莫西庄油田庄101井区低含油饱和度古油藏特征

吕端川，林承焰，任丽华，郭 威，马鹏杰，狄喜凤

(1.中国石油大学(华东)地球科学与技术学院，山东青岛 266580； 2.山东省油藏地质重点实验室，山东青岛 266580)

莫西庄油田位于准噶尔盆地车莫古隆起中部，该地区在古近系喜山运动作用下发生北部掀斜，导致目前构造形态呈北西高、南东低的单斜[1]。油源为二叠系下乌尔禾组，储集层为侏罗系三工河组二段。该段由上部的一砂组和下部的二砂组组成，其中一砂组为曲流河三角洲沉积，二砂组为辫状河三角洲沉积[2-3]，两个砂组之间发育广泛分布的泥岩层，其平均厚度达5.3 m。早期研究者基于对该地区现今油水分布的静态描述，认为构造特征和沉积微相的复合影响以及其内部夹层是造成该地区油水复杂分布的主要原因[4-6]。该认识并未考虑成藏期后的构造掀斜过程对早期油水分布的影响。我国大多数油气藏在成藏期后并非永久性静止不动，一般都经历过构造运动的改造，在此过程中，部分地层水对原始油气进行驱替，同时被驱替出的原始油气在合适的圈闭条件下对原始地层水进行驱替，并再次聚集，根据驱替流体的不同，可以将油水界面重新调整区分为油气被地层水侵区及油气再次聚集区，其中油气再次聚集区是常规勘探开发的目标区，油气被地层水侵区含油饱和度呈低值而未被作为开发目标区。如果仅以其现今静态分布进行描述，则忽略了构造调整过程中油气被地层水侵区，即含油饱和度低值区所具有的剩余油潜力。因此，有必要从动态的角度对该地区复杂的油水关系进行分析，确定成藏过程中的油气被地层水侵区内的油水分布特征，判断该地区低含油饱和度油藏的形成模式，以期为同类型油藏的研究提供借鉴。

1 庄101井储层及流体特性

庄101井位于莫西庄油田的西部，北部与庄107井、庄102井之间发育北东东—南西西向正断层，西南部和东南部分别有庄104井、庄105井和庄108井(图1)。地球物理资料显示，庄101井与周围井之间的砂体连通性较差，其被周围低渗透性条带遮挡而呈孤岛状。三工河组二段在庄101井位置处埋深超过4 300 m，压实作用较为强烈。根据岩心测试得到的孔渗数据和含油饱和度数据平均值分别为12.8%、78.9 mD和16%，呈“低孔中渗低含油”特征。三工河组二段的上下两个砂组分别厚48 m、79 m。试油数据(表1)表明，该井在三工河组二段由上到下的3个试油层段的试油结论分别为含油水层、水层和油水同层。其中一砂组内含油饱和度最大值为31.4%，平均含油饱和度为15.7%；在二砂组上部的含油饱和度最大值为26.4%，平均含油饱和度为17.4%；在二砂组下部的含油饱和度最大值为25.3%，平均含油饱和度为15.2%。

庄101井的3个试油层段内岩心的物性数据(图2a)表明，二砂组上部水层段内的含油饱和度最高，比上部一砂组的含油水层段高1.7%，比二砂组下部的油水同层段高2.2%。同时，3个试油层段内的含水饱和度由上到下略微减少。且由上到下，3个试油层段内的平均渗透率分别为8.88 mD、115.37 mD、182.35 mD，即渗透率由上到下呈小幅度增大。渗透率变异系数(图2b)表明曲流河边滩沉积内物性非均质程度略高于辫状河道叠置侧向加积形成的砂体内的非均质程度，且受储层内部非均质程度的影响，含油水层内的剩余油饱和度呈相对高值。3个试油层段内原油族组分数据(图2c)表明，3个试油层段内饱和烃、芳香烃和非烃组分的含量百分比相近。在一砂组的含油水层段和二砂组的油水同层段内，沥青质的含量百分比较低，在二砂组油浸水层段内该值的含量最高，分别为上部含油水层段和油水同层段的2.07倍和2.64倍，说明该水层段早期油气经地层水侵入冲刷后，剩余油的主要成分为沥青质。

