李陽，吳勝和，侯加根，劉建民

（1. 中國石化股份有限公司，北京 100728；2. 中國石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249；3. 中國石化國際石油勘探開發(fā)有限公司，北京 100029）

油氣藏開發(fā)地質(zhì)研究進(jìn)展與展望

李陽1，吳勝和2，侯加根2，劉建民3

（1. 中國石化股份有限公司，北京 100728；2. 中國石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249；3. 中國石化國際石油勘探開發(fā)有限公司，北京 100029）

闡述了油氣藏開發(fā)地質(zhì)學(xué)的主要科學(xué)問題、學(xué)科內(nèi)涵、研究進(jìn)展與發(fā)展展望。油氣藏開發(fā)地質(zhì)學(xué)以油氣藏連通性、可流動(dòng)性及時(shí)變性為關(guān)鍵科學(xué)問題，主要研究油氣藏開發(fā)地質(zhì)控制因素的成因機(jī)理與分布模式、地質(zhì)因素對(duì)油氣開采的控制作用機(jī)理及油氣藏動(dòng)態(tài)演變規(guī)律、油氣藏表征與建模技術(shù)，在高含水油藏，低滲、致密、頁巖油氣，縫洞型油氣藏開發(fā)地質(zhì)理論和技術(shù)方面取得了重要進(jìn)展，已發(fā)展成為一門獨(dú)立學(xué)科。隨著油氣田開發(fā)在深層、深水、非常規(guī)油氣領(lǐng)域的擴(kuò)展及高含水油藏開發(fā)難度的增大，需進(jìn)一步發(fā)展油氣藏開發(fā)地質(zhì)理論和技術(shù)，以更好地支撐油氣田的經(jīng)濟(jì)高效開發(fā)及可持續(xù)發(fā)展。圖6參57

開發(fā)地質(zhì)學(xué)；科學(xué)問題；研究進(jìn)展；開發(fā)地質(zhì)因素；油氣藏開發(fā)

0 引言

開發(fā)地質(zhì)工作是經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)油氣藏和提高采收率的基礎(chǔ)。在很大程度上，油氣藏開發(fā)的成敗在于開發(fā)地質(zhì)的研究程度[1]。

開發(fā)地質(zhì)研究起始于20世紀(jì)40年代，已有70多年的發(fā)展歷程。20世紀(jì)40年代，油氣藏開發(fā)開始采用污水回注的方法（即注水開發(fā)），開發(fā)方式的轉(zhuǎn)變使人們認(rèn)識(shí)到油氣藏內(nèi)部儲(chǔ)集層連續(xù)性和連通性等因素對(duì)油氣開采具有很大的影響，由此開始重視油氣藏地質(zhì)研究。20世紀(jì)60年代，大慶油田首創(chuàng)小層對(duì)比及油砂體描述的方法進(jìn)行油氣藏非均質(zhì)性研究，極大地提高了陸相油田的開發(fā)效果。1976年斯侖貝謝公司首次提出了油氣藏描述的概念，開創(chuàng)了油氣藏開發(fā)地質(zhì)研究從單井到多井、定性到定量、研究過程計(jì)算機(jī)化與成果可視化的先河；1975年前蘇聯(lián)馬克西莫夫編寫了《油田開發(fā)地質(zhì)基礎(chǔ)》一書[2]，美國塔爾薩大學(xué)的迪基1979年出版了《石油開發(fā)地質(zhì)學(xué)》一書[3]，標(biāo)志著開發(fā)地質(zhì)學(xué)學(xué)科的創(chuàng)立。進(jìn)入20世紀(jì)80年代，隨著油氣藏開發(fā)的不斷深入，特別是高含水油氣藏精細(xì)挖潛的深入和三次采油的發(fā)展，開發(fā)地質(zhì)研究進(jìn)入了快速發(fā)展階段。中國自1986年以來，開展油藏描述攻關(guān)研究及大規(guī)模推廣應(yīng)用，油氣藏地質(zhì)研究已成為油田開發(fā)領(lǐng)域的關(guān)鍵研究工作之一。2006年，中國成立了中國石油學(xué)會(huì)石油地質(zhì)專業(yè)委員會(huì)油氣藏開發(fā)地質(zhì)學(xué)組，標(biāo)志著中國開發(fā)地質(zhì)學(xué)科進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。

本文系統(tǒng)闡述了油氣藏開發(fā)地質(zhì)學(xué)的學(xué)術(shù)內(nèi)涵并總結(jié)相關(guān)研究進(jìn)展，展望未來研究方向，以促進(jìn)油氣藏開發(fā)地質(zhì)學(xué)科的發(fā)展。

1 學(xué)術(shù)內(nèi)涵與研究內(nèi)容

油氣藏開發(fā)地質(zhì)學(xué)為研究控制油氣開采的地質(zhì)要素及其演化的學(xué)科，是地質(zhì)學(xué)與油氣藏開發(fā)的交叉學(xué)科。

油氣產(chǎn)自多尺度、多時(shí)度、多場耦合的油氣藏中。儲(chǔ)集層的連通性、油氣的可流動(dòng)性、油氣藏的時(shí)變性是影響油氣藏開發(fā)的關(guān)鍵地質(zhì)特征，也是油氣藏開發(fā)地質(zhì)研究的關(guān)鍵科學(xué)問題。儲(chǔ)集層連通性，即儲(chǔ)集單元在空間上相互接觸連通的方式及程度。油氣藏隔夾層、封閉性斷層等滲流屏障，對(duì)流體流動(dòng)造成“分隔”，其對(duì)油氣藏開發(fā)中的井網(wǎng)布置及注采關(guān)系具有很大的影響。油氣可流動(dòng)性，即油氣在連通單元內(nèi)部的流動(dòng)能力，儲(chǔ)集層性質(zhì)、流體性質(zhì)、驅(qū)動(dòng)類型和能量、人工壓裂改造等因素都影響著地下流體的運(yùn)動(dòng)。油氣藏的時(shí)變性，即在油氣藏開發(fā)過程中流體及儲(chǔ)集層性質(zhì)、斷層和裂縫的封閉性等發(fā)生的動(dòng)態(tài)變化。因此，不僅要研究開發(fā)初期的靜態(tài)油氣藏地質(zhì)特征，而且要研究開采生命周期內(nèi)油氣藏地質(zhì)因素及流體分布的動(dòng)態(tài)變化。

