柴達(dá)木盆地尕斯庫(kù)勒油田E31油藏隔夾層特征、成因及分布

于慧敏，宋彥辰，彭渝婷，劉 波，李 童，石開(kāi)波

(北京大學(xué)，北京 100871)

0 引 言

儲(chǔ)層中隔夾層的分布對(duì)剩余油分布及開(kāi)發(fā)方式選擇具有重要影響。隔夾層包括隔層和夾層，是指對(duì)儲(chǔ)層內(nèi)流體流動(dòng)起明顯阻擋作用的非滲透隔擋體[1-3]。隔層通常是指能有效阻止或控制流體運(yùn)動(dòng)的非滲透層，具有厚度較大、展布范圍較廣、分布較為連續(xù)的特點(diǎn)，對(duì)上下油層能夠起到有效的封隔作用；而夾層是指儲(chǔ)層內(nèi)部影響流體在局部范圍內(nèi)流動(dòng)的非滲透層，厚度和分布范圍較小、連續(xù)性差，不能有效阻止或控制流體的運(yùn)動(dòng)[4-5]。隨著開(kāi)發(fā)程度的不斷提高，對(duì)于隔夾層的精細(xì)描述與表征的要求也在不斷提高。

柴達(dá)木盆地尕斯庫(kù)勒油田古近系下干柴溝組下段(E1)油藏主要為湖相辮狀河三角洲沉積環(huán)境，相較于海相地層，隔夾層分布情況更為復(fù)雜。目前，油藏處于二次開(kāi)發(fā)中后期高含水階段，綜合含水率達(dá)80.9%，采出程度為43.12%，水驅(qū)開(kāi)發(fā)面臨地層欠注和挖潛效果差等難題，氣驅(qū)作為一種高效的提高采收率技術(shù)已成為新的開(kāi)發(fā)選擇方案。由于儲(chǔ)層內(nèi)部大量發(fā)育的低滲透隔夾層決定了油藏的分割能力，同時(shí)隔夾層的空間展布規(guī)律對(duì)注氣動(dòng)用效果有著重要影響，因此，進(jìn)一步精細(xì)化研究隔夾層有著重要意義。然而，前期基于注水開(kāi)發(fā)的地質(zhì)研究多著重于對(duì)儲(chǔ)層的精細(xì)刻畫(huà)及注水滲流屏障和優(yōu)勢(shì)通道等[6-7]，關(guān)于隔夾層類型特征、成因、分級(jí)、識(shí)別、展布等相關(guān)研究甚少，不能滿足氣驅(qū)開(kāi)發(fā)對(duì)隔夾層精細(xì)刻畫(huà)的需要。該文重點(diǎn)針對(duì)E1油藏IV油組的Ⅳ-3—Ⅳ-5小層，利用270余口井的測(cè)井、錄井及3口取心井的巖心和開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)資料，在隔夾層層次結(jié)構(gòu)劃分和成因分析基礎(chǔ)上，建立隔夾層的識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)其空間分布規(guī)律進(jìn)行研究，以期為開(kāi)發(fā)方案的制訂提供地質(zhì)依據(jù)。

