致密儲層隔夾層建模
——以七里村油田柴上塬區(qū)長6段為例

汪 洋，湯延帥，高建武，姜 銳

(1.延長油田股份有限公司 七里村采油廠，陜西 延安 716000； 2.西安石油大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710065)

引 言

隨著油藏精細(xì)描述技術(shù)的發(fā)展，隔夾層空間分布刻畫成為研究儲層非均質(zhì)性的重要手段，隔夾層研究在油藏開發(fā)中后期具有重要的意義，隔夾層空間分布規(guī)律的復(fù)雜性是導(dǎo)致儲層與流體非均質(zhì)性發(fā)育的重要原因。油藏開發(fā)到中后期，隔夾層的空間分布特征及井網(wǎng)對儲層的控制程度控制了剩余油的空間分布規(guī)律。注水開發(fā)過程中夾層產(chǎn)生的滲流屏障會致水驅(qū)效率低等問題，特別是隔夾層邊界確定難度大，井間預(yù)測效果較差[1-3]。我國隔夾層空間分布研究一直具有較大的局限性，前人雖然對隔夾層成因、分類、識別都有一定的研究[4-6]，但依然有三個方面的不足，首先，目前對于隔夾層的研究多是定性研究或半定量研究[7-8]，對于研究結(jié)果多采用等厚圖或垂向發(fā)育特征來表征，疏于考慮空間的非均質(zhì)性。其次，在隔夾層建模研究時多采用理想模型來研究，并未采用大量實際數(shù)據(jù)驗證。再次，隔夾層的研究精度不足，隔夾層的研究依賴于密井網(wǎng)條件下隔夾層精細(xì)解釋。前人對山西柳州、陜西延安和延長以及新疆阜康等地二疊系、三疊系、侏羅系野外辮狀河露頭進(jìn)行了觀察統(tǒng)計[9]，認(rèn)為單河道砂體寬度多在100～300 m，厚度多在2～5 m[9]，實際的夾層、隔層的分布范圍將更加局限，在大井距條件下并不能準(zhǔn)確、真實地表征隔夾層的空間分布規(guī)律，因此需要借助油藏建模技術(shù)。

我國隔夾層建模研究相對薄弱，密井網(wǎng)條件下建模結(jié)果與實際地質(zhì)情況相差較大、甚至違背地質(zhì)常識，隔夾層三維地質(zhì)建模中缺乏對變差函數(shù)的研究。目前隔夾層建模多采用泥巖變差函數(shù)進(jìn)行擬合，這會導(dǎo)致隔夾層空間分布范圍不準(zhǔn)確，雖然對于儲量計算影響較小，但對于后期剩余油分布規(guī)律研究、注水層位選擇及注采效果分析等方面均有較大影響，因此，進(jìn)行隔夾層建模研究對于新區(qū)開發(fā)方案設(shè)計以及老區(qū)開發(fā)方案調(diào)整都有重要意義。本文以柴上塬區(qū)長6油藏為例，進(jìn)行致密儲層隔夾層三維地質(zhì)建模研究。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

隔夾層的研究依賴于密井網(wǎng)條件下的隔夾層精細(xì)解釋，測井資料具有保真率高、縱向分辨能力好的特征，目前測井儀器采集數(shù)據(jù)多以0.125 m為采樣間隔，滿足隔夾層的縱向解釋精度。研究區(qū)七里村油田柴上塬區(qū)位于鄂爾多斯盆地東北部，是延長油田最早的勘探開發(fā)區(qū)塊之一，距今已有114年的開發(fā)歷史，積累了大量的鉆探資料。研究區(qū)占地面積約38 km2，開發(fā)井830口，井距普遍小于100 m，井組內(nèi)井距約75 m，具有井距小、井網(wǎng)密度大的特征，滿足隔夾層平面研究精度。研究區(qū)長6段構(gòu)造簡單，千米坡降0.68°，標(biāo)志層穩(wěn)定，地層平緩、全區(qū)可對比性強，地層平均厚度約140 m，發(fā)育三角洲前緣沉積相，主要發(fā)育灰黑色、灰色泥巖與灰白色粉-細(xì)砂巖、中砂巖，以細(xì)砂巖與中砂巖為主要儲集體，研究區(qū)砂體“廣覆式”發(fā)育而斷裂不發(fā)育，有利于隔夾層建模研究。2010年開始對研究區(qū)24口井進(jìn)行轉(zhuǎn)注開發(fā)，由于致密儲層非均質(zhì)強且隔夾層空間分布規(guī)律復(fù)雜，制約了注水井、專注井以及新井的布置，降低了開發(fā)效率，因此，開展隔夾層精細(xì)三維地質(zhì)建模研究具有重要的現(xiàn)實意義。