圍繞油氣藏連通性、可流動(dòng)性及時(shí)變性關(guān)鍵科學(xué)問題，油氣藏開發(fā)地質(zhì)學(xué)的研究內(nèi)容主要包括以下 3個(gè)方面：①油氣藏開發(fā)地質(zhì)控制因素的成因機(jī)理與分布模式；②地質(zhì)因素對(duì)油氣開采的控制作用機(jī)理及油氣藏動(dòng)態(tài)演變規(guī)律；③油氣藏表征與建模技術(shù)。

1.1 油氣藏開發(fā)地質(zhì)控制因素的成因機(jī)理與分布模式

油氣開采主要受構(gòu)造、儲(chǔ)集層、流體等因素的控制和影響，其中，構(gòu)造因素主要包括構(gòu)造形態(tài)、斷層、埋深、地應(yīng)力等；儲(chǔ)集層因素主要包括儲(chǔ)集層規(guī)模、巖性、物性、孔隙結(jié)構(gòu)、孔洞、裂縫、隔夾層、油氣層表面性質(zhì)等；流體因素主要包括流體分布、性質(zhì)、儲(chǔ)量、壓力、溫度等。不同油氣藏類型、不同開發(fā)階段的地質(zhì)主控因素有所差異[4-6]，其中，以下4個(gè)方面的主控因素分布具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性，需要對(duì)其成因機(jī)理與分布模式進(jìn)行深入研究。

1.1.1 低序級(jí)斷層

低序級(jí)斷層是指 4級(jí)及更低級(jí)次的斷層（如斷塊區(qū)內(nèi)小斷塊之間的斷層、小斷塊內(nèi)部的斷層等）。這類斷層斷距?。ㄒ话銛?shù)米至數(shù)十米）、延伸短（一般數(shù)百米），在常規(guī)地震剖面上識(shí)別難度大。低序級(jí)斷層的分布及其封閉性對(duì)地下流體運(yùn)動(dòng)和剩余油氣分布具有重要的控制作用。

1.1.2 儲(chǔ)集層構(gòu)型

儲(chǔ)集層由不同級(jí)次的構(gòu)型單元（儲(chǔ)集單元及滲流屏障）組成，如對(duì)于一個(gè)小層內(nèi)的曲流河相儲(chǔ)集層，其構(gòu)型級(jí)次可分為河道砂體/層間隔層、曲流帶砂體/泛濫平原泥巖隔擋體、單一點(diǎn)壩砂體/廢棄河道泥巖隔擋體、側(cè)積體/側(cè)積泥巖層等級(jí)次。不同級(jí)次儲(chǔ)集單元與滲流屏障的形態(tài)、規(guī)模、方向及其空間疊置關(guān)系導(dǎo)致儲(chǔ)集層內(nèi)部的分隔與連通性的差異，這些差異對(duì)地下油氣水運(yùn)動(dòng)特別是宏觀剩余油氣形成與分布具有很大的控制作用。

儲(chǔ)集層構(gòu)型特征受到高頻層序與沉積環(huán)境的共同控制。需重點(diǎn)研究構(gòu)型單元的空間分布樣式、構(gòu)型單元規(guī)模的定量數(shù)學(xué)關(guān)系。

1.1.3 儲(chǔ)集介質(zhì)與巖石物性

油氣主要儲(chǔ)存于碎屑巖和碳酸鹽巖儲(chǔ)集層中，儲(chǔ)集介質(zhì)包括孔隙、裂縫、溶洞 3種類型。碎屑巖儲(chǔ)集層以孔隙和裂縫類型為主，碳酸鹽巖3種類型均存在。

孔隙結(jié)構(gòu)影響著流體在儲(chǔ)集巖中的滲流，在注水（注氣、聚合物等）開發(fā)中影響著微觀驅(qū)油效率?？紫督Y(jié)構(gòu)的宏觀體現(xiàn)為巖石物性（孔隙度和滲透率）。油氣藏內(nèi)部層間、平面和層內(nèi)滲透率差異控制流體流動(dòng)的能力，繼而控制著地下油氣水的差異分布?？紫督Y(jié)構(gòu)主要受沉積因素（巖石組構(gòu)及組分）、成巖環(huán)境（埋藏深度、溫度、壓力、流體）等影響。

裂縫既為重要的儲(chǔ)集空間，更是重要的滲流通道。在油氣藏開采過程中，裂縫的發(fā)育程度決定了油氣的初期產(chǎn)能；在注水開發(fā)過程中，裂縫則容易成為“竄流”通道；對(duì)于致密及頁巖儲(chǔ)集層而言，天然裂縫直接影響壓裂效果。天然裂縫的成因類型很多，如構(gòu)造裂縫、成巖裂縫、風(fēng)化裂縫等，不同成因裂縫的控制因素及分布規(guī)律有較大的差別。致密及頁巖儲(chǔ)集層由于巖石脆性程度高，容易產(chǎn)生不同級(jí)次的裂縫。

在縫洞型油氣藏中溶洞和裂縫同時(shí)發(fā)育，不同儲(chǔ)集空間的特征差異大、分布不連續(xù)，儲(chǔ)集體中存在多種流動(dòng)狀態(tài)，主體縫洞介質(zhì)內(nèi)流體自由流動(dòng)且產(chǎn)量高，而由于縫洞不連續(xù)、縫洞識(shí)別難度大，往往導(dǎo)致開發(fā)過程中鉆井成功率低、采收率低和產(chǎn)量遞減快。

在儲(chǔ)集介質(zhì)和巖石物性方面，需重點(diǎn)研究孔隙結(jié)構(gòu)類型及成因機(jī)理、裂縫（包括注水誘導(dǎo)縫）形成機(jī)理及分布樣式、縫洞形成機(jī)理與分布樣式、巖石物性差異機(jī)理及分布樣式。

