儲(chǔ)層砂體夾層定量研究初探
——以東莊油田為例

劉鐵嶺 （中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京100029）中石化河南油田分公司第一采油廠，河南桐柏474780

儲(chǔ)層砂體夾層定量研究初探
——以東莊油田為例

劉鐵嶺 （中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京100029）中石化河南油田分公司第一采油廠，河南桐柏474780

以東莊油田儲(chǔ)層研究為契機(jī)，以取心化驗(yàn)和測(cè)井資料為基礎(chǔ)，建立了適合東莊油田的孔隙度和滲透率解釋模型，應(yīng)用計(jì)算機(jī)編程的方法實(shí)現(xiàn)了按照測(cè)井深度間隔記錄逐點(diǎn)計(jì)算儲(chǔ)層物性，以此為基礎(chǔ)探索性研究出夾層定量計(jì)算新方法，尤其是基于流體流動(dòng)能力的滲透性?shī)A層研究，豐富了夾層研究?jī)?nèi)容，不僅可確定出層內(nèi)滲透性?shī)A層的滲透率下限，而且可推廣應(yīng)用到層系的合理組合和劃分上，增強(qiáng)了夾層研究成果的實(shí)用性。研究結(jié)果表明：東莊油田儲(chǔ)層中夾層較發(fā)育，夾層頻率2.3層／m，反映沉積水體震蕩強(qiáng)烈；夾層密度28.7%，反映儲(chǔ)層沉積時(shí)期水動(dòng)力環(huán)境偏弱。平面上夾層發(fā)育程度主要受水動(dòng)力條件控制，河道側(cè)緣以及前緣席狀砂等弱水動(dòng)力沉積區(qū)夾層厚度較大，主河道等強(qiáng)水動(dòng)力沉積區(qū)夾層厚度薄。

陸相儲(chǔ)集層；夾層；滲透性?shī)A層；定量識(shí)別

中國(guó)目前探明和投入開(kāi)發(fā)的油藏，多數(shù)形成于陸相含油氣盆地，陸相湖泊沉積體系中，季節(jié)性水流和局部地殼運(yùn)動(dòng)作用是湖泊水平面升降頻繁的主要原因，由此導(dǎo)致儲(chǔ)層內(nèi)部夾層特別發(fā)育［1～6］。夾層引起儲(chǔ)層物性變化增強(qiáng)了儲(chǔ)層的層內(nèi)非均質(zhì)性，夾層形成的滲流屏障嚴(yán)重影響層內(nèi)流體的運(yùn)動(dòng)方向［7］，夾層的存在降低了注入水波及系數(shù)，是層內(nèi)剩余油大量富集的關(guān)鍵因素。因此，深入細(xì)致開(kāi)展夾層的成因、分布和識(shí)別方法研究，對(duì)于儲(chǔ)層精細(xì)表征、剩余油分布與挖潛研究具有重要意義。

1 夾層的類型及表征方法

夾層是指砂層內(nèi)所分布的相對(duì)穩(wěn)定或不穩(wěn)定的非滲透層或低滲透層，夾層的存在影響了砂體內(nèi)部流體運(yùn)動(dòng)，增強(qiáng)了儲(chǔ)層的非均質(zhì)性。根據(jù)夾層的巖性和物性特征可將其分為2類，即非滲透夾層和滲透性?shī)A層，非滲透夾層進(jìn)一步分為泥質(zhì)夾層、過(guò)渡性?shī)A層和鈣質(zhì)夾層［8］。

1.1 非滲透夾層

1）泥質(zhì)夾層在水動(dòng)力條件較弱的沉積環(huán)境下形成，如兩次強(qiáng)水流之間出現(xiàn)明顯的弱水流期，碎屑顆粒不能被搬運(yùn)到該沉積區(qū)，懸浮的泥質(zhì)物沉淀下來(lái)，形成純泥質(zhì)夾層。

2）過(guò)渡性?shī)A層的巖性包括粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖和泥質(zhì)砂礫巖。過(guò)渡性?shī)A層是陸相沉積中最常見(jiàn)的夾層類型，水動(dòng)力變化具有漸變特點(diǎn)，一次強(qiáng)水流之后，水動(dòng)力往往逐漸由強(qiáng)變?nèi)?，下一次?qiáng)水流來(lái)臨時(shí)一般由弱逐漸加強(qiáng)，從而形成巖性過(guò)渡變化。常見(jiàn)過(guò)渡性?shī)A層為泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖；若沉積區(qū)距離物源較近，水動(dòng)力強(qiáng)，通常以粗粒沉積為主，但在短期強(qiáng)水流快速堆積條件下，則形成泥質(zhì)砂礫巖非滲透夾層。