2 隔夾層分類與成因

隔夾層的分布特征及類型是造成儲層非均質(zhì)性的重要控制因素，也是影響油藏開發(fā)的重要因素。研究區(qū)隔層為泥巖，夾層按照成因及巖電特征可以分為泥質(zhì)夾層、鈣質(zhì)夾層以及物性夾層3類[10]。

2.1 泥質(zhì)隔夾層

研究區(qū)發(fā)育辮狀河三角洲前緣沉積相，泥質(zhì)隔夾層在全區(qū)發(fā)育最為廣泛，是研究區(qū)的主要夾層，泥質(zhì)夾層主要分布在沉積旋回的頂部或底部，發(fā)育穩(wěn)定，連續(xù)性相對較好，是沉積基準(zhǔn)面變化或河道遷移等原因?qū)е滤畡恿p弱、搬運能力下降，細(xì)粒垂向或側(cè)向沉積形成的(圖1)。測井曲線響應(yīng)比其他方法容易區(qū)分地層，將研究區(qū)探井巖心歸位后系統(tǒng)觀察探井巖心，分析巖心與其測井特征，認(rèn)為研究區(qū)泥質(zhì)夾層表現(xiàn)為自然伽馬值高、自然電位正異常(圖2)，自然伽馬(GR)值通常在92～115 API(主體區(qū)域位于90 API左右)之間。自然電位的幅度主要取決于巖石的吸附電動勢和擴散電動勢，研究區(qū)鉆井泥漿為淡水泥漿，自然電位正異常，自然電位曲線通常小于80 mV，微電位、微梯度曲線無幅度差或微小幅度差，井徑曲線無明顯特征或略微擴井，電阻率相對較低，聲波時差較低。

圖1 泥巖夾層成因示意圖Fig.1 Schematic diagram of genesis of mudstone interlayers

圖2 隔夾層巖電特征Fig.2 Petroelectric characteristics of interlayers

2.2 鈣質(zhì)夾層

研究區(qū)鈣質(zhì)夾層也較為發(fā)育，巖石填隙物中方解石、白云石膠結(jié)物體積分?jǐn)?shù)為4.56%(圖3)，是研究區(qū)儲層致密的重要原因，鏡下特征表現(xiàn)為大面積、連片狀充填于孔隙之中(圖4)，是儲層減孔的主要因素，鈣質(zhì)夾層平面上主要分布在砂體厚度較大的部位，垂向上主要分布于沉積旋回中下部粒度相對粗的部位，一般發(fā)育于中砂巖及部分細(xì)砂巖中，鈣質(zhì)夾層成因為富含鈣離子流體充填儲層空隙，形成方解石、鐵方解石、白云石等碳酸鹽膠結(jié)物，導(dǎo)致儲層滲透率下降，表現(xiàn)為儲層異常致密。鈣質(zhì)夾層測井響應(yīng)特征明顯，表現(xiàn)為聲波時差極低(通常小于190 μs/m)，自然伽馬測井曲線與膠結(jié)作用較弱的砂巖段差異較小或略低，深感應(yīng)電阻率表現(xiàn)為高阻，一般大于47 Ω·m。

圖3 柴上塬區(qū)長6段填隙物含量Fig.3 Statistics of interstitial material content in Chang 6 member of Chaishangyuan area

圖4 長6儲層鈣質(zhì)填隙物特征Fig.4 Characteristics of calcareous interstitial material in Chang 6 reservoir

