伊拉克A 油田Asmari 組混積型碳酸鹽巖儲(chǔ)層隔夾層研究

汪洪強(qiáng)，齊明明，孫福亭

（中國(guó)海洋石油國(guó)際有限公司，北京 100028）

隔夾層作為油氣藏儲(chǔ)層中物性相對(duì)較差的組成單元，直接影響儲(chǔ)層的垂向連通性、壓力系統(tǒng)和油水關(guān)系、開(kāi)發(fā)層系劃分。因此，隔夾層的研究對(duì)儲(chǔ)層非均質(zhì)性研究和油田開(kāi)發(fā)效果具有重要意義[1－3]。目前，對(duì)陸相碎屑巖中隔夾層的研究已相當(dāng)深入[4－8]，但對(duì)海相碳酸鹽巖特別是混積型碳酸鹽巖儲(chǔ)層中隔夾層的研究則相對(duì)較少[1]。中東作為世界油氣資源最豐富的地區(qū)，80%的油氣產(chǎn)自碳酸鹽巖儲(chǔ)層，其中第三系A(chǔ)smari 組碳酸鹽巖是該地區(qū)重要的儲(chǔ)集單元之一[9]。伊拉克A 油田主力產(chǎn)層為第三系A(chǔ)smari 組，屬于大型混積型碳酸鹽巖油藏，發(fā)育灰?guī)r、白云巖、泥巖、砂巖和硬石膏等多種巖性，儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)復(fù)雜、非均質(zhì)性強(qiáng)，發(fā)育多種類型的隔夾層。隔夾層對(duì)A 油田見(jiàn)水規(guī)律、油藏動(dòng)用等產(chǎn)生一定影響，搞清隔夾層的分布對(duì)該油田高效開(kāi)發(fā)有重要意義。因此，本文基于巖心、薄片、測(cè)井和分析測(cè)試等資料，對(duì)A 油田Asmari 組隔夾層開(kāi)展綜合研究，進(jìn)而為油田開(kāi)發(fā)提供指導(dǎo)。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

A 油田位于伊拉克東南部，毗鄰伊朗邊界，構(gòu)造上處于扎格羅斯造山帶和阿拉伯臺(tái)地東部邊緣過(guò)渡帶，位于迪茲富坳陷西部，毗鄰美索不達(dá)米亞盆地。受扎格羅斯造山運(yùn)動(dòng)控制，A 油田總體表現(xiàn)為北西-南東向的背斜構(gòu)造，并發(fā)育受構(gòu)造控制的斷層和裂縫[10]。研究區(qū)Asmari 組地層的發(fā)育受控于波斯灣盆地構(gòu)造演化歷史，進(jìn)入第三紀(jì)，隨著非洲-阿拉伯大陸與歐亞大陸發(fā)生碰撞，形成扎格羅斯造山帶和前陸盆地環(huán)境，特提斯海逐漸閉合，海水開(kāi)始退卻，美索不達(dá)米亞地區(qū)雖然依然保持淺海環(huán)境，但地層由第三紀(jì)早期的陸棚相碳酸鹽巖沉積向上漸變?yōu)楹笃诘恼舭l(fā)巖和碎屑巖沉積[11]。

根據(jù)巖性組合及沉積特征，Asmari 組劃分為A、B、C 和D 四個(gè)段，A 段劃分A1、A2 和A3 三個(gè)小層，B 段劃分為B1、B2、B3 和B4 四個(gè)小層。A 段和B 段為主要含油層位，是目前油田主要開(kāi)發(fā)層位；C 段和D 段為水層，大多數(shù)井都未鉆穿C 段。Asmari 組沉積時(shí)期，A 油田主要處于連陸半局限-局限臺(tái)地的沉積背景，海平面整體逐漸變淺。C 段和D 段發(fā)育河流三角洲沉積，巖性以砂巖和泥巖為主，B 段發(fā)育半局限臺(tái)地，巖性以灰?guī)r為主，局部發(fā)育白云巖、砂巖和泥巖；A 段發(fā)育局限臺(tái)地，巖性以白云巖為主，夾少量硬石膏。

2 隔夾層類型及特征

通過(guò)對(duì)研究區(qū)Asmari 組巖心、薄片、測(cè)井和分析測(cè)試等資料綜合分析，認(rèn)為研究區(qū)主要發(fā)育泥巖、硬石膏和泥-微晶碳酸鹽巖3 類隔夾層。