1 地質(zhì)背景及開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀

尕斯庫(kù)勒油田E1油藏是青海油田的主力油藏之一，自上而下劃分為4個(gè)油層組，共22個(gè)小層。E1油藏主要為遠(yuǎn)源的辮狀河三角洲前緣沉積，接受西南方向昆侖山水系和西部、西北部阿爾金山脈水系的碎屑物供給[8](圖1)，巖性以棕紅色、暗棕褐色、黑褐色粉細(xì)砂巖為主，夾棕紅色砂質(zhì)泥巖、灰色鈣質(zhì)泥巖，底部Ⅳ-5小層含礫巖及含礫砂巖。沉積微相主要為水下分流河道、河口壩和分流間灣[9]。平均滲透率為48 mD，孔隙度為13.9%，為中低孔低滲透儲(chǔ)層。此次研究主要針對(duì)最下部Ⅳ油組的Ⅳ-3—Ⅳ-5小層開(kāi)展研究，目的層段厚度為30～50 m，其中Ⅳ-4、Ⅳ-5為主力小層。該油藏自1989年起開(kāi)始全面注水開(kāi)發(fā)，北區(qū)分Ⅰ+Ⅱ、Ⅲ+Ⅳ 2套層系開(kāi)發(fā)，南區(qū)為混層系開(kāi)發(fā)[10-11]。油藏自2007年起進(jìn)行井網(wǎng)轉(zhuǎn)換，由正規(guī)反九點(diǎn)注水逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槲妩c(diǎn)法注水方式，井距為300～450 m，平均為372 m，油水井?dāng)?shù)比為2.77，井網(wǎng)密度為7.21 口/km2。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期水驅(qū)開(kāi)發(fā)，油藏目前剩余可采儲(chǔ)量為431×104t，整體采出程度約為43.1%，綜合含水為80.9%，面臨注水困難、欠注嚴(yán)重及產(chǎn)液能力下降等穩(wěn)產(chǎn)難題。

圖1 尕斯庫(kù)勒E1油藏井位構(gòu)造圖和地層綜合柱狀圖

2 隔夾層特征及成因

2.1 隔夾層巖石學(xué)及物性特征

通過(guò)E1油藏樣品顯微薄片觀察、掃描電鏡分析可知，研究區(qū)隔夾層整體可分為泥質(zhì)和鈣質(zhì)兩大類，以泥質(zhì)隔夾層為主。泥質(zhì)隔夾層主要由細(xì)粒的懸浮物質(zhì)沉積而成，巖性主要為紅棕色泥巖和粉砂質(zhì)泥巖(圖2a)，黏土礦物含量為40%～65%，石英、長(zhǎng)石和方解石呈粉砂級(jí)或泥級(jí)顆粒分布于泥質(zhì)沉積物中，巖石整體十分致密(圖2b、c)。鈣質(zhì)夾層巖心呈灰白色，巖性主要為鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖(圖3d)，碎屑顆粒以石英為主，含量為45%～65%，長(zhǎng)石含量次之，膠結(jié)物成分主要為硬石膏、方解石、白云石等，含極少量黏土礦物(圖3e、f)，巖石整體較為致密。

圖2 隔夾層巖石學(xué)特征

E1油藏取心井120塊隔夾層、儲(chǔ)層樣品的孔滲實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：隔夾層滲透率以小于0.010 mD為主，其中，泥質(zhì)隔夾層滲透率絕大部分小于0.001 mD，鈣質(zhì)夾層的滲透率為0.001～0.100 mD，絕大部分小于0.010 mD，儲(chǔ)層滲透率在0.100～1 000.000 mD均有分布。隔夾層孔隙度主要為2%～7%，其中，泥質(zhì)隔夾層孔隙度小于7%，絕大部分為2%～5%，鈣質(zhì)夾層孔隙度小于8%，絕大部分為3%～6%，有效儲(chǔ)層孔隙度分布范圍為7%～23%(圖3)。

圖3 E1油藏取心井有效儲(chǔ)層和不同類型隔夾層孔滲交會(huì)圖

2.2 隔夾層層次結(jié)構(gòu)及成因

與地層構(gòu)型界面相對(duì)應(yīng)，隔夾層也具有層次性，且不同級(jí)次的隔夾層對(duì)于剩余油的控制作用不同[12]。鈣質(zhì)夾層的形成主要與硬石膏膠結(jié)作用有關(guān)，因其僅在研究區(qū)內(nèi)Ⅳ-5小層水下分流河道底礫巖中少量發(fā)育，具有一定的隨機(jī)性，厚度較薄且連續(xù)性差，基本不存在鈣質(zhì)隔層，故不做重點(diǎn)討論。