2.3 物性夾層

物性夾層發(fā)育在細(xì)砂巖或泥質(zhì)含量較低的細(xì)砂巖中，由沉積作用、構(gòu)造應(yīng)力作用、成巖作用或成巖后作用對儲層的改造所致，主要分布于分流河道頂部沉積的細(xì)粒中及分流間灣、 天然堤相中的粉細(xì)砂巖。使用壓汞資料可以較容易地判斷致密砂巖儲層的物性下限，研究區(qū)33塊巖心的壓汞資料顯示，當(dāng)孔隙度小于6%，滲透率小于0.1×10-3μm2時，排驅(qū)壓力迅速上升(圖5、圖6)，流體排出或進(jìn)入儲層難度增大，難以形成有效儲層[11-14]。因此，把研究區(qū)物性夾層孔隙度下限定為6%，滲透率下限定為0.1×10-3μm2。

圖5 長6孔隙度與排驅(qū)壓力交會圖Fig.5 Crossplot of porosity and displacement pressure of Chang 6 reservoir

圖6 長6滲透率與排驅(qū)壓力交會圖Fig.6 Crossplot of permeability and displacement pressure of Chang 6 reservoir

3 隔夾層空間分布特征

密井網(wǎng)、小井距是研究隔夾層分布特征的必要條件，各夾層的不同成因使得其空間分布特征具有較大差異，以南叢11井組為例(圖7)，泥巖可分為夾層與隔層，主要為側(cè)積形成的河道間灣泥巖及洪泛期溢岸沉積的粉砂巖、泥巖等沉積物，泥巖隔層分布較穩(wěn)定(圖8)，分布于沉積旋回頂、底部，厚度約5 m，延續(xù)長度可達(dá)數(shù)個井距，可有效分割砂體，形成有效的巖性封隔，形成良好的圈閉，泥巖隔層主要發(fā)育在旋回之間，厚度主要在1～2 m，井間連續(xù)性相對較好，連續(xù)長度通常大于一個井距，空間上分布穩(wěn)定，主要發(fā)育在多期河道疊置成因的厚砂體中，泥巖夾層雖然對于油氣的儲存作用不大，但卻控制著儲層的非均質(zhì)性，影響油氣在儲層中的運動軌跡，對油氣田開發(fā)中壓裂、采油、注水等工藝有重大影響，在一定程度上決定儲量動用程度。

圖7 南叢11井組井位分布Fig.7 Well distribution of Nancong 11 well group

圖8 南叢11井組砂體連井剖面Fig.8 Sand-body spreading multi-well profile of Nancong 11 well group

4 隔夾層建模方法與變差函數(shù)論證

隔夾層建模研究首先應(yīng)該研究隔夾層的成因及空間分布規(guī)律，然后依據(jù)地質(zhì)規(guī)律進(jìn)行建模研究，隔夾層建模研究主要包括建模方法研究和隔夾層建模變差函數(shù)分析兩部分。

4.1 隔夾層建模方法

夾層數(shù)據(jù)屬于離散型數(shù)據(jù)，用于模擬離散型數(shù)據(jù)的建模方法主要包括序貫指示模擬、指示克里金模擬、標(biāo)識點模擬、馬爾柯夫隨機域模擬、多點地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)方法。其中，序貫指示方法在鄂爾多斯盆地廣泛應(yīng)用，序貫指示方法在隔夾層、頂?shù)装逡约跋嘟Ｖ芯哂辛己玫膽?yīng)用效果，序貫指示模擬需要先將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為自然分布數(shù)據(jù)，然后再進(jìn)行建模。指示克里金在進(jìn)行隔夾層建模中適用性差，指示克里金在模擬占比差異較大的目標(biāo)分布時會明顯壓制占比較小的隔層的分布特征，適用于厚砂巖、泥巖地層。標(biāo)識點建模用于模擬隨機的離散事件，首先需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行0、1變換，然后再進(jìn)行數(shù)據(jù)模擬，適用相控條件下的物性分布模擬。馬爾柯夫隨機域模擬主要應(yīng)用于二維空間，多點統(tǒng)計學(xué)方法在建模過程中首先要用“訓(xùn)練圖像”代替變差函數(shù)擬合來完成相模型建立，但在訓(xùn)練過程中并不完全尊重井點數(shù)據(jù)，在開發(fā)中后期井網(wǎng)密度較大的情況，容易導(dǎo)致較大誤差，不符合密井網(wǎng)精細(xì)建模的要求，多用于河流相的模擬。本次隔夾層建模采用序貫指示模擬。

