不同沉積韻律控制的厚層砂體水淹級別精細劃分

李雪英，王鳳來，文慧儉，孟青云，宋長和，馬世忠

（1.東北石油大學 地球科學學院，黑龍江 大慶 163318； 2.大慶油田有限責任公司 勘探事業部，黑龍江 大慶

163453； 3.大慶鉆探工程公司測井公司 吉林事業部，吉林 松原 138000； 4.吉林油田分公司 新木采油廠，吉林 松原 138000）

0 引言

我國陸相砂泥巖薄互層沉積的水淹層解釋具有工作量大、專業化程度高、經驗性強、不易推廣的特點.目前水淹層解釋只是在孤立小層中進行，忽略各小層水淹程度在沉積背景中的內在規律性，導致各種水淹層解釋軟件的自動化解釋程度不高，符合率偏低.因此，水淹層精細解釋亟需一套正確的水淹理論和科學有效的方法加以指導，進而建立起一套厚層砂體水淹級別自動判別方法.這對于減輕現場水淹層解釋強度、提高解釋效率和解釋精度具有重要意義.

我國主力油田長期注水開發歷史和特點決定水淹層解釋技術一直走在世界的前列.大慶油田在1997年提出薄差層泥質砂巖的解釋方法和高含水期測井曲線高分辨率處理方法[1－2]；李全厚等提出基本測井解釋單元的概念，認識沉積韻律與測井解釋單元之間的一一對應關系[3].晁吉俊、鐘蘊紫等系統總結水淹層在各種測井曲線的測井響應特征[4－5]；劉傳平等提出巖石物理相結合動態電阻率下降法的水淹層解釋方法[6]；楊景強采用相對重心、橢圓度、飽滿參數識別與劃分不同沉積韻律砂體，采用電阻率曲線和孔隙度曲線重疊準確判別厚層砂體的高水淹層[7].張云英等給出正、反、復合、多段多韻律、薄層、薄互層水淹模式，建立薄差層的水淹模式庫[8].我國建立厚油層細分水淹層解釋技術及薄、差油層水淹層綜合解釋技術[9－19]，代表目前水淹層研究的國際水平[20].

在精細劃分測井解釋單元和準確判別沉積韻律類型的基礎上，筆者提出以韻律中部為對比標準層，利用韻律內部曲線電性特征相對可比性，結合各小層在韻律內部的相對位置，給出各小層水淹級別的精確解釋方法；引入小波分解系數表征測井曲線的光滑程度，增加不同水淹級別之間可區分度，為水淹層精細劃分奠定基礎.

1 水淹模式

均質韻律厚層砂體巖性、物性較均勻，水淹后表現為均勻或略偏下的水線推進型.在均質韻律中，低、未水淹比較少見，多以中、高水淹為主，表現為底部為高水淹，中部以中水淹為主.水淹厚度較大，水驅效率較高（見圖1（a），粉色代表低水淹；淺藍色代表中水淹；深藍色代表高水淹）.水淹前后的主要電性特征見表1和圖2.

圖1 不同沉積韻律水淹模式Fig.1 The water flooded mode of different sedimentary rhythm

表1 均質韻律地層水淹模式及電性特征Table 1 The water flooded mode and electrical property of homogeneous rhythm

正韻律厚層砂體由下到上巖石粒度逐漸變細，物性逐漸變差，水淹后表現為偏下的水線推進型.在韻律中部，巖性、物性相對中等，多為中水淹；在韻律頂部多為未、低水淹；底部為高水淹，甚至達到特高水淹（見圖1（b））.水淹前后的主要電性特征見表2和圖3.

表2 正韻律地層水淹模式及電性特征Table 2 The water flooded mode and electrical property of forward rhythm

圖2 均質韻律水淹層典型測井響應特征Fig.2 The typical electrical property of homogeneous water－flooded zone

圖3 正韻律水淹層典型測井響應特征Fig.3 The typical electrical property of forward rhythm water－flooded zone

反韻律厚層砂體巖性、物性由下到上逐漸變好，由于受到水驅和重力雙重作用，表現為略偏上的水線推進型.在韻律中部，多以中水淹為主；底部為低水淹；在韻律頂部高滲透部位易形成高水淹 （見圖1（c））.水淹前后的主要電性特征見表3和圖4.