3）鈣質(zhì)夾層在陸相地層中主要生成于兩種環(huán)境：一是在地表淡水環(huán)境下，因氣候炎熱，蒸發(fā)作用強(qiáng)烈，促使?jié)舛壬?，釋放出CO2產(chǎn)生CaCO3沉淀；二是在成巖過(guò)程中，隨著埋藏深度增加、溫度和壓力升高，有機(jī)質(zhì)熱演化釋放出大量的CO2與地層水中Ca2＋、Mg2＋等陽(yáng)離子結(jié)合形成碳酸鹽巖沉淀，碎屑巖被鈣質(zhì)膠結(jié)后而變得致密。

1.2 滲透性?shī)A層

滲透性?shī)A層又稱物性?shī)A層，這類夾層具有一定的孔隙度和滲透性。不同學(xué)者對(duì)物性?shī)A層的理解存在差異：狹義觀點(diǎn)將出油下限之下的特低滲透層定義為物性?shī)A層，比如，一般將常規(guī)油藏滲透率小于1× 10－3μm2的油層作為夾層從有效厚度中扣除，稠油油藏有效厚度滲透率界限可能提高至50×10－3μm2或者更高；廣義觀點(diǎn)認(rèn)為物性?shī)A層為不能參與流動(dòng)的儲(chǔ)層，夾層的物性界限隨儲(chǔ)層滲透率升高而升高，夾層的厚度隨儲(chǔ)層滲透率升高而加大，比如，儲(chǔ)層中高滲段滲透率1000×10－3μm2，小于50×10－3μm2的油層在注水開(kāi)發(fā)過(guò)程中就難以有效水驅(qū)，這部分油層可作為滲透性?shī)A層處理。

1.3 表征夾層的參數(shù)

夾層發(fā)育程度用夾層頻率和夾層密度兩項(xiàng)參數(shù)表征。夾層頻率指每米儲(chǔ)層內(nèi)夾層出現(xiàn)的次數(shù)，用來(lái)反映水動(dòng)力條件動(dòng)蕩變化情況。夾層密度指每米儲(chǔ)層內(nèi)夾層厚度百分?jǐn)?shù)，用來(lái)反映無(wú)效儲(chǔ)層所占的比例。

2 非滲透夾層的識(shí)別特征

巖心、薄片觀察等資料容易識(shí)別出泥質(zhì)和鈣質(zhì)夾層，但鉆進(jìn)取心成本太高，一個(gè)油藏不可能完全依靠取心資料來(lái)研究?jī)?chǔ)層和識(shí)別夾層，而測(cè)井資料豐度高［9］。因此，根據(jù)測(cè)井曲線響應(yīng)特征來(lái)識(shí)別夾層具有重要意義。

2.1 鈣質(zhì)夾層識(shí)別特征

鈣質(zhì)夾層導(dǎo)電性差，具有高阻特征，地層電阻率接近或高于油層電阻率，微電極表現(xiàn)為高阻且無(wú)幅度差。儲(chǔ)層砂質(zhì)含量高時(shí)，鈣質(zhì)夾層自然伽馬計(jì)數(shù)率低，電阻率高，無(wú)自然電位幅度異常。泥質(zhì)鈣質(zhì)夾層具有中－高自然伽馬計(jì)數(shù)率，無(wú)自然電位幅度異常。鈣質(zhì)夾層密度大，聲波傳播速度快，聲波時(shí)差小。鈣質(zhì)夾層巖石致密，不出現(xiàn)井徑擴(kuò)徑和縮徑現(xiàn)象。

2.2 泥質(zhì)夾層識(shí)別特征

泥質(zhì)夾層具有低電阻率特點(diǎn)，地層電阻率等于或高于圍巖，微電極曲線無(wú)幅度差；具有高自然伽馬計(jì)數(shù)率，無(wú)自然電位幅度異常；巖石密度小，聲波傳播速度慢，聲波時(shí)差大；當(dāng)夾層厚度較大時(shí)，井徑擴(kuò)徑現(xiàn)象明顯。

2.3 過(guò)渡性?shī)A層識(shí)別特征

過(guò)渡性?shī)A層為非純巖性?shī)A層，微電極曲線不能準(zhǔn)確判定巖性，一般表現(xiàn)為一定幅度差，含油時(shí)地層電阻率偏高，含水時(shí)地層電阻率偏低；自然電位曲線可能幅度差很小，或者具有一定幅度差，具體取決于泥漿與地層水礦化度差異；自然伽馬因泥質(zhì)含量高計(jì)數(shù)率中－高；聲波傳播速度受泥質(zhì)含量影響較大，通常情況下聲波時(shí)差偏大；夾層厚度大且泥質(zhì)含量高時(shí)，井徑擴(kuò)徑現(xiàn)象明顯。