Miall提出儲(chǔ)層構(gòu)型要素分析法，將三角洲相沉積界面劃分為6個(gè)級(jí)次：5～3級(jí)構(gòu)型界面分別相當(dāng)于三角洲前緣沉積復(fù)合體、單一河道或河口壩、單砂體內(nèi)部增生體的頂?shù)捉缑?，限定不同?jí)次的構(gòu)型單元，對(duì)應(yīng)于5級(jí)(短期)旋回至7級(jí)旋回[13-14]。目前對(duì)于湖相三角洲前緣泥質(zhì)隔夾層的分級(jí)并不明確，該文基于Miall對(duì)砂體構(gòu)型界面的研究，結(jié)合前文所述隔夾層的定義，綜合考慮研究區(qū)泥質(zhì)隔夾層的發(fā)育位置、空間分布規(guī)模及其對(duì)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的影響，將E1油藏Ⅳ-3—Ⅳ-5小層的泥質(zhì)隔夾層具體細(xì)分為小層間隔層、單砂體間夾層和單砂體內(nèi)夾層3個(gè)層次，可分別與Miall構(gòu)型分級(jí)方案中的5、4、3級(jí)構(gòu)型界面相對(duì)應(yīng)(表1)。

表1 隔夾層層次結(jié)構(gòu)與三角洲相構(gòu)型分級(jí)對(duì)應(yīng)關(guān)系

小層間隔層發(fā)育于小層與小層之間，對(duì)應(yīng)于5級(jí)砂體構(gòu)型界面，5級(jí)界面為復(fù)合砂體的頂?shù)捉缑?，可作為小層劃分與對(duì)比的主要標(biāo)志(圖4a)。小層間隔層受短期旋回所控，洪泛期湖平面上升，有效可容納空間向陸上遷移，基準(zhǔn)面上升達(dá)到最高，可容納空間的增量遠(yuǎn)大于沉積物的供給量。水體加深，水動(dòng)力相對(duì)減弱，細(xì)粒懸浮物質(zhì)易大量沉積和保存，形成大套的連續(xù)泥巖隔層。小層間隔層分布穩(wěn)定，規(guī)模較大，可以在全區(qū)追蹤，厚度多為數(shù)米，個(gè)別達(dá)數(shù)十米。

單砂體間夾層對(duì)應(yīng)于4級(jí)砂體構(gòu)型界面，4級(jí)界面為單一河道砂或河口壩砂體的頂?shù)捉缑?圖4b)。短期旋回均由湖平面由深到淺的超短期旋回組成，每個(gè)超短期旋回控制單一沉積微相的發(fā)育。在超短期旋回結(jié)束后，湖平面快速上升，細(xì)粒物質(zhì)沉積于河道間或廢棄河道，形成分布規(guī)模較小、連續(xù)性較差的區(qū)域性?shī)A層。單砂體間夾層的厚度相較于小層間隔層更薄，多為幾米，一般在局部范圍內(nèi)連續(xù)分布，為區(qū)域性?shī)A層。

單砂體內(nèi)部由一個(gè)或多個(gè)增生體垂向或側(cè)向加積而成，單砂體內(nèi)夾層位于單一增生面，對(duì)應(yīng)于3級(jí)砂體構(gòu)型界面(圖4c)。湖平面短暫上升過(guò)程中，由于水體加深，可容納空間增大，波浪能量相對(duì)衰減，泥質(zhì)沉積物在增生體之上沉積，形成單一砂體內(nèi)部夾層。在沉積后期，單砂體內(nèi)夾層容易受波浪或沿岸流的沖刷、破壞而難以保存，連續(xù)性和穩(wěn)定性較差，為局部性發(fā)育的夾層[15]。此外，在每一期大洪水期間，基準(zhǔn)面保持相對(duì)穩(wěn)定但不會(huì)一直不變，水體能量出現(xiàn)不定期的波動(dòng)，也會(huì)導(dǎo)致懸移物質(zhì)部分沉積于增生體間形成夾層[16]。