4.2 變差函數(shù)論證

目前，在隔夾層地質(zhì)研究中，變差函數(shù)的變程選取依然有很多誤區(qū)。變差函數(shù)是反映變量間相關(guān)性的函數(shù)，兩點之間屬性參數(shù)方差的平均值定義為該點的變差函數(shù)，表征區(qū)域變量的相關(guān)性、隨機性。特征值變程反映的是參數(shù)具有相關(guān)性的有效距離。其中，主變程方向代表屬性連續(xù)性最好的方向，通常代表相的展布方向或物源方向。變差函數(shù)主要通過主方向、次方向及垂直方向的調(diào)整來控制參數(shù)的空間分布，國內(nèi)學(xué)者在變程選取時未進(jìn)行足夠的地質(zhì)論證，未考慮實際地質(zhì)情況而選取大變程，建立的模型與地質(zhì)情況不甚符合甚至不相符。以研究區(qū)南叢11井組為例，采用不同變程進(jìn)行建模得出的模型差異巨大，變程過大或過小均會導(dǎo)致所建立的模型失去地質(zhì)意義，如砂巖變程過大會導(dǎo)致建模中大段泥巖間出現(xiàn)零星的點狀砂體分布，與砂體按照相帶呈片狀分布的地質(zhì)認(rèn)識不符，也會造成砂體過度連續(xù)的假象，同時對占比較小的隔層的預(yù)測造成壓制，導(dǎo)致預(yù)測的隔層分布范圍變小。在選取垂向變程時，對于占比相對較少的屬性，如建模中的隔層預(yù)測，首先需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行粗化處理，降低縱向相關(guān)性，如果采用較大的垂向變程，會對隔層屬性造成壓制(圖9)，當(dāng)變程偏小時，預(yù)測的砂巖、泥巖、夾層的連續(xù)性會減弱，空間分布表現(xiàn)為塊狀或零星狀，不符合沉積巖層狀介質(zhì)的地質(zhì)特征。

建模的本質(zhì)是一個插值過程，變程的選取直接影響建模結(jié)果的準(zhǔn)確度，建模變差函數(shù)特征值的選取應(yīng)與實際地質(zhì)情況相符合，變程表示具有相關(guān)性的有效距離，因此，某一方向的變程值應(yīng)不小于該方向上連續(xù)或具有相關(guān)性的平均距離，同時不大于最大連續(xù)距離。以巖相模型為例，砂體的主變程應(yīng)大于砂體的平均長度而小于最大連續(xù)長度，因為在密井網(wǎng)條件下，井距較砂體長度明顯較小，建模結(jié)果的砂體長度是井間砂體長度與外推砂體長度之和(圖10)。

圖10 巖性預(yù)測示意圖Fig.10 Lithology prediction diagram

5 結(jié) 論

(1)研究區(qū)隔層主要為泥質(zhì)隔層，夾層可分為泥質(zhì)夾層、鈣質(zhì)夾層及物性夾層，不同成因的夾層的巖性特征及空間分布規(guī)律均具有較大區(qū)別，需要采用不同的變差函數(shù)來模擬，以消除量程過大導(dǎo)致的夾層虛假連續(xù)情況。物性鈣質(zhì)與鈣質(zhì)夾雜分布規(guī)律相似，可以采用相同的變差函數(shù)模擬。

(2)序貫指示模擬方法較為適宜密井網(wǎng)條件下的隔夾層建模，變差函數(shù)變程值過大或過小都會導(dǎo)致建模結(jié)果與實際情況不符，變程值的選取應(yīng)符合地質(zhì)認(rèn)識，即某一方向上的變程值應(yīng)不小于該方向上連續(xù)或具有相關(guān)性的平均距離，同時不大于最大連續(xù)距離。