2.4 夾層厚度對(duì)識(shí)別特征的影響

夾層厚度一般在幾厘米至幾十厘米，當(dāng)夾層厚度較小時(shí)，夾層的電性特征容易受到圍巖影響，縱向分辨率高的自然伽馬、淺探測(cè)電阻率和聲波等曲線響應(yīng)特征相對(duì)明顯，而縱向分辨率低的自然電位、深探測(cè)電阻率等曲線對(duì)夾層的響應(yīng)特征不明顯。

3 滲透性?shī)A層物性界限確定方法

滲透性?shī)A層的物性界限隨儲(chǔ)層砂體滲透率變化而變化，需要依據(jù)理論計(jì)算和實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定。

國(guó)內(nèi)外大量實(shí)踐證明：層間滲透率級(jí)差在5倍之內(nèi)時(shí)［10，11］，油層能夠較好地水驅(qū)動(dòng)用；滲透率級(jí)差大于5倍時(shí)，低滲層很難水驅(qū)動(dòng)用。層間滲透率級(jí)差對(duì)儲(chǔ)層水驅(qū)動(dòng)用的影響同樣可以應(yīng)用到層內(nèi)，即層內(nèi)滲透率級(jí)差大于5倍時(shí)，低滲層段不能水驅(qū)動(dòng)用，從而為滲透性?shī)A層物性下限確定提供了實(shí)踐依據(jù)。

為了從理論上求證實(shí)踐中獲得的認(rèn)識(shí)，假設(shè)儲(chǔ)層砂體由若干個(gè)滲透率不等、厚度等于測(cè)井深度間隔（0.125m）的非均質(zhì)層段組成，由注入端到采出端的距離為L(zhǎng)（cm），流體粘度為μ（mPa·s），橫截面積為A（cm2），注入端壓力為P1（MPa），產(chǎn)出端壓力為P2（MPa），根據(jù)達(dá)西定律可計(jì)算出每個(gè)滲透率樣本對(duì)流量的貢獻(xiàn)率，流量貢獻(xiàn)率小的樣本點(diǎn)為無(wú)效滲透率，或者認(rèn)為是滲透性?shī)A層。該次研究將流量貢獻(xiàn)率小于10%的若干低滲樣本作為滲透性?shī)A層物性界限。以儲(chǔ)層逐點(diǎn)滲透率計(jì)算結(jié)果為依據(jù)，應(yīng)用達(dá)西定律反復(fù)計(jì)算，取得以下認(rèn)識(shí)：

1）滲透性?shī)A層滲透率下限值隨儲(chǔ)層滲透率最大值升高而升高（圖1）。不同的滲透率組合，滲透性?shī)A層滲透率下限值不同。

2）儲(chǔ)層滲透率最大值越低，水驅(qū)動(dòng)用允許的滲透率級(jí)差越大（圖2）；儲(chǔ)層滲透率最大值越高，則水驅(qū)動(dòng)用允許的滲透率級(jí)差越小。由此可以看出，合理滲透率級(jí)差并不是5倍定值，而中低滲油藏水驅(qū)效果通常好于高滲油藏，可以從理論計(jì)算中得到合理解釋。

圖1 滲透率下限值與儲(chǔ)層滲透率最大值關(guān)系曲線

圖2 滲透率合理級(jí)差與儲(chǔ)層滲透率最大值關(guān)系曲線

4 東莊油田儲(chǔ)層中夾層分布特征

東莊油田位于南陽(yáng)凹陷西南部洼陷區(qū)，供給物源主要來(lái)自西北部的沙堰－焦店三角洲沉積體系，其次是來(lái)自東南部、西南部的扇三角洲沉積體系，整體屬于陸相湖泊三角洲沉積體系。目的層段為核二段（H2）Ⅱ－Ⅲ油組和核三段（H3）Ⅰ油組。

4.1 夾層頻率與密度特征

統(tǒng)計(jì)東莊油田目的層段儲(chǔ)層的夾層頻率與夾層密度，儲(chǔ)層中夾層普遍發(fā)育，夾層頻率2.3層／m，反映沉積水體震蕩強(qiáng)烈；夾層密度28.7%，反映儲(chǔ)層沉積時(shí)期水動(dòng)力環(huán)境偏弱（圖3）。此外，由夾層頻率和密度分布圖看出，淺層砂體夾層相對(duì)發(fā)育，深層砂體夾層發(fā)育程度較低。

4.2 層內(nèi)夾層發(fā)育規(guī)律

層內(nèi)夾層發(fā)育規(guī)律受沉積環(huán)境控制，展布面積較大的夾層一般反映季節(jié)性水流強(qiáng)度變化，或者是地殼振蕩運(yùn)動(dòng)結(jié)果，形成的夾層延伸距離超過(guò)一個(gè)井距。而局部水流強(qiáng)度變化，比如水下分流河道暫時(shí)性改道，形成的夾層延伸長(zhǎng)度短，多呈透鏡狀。

