉积颗粒所形成的孔相道对于其垂直方向来说,孔道较直,弯曲较少,孔径变化也较小,故沿此方向渗透充一般都大于其垂方向渗透率,且向下游方向渗透率高于向上游方向渗透率,所以注水驱油开发时,如果沿古水流方向注水驱油。注入流动阻力小,推进快,在此方向油井易早水,且易水淹,而在其它方向的油井免效差,使总的水驱效果不好。
3.裂缝引起的渗透率的方向性
当储层中发育裂缝时,往往会导致储层渗透率的严重非均质性。沿裂缝的延伸走向。储层有很高的导流能力,所以,它很大程度地控制着注入的运动轨迹。
对裂缝分布规律的认识,可通过定向全岩心分析,构造学分析,地层段角测井,脉冲试井,注示踪剂分析和注水开发动态等方法来进行,确定出裂缝的主要走向方位。
一般认为对有天然裂缝的油层,注水井应沿裂缝延伸走向布置使注水流律垂直裂缝走向,有利于驱替裂缝壁两侧孔隙介质中的石油,使注水控面积大,波及系数大,采收率高。
除裂缝外,砂体沉积时形成的渗透率方向性,是导致注入水平面舌进的主要原因。注入水总是优先沿渗流阻力最小,渗透率最大的方几和部位快速推进,而在低渗方向和部位推进较幔,造成水线前缘的严重非均匀分布,影响平面波及效率。如果能够预先认识到砂体在平面上的非均质性,就可有效地指导我们采用合理注采方案。达到最佳开发效果。