2.1 泥巖隔夾層

研究區(qū)泥巖呈紅褐色或灰綠色，質(zhì)純、致密（見(jiàn)圖1、圖2（a）、圖2（b）），測(cè)井曲線上表現(xiàn)為“二高、二低”，即高自然伽馬（平均80 API）、高聲波（平均85 μs/ft）、低電阻（平均5 Ω）、低密度（平均2.3 g/cm3）的特征，成像測(cè)井上呈暗色層狀分布，與上下地層呈平行接觸。泥巖主要發(fā)育在D 段和C 段三角洲中的分流間灣和B段碳酸鹽巖和碎屑巖混合潮坪中的泥坪相中，A 段局限臺(tái)地中瀉湖里發(fā)育少量泥巖。

泥巖基本不發(fā)育孔隙，不具有孔滲物性，對(duì)流體滲流起到有效隔擋作用。根據(jù)單層泥巖厚度特征，一般將大于2 m 的泥巖層稱為隔層，小于2 m 的泥巖層稱為夾層。泥巖隔夾層對(duì)流體滲流影響較大，是影響研究區(qū)油田開(kāi)發(fā)重要的隔夾層。統(tǒng)計(jì)各段地層中泥巖厚度分布發(fā)現(xiàn)，D 段和C 段中厚度大于2 m 的泥巖占80%，B段厚度大于2 m 的泥巖僅占15%，A 段中泥巖厚度均小于2 m?？梢钥闯?，D 段和C 段的泥巖一般發(fā)育較厚，起到很好的隔層作用；而B(niǎo) 段和A 段中泥巖厚度較薄，以?shī)A層為主，對(duì)流體滲流隔擋作用有限。

2.2 硬石膏隔夾層

硬石膏一般為灰白色，質(zhì)純、致密，呈層狀分布（見(jiàn)圖1、圖2（c）～（e））。硬石膏測(cè)井曲線響應(yīng)特征比較典型，呈“一低三高”特征，即低伽馬（平均26 API）、高電阻（平均220 Ω）、高聲波（平均56 μs/ft）和高密度（平均2.8 g/cm3）；在成像測(cè)井上呈亮斑特征，膏巖越純，亮斑越明顯。

硬石膏主要在研究區(qū)A 段白云巖中零星發(fā)育。受扎格羅斯造山擠壓運(yùn)動(dòng)影響，A 段沉積時(shí)期研究區(qū)處于局限臺(tái)地沉積背景，在持續(xù)構(gòu)造擠壓抬升和干旱炎熱氣候條件影響下，局限臺(tái)地內(nèi)低洼處由于強(qiáng)烈蒸發(fā)作用沉淀薄層的硬石膏[9，12]。薄層狀硬石膏與厚層白云巖在縱向上呈互層狀沉積，硬石膏在平面上呈局部、零星分布。

從巖心和薄片上可以看出，硬石膏內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較致密，幾乎不發(fā)育孔隙（見(jiàn)圖2（c）～（e）），不具有孔滲物性，對(duì)流體流動(dòng)起到隔擋作用。統(tǒng)計(jì)硬石膏厚度發(fā)現(xiàn)，A 段單層硬石膏厚度范圍為0.1～3 m，平均0.57 m，96%的硬石膏層厚度小于2 m，以?shī)A層為主。

2.3 泥-微晶碳酸鹽巖隔夾層

碳酸鹽巖主要在A 段和B 段發(fā)育，其中A 段主要發(fā)育白云巖，包括生屑白云巖、鮞粒白云巖、內(nèi)碎屑白云巖和微晶白云巖；B 段主要發(fā)育灰?guī)r，包括生屑灰?guī)r、內(nèi)碎屑灰?guī)r、泥晶灰?guī)r等。

圖1 A 油田Asmari 組泥巖（a）和硬石膏（b）隔夾層特征Fig.1 Mudstone and anhydrite interbeds features of Asmari formation in A oilfield

圖2 A 油田Asmari 組泥巖和硬石膏巖心與薄片特征Fig.2 Core and thin features of mudstone and anhydrite interbeds of Asmari formation in A oilfield