4.3 平面夾層發(fā)育規(guī)律

平面上，小層砂體內(nèi)夾層厚度大小取決于沉積相帶變化，位于分流河道的強(qiáng)水動(dòng)力環(huán)境夾層厚度小，河道前緣席狀砂沉積區(qū)以及靠近分流間灣區(qū)的砂體內(nèi)夾層厚度較大。

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1）夾層的類型可劃分為滲透性?shī)A層和非滲透夾層兩大類，非滲透夾層包括泥質(zhì)夾層、過(guò)渡性?shī)A層和鈣質(zhì)夾層；滲透性?shī)A層可根據(jù)油田油層有效厚度下限作為界限來(lái)劃分，也可根據(jù)流體參與的流動(dòng)能力來(lái)劃分。

2）不同類型夾層的成因不同，其巖性特征和測(cè)井響應(yīng)特征有較大差別，且?jiàn)A層厚度大小對(duì)夾層識(shí)別有較大影響。

3）探索性研究出夾層定量識(shí)別新方法，尤其是基于流體流動(dòng)能力的滲透性?shī)A層研究，為深化儲(chǔ)層研究奠定了基礎(chǔ)，為層系合理劃分提供了理論依據(jù)，對(duì)層內(nèi)剩余油分布規(guī)律研究具有積極意義，對(duì)措施方法優(yōu)選和提高措施有效率具有重要作用。

4）根據(jù)東莊油田儲(chǔ)層中夾層分布特征分析，儲(chǔ)層中夾層較發(fā)育，夾層頻率2.3層／m，反映沉積水體震蕩強(qiáng)烈；夾層密度28.7%，反映儲(chǔ)層沉積時(shí)期水動(dòng)力環(huán)境偏弱。延伸長(zhǎng)度較大的夾層通常由水平面升降變化引起，延伸距離一般超過(guò)一個(gè)井距，常呈席狀；延伸長(zhǎng)度較小的夾層多為局部水動(dòng)力條件變化引起，一般小于一個(gè)井距，多呈透鏡狀。平面上夾層發(fā)育程度主要受水動(dòng)力條件控制，河道側(cè)緣以及前緣席狀砂等弱水動(dòng)力沉積區(qū)夾層厚度較大，主河道等強(qiáng)水動(dòng)力沉積區(qū)夾層厚度薄。

圖3 東莊油田H2Ⅱ～H3Ⅰ油組小層夾層頻率與密度分布圖

［1］裘懌楠.開(kāi)發(fā)地質(zhì)方法論（一）［J］.石油勘探與開(kāi)發(fā)，1996，23（2）：43～47.

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［編輯］ 龍 舟

49 Quantitative Investigation on Reservoir Sand Body Interlayers——By Taking Dongzhuang Oilfield for Example

LIU Tie－ling

（Authors Address：Institute of Geology and Geophysics，Chinese Academy Sciences，Beijing100029，China；The First Oil Production Plant，Henan Oilfield Company，SINOPEC，Tongbai 474780，Henan，China）

By taking reservoir research in Dongzhuang Oilfield as a good chance and coring analysis and logging as the bases，a interpretation model of porosity and permeability suitable for Dongzhuang Oilfield was established.The method of computer programming was applied to realize the point－by－point calculation of reservoir physical properties through depth－logger interval records，on the basis stated above，a new method on interlayer quantitative calculation was put forward，especially the permeable interlayer research based on fluid flow ability，it enriched the content of interlay research.It not only could determine the lower limit of permeability of the permeable interlayer，it could also be applied to the reasonable combination and classification of strata series to enhance the practical application of interlayer research achivement.The research results show that the interlayers in Dongzhuang Oilfield are well developed with the interlayer frequency at 2.3，it presents serious shock of the sedimentary water bodies in the interlayer density of 28.7%，it reflects that hydrodynamic environment is weak during reservoir sedimentary periods.And it is pointed out that in the plane the interlayer developing degree is mainly controlled by the hydrodynamic conditions，that is，the interlayer thickness of weak hydrodynamic sedimentary areas such as channel margins and front sheet sand is larger，while in the strong hydrodynamic sedimentary areas such as the main channels，its thickness is small.

continental reservoir；interlayer；permeable interlayer；quantitative identification

book=87,ebook=87

TE122.23

A

1000－9752（2012）05－0049－04

2012－03－04

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41072087）。

劉鐵嶺（1966－），男，1989年大學(xué)畢業(yè)，教授級(jí)高級(jí)工程師，博士生，現(xiàn)主要從事油田地質(zhì)與開(kāi)發(fā)研究和管理工作。