圖4 E1油藏不同層次泥質(zhì)隔夾層成因模式(據(jù)文獻(xiàn)[17]改編)

3 隔夾層測(cè)井識(shí)別及空間展布

3.1 隔夾層測(cè)井識(shí)別

隔夾層的識(shí)別方法較多，其中巖心觀察法是最直觀且準(zhǔn)確的方法之一，但由于取心井資料有限，而測(cè)井資料較為齊全，不同類型的隔夾層在測(cè)井曲線上具有不同的響應(yīng)特征，故選取不同類型的隔夾層識(shí)別敏感曲線，在測(cè)井曲線歸一化消除量綱的基礎(chǔ)上，利用巖心標(biāo)定測(cè)井(圖5)，建立各類隔夾層測(cè)井識(shí)別交會(huì)圖版，形成隔夾層綜合定量識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而應(yīng)用到研究區(qū)非取心井目的層段的隔夾層識(shí)別與劃分中。

圖5 E1油藏隔夾層測(cè)井響應(yīng)特征

3.1.1 隔夾層測(cè)井響應(yīng)特征

不同層次的泥質(zhì)隔層、夾層的巖石學(xué)特征和測(cè)井響應(yīng)基本一致，故統(tǒng)一對(duì)泥質(zhì)隔夾層進(jìn)行研究。由于泥質(zhì)含量較多，測(cè)井曲線響應(yīng)特征表現(xiàn)為自然伽馬為高值，GR曲線呈中高幅舌狀和指狀凸起；自然電位幅度差減小，SP曲線接近泥巖基線，在厚層泥巖層段井徑明顯擴(kuò)徑；聲波時(shí)差呈現(xiàn)為高值，密度略有減小，補(bǔ)償中子呈現(xiàn)為相對(duì)高值，一般大于19%；電阻率呈現(xiàn)相對(duì)低值，深淺電阻率幅度差減小或無(wú)幅度差，如圖5中躍檢5井的3 454.1～3 457.4 m井段。

鈣質(zhì)夾層具有密度大、導(dǎo)電性差的特點(diǎn)，如圖5所示，在躍檢5井3 457.6～3 458.0 m和3 463.5～3 463.8 m井段為鈣質(zhì)夾層，該類夾層的測(cè)井曲線特征表現(xiàn)為自然伽馬呈低—極低值，自然電位曲線幅度差增大，呈負(fù)異常，井徑無(wú)明顯變化；由于孔隙被鈣質(zhì)膠結(jié)，聲波時(shí)差異常低值，密度呈高值，補(bǔ)償中子略微降低，通常小于20%；電阻率異常高值，常呈尖峰指狀。

3.1.2 隔夾層測(cè)井識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)

尕斯庫(kù)勒油藏開(kāi)發(fā)時(shí)間較長(zhǎng)，測(cè)井儀器、刻度標(biāo)準(zhǔn)和操作方式等不同，且受泥漿、井徑等的影響，新老測(cè)井資料量綱存在一定的差異和誤差，不同井的原始測(cè)井資料可對(duì)比性較差。而測(cè)井曲線的歸一化與油田儲(chǔ)藏參數(shù)的準(zhǔn)確性有密切關(guān)系(圖6)[18-22]。鑒于上述情況，優(yōu)選對(duì)于2類隔夾層測(cè)井響應(yīng)良好、數(shù)據(jù)齊全的測(cè)井曲線，首先對(duì)測(cè)井曲線進(jìn)行基線偏移校正，對(duì)井段原始測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)按正態(tài)分布篩選之后，再進(jìn)行歸一化處理，其關(guān)系式為：

(1)

式中：X1為歸一化處理后的測(cè)井曲線值；X為原始測(cè)井曲線值，API；Xmax為處理井段測(cè)井最大值，API；Xmin為處理井段測(cè)井最小值，API。