1.1.4 流體差異分布

油氣藏內(nèi)油、氣、水的差異分布對(duì)開發(fā)區(qū)優(yōu)選及井網(wǎng)部署具有很大的影響。對(duì)于常規(guī)油氣藏，流體分布樣式相對(duì)簡單，非均質(zhì)性亦較弱，而對(duì)于非常規(guī)的致密油氣和頁巖油氣，油氣運(yùn)聚受浮力影響小，其分布受控于有機(jī)質(zhì)豐度、儲(chǔ)集性質(zhì)等因素的綜合影響，分布規(guī)律復(fù)雜，因此需重點(diǎn)研究油氣差異聚集機(jī)理及分布規(guī)律。

1.2 地質(zhì)因素對(duì)油氣開采的控制作用機(jī)理及油氣藏動(dòng)態(tài)演變規(guī)律

油氣藏開發(fā)受控于地應(yīng)力場、溫度場、壓力場、化學(xué)場、飽和度場等多物理化學(xué)場，是一個(gè)多場耦合的過程。油氣在產(chǎn)出過程中，由于流體與巖石的物理化學(xué)作用、地應(yīng)力場的變化等，流體分布與性質(zhì)以及儲(chǔ)集層性質(zhì)將發(fā)生動(dòng)態(tài)演變。特別是需經(jīng)大型壓裂改造的致密油氣、頁巖油氣等非常規(guī)油氣，由于壓裂液的作用和生產(chǎn)過程中壓力變化的影響，可能導(dǎo)致天然裂縫和人工裂縫閉合，對(duì)油氣的分布及產(chǎn)能影響重大。為此，油氣藏開發(fā)地質(zhì)的另一重要任務(wù)是研究油氣藏開發(fā)過程中地質(zhì)因素對(duì)油氣采出的控制作用機(jī)理（重點(diǎn)是剩余油氣形成的主控因素與分布規(guī)律）以及流體與儲(chǔ)集層性質(zhì)動(dòng)態(tài)變化機(jī)理及演變規(guī)律。

1.2.1 剩余油氣形成與分布

在油氣開采過程中，地下油氣分布狀態(tài)的動(dòng)態(tài)變化受控于油氣藏地質(zhì)因素和工程因素的共同作用。從開發(fā)地質(zhì)研究的角度，需要描述和預(yù)測剩余油氣在儲(chǔ)集層中的空間分布特征及變化規(guī)律，研究剩余油氣形成機(jī)理與分布模式，查明經(jīng)彈性和水驅(qū)開采后剩余的油氣所在空間位置與數(shù)量。對(duì)于注水開發(fā)油田，認(rèn)識(shí)和掌握剩余油分布規(guī)律及其與儲(chǔ)集層特征、注采狀況等之間的關(guān)系是油田調(diào)整、挖潛、提高驅(qū)油效率及原油采收率的前提和基礎(chǔ)。

1.2.2 儲(chǔ)集層與流體性質(zhì)的動(dòng)態(tài)演變

在油氣開發(fā)過程中，地下流體（包括注入流體）與巖石之間會(huì)發(fā)生相互作用，使原始油氣藏的儲(chǔ)集層性質(zhì)（巖性、物性）與流體性質(zhì)發(fā)生動(dòng)態(tài)變化，如微粒從儲(chǔ)集層孔隙中的遷出導(dǎo)致大孔道的形成，流體壓力的變化導(dǎo)致裂縫（斷層）的開啟與閉合、注水誘導(dǎo)裂縫的形成等，這些變化是多物理化學(xué)場作用的結(jié)果，也是從量變到質(zhì)變的過程，使其從一個(gè)平衡轉(zhuǎn)化為另一個(gè)平衡。

1.3 油氣藏表征與建模技術(shù)

綜合應(yīng)用多學(xué)科信息（巖心、測井、地震、動(dòng)態(tài)、露頭等）識(shí)別、描述和預(yù)測油氣藏地質(zhì)特征及其在開發(fā)過程中的動(dòng)態(tài)變化特征，建立三維模型，并評(píng)價(jià)其不確定性。主要包括以下3個(gè)方面的內(nèi)容。

1.3.1 油氣藏地質(zhì)特征識(shí)別及預(yù)測技術(shù)

研究油氣藏地質(zhì)特征識(shí)別及預(yù)測技術(shù)，評(píng)價(jià)儲(chǔ)集層連通性及可流動(dòng)性，主要包括小尺度等時(shí)地層對(duì)比技術(shù)、微構(gòu)造表征技術(shù)、儲(chǔ)集層構(gòu)型表征技術(shù)、儲(chǔ)集空間（孔隙、縫洞）識(shí)別與預(yù)測技術(shù)、儲(chǔ)集層物性解釋與預(yù)測技術(shù)、油氣層解釋與預(yù)測技術(shù)、致密及頁巖儲(chǔ)集層可壓裂性預(yù)測技術(shù)等。

1.3.2 開發(fā)過程中油氣藏動(dòng)態(tài)變化特征識(shí)別及預(yù)測技術(shù)

研究開發(fā)過程中油氣藏動(dòng)態(tài)變化的識(shí)別和預(yù)測技術(shù)，評(píng)價(jià)油氣藏時(shí)變性，主要包括剩余油氣解釋與預(yù)測、油氣性質(zhì)動(dòng)態(tài)變化解釋與預(yù)測、儲(chǔ)集層性質(zhì)動(dòng)態(tài)變化解釋與預(yù)測、斷層封閉性及裂縫動(dòng)態(tài)變化評(píng)價(jià)等技術(shù)。

1.3.3 油氣藏三維地質(zhì)建模技術(shù)

油氣藏三維地質(zhì)模型為油氣藏地質(zhì)特征三維分布的數(shù)字化模型，包括地層-構(gòu)造格架模型、相模型、巖石物性模型、應(yīng)力場及裂縫模型、脆性模型、流體分布模型等。綜合應(yīng)用地質(zhì)、數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)，研究三維地質(zhì)建模技術(shù)，特別是地質(zhì)建模的數(shù)學(xué)模型、算法及相應(yīng)軟件系統(tǒng)。