通過(guò)對(duì)巖心、薄片、物性測(cè)試及壓汞曲線綜合分析認(rèn)為，研究區(qū)碳酸鹽巖中主要以泥晶灰?guī)r和微晶白云巖為隔夾層。這兩種巖石孔隙度較低，一般低于測(cè)井解釋儲(chǔ)層的cutoff 值（孔隙度大于8%為儲(chǔ)層），測(cè)井解釋為非儲(chǔ)層。B 段泥晶灰?guī)r主要發(fā)育在半局限臺(tái)地中灘間海沉積相中，A 段微晶白云巖主要發(fā)育在局限臺(tái)地中瀉湖沉積環(huán)境中，都屬于細(xì)粒碳酸鹽巖沉積物，顆粒含量少、粒度小且灰泥含量高，膠結(jié)作用明顯，孔隙較少、連通性較差（見(jiàn)圖3）。由于研究區(qū)處于扎格羅斯造山帶，受扎格羅斯構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，斷層和裂縫發(fā)育。一般，碳酸鹽巖中巖石物性越差，裂縫越發(fā)育，故在泥晶灰?guī)r和微晶白云巖中，裂縫常常較發(fā)育[13]。從圖3 可以看出，泥晶灰?guī)r和微晶白云巖中生物碎屑、顆粒較少，孔隙不多，但常發(fā)育裂縫。因此，這兩種巖石雖然孔隙度不高，但由于有裂縫的存在，常表現(xiàn)為低孔、低-中滲的特點(diǎn)（見(jiàn)圖4（a），圖中畫(huà)黑圈的部分滲透率較高），具有一定的滲流能力，主要為碳酸鹽巖物性?shī)A層。壓汞曲線（見(jiàn)圖4（b））也可看出，泥-微晶碳酸鹽巖（物性?shī)A層，非儲(chǔ)層）在一定的壓力條件下，流體是可以注入的，只是進(jìn)汞啟動(dòng)壓力略大于其他物性好的儲(chǔ)層，這也說(shuō)明泥微晶碳酸鹽巖具有一定滲流能力，不能隔擋流體流動(dòng)[1]。綜上，認(rèn)為研究區(qū)碳酸鹽巖中，主要發(fā)育孔隙度低的泥晶灰?guī)r和微晶白云巖物性?shī)A層，該類巖石一般發(fā)育裂縫，具有一定的滲流能力，不是嚴(yán)格意義上的隔夾層，一般不具備隔擋作用。碳酸鹽巖物性?shī)A層對(duì)流體滲流的隔擋作用遠(yuǎn)小于泥巖和硬石膏，對(duì)油田開(kāi)發(fā)影響也較小，故不作為本次隔夾層研究的重點(diǎn)。

3 隔夾層分布及對(duì)油田生產(chǎn)的影響

基于上述泥巖和硬石膏測(cè)井識(shí)別特征，對(duì)研究區(qū)56 口井井上泥巖和硬石膏進(jìn)行識(shí)別，總結(jié)了泥巖和硬石膏隔夾層縱向及平面分布規(guī)律，并結(jié)合油田生產(chǎn)資料分析這兩種隔夾層對(duì)油田開(kāi)發(fā)的影響。

硬石膏主要發(fā)育在A 段，平面上主要分布在油田中部及北部，厚度范圍為0～5 m。在油田北部A2 層下部和A3 層發(fā)育兩套相對(duì)穩(wěn)定的硬石膏夾層（見(jiàn)圖5）。油田北部的A-61 井壓力資料揭示，受A2 和A3 硬石膏夾層影響，A1 和A2 上部地層壓力與下部B 段地層壓力相比原始地層壓力衰竭程度不一致（見(jiàn)圖6），說(shuō)明這兩套硬石膏夾層對(duì)儲(chǔ)層縱向連通起到一定的隔擋作用，導(dǎo)致開(kāi)發(fā)過(guò)程中縱向壓力衰竭不一致。因此，該區(qū)域開(kāi)發(fā)井井網(wǎng)部署及油井射孔層位要考慮這兩套膏巖夾層的影響，分層系合理動(dòng)用開(kāi)發(fā)。

圖3 A 油田Asmari 組泥晶灰?guī)r和微晶白云巖巖心與薄片特征Fig.3 Core and thin features of micrite limestone and microcrystalline dolomite of Asmari formation in A oilfield