图1 莫西庄地区三工河组平面构造Fig.1 Plane tectonic of Sangonghe formation in Moxizhuang area

图2 莫西庄油田庄101井试油层段各参数综合图Fig.2 Various parameters of testing section of Zhuang-101 well in Moxizhuang oilfield

2 庄101井日产及邻井油水分布特征

根据前人对庄101井区内油水界面调整变化的识别，庄101井在构造掀斜后油水界面抬升调整幅度为25～30 m[7]。同时根据该井区各井试油资料(表1)，表明庄101井区“上水下油”的分布特征较为明显，且庄101井的油气显示级别在该井区内最高。结合前人对该地区构造演化的认识，说明庄101井在成藏期作为构造高点，其内部的原始油气丰度高于邻井，在经历北部掀斜后，目前的油气显示仍高于该井区内其他井。结合储层发育特征及试油数据，油水界面在上调过程中，该非均质河道砂岩层段作为油气发生再次运移的路径，在其层间隔层及层内夹层的遮挡作用下，地层水对原始油气的冲刷驱替程度不彻底，在局部形成残留，从而形成了以单砂体为储集单元的孤立油气藏。该类油气藏含油饱和度普遍呈低值，且日产量低。但针对该低饱和度油藏，施行合适的开发措施，仍可以取得一定的经济效益[8]。通过对比油气显示同为油浸级别的二砂组上下两个试油段的物性及含油性，预测其储量，若二砂组上部6.5 m厚油浸浅黄灰色中砂岩中的剩余油实现可动化，其产量将明显高于下部。

表1 庄101井区各井试油层段的日产及油气显示情况Table 1 Production and oil and gas showing situation of each well in Zhuang-101 well area

3 古油藏特征

图3 油水界面分布及调整示意Fig.3 Diagram of oil and water interface distribution and adjustment

根据传统油气成藏理论，油气在圈闭顶部富集，则从油藏级别的角度认为，油藏内含油饱和度表现为由上到下由高变低的分布特征[9](图3)，结合原油在圈闭中的聚集过程，表明油相对水相的排替作用由上到下逐渐降低。若油藏在后期遭受构造或开发因素的改造，油水界面发生改变，则油区与水区发生调整，古油区发生水侵，油相被水相驱替，或者古水区的水相被油相重新排替。其中，被水侵的古油区即为本文所讨论的古油藏的所在位置。

若构造调整幅度较高，原始油气藏可被完全破坏，从而形成古油藏。若构造调整幅度未将油藏完全破坏，则会导致油气的再次运聚，形成新的油气藏，同时也形成古油水界面限定的油气被地层水侵区。国内对古油藏的分析研究，主要是根据油藏被破坏后的残留沥青质判断油气运移路径，确定油气来源[10-11]；或者是通过对古油水界面的判断，分析油藏内的油气充注历史，确定排烃期次[12-13]。但一直并没有将油气被地层水侵区，即含油饱和度呈低值的古油区作为具有开发潜力的对象进行深入研究[14-16]。当国外利用CO2混相驱替方法在生产油水界面与自由水界面之间低含油饱和度层段内获得显著工业流，发现了该层段的剩余油潜力[17-19]。

油气被地层水侵区内的低含油饱和度油藏中剩余油的有效挖潜为剩余油研究提供了新思路。后期学者对该类型油藏的开发措施进行了研究[20]。要究该类型低含油饱和度油藏，首先要解决如下2个问题：①油气被地层水侵区内低含油饱和度油藏的形成机理，判断其是否与现今油藏底部低含油饱和度层段的形成机理存在差异；②油气运移路径上能否形成一定厚度且可以作为挖潜目标的低含油饱和度的古油层段。