2 研究進(jìn)展

開發(fā)地質(zhì)研究從側(cè)重于油氣藏描述到加強(qiáng)機(jī)理研究與模式創(chuàng)立，推動(dòng)了開發(fā)地質(zhì)學(xué)理論和技術(shù)的發(fā)展，并在高含水階段中高滲油氣藏，低滲、致密、頁巖儲(chǔ)集層，縫洞型油氣藏開發(fā)地質(zhì)等方面取得了較大的進(jìn)展[6-7]。這些進(jìn)展同時(shí)也促進(jìn)了基礎(chǔ)地質(zhì)學(xué)科的發(fā)展，如沉積約束的高精度等時(shí)地層對(duì)比促進(jìn)了地層學(xué)的發(fā)展，儲(chǔ)集層構(gòu)型研究促進(jìn)了沉積學(xué)的發(fā)展，低序級(jí)斷層及裂縫表征研究促進(jìn)了構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的發(fā)展，優(yōu)勢滲流通道和剩余油氣研究促進(jìn)了地質(zhì)與油氣藏工程學(xué)科的融合。

2.1 高含水階段中高滲油藏開發(fā)地質(zhì)研究進(jìn)展

中國已開發(fā)老油田在20世紀(jì)90年代就已進(jìn)入高含水、特高含水開采階段，剩余油分布復(fù)雜，措施效果變差。但由于油藏非均質(zhì)性嚴(yán)重，采收率低（一般不到30%），大部分原油開采不出來，如何認(rèn)識(shí)這些剩余油的分布規(guī)律，成為進(jìn)一步提高采收率的關(guān)鍵。在大量研究的基礎(chǔ)上，開展了地下儲(chǔ)集層構(gòu)型研究方法探索，提出了陸相復(fù)雜非均質(zhì)油藏剩余油富集理論認(rèn)識(shí)，并形成了剩余油定量預(yù)測關(guān)鍵技術(shù)。取得的主要進(jìn)展如下。

2.1.1 儲(chǔ)集層構(gòu)型表征

儲(chǔ)集層構(gòu)型表征是研究油氣藏連通性的重要手段。在油氣藏開發(fā)中后期，通過刻畫不同級(jí)次、不同規(guī)模的儲(chǔ)集層構(gòu)型單元疊置關(guān)系，揭示儲(chǔ)集層內(nèi)部不同級(jí)次的滲流屏障，從而能夠揭示地下油水運(yùn)動(dòng)規(guī)律和潛在的宏觀剩余油富集區(qū)。因此，地下儲(chǔ)集層構(gòu)型研究是油氣藏開發(fā)中后期進(jìn)一步提高油氣采收率、最大限度地開發(fā)油氣資源的關(guān)鍵所在。自 Miall[8]提出構(gòu)型分析方法以來，在沉積構(gòu)型模式和地下構(gòu)型表征方法方面取得了新的進(jìn)展。

沉積構(gòu)型模式重點(diǎn)研究不同級(jí)次構(gòu)型單元（如單一微相單元）的分布樣式（形態(tài)與時(shí)空疊置關(guān)系）及定量規(guī)模。在構(gòu)型單元分布樣式研究方面，針對(duì)曲流河、辮狀河、沖積扇、三角洲、海底扇等相類型的構(gòu)型單元分布樣式，建立了構(gòu)型單元分級(jí)體系及不同級(jí)次構(gòu)型單元的形態(tài)和疊置關(guān)系；在構(gòu)型單元定量規(guī)模研究方面，建立了高彎度曲流河沉積構(gòu)型單元的普適性定量規(guī)模關(guān)系，如點(diǎn)壩厚度與河寬的定量關(guān)系、河寬與點(diǎn)壩跨度的關(guān)系、側(cè)積傾角與寬深比的關(guān)系等；另外，建立了三角洲分流河道的寬厚比、海底彎曲水道的寬厚比等定量規(guī)模關(guān)系[9-18]。

地下儲(chǔ)集層構(gòu)型表征主要依據(jù)地震信息和多井信息，相應(yīng)地發(fā)展了兩類方法，其一為地震沉積學(xué)（地貌學(xué)）方法，即通過三維地震資料地層切片等方式，利用地震成像特征研究沉積單元的分布[19-21]；其二為多井模式預(yù)測方法，基本思路為層次約束、模式擬合和多維互動(dòng)，即通過將不同級(jí)次的定量構(gòu)型模式與井資料（包括動(dòng)態(tài)監(jiān)測資料）進(jìn)行擬合，分級(jí)約束并預(yù)測不同級(jí)次的構(gòu)型單元的井間分布（見圖1）[22-26]。

圖1 多井模式擬合地下儲(chǔ)集層構(gòu)型表征方法（據(jù)文獻(xiàn)[23-26]修改）

地下儲(chǔ)集層構(gòu)型表征不僅可揭示儲(chǔ)集層內(nèi)部不同級(jí)次的滲流屏障，還為儲(chǔ)集層滲流地質(zhì)差異特別是流動(dòng)單元的層次性和動(dòng)態(tài)性研究提供了基礎(chǔ)，據(jù)此提出了基于儲(chǔ)集層構(gòu)型的相控流動(dòng)單元分布表征方法[27-30]。

2.1.2 水驅(qū)過程中巖石組構(gòu)變化及優(yōu)勢滲流通道預(yù)測

針對(duì)高—特高含水階段的注水開發(fā)油氣藏，應(yīng)用取心檢查井統(tǒng)計(jì)對(duì)比法、小井距對(duì)子井測井分析法和長期水驅(qū)實(shí)驗(yàn)研究等方法研究油氣藏時(shí)變性，從微觀到宏觀不同層次揭示了儲(chǔ)集層動(dòng)態(tài)非均質(zhì)性的演變特征及儲(chǔ)集層物性參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律和機(jī)理，建立了水驅(qū)過程中儲(chǔ)集層參數(shù)隨時(shí)間和含水率等開發(fā)參數(shù)變化的定量關(guān)系方程[31]。特別是利用試井監(jiān)測、示蹤劑產(chǎn)出曲線分析、注水井壓降曲線監(jiān)測和生產(chǎn)動(dòng)態(tài)判別等方法定量或半定量識(shí)別儲(chǔ)集層優(yōu)勢滲流通道[31]（見圖 2），這些優(yōu)勢滲流通道形成高耗水帶，大大降低了注水驅(qū)替效率。根據(jù)滲透率級(jí)差、縱橫向滲透率比值、地下油水黏度比和注采強(qiáng)度定量預(yù)測了優(yōu)勢滲流通道發(fā)育層段、發(fā)育井區(qū)和形成時(shí)機(jī)，為改善水驅(qū)效果，提高水驅(qū)采收率提供了支撐[32]。