經(jīng)上述處理之后，測(cè)井曲線值被嚴(yán)格控制在0～1，消除了新、老井測(cè)井資料量綱不同的影響，同時(shí)使不同類型的測(cè)井曲線值之間可以進(jìn)行對(duì)比和運(yùn)算，增強(qiáng)了多井間測(cè)井資料的可比性，提高了測(cè)井解釋的精度和準(zhǔn)確性。結(jié)合上述對(duì)不同類型隔夾層測(cè)井響應(yīng)特征的分析，優(yōu)選歸一化后的GR、AC、RXO、RLLD等測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)兩兩交會(huì)，可以看到泥質(zhì)隔夾層和鈣質(zhì)夾層的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)分布在不同的范圍內(nèi)(圖6)，綜合各類圖版可以得出該地區(qū)的隔夾層綜合識(shí)別劃分標(biāo)準(zhǔn)(表2)。

圖6 隔夾層測(cè)井識(shí)別交會(huì)圖版

表2 E1油藏隔夾層測(cè)井識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)(各測(cè)井值均為歸一化數(shù)值)

3.2 隔夾層空間展布

根據(jù)上述隔夾層測(cè)井綜合識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)，以單井隔夾層定量識(shí)別為基礎(chǔ)，對(duì)研究區(qū)270余口井的Ⅳ油組Ⅳ-3—Ⅳ-5小層進(jìn)行了隔夾層的識(shí)別和標(biāo)定，通過(guò)搭建多條順、切物源方向的剖面格架，對(duì)不同級(jí)次隔夾層的空間展布規(guī)律進(jìn)行研究。

3.2.1 小層間隔層

E1油藏Ⅳ-3—Ⅳ-5小層發(fā)育3套隔層，分別位于小層與小層之間界線處(圖7)。隔層呈層狀穩(wěn)定分布，以泥質(zhì)為主，厚度較大，隔層整體平均厚度為4.11 m，最大為10.24 m，最小為0.70 m，Ⅳ-4與Ⅳ-5小層之間隔層平均厚度為5.13 m，Ⅳ-3與Ⅳ-4小層之間隔層平均厚度為4.08 m，Ⅳ-2與Ⅳ-3小層之間隔層平均厚度為3.09 m(表3)。隔層厚度平面上呈自西向東增厚的趨勢(shì)，主要與沉積環(huán)境的變化有關(guān)，東部近物源方向以水下分流河道、河口壩沉積為主，向西過(guò)渡為遠(yuǎn)源的細(xì)粒沉積，砂體厚度減薄，泥質(zhì)含量呈增多趨勢(shì)。Ⅳ-2與Ⅳ-3小層間隔層鉆遇率為98.9%，Ⅳ-3與Ⅳ-4小層間隔層鉆遇率為98.1%，Ⅳ-4與Ⅳ-5小層間隔層鉆遇率達(dá)100.0%，除局部井區(qū)隔層缺失產(chǎn)生上下砂體聯(lián)通的“天窗”之外，小層間隔層基本在全區(qū)98%以上的井中都能對(duì)比追蹤，平面連續(xù)性強(qiáng)，對(duì)注氣能起到良好的封隔作用。

表3 E1油藏Ⅳ-3—Ⅳ-5小層泥質(zhì)隔層分布參數(shù)統(tǒng)計(jì)

3.2.2 單砂體間夾層

而對(duì)于不連續(xù)的夾層，其展布范圍對(duì)封隔能力有著重要的影響。如圖7所示，E1油藏Ⅳ-3—Ⅳ-5小層發(fā)育3套單砂體間夾層，分布于小層內(nèi)部的單砂體與單砂體之間界線處。

圖7 尕斯E1油藏隔夾層連井對(duì)比剖面圖(剖面位置見(jiàn)圖1a)