表3 反韻律地層水淹模式及電性特征Table 3 The water flooded mode and electrical property of inverse rhythm

復合韻律砂體是正、反2種韻律類型的組合，其內部的巖性、物性、電性特征和水淹規律分別受上下部韻律類型控制，表現為中部突進或較均勻的水線推進類型（見圖1（d）），韻律中部多為中、高水淹；在韻律頂部和底部為低、未水淹（見圖5）.

圖4 反韻律厚層水淹層模式測井響應特征Fig.4 The typical electrical property of inverse rhythm water－flooded zone

圖5 復合韻律厚層水淹層模式測井響應特征Fig.5 The typical electrical property of composite rhythm water－flooded zone

多段多韻律多形成于多期河道砂體中，為不同沉積時期河道的相互切蝕、疊加而成.每期河道之間以巖性、物性夾層相分隔，因此每一個單韻律段都有自己獨特的水淹規律和水線推進模式（見圖1（e））.多段多韻律地層在高分辨率聲波、密度、自然伽馬、自然電位曲線上表現為多個厚度不等的多峰組合，其間被泥質、鈣質夾層分隔.由于各單期河道砂體內部水淹程度不一致，電阻率曲線形態呈現不同的電性特征，在每一個單期河道正韻律的高水淹部位電阻率曲線形態變化較大（見圖6）.

圖6 多段多韻律厚層水淹層模式測井響應特征Fig.6 The typical electrical property of ploy－laminated rhythm water－flooded zone

2 解釋單元劃分與原始沉積韻律識別

在本質上，測井曲線的解釋單元劃分可轉換為在測井曲線上尋找穩定泥巖隔層.穩定泥巖特征明顯，可以根據厚度和電阻率準確識別[21].解釋單元在第一次劃分后，解釋單元分布區間過大，其中包含多個基本沉積單元，不能滿足后續水淹層精細劃分的要求.需要在第一次劃分的基礎上，提高電阻率閾值再進行下一級別劃分，直至每一個測井解釋單元內部只包含一個基本沉積單元.

在解釋單元劃分的基礎上，采用電阻率曲線聯合密度測井曲線，以電阻率曲線平均斜率所對應的傾斜角及密度曲線的相對重心作為判別參數，對解釋單元內部的沉積韻律進行自動劃分與判別[22－23].基本判別準則：當電阻率判別參數符合均質韻律和正韻律特征，即認為韻律判別類型正確.當電阻率判別參數給出的韻律類型是反韻律時，有兩種可能：一是原始沉積韻律為反韻律沉積，密度曲線的相對重心一定大于0.5；二是原始沉積韻律為均質韻律或者正韻律沉積，由于砂體底部物性較好的地方遭受強水淹，導致電阻率曲線幅值極度降低，從而呈現反韻律沉積，此時需要觀察密度曲線的變化，如果此時密度曲線相對重心小于0.5，則解釋單元內部砂體原始沉積韻律為正韻律沉積；如果近似接近于0.5，則解釋單元內部砂體原始沉積韻律為均質韻律沉積.

3 對比標準層

無論是正韻律、均質韻律還是反韻律，中水淹大多位于韻律的中部，與其上部的低水淹和下部的高水淹（都具有相對低幅值和低幅度差）具有顯著的可比性.選取大慶地區9口密閉取心井，以巖心分析的水淹級別為基礎，將層厚大于1m的166個解釋單元中部儲層的水淹級別分別進行統計：中水淹為116層；高水淹為23層；低水淹為20層；未水淹為7層.解釋單元中部為中水淹的概率達到70%.中水淹表現較大概率與大慶地區注水開發歷史密切相關：首先，經過幾十年的注水開發，大慶地區的儲層已經進入開發中后期，厚層已經遭受不同程度的水淹，在厚層砂體中，少見未水淹儲層，并且無論是正韻律、均質韻律還是反韻律，其中部巖性、物性與韻律頂、底部位相比都處于中等，介于兩者之間，因此在儲層內部出現中水淹的概率較大.其次，中水淹在整個韻律中的電性特征為相對高值.這是因為高、特高水淹部位電阻率降低嚴重，未、低水淹處于韻律巖性較差部位，電性特征受巖性影響較大，呈現低值；由于中水淹巖性、物性介于兩者之間，沒有遭受到強烈的水淹改造，因此電性特征為相對高值.