圖2 儲(chǔ)集層優(yōu)勢滲流通道

2.1.3 剩余油形成機(jī)理及分布規(guī)律

在陸相水驅(qū)油氣藏高含水期剩余油富集規(guī)律和成因機(jī)理方面，形成了“分隔控油”剩余油富集理論認(rèn)識(shí)。剩余油富集區(qū)主要受低級(jí)序斷層、泥質(zhì)夾層和物性夾層等分隔，同時(shí)受注采方式等對(duì)儲(chǔ)集層中流體滲流產(chǎn)生的分割作用控制。小斷層、層內(nèi)夾層控制剩余油富集區(qū)形成，斷層、夾層分布的非均質(zhì)性越強(qiáng)，分隔形成的剩余油越多；強(qiáng)非均質(zhì)儲(chǔ)集層滲透率級(jí)差達(dá)到幾十倍時(shí)，注水過程中形成優(yōu)勢滲流通道，導(dǎo)致水動(dòng)力分割，造成大量無效水循環(huán)，在頂部滲流較弱的區(qū)域剩余油富集[33]。微觀驅(qū)油實(shí)驗(yàn)和密閉取心分析表明[34]，微觀剩余油分布受控于孔喉分布、潤濕性、注入倍數(shù)等因素，主要分布方式為原油段塞、油滴、油膜等。隨著油氣藏表征從宏觀向微觀、從定性到定量、從描述向預(yù)測的發(fā)展，逐步形成了包括以細(xì)分韻律層、低序級(jí)斷層描述和砂體內(nèi)部構(gòu)型解剖為主的開發(fā)地質(zhì)學(xué)方法、油氣藏綜合地球物理方法以及大規(guī)模精細(xì)數(shù)值模擬方法的剩余油綜合定量描述技術(shù)[35]。

2.2 低滲、致密、頁巖油氣開發(fā)地質(zhì)研究進(jìn)展

低滲、致密、頁巖油氣儲(chǔ)集層儲(chǔ)集空間為微、納米級(jí)，一般無自然產(chǎn)能，需要壓裂改造形成人工縫網(wǎng)以提高油氣流動(dòng)能力，從而實(shí)現(xiàn)有效開發(fā)。中國在低滲透油氣開發(fā)方面已經(jīng)形成了成熟的技術(shù)與研究方法。近年來，在致密、頁巖油氣開發(fā)地質(zhì)研究方面也取得了新的進(jìn)展。在致密儲(chǔ)集層研究方面，重點(diǎn)研究了砂巖及混合沉積儲(chǔ)集層致密化機(jī)理、相對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層分布模式、多級(jí)次裂縫成因機(jī)理、油氣差異分布機(jī)理、脆性礦物及地應(yīng)力分布規(guī)律、甜點(diǎn)預(yù)測及評(píng)價(jià)體系等；在頁巖油氣研究方面，著眼于烴源性、巖性、物性、脆性、含油氣性及其賦存方式（游離、吸附）、應(yīng)力各向異性匹配等，評(píng)價(jià)甜點(diǎn)區(qū)[36-40]。涪陵頁巖氣的成功開發(fā)，使中國成為除北美以外進(jìn)行大型頁巖氣商業(yè)開發(fā)的國家。

低滲、致密、頁巖油氣開發(fā)地質(zhì)研究在以下 3個(gè)方面取得了顯著進(jìn)展。

2.2.1 孔隙結(jié)構(gòu)表征

低滲、致密、頁巖油氣在儲(chǔ)集層中的可流動(dòng)性主要受孔隙結(jié)構(gòu)的影響，需要定量表征孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)，分析儲(chǔ)集層成巖環(huán)境和成巖演化史。

通過鑄體薄片、X衍射、電子探針、流體包裹體、場發(fā)射和環(huán)境掃描電鏡、納米CT等實(shí)驗(yàn)室分析，研究孔隙及喉道類型、形態(tài)、大小及配置關(guān)系，建立儲(chǔ)集層孔喉分布模型，為滲流機(jī)理研究和儲(chǔ)集層改造提供依據(jù)。

低滲、致密、頁巖儲(chǔ)集層成巖作用研究從定性的成巖現(xiàn)象觀察、成巖機(jī)理推斷，發(fā)展到地質(zhì)流體、水-巖相互作用機(jī)制研究。通過成巖數(shù)值模擬技術(shù)模擬成巖演化史，預(yù)測成巖階段和成巖相，定量標(biāo)定影響儲(chǔ)集層物性的成巖參數(shù)，揭示儲(chǔ)集層致密化機(jī)理，闡明優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層的空間分布規(guī)律。

2.2.2 天然裂縫與注水誘導(dǎo)裂縫表征

低滲、致密、頁巖油氣儲(chǔ)集層一般具脆性特征，天然裂縫發(fā)育，有利于提高儲(chǔ)集層可流動(dòng)性及油氣產(chǎn)能，但影響壓裂改造人工縫的擴(kuò)展和延伸，同時(shí)也易形成注水開發(fā)的“竄流”通道。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)不同巖性儲(chǔ)集層天然裂縫的形成與分布進(jìn)行了大量研究，在儲(chǔ)集層天然裂縫（包括大尺度、中尺度、小尺度及微裂縫）的成因機(jī)理、控制因素、裂縫參數(shù)定量表征及預(yù)測評(píng)價(jià)方法等方面取得了較大的進(jìn)展[41-47]。目前，儲(chǔ)集層天然裂縫研究方法（見圖3）主要如下：①地質(zhì)方法，包括野外相似露頭地質(zhì)調(diào)查、巖心裂縫描述與薄片裂縫觀察及統(tǒng)計(jì)；②地球物理方法，包括測井裂縫識(shí)別及評(píng)價(jià)與地震裂縫檢測，其中測井裂縫識(shí)別及評(píng)價(jià)分為常規(guī)測井方法與特殊測井方法，如聲/電井壁成像測井、多極子聲波測井等，地震裂縫檢測包括疊后屬性、疊前縱波各向異性、縱橫波聯(lián)合分析等；③實(shí)驗(yàn)方法，如巖石聲發(fā)射、古地磁、包裹體、巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)分析等；④動(dòng)態(tài)方法，包括生產(chǎn)動(dòng)態(tài)分析、壓力試井、微地震監(jiān)測等；⑤數(shù)值模擬方法，包括構(gòu)造主曲率法、應(yīng)力場有限元數(shù)值模擬、隨機(jī)模擬等。

