常规砂岩储层油水倒置成因分析

宋洪亮 陈建波 张占女 韩雪芳 祝晓林

(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300452)

经典的油气成藏理论认为，油气总是聚集在圈闭的高部位。而油田实际勘探开发过程中，油水倒置现象时有发生。从目前来看，引起油水倒置的原因主要有2个方面:当储层为低渗-超低渗储层时，可形成油水倒置［1］;另外由于原油为稠油，密度大，易形成油水倒置［2］。

锦州25-1油田沙二段为中孔中渗储层，原油为中质低黏原油。但根据目前测井资料以及储层对比和动态认识，存在油水倒置现象。此种油水分布模式的确立对于丰富油气成藏及分布理论，提高油藏的勘探开发水平具有重要的意义。

1 油田概况

锦州25-1油田处于辽西低凸起北部倾末端，辽西凹陷北洼东侧。辽西1号断层将该构造分为东西两盘，油田位于辽西1号断层西盘，整体构造形态为一被断层复杂化的、北东走向的半背斜。沙二段为油田的主要含油层系，沉积类型为辫状三角洲沉积。沙二段Ⅳ油组平均孔隙度为24.5%，平均渗透率为267.9×10-3μm2，为中孔中渗储层。地面原油密度为0.760 ～0.853 g/m3，地层原油黏度为 0.76 mPa·s，属于轻质低黏原油。沙二段Ⅳ油组开发井位图见图1。

图1 沙二段Ⅳ油组开发井位图(局部)

2 地层对比

从地层对比上看，沙二段顶部有一明显高伽马段标志层，底部为大套泥岩段。同时，依据沉积特征和油水关系将沙二段划分为4个油组。Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ油组属于构造-岩性油气藏，其中Ⅰ油组和Ⅱ油组砂体较薄，分布局限，Ⅲ油组砂体相对较厚，分布范围相对较大，仅5井区域不发育。探井和开发井沙二段油组对比见图2。Ⅳ油组砂体横向分布稳定，砂体主要由2个旋回组成，各开发井测井曲线特征相近。

图2 探井和开发井沙二段油组对比图

3 气油水特征

A17井在沙二段Ⅳ油组实钻气水界面为海拔-2 046 m，而探井5井油顶为海拔-2 066 m，较A17井Ⅳ油组气水界面低20 m。油田开发初期将5井区域作为一岩性体，含油范围很小，如果砂体连通5井区域整体上将升级为一油环，含油面积将大大增加。分析砂体连通性:首先从物源方向上看，5井更靠近物源;另外，从测井曲线特征上看，5井与A17井在Ⅳ油组曲线特征相近，因此2口井在Ⅳ油组砂体应是同物源同期砂体;从剖面上看，该油组5井与A17井间不发育断层，砂体不会因为断层因素而分隔;从动态上看，调整井A32井(图1)在沙二段Ⅳ油组钻遇的储层均为油层，投产一个月后，地层压力基本不变，但气油比已由原始的128 m3/m3变为目前的406 m3/m3，说明该井已经发生气蹿，高部位存在天然气。因此，5井与A17井在沙二段Ⅳ油组砂体应是连通的。

4 井区油水倒置原因分析

从沙二段Ⅳ油组物性上看，5井、A17井与周边开发井物性基本一致，属中孔中渗储层，不存在由于物性差异导致遮挡的可能［3］;同时，从目前开发井实钻结果上看，开发井均钻遇该油组砂体，砂体没有出现岩性上倾尖灭［4］;从断层角度上分析，构造高部位为气层，边界断层封闭性较好，并非是边界断层封闭性导致油水倒置［1］;原油为轻质低黏原油，不会因为原油密度大导致油水倒置。

通过以上分析，该井区油水倒置应与油气成藏相关。油气运移的主要动力是浮力沿地层分量［2］，其计算公式为:

式中:Fg和Fo— 分别为油和气所受的浮力;Zg和Zo— 分别为气柱高度和油柱高度;ρw、ρg和 ρo— 分别为水、气、油的密度;α—地层倾角。

运移的阻力为毛细管力，毛细管力是油气经过孔隙系统时，在变形油滴(气泡)的两端形成的毛细管压力差，它实质上是一种压强，而不是压力，方向与运移方向相反，可用式(3)和式(4)表示:

式中:Pgw和Pow— 分别为油和气所受的毛细管力;σgw和 σow— 分别为气水和油水的界面张力;θgw和θow—分别为气水润湿角和油水润湿角;rp—孔隙半径;rt—吼道半径。

在成藏过程中，与天然气相比，油所受的浮力小，而所受的阻力大，因此，对于同期油气来说，气先于油成藏，气成藏时先充满构造高部位［5］。油气所受浮力与烃柱高度和地层倾角密切相关，沿层方向的动力为净浮力沿倾向的分量。在净浮力为定值的情况下，地层倾角越大，则油气顺层运移的动力也较大;反之，地层倾角越小，则油气顺层运移的动力越小。当顺层运移的动力减小到不能克服毛细管阻力时，油气充填在烃柱高度上固定。油气在顺层运移的同时，油气垂向上也向下排驱水体，最终受油气资源量的大小、各层位物性好坏等因素的影响形成气—油—水界面。

对于沙二段Ⅳ油组来说，该井区整体上为一半背斜构造，A17井局部为一小的向斜构造(图1)。通过上面分析可知，天然气首先在构造高部位充注成藏(图3(a))，当天然气充注从储层顶部到向斜的最大“圈闭线”(A17井气水界面)时，由于排驱A17井区域下部水体所需排驱压力大(外部为泥岩)，并且向斜区域倾角为负角，没有浮力作用。因此，天然气选择沿着倾向方向充注A17井向斜区域外的储集空间，排驱该区域水体，直至达到平衡(图3(b))，接着原油进行充注成藏，最终受到断层封闭性、浮力、毛细管力的多重作用，达到动态平衡，形成A17井区域的油水倒置(图3(c))。

图3 沙二段Ⅳ油组油气成藏模式图

5 结语

油气运移成藏主要的动力为浮力，运移的方向为顺层和由砂体上部向下，当背斜构造内有小的向斜构造时，油气排驱到向斜最大“圈闭线”时，由于排驱向斜构造内的水较排驱低部位背斜构造内的水所需的力大，因此，向斜构造内的水被保留。如果开发井部署在小的向斜区域内，该区域的油水关系与周边不一致;如果探井部署在该区域，应考虑低部位含油的可能性。

［1］张小莉，查明，王鹏.单砂体高部位油水倒置分布的成因机制［J］.沉积学报，2006，24(1):148-151.

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［3］余成林，林承焰，王正允.准噶尔盆地夏9井区八道湾组油水倒置型油藏特征及成因［J］.石油天然气学报，2008，30(5):32-36.

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［5］张洪，何顺利，庞雄奇，等.克拉2气田成藏过程的物理模拟［J］.石油与天然气地质，2006，27(1):23-26.