在水淹級別判別過程中，選取解釋單元中部作為水淹級別判定標準，將該小層的水淹級別定為中水淹，以其特征參數作為對比標準，根據電性、物性、小波分析時頻特征與標準層之間的相對差別，確定其他小層的水淹級別.

4 水淹級別精細劃分

首先計算韻律中部中水淹對比標準層的特征參數，包括淺側向平均電阻率（）、深淺側向平均幅度差（Δ）、微電位平均電阻率（）、微電極平均電阻率幅度差（）、平均密度）、平均小波系數［24］，反映測井曲線的光滑程度，小波系數越小，曲線越光滑；電測曲線的小波分解原理另文論述）．

然后計算韻律內部其他各小層的特征對比參數，包括淺側向平均電阻率（）、深淺側向平均幅度差（）、微電位平均電阻率（、微電極平均電阻率幅度差（?平均密度（?、平均小波系數（）；

再考慮待判別的各小層與標準層的相對位置、特征參數與對比標準層的大小關系，以及曲線的光滑程度（由小波系數反映），從而判斷正韻律、均質韻律和反韻律中各小層的水淹級別（見表4－6）．

對于復合韻律，首先根據平均斜率和相對重心的變化將復合韻律分成正韻律和反韻律；然后在每個單一韻律內部分別選擇中部作為對比標準層，按照正韻律和反韻律的小層水淹級別評判方法，給出復合韻律中各小層的水淹級別.

在多段多韻律（多期河道切疊砂體）內部，尋找巖性、物性夾層，判斷夾層的穩定性.如果單韻律（單期河道）之間的夾層厚度大于0.5m，并且微電極曲線的回返小于本地區的微電極曲線回返的截止值，則可判定該夾層穩定，說明夾層上下為2個不同水動力單元，可以按照各自韻律類型判斷水淹級別；如果夾層不滿足該標準，則將夾層上下的砂體視為同一個韻律類型判斷水淹級別.

表4 正韻律水淹級別判別結果Table 4 The discrimination parameter of water flooded levels in forward rhythm

表5 均質韻律水淹級別判別結果Table 5 The discrimination parameter of water flooded levels in homogeneous rhythm

表6 反韻律水淹級別判別結果Table 6 The discrimination parameter of water flooded levels in inverse rhythm

5 結果評價

根據水淹級別判斷原則與劃分方法，采用C語言編寫處理程序，利用大慶地區11口密閉取心井對該程序進行檢驗與測試（見圖2－6），以巖心分析解釋結論為標準，將程序自動判別的水淹級別結果與巖心分析結果進行對比與校驗；對于存在明顯錯誤解釋結論的層位，采用人機交互方式對解釋單元的頂、底界和韻律類型加以修正.11口密閉取心井的處理結果表明，采用該套水淹級別自動判別分析方法，單井嚴格符合率（與巖心分析結果一一對應）在75%以上，總符合率達到78%以上（見表7），為后續的水淹級別定量解釋分析奠定基礎.

表7 大慶地區9口密閉取心井水淹解釋結果Table 7 The water flooded interpretation result of sealed core well in research area

6 結論

（1）厚層砂體內部的水淹規律主要受儲層原始沉積韻律控制.在同一個沉積單元內部，各有效儲層的空間水淹級別分布具有規律性，并且各小層的電性特征具有相對可比性.沉積單元內部水淹規律高度相關，外部又彼此獨立，是儲層水淹層精細解釋的本質機理.

（2）穩定的泥巖夾層對多期河道砂體內部的水淹規律具有控制與分割作用，夾層的識別與性質的判斷是復合韻律及多段多韻律的水淹級別判別的前提和重要基礎.

（3）以韻律中部為對比的標準層，韻律內部其他各小層根據空間位置、測井曲線的相對平均值、小波分解系數精細判斷相應的水淹級別.現場資料處理結果表明，該套水淹級別自動判別分析方法可以精確給出沉積韻律內部各小層的水淹級別，總符合率達到78%以上.

致謝：部分研究內容受到東北石油大學“油氣藏形成機理與資源評價”黑龍江省重點實驗室資助！

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