圖3 天然裂縫多學(xué)科綜合一體化表征方法

在注水開發(fā)過程中，由于注水井近井地帶憋壓，當(dāng)井底壓力超過巖層破裂壓力時(shí)產(chǎn)生新生裂縫，或原本無效的（封閉的）天然裂縫選擇性開啟和方向性擴(kuò)展、延伸、溝通，屬于注水誘導(dǎo)裂縫（動(dòng)態(tài)裂縫）。這類裂縫反映了低滲透或特低滲透油氣儲(chǔ)集層的時(shí)變性特征，改變了水驅(qū)油的滲流特征，加劇了儲(chǔ)集層非均質(zhì)性，造成快速水淹、水竄，降低了平面上和縱向上的動(dòng)用程度，影響油氣藏開發(fā)效果[48-50]。在天然裂縫發(fā)育規(guī)律的認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，結(jié)合不同開發(fā)階段的油水井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)、吸水剖面和時(shí)間推移試井等資料，利用庫倫破裂準(zhǔn)則和格里菲斯裂縫擴(kuò)展理論研究了注水誘導(dǎo)裂縫的成因機(jī)理，預(yù)測了注水誘導(dǎo)裂縫的開啟壓力、延伸方向及分布規(guī)律。

2.2.3 儲(chǔ)集層可壓裂性研究

影響儲(chǔ)集層可壓裂性的地質(zhì)因素主要有：①脆性礦物含量，如石英、碳酸鹽礦物含量；②地應(yīng)力場，特別是最大主應(yīng)力與最小主應(yīng)力比值；③天然裂縫（含層理縫）發(fā)育程度。

研究形成了巖石物理實(shí)驗(yàn)、測井礦物組分解釋、地震彈性參數(shù)預(yù)測、地應(yīng)力場分析等儲(chǔ)集層可壓裂性預(yù)測方法，發(fā)展了綜合應(yīng)用微地震、試井、生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析等評(píng)價(jià)壓裂效果的方法。

2.3 縫洞型油氣藏開發(fā)地質(zhì)研究進(jìn)展

縫洞型儲(chǔ)集層巖石類型主要為碳酸鹽巖。典型代表為塔里木盆地古生界碳酸鹽巖。該類油氣藏開發(fā)地質(zhì)研究的主要進(jìn)展是闡明了縫洞油氣藏儲(chǔ)集體成因及發(fā)育分布規(guī)律，形成了定量刻畫縫洞系統(tǒng)空間展布的縫洞型油氣藏三維地質(zhì)建模方法。

2.3.1 縫洞發(fā)育規(guī)律與內(nèi)部結(jié)構(gòu)

碳酸鹽巖縫洞型儲(chǔ)集體具有儲(chǔ)集空間類型多樣、縫洞尺度差異大、儲(chǔ)集體形態(tài)極不規(guī)則、分布離散隨機(jī)等特點(diǎn)。儲(chǔ)集空間由溶洞、裂縫和溶孔組成，以發(fā)育巨型洞穴為其突出特征，為碳酸鹽巖在地表、近地表?xiàng)l件下的巖溶作用形成。巖溶縫洞系統(tǒng)平面上受控于古地貌，垂向上具有分帶性特征，可劃分為表層巖溶帶、垂向滲濾溶蝕帶、徑流溶蝕帶和潛流溶蝕帶 4個(gè)帶。其中徑流溶蝕帶最為常見。徑流溶蝕帶易于發(fā)育規(guī)模巨大的洞穴，常見落水洞（廳堂洞）、干流洞、支流洞、末梢洞和縫洞復(fù)合體（見圖 4）。洞穴系統(tǒng)多數(shù)被外源充填物、內(nèi)源充填物、垮塌堆積物和化學(xué)充填物等完全充填或部分充填。通過研究，描述和闡明了不同級(jí)次洞穴、通道和孔洞帶的成因和發(fā)育分布規(guī)律、洞穴內(nèi)部充填結(jié)構(gòu)。縫洞內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征和裂縫發(fā)育程度制約了縫洞系統(tǒng)的連通性，主要應(yīng)用示蹤劑分析、注采法和生產(chǎn)特征相似性等方法評(píng)價(jià)井間連通程度[51-54]。

在縫洞儲(chǔ)集體的井間地球物理預(yù)測方面已發(fā)展了干流洞和大型洞室的強(qiáng)振幅聚類分析檢測、大型縫洞網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)整體輪廓的地震反射結(jié)構(gòu)分析檢測、小型洞穴和溶蝕孔縫等反射雜亂體的小波多尺度檢測方法，以及斷裂和裂縫的相干體分析、不連續(xù)邊緣檢測、多方位縱波各向異性檢測等方法（見圖 4），以描述縫洞型儲(chǔ)集體的外部形態(tài)、縫洞體內(nèi)部結(jié)構(gòu)和含油性。