單砂體間夾層以泥質(zhì)為主，整體平均厚度為1.73 m，最小為0.30 m，最大為5.37 m，一般為1.00～2.50 m(表4)，自西向東夾層厚度增大，與向東漸變?yōu)檫h(yuǎn)源細(xì)粒沉積有關(guān)。且發(fā)育密度較隔層低，單砂體間夾層鉆遇率為25%～65%，發(fā)育規(guī)模較小，全區(qū)連續(xù)性也相對(duì)于隔層較差，僅在研究區(qū)局部范圍內(nèi)連續(xù)分布，可作為小范圍注采井網(wǎng)開(kāi)發(fā)層間的隔層來(lái)處理，對(duì)局部的流體運(yùn)動(dòng)起到阻攔作用。

表4 尕斯E1油藏Ⅳ-3—Ⅳ-5小層單砂體間夾層分布參數(shù)統(tǒng)計(jì)

3.2.3 單砂體內(nèi)夾層

E1油藏Ⅳ-3—Ⅳ-5小層單砂體內(nèi)夾層以泥質(zhì)為主，極少部分為鈣質(zhì)夾層(圖7)。該級(jí)別夾層具有不連續(xù)、密度低的特征。厚度主要集中于0.30～2.00 m，一般小于1.50 m，平均為1.39 m(表5)，鉆遇率小于25.0%，平面上分布很不穩(wěn)定，連續(xù)性極差，僅在小范圍內(nèi)呈孤立的土豆?fàn)罨蛘瓧l型零星分布，對(duì)注氣的封隔能力有限。

表5 E1油藏Ⅳ-3—Ⅳ-5小層單砂體內(nèi)夾層分布參數(shù)統(tǒng)計(jì)

4 結(jié) 論

(1) 研究區(qū)隔夾層按巖性可分為泥質(zhì)隔夾層和鈣質(zhì)夾層2種，其中，以泥質(zhì)隔夾層為主。隔夾層具有層次性，綜合隔夾層的發(fā)育位置、分布范圍、厚度、連續(xù)性等因素，并結(jié)合辮狀河三角洲前緣構(gòu)型分級(jí)方案，將E1油藏Ⅳ-3—Ⅳ-5小層范圍內(nèi)的隔夾層劃分為小層間隔層、單砂體間夾層、單砂體內(nèi)夾層3個(gè)層次，分別與辮狀河三角洲前緣沉積中的5、4、3級(jí)構(gòu)型界面相對(duì)應(yīng)。泥質(zhì)隔夾層的成因與層序旋回有關(guān)，鈣質(zhì)夾層主要形成于成巖膠結(jié)作用。

(2) 在測(cè)井曲線歸一化的基礎(chǔ)上，選取針對(duì)不同類型隔夾層的敏感曲線建立了隔夾層的電性定量劃分標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而識(shí)別泥質(zhì)隔夾層與鈣質(zhì)夾層。通過(guò)井間插值，對(duì)Ⅳ油組Ⅳ-3—Ⅳ-5小層的隔夾層空間展布情況有了明確的認(rèn)識(shí)：小層間隔層在全區(qū)98%以上的井中可追蹤到，連續(xù)性強(qiáng)，厚度大；單砂體間夾層僅在局部地區(qū)連續(xù)分布，對(duì)局部的流體運(yùn)動(dòng)起到阻攔作用；單砂體內(nèi)夾層呈土豆?fàn)盍闵⒎植?，厚度最薄?/p>

(3) 縱向上，泥質(zhì)隔層具有很強(qiáng)的封隔能力，能夠?qū)⒂筒胤譃樯舷?部分，隔層分隔開(kāi)來(lái)的小層可以作為多套注氣單元，采用分層動(dòng)用的氣驅(qū)開(kāi)采方式。平面上，隔夾層的展布范圍對(duì)于注氣封隔能力起重要作用，泥質(zhì)隔層基本在全區(qū)連續(xù)發(fā)育，可起到有效的封隔作用，而夾層連續(xù)性差，封隔能力有限。