圖4 A 油田Asmari 組碳酸鹽巖儲(chǔ)層及非儲(chǔ)層巖心孔滲交會(huì)及壓汞曲線圖Fig.4 Cross plot of core pore and permeability and mercury injection curve for reservoir and non-reservoir of Asmari formation in A oilfield

圖5 A 油田Asmari 組A 段和B 段泥巖和硬石膏隔夾層剖面示意圖Fig.5 Section diagram of mudstone and anhydrite interbeds of Asmari formation in A oilfield

圖6 A 油田Asmari 組地層壓力衰竭圖Fig.6 Formation pressure depletion diagram of Asmari formation in A oilfield

泥巖主要在C 段頂部、B4 和B1 層發(fā)育，平面上主要分布在油田南部（見(jiàn)圖5）。其中，C 段頂部為一套平均厚度為10.2 m、分布穩(wěn)定且在全油田均發(fā)育的泥巖隔層，將C 段和上部B 段與A 段分隔為兩個(gè)獨(dú)立的油水系統(tǒng)。研究區(qū)生產(chǎn)井主要生產(chǎn)B 段和A 段，該套泥巖隔層有效阻擋了下部C 段水層錐進(jìn)到B 段。在油田南部，B4 和B1 層泥巖隔夾層較發(fā)育，B4 平均厚度為4.1 m，B1 平均厚度為1.3 m，但由于該區(qū)域斷層和裂縫較發(fā)育，導(dǎo)致泥巖隔夾層未能起到有效的隔擋作用。位于油田南部的A-45 和A-24 井壓力資料顯示，縱向上A 段和B 段壓力衰竭程度基本一致，說(shuō)明儲(chǔ)層縱向連通性好。此外，該區(qū)域生產(chǎn)A 段的井見(jiàn)水原因?yàn)锽段邊水推進(jìn)后形成次生底水縱向錐進(jìn)到A 段。壓力縱向衰竭規(guī)律和A 段見(jiàn)水模式均說(shuō)明油田南部B 段泥巖隔層未起到有效隔擋作用。因此，A 油田南部區(qū)域雖然泥巖隔夾層較發(fā)育，但對(duì)流體縱向流動(dòng)未能起到有效隔擋作用，開(kāi)發(fā)過(guò)程中不能利用其作為隔層阻擋下部邊底水縱向錐進(jìn)，在油井射孔時(shí)需考慮避射高度以延緩下部邊底水縱向錐進(jìn)。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）A 油田Asmari 組主要發(fā)育泥巖、硬膏巖和泥-微晶碳酸鹽巖3 類隔夾層。泥巖和硬石膏致密無(wú)孔隙、基本不具有孔滲能力，對(duì)流體流動(dòng)可以起到阻擋作用；泥-微晶碳酸鹽巖屬于細(xì)粒碳酸鹽巖沉積物，孔隙度低，但一般裂縫較發(fā)育，具有一定滲流能力，不能對(duì)流體起到有效的隔擋作用。

（2）硬石膏隔夾層主要在油田中部及北部A 段發(fā)育，在油田北部硬石膏對(duì)儲(chǔ)層縱向連通起到一定隔擋作用，導(dǎo)致縱向壓力衰竭不一致，在該區(qū)域開(kāi)發(fā)井井網(wǎng)部署及油井射孔層位要考慮膏巖夾層的影響，分層系合理動(dòng)用開(kāi)發(fā)。

（3）泥巖隔夾層主要在C 段頂部、B4 和B1 層發(fā)育，平面上主要分布在油田南部。C 段頂部發(fā)育一套厚度較大且分布穩(wěn)定的泥巖隔層，將C 段和上部B 段與A 段分隔為兩個(gè)獨(dú)立的油水系統(tǒng)，并有效阻擋了下部C 段水層錐進(jìn)到B 段。油田南部B4和B1 層泥巖較發(fā)育，但由于斷層和裂縫較發(fā)育，泥巖隔夾層未能起到有效隔擋作用，開(kāi)發(fā)過(guò)程中不能利用其作為隔層阻擋下部邊底水縱向錐進(jìn)，在油井射孔時(shí)需考慮避射高度以延緩下部邊底水縱向錐進(jìn)。