圖4 碳酸鹽巖縫洞儲(chǔ)集體表征方法

2.3.2 縫洞型油氣藏三維地質(zhì)建模

針對(duì)縫洞型油氣藏地質(zhì)建模提出了離散裂縫建模（DFN）方法，刻畫裂縫三維空間形態(tài)和發(fā)育程度。以儲(chǔ)集空間類型和規(guī)模為標(biāo)準(zhǔn)劃分縫洞型儲(chǔ)集體類型，在古地貌、巖溶發(fā)育模式和斷裂發(fā)育規(guī)律指導(dǎo)下，分類分級(jí)建立縫洞型儲(chǔ)集體三維地質(zhì)模型（見圖 5）。將縫洞儲(chǔ)集體劃分為溶洞型（大型溶洞、小型溶洞）、溶蝕孔洞型、裂縫型（大尺度、中尺度、小尺度）、基質(zhì)及微裂縫等多尺度類型，分別建立離散分布模型，融合在一起就形成了離散溶洞裂縫網(wǎng)絡(luò)三維地質(zhì)模型。其中大型溶洞采用“地震截?cái)?，模式修正”的方法，小型溶洞采用以大型溶洞為?xùn)練圖像的多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)隨機(jī)模擬方法，溶蝕孔洞采用序貫高斯隨機(jī)模擬方法，大尺度裂縫采用人工解釋的確定性方法，中尺度裂縫采用螞蟻體追蹤的方法，小尺度裂縫采用基于目標(biāo)的隨機(jī)模擬方法[55-57]。

圖5 分類分級(jí)、巖溶相控、多類型融合的三維地質(zhì)建模思路

3 發(fā)展展望

油氣開發(fā)已進(jìn)入深層、深水、非常規(guī)油氣及高含水油田開發(fā)領(lǐng)域。深層油氣藏巖性復(fù)雜，成藏類型多樣，高溫高壓，研究難度大；深水油氣藏開發(fā)鉆井成本高，一般要求少井高產(chǎn)，儲(chǔ)集層預(yù)測難；非常規(guī)油氣資源類型多（如致密油氣、頁巖油氣、煤層氣等）、潛力大，開發(fā)方式不同于常規(guī)油氣藏；高含水老油田經(jīng)長期開發(fā)和調(diào)整，油水分布和賦存方式復(fù)雜多樣。針對(duì)這些研究領(lǐng)域，已有開發(fā)地質(zhì)理論、方法和技術(shù)不能滿足需求，需進(jìn)一步加強(qiáng)油氣藏開發(fā)地質(zhì)理論和技術(shù)創(chuàng)新研究。

3.1 深化基礎(chǔ)理論研究

在理論研究方面，重點(diǎn)圍繞油氣藏“連通性、可流動(dòng)性、時(shí)變性”三大開發(fā)地質(zhì)科學(xué)問題，深化機(jī)理和分布規(guī)律研究。

3.1.1 儲(chǔ)集層構(gòu)型模式

加強(qiáng)原型模型（露頭、現(xiàn)代沉積、密井網(wǎng)、淺層地震解剖）及物理模擬和數(shù)值模擬研究，深化辮狀河、三角洲、沖積扇、水下扇等相類型構(gòu)型單元空間分布樣式、規(guī)模比例關(guān)系研究，建立定量構(gòu)型模式。

3.1.2 儲(chǔ)集層質(zhì)量及流體差異機(jī)理與分布模式

加強(qiáng)低滲、致密、頁巖儲(chǔ)集層質(zhì)量差異的控制因素及作用機(jī)理研究，建立相對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層的分布模式等；開展非常規(guī)致密油氣及頁巖油氣差異分布的控制因素及作用機(jī)理研究，建立非常規(guī)油氣分布模式。

3.1.3 裂縫形成機(jī)理與儲(chǔ)集層地質(zhì)力學(xué)

深化低滲、致密、頁巖儲(chǔ)集層微小尺度天然裂縫形成機(jī)理、分布規(guī)律、裂縫充填影響因素及有效性研究，開展改善儲(chǔ)集層滲流能力的地質(zhì)控制因素（脆性、巖石成分、表面性質(zhì)、地應(yīng)力等）和作用機(jī)理研究；研究致密、頁巖儲(chǔ)集層拉鏈?zhǔn)綁毫押投嗑綁毫训恼T導(dǎo)應(yīng)力場分布規(guī)律及多井多縫起裂與擴(kuò)展規(guī)律；對(duì)高溫高應(yīng)力儲(chǔ)集層，研究導(dǎo)流能力在高閉合條件下的影響因素及作用機(jī)制。

3.1.4 儲(chǔ)集層性質(zhì)時(shí)變及多場耦合機(jī)理

深化研究油田注水（包括其他驅(qū)替劑）開發(fā)過程中儲(chǔ)集層性質(zhì)（特別是孔隙結(jié)構(gòu)、注水誘導(dǎo)縫）時(shí)變的誘導(dǎo)條件及作用機(jī)理，不同開發(fā)階段儲(chǔ)集層性質(zhì)、斷層及裂縫封閉性的時(shí)變規(guī)律以及優(yōu)勢滲流通道分布規(guī)律，開發(fā)過程中多場相互作用與演化耦合機(jī)理及方式（見圖6），著重研究深層、深水環(huán)境下的溫度場、壓力場、應(yīng)力場、化學(xué)場的耦合作用及其對(duì)儲(chǔ)集層時(shí)變的影響機(jī)制。

圖6 油氣藏多場耦合示意圖

3.1.5 剩余油氣形成機(jī)理

開展開發(fā)動(dòng)態(tài)地質(zhì)分析、剩余油監(jiān)測、物理模擬和數(shù)值模擬，揭示油氣藏開發(fā)過程中連通性、可流動(dòng)性、時(shí)變性對(duì)剩余油氣滯留的控制作用機(jī)理及剩余油氣分布規(guī)律，深化完善高含水油藏剩余油分布的定量預(yù)測模式，建立致密、頁巖油氣開發(fā)過程中的剩余油氣分布樣式，指導(dǎo)尋找高豐度的優(yōu)質(zhì)油氣資源。

3.2 發(fā)展研究方法和技術(shù)

進(jìn)一步創(chuàng)新發(fā)展油氣藏開發(fā)地質(zhì)“識(shí)別、預(yù)測、建模”新技術(shù)，進(jìn)行儲(chǔ)集層構(gòu)型定量預(yù)測、儲(chǔ)集層質(zhì)量差異分布預(yù)測、裂縫識(shí)別及定量預(yù)測、縫洞單元預(yù)測、儲(chǔ)集層可壓裂性預(yù)測、壓裂裂縫及壓裂前后流體分布描述、儲(chǔ)集層地質(zhì)參數(shù)時(shí)變預(yù)測、三維地質(zhì)建模、剩余油氣定量描述等研究。