古油藏相对于现今油藏经历了一定的改造作用，包括构造因素引起的地层掀斜、断层封闭性变差，以及开发等因素引起的水动力的改变，这种改造作用造成油水界面发生调整。在油水界面变化的层段内，早期油藏被动发生地层水的水驱冲刷，由于储层层间非均质的影响，导致水驱冲刷程度存在差异。孔喉结构内存在一定量不同形式的残余油，因此在剩余油饱和度垂向分布上可以识别出残余油饱和度呈低值的非可动油区。现今油藏底部低含油饱和度层段的形成，则是因为在油藏底部原油充注程度相对于中上部较低，油相被水相捕获，以非可动油的形式残留在孔隙中。因此，从水相与油相的相互作用角度来看，两者的形成机理具有相似性，均为一种流体对另一种流体的不完全驱替。结合庄101井区构造大事件(表2)及各井的油气显示来看，在成藏期作为古构造高点的庄101井，在北部掀斜的改造作用下，经地层水冲刷后，目前仍为油浸，而位于早期构造低点的各井，由于充注程度较弱，目前仅表现为油斑或油迹。

表2 莫西庄地区构造历史大事件Table 2 The great tectonic events in Moxizhuang area

很多学者通过对油气运移路径的研究[21-22]，认为油气的二次运移路径包括断裂带、不整合面、裂缝和连通性孔隙。油气在运移过程中首先沿孔渗条件好的优势通道进行，以砂岩输导层为例，发生优势运移的砂体厚度占砂体总厚度的比例非常小[23]。从微观级别分析，油气的运移以及自由水对油区的侵入均受油相与水相两者间相互作用的影响，在运移过程中，油气受浮力、重力和毛管力的合力而向圈闭内聚集，同时由于岩石表面亲油矿物的润湿性影响，油相迅速在岩石表面形成油膜。从宏观级别分析，油气在优势通道内主要沿浮力方向运移。逐渐聚集的油气在圈闭内受到顶部盖层的遮挡，由上到下对水相发生排替，该排替过程中，在孔渗条件差的致密层内，油气的驱动力不足以克服毛管力，则油气相不能对该层的水相进行排替[24-25]。在非致密储层内，当油气来源充足时，圈闭内岩层的有效孔隙均被油气填充。一旦油藏保存条件发生改变，出现油水界面调整，则发生与水驱开发类似的水侵过程，受储层内物性差异，相同调整程度下，孔渗条件好的层段内剩余油饱和度值比孔渗条件差的层段内的值低[26-28]。当油气在优势通道内运移时，由于该位置的储层物性相对较好，油气的运移驱动力大于毛管阻力，因而缺少形成油相残留的条件，故在运移路径内不存在具有开发潜力的残余油区。

综上对圈闭被油气聚集及油水界面调整过程的分析，结合庄101井区内各井的实际生产情况，认为在油水界面调整范围内，具有开发潜力的低含油饱和度的古油藏的形成需要满足如下3个条件：①圈闭内早期发生油气聚集成藏，后期存储条件发生改变致使遭受水侵；②发生水侵的区段内由于储层物性的影响致使地层水的冲刷不彻底，造成一定量的剩余油残留；③该部分残余油能够利用混相驱替或化学驱等开采方法实现可动化，从而进行有效开发。同时庄101井区低含油饱和度油藏形成的外因是受喜山期北部掀斜影响，造成早期油气聚集区部分被地层水侵入；内因则是储层内部非均质性降低了地层水的冲刷程度，形成了油水复杂分布、以低含油饱和度为特征的古油藏类型。

4 结论

(1)莫西庄油田庄101井区属于典型的构造调整水侵区内发育的低含油饱和度古油藏，三工河组古油层受构造掀斜作用的影响发生水侵，在储层层内非均质因素的控制下导致古构造高点位置处油水复杂分布的特征。

(2)油气被地层水侵区内的低含油饱和度油藏的形成机理与现今油藏底部低含油饱和度层段的形成机理相似，均表现为油相被水相捕获而残留在储层中。

(3)油气运移路径上不存在低含油饱和度油藏形成的条件，因此难以形成具有一定厚度且具有开发潜力的残余油层段。

(4)储层非均质程度较高、成藏期为古构造高点、在油气成藏后发生构造调整的区域是进行剩余油研究挖潜的新目标区。