3.2.1 多井分析預(yù)測技術(shù)

油田多井、多時(shí)空的鉆井、測井、錄井及生產(chǎn)資料是油氣藏開發(fā)地質(zhì)研究的優(yōu)勢條件，地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等數(shù)學(xué)方法已在油氣藏分析預(yù)測中發(fā)揮了較好的作用，需進(jìn)一步發(fā)展基于地質(zhì)模式擬合的井間預(yù)測方法及軟件，評(píng)價(jià)和預(yù)測儲(chǔ)集層及剩余油氣的空間展布，為油田開發(fā)提供解決方案。

3.2.2 多學(xué)科多信息融合技術(shù)

進(jìn)一步發(fā)展井震結(jié)合、動(dòng)靜結(jié)合等多學(xué)科多信息融合技術(shù)。深化鉆測井、井間地震、三維和時(shí)移地震、納米機(jī)器人及示蹤劑等監(jiān)測與油氣藏生產(chǎn)數(shù)據(jù)的融合，集成應(yīng)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、智能化等信息技術(shù)，有效提高開發(fā)地質(zhì)研究精度；建立基于多信息融合的三維多尺度儲(chǔ)集層精細(xì)評(píng)價(jià)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)深層、深水復(fù)雜儲(chǔ)集層的準(zhǔn)確描述，攻關(guān)非常規(guī)油氣甜點(diǎn)預(yù)測及微地震監(jiān)測技術(shù)，提高儲(chǔ)集層甜點(diǎn)預(yù)測精度。

3.2.3 實(shí)驗(yàn)及物理模擬技術(shù)

發(fā)展數(shù)字巖心、微孔隙微裂縫表征、納米級(jí)孔隙結(jié)構(gòu)表征等實(shí)驗(yàn)技術(shù)及剩余油氣形成與分布的物理模擬技術(shù)；開展深層、深水條件下油氣生產(chǎn)過程中的流體相態(tài)、流體與巖石物理化學(xué)相互作用機(jī)制等模擬研究，以及致密、頁巖儲(chǔ)集層條件下壓裂開發(fā)模擬實(shí)驗(yàn)等。

3.2.4 復(fù)雜油氣藏三維地質(zhì)建模技術(shù)

加強(qiáng)油氣藏地質(zhì)與地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的結(jié)合，發(fā)展多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)建模方法（如三維訓(xùn)練圖像的構(gòu)建及復(fù)雜非平穩(wěn)地質(zhì)體的模式擬合）、基于構(gòu)型界面的建模方法、基于地質(zhì)過程的建模方法等，研制構(gòu)型界面、裂縫、縫洞等復(fù)雜地質(zhì)體建模的軟件系統(tǒng)。

4 結(jié)語

開發(fā)地質(zhì)研究在油氣田開發(fā)中發(fā)揮了重要作用，已發(fā)展成為一門獨(dú)立的學(xué)科。這一學(xué)科以油氣藏連通性、可流動(dòng)性及時(shí)變性為關(guān)鍵科學(xué)問題，主要研究油氣藏開發(fā)地質(zhì)控制因素的成因機(jī)理與分布模式、地質(zhì)因素對(duì)油氣開采的控制作用機(jī)理及油氣藏動(dòng)態(tài)演變規(guī)律、油氣藏表征與建模技術(shù)。隨著油氣田開發(fā)在深層、深水、非常規(guī)油氣領(lǐng)域的擴(kuò)展及高含水油藏開發(fā)難度的增大，需進(jìn)一步發(fā)展油氣藏開發(fā)地質(zhì)理論和技術(shù)，以更好地支撐油氣田的經(jīng)濟(jì)高效開發(fā)及可持續(xù)發(fā)展。

致謝：在本文成文過程中，中國石油大學(xué)（北京）曾聯(lián)波教授、岳大力副教授提供了部分素材，在此表示感謝！

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（編輯 王大銳 郭海莉）

Progress and prospects of reservoir development geology

LI Yang1, WU Shenghe2, HOU Jiagen2, LIU Jianmin3
(1. China Petroleum & Chemical Corporation Ltd., Beijing 100728, China; 2. College of Geosciences, China University of Petroleum, Beijing 102249, China; 3. SINOPEC International Petroleum Exploration and Production Corporation Limited, Beijing 100029, China)

This paper deals with the main scientific problems, academic connotation, progress and prospects of reservoir development geology. The reservoir development geology involves the key scientific problems of reservoir connectivity, flow ability, and changeability through time. Its research focus on the forming mechanism and distribution model of geological factors controlling the reservoir development, the control mechanism of geological factors to oil and gas production, the rule of reservoir dynamic evolution during development, and the reservoir characterization and modeling technology. Important progress has been made on theory and technology of reservoir development geology in high water-cut reservoirs, low permeability and tight shale reservoirs, fracture-cavity reservoirs, which makes the reservoir development geology grow as an independent academic subject already. With the development expansion in areas of deep-strata, deep-water, and unconventional hydrocarbon reservoirs, and the increasing difficulties of high water-cut reservoir development, the theory and technology of reservoir development geology remain to be developed in order to support efficient and economic development of hydrocarbon fields with a sustainable growth.

development geology; scientific problem; research progress; development geologic factor; reservoir development

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973）項(xiàng)目（2011CB201003）；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41372116）

TE34

A

1000-0747(2017)04-0569-11

10.11698/PED.2017.04.10

李陽, 吳勝和, 侯加根, 等. 油氣藏開發(fā)地質(zhì)研究進(jìn)展與展望[J]. 石油勘探與開發(fā), 2017, 44(4)： 569-579.

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李陽（1958-），男，山東東平人，博士，中國工程院院士，中國石油化工股份有限公司教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事油氣田開發(fā)方面的研究工作。地址：北京市朝陽區(qū)朝陽門北大街22號(hào)，中國石油化工股份有限公司，郵政編碼：100728。E-mail： liyang@sinopec.com.cn

2016-11-15

2017-06-08