伊拉克M油田Asmari組混積儲層隔夾層特征及地質(zhì)意義

伊 碩，王 龍，倪軍娥，陳培元，李 晨，孫福亭

(1.中海油研究總院有限責(zé)任公司，北京 100028；2.中國海洋石油國際有限公司，北京 100028)

0 引 言

隔夾層研究在油田開發(fā)階段對儲層非均質(zhì)性、剩余油分布及油水運動規(guī)律具有重要意義[1-2]，尤其對依靠天然能量開采的邊底水油藏的開發(fā)效果影響顯著[3-5]。隔夾層形成和分布主要受控于沉積環(huán)境和后期成巖作用[6-7]。前人對隔夾層的研究多集中于陸相碎屑巖[8-10]和海相碳酸鹽巖儲層[11-12]，而對巖性復(fù)雜的混合沉積儲層鮮見報道；前人采用常規(guī)測井交會圖法[13]和蛛網(wǎng)圖法[14]等方法對隔夾層的響應(yīng)特征進行定性識別，而對復(fù)雜混積儲層的隔夾層的測井識別往往難度較大。尤其對大井距區(qū)域的復(fù)雜混積儲層的隔夾層，定性研究方法難以滿足混積儲層中隔夾層識別和劃分的需求。

伊拉克M油田Asmari油藏屬典型碳酸鹽巖-陸源碎屑巖混積型油藏，已進入中高含水期。由于巖性復(fù)雜、非均質(zhì)強，Asmari油藏的開發(fā)面臨著單井含水上升快、水淹狀況不均、油水運動規(guī)律復(fù)雜等諸多問題。隔夾層對于抑制或延緩底水及次生底水的錐進具有良好效果[15]，并對剩余油的控制作用顯著。以伊拉克M油田Asmari油藏為例，結(jié)合巖心、測井及生產(chǎn)動態(tài)資料等開展混積儲層隔夾層的識別及研究，優(yōu)選敏感測井曲線，運用灰色關(guān)聯(lián)理論[16-18]進行權(quán)重系數(shù)計算，得到“綜合判別指標(biāo)”對隔夾層進行定量識別和有效分類，并明確其空間展布規(guī)律和發(fā)育特征，進而為Asmari油藏的地質(zhì)建模、水平井布井措施及開發(fā)方案編制提供地質(zhì)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

M油田位于伊拉克東南部、與伊朗交界處(圖1)，構(gòu)造區(qū)劃上位于扎格羅斯褶皺帶迪茲富勒坳陷邊緣，毗鄰美索不達米亞前淵盆地[19]，以NW-SE向的狹長背斜為特征[20]，形成于新近紀(jì)扎格羅斯造山運動[21-22]。Asmari組B段是由白云巖、灰?guī)r與砂泥巖互層構(gòu)成的混合沉積，屬漸新統(tǒng)阿基坦階(圖1)，埋深3 010～3 200 m，筆者所在研究團隊在前期工作中將Asmari-B油組分為4個小層，自下而上依次為B4、B3、B2和B1，4個小層厚度較為穩(wěn)定，陸源碎屑來源于西南方向，屬淺水三角洲-局限臺地混合沉積體系[20]。油藏類型為具邊底水、低幅度擠壓背斜、中孔-中高滲混合沉積油藏，平面和縱向非均質(zhì)性十分嚴重。

圖1 研究區(qū)位置及地層發(fā)育簡況Fig.1 Location of study area and stratigraphic column

2 隔夾層特征

伊拉克M油田漸新統(tǒng)Asmari組B油組混合沉積儲層中存在的隔夾層主要有3大類5小類：即泥質(zhì)隔夾層(海泛暗色泥質(zhì)夾層和河道間氧化色泥質(zhì)夾層)、粉砂質(zhì)隔夾層、物性隔夾層(鈣質(zhì)或混積夾層和細粒致密碳酸鹽巖夾層)(圖2)。

圖2 各類隔夾層巖性、測井響應(yīng)及巖心特征(F-28井)Fig.2 Lithology，logging response and core characteristics of interlayers(Well F-28)

泥質(zhì)隔夾層包括Ⅰ型海泛暗色泥質(zhì)隔夾層和Ⅱ型河道間氧化色泥質(zhì)隔夾層。海泛暗色泥質(zhì)夾層主要巖石類型為暗色泥巖、鈣質(zhì)泥巖，質(zhì)地較純，厚度介于0.4～3.7 m，平均為1.51 m，呈中厚層狀，除個別含裂縫樣品外，均無滲透性，不含油。該類泥質(zhì)夾層形成于海平面上升時期(圖3①)，水體加深后由懸浮細粒沉積、保存而成[23]。此類隔夾層分布廣泛且穩(wěn)定，具有一定的連續(xù)性。河道間氧化色泥質(zhì)夾層以褐紅色、雜色泥巖為主，厚度介于1.1～6.4 m，平均為3.2 m，夾層主要以塊狀或厚層產(chǎn)出，偶見白色硬石膏斑塊，主要是洪水末期河道邊部溢岸沉積或因河道遷移而沉積的細粒沉積，由于氣候干旱而呈氧化色(圖3②)。泥質(zhì)隔夾層自然伽馬曲線高值且靠近泥巖基線，聲波時差減小，密度增大，電阻率曲線低值，電測成像顯示明顯的黑色條帶(表1)。

圖3 隔夾層成因模式Fig.3 Genetic model of interlayer

表1 各類夾層測井特征綜合表Table 1 Comprehensive logging characteristics of interlayers

粉砂質(zhì)隔夾層主要由粒度較細的水下天然堤或遠砂壩沉積組成(圖3③)，厚度介于0.9～4.2 m，平均為2.1 m。巖心觀察粉砂質(zhì)夾層由粉砂巖或含鈣的粉砂巖組成，自然伽馬增大，但明顯低于泥巖基線，聲波時差曲線減小，電測成像顯示暗褐色帶狀，常與泥巖互層產(chǎn)出(表1)。

鈣質(zhì)或混積夾層主要由鈣質(zhì)膠結(jié)中砂巖/細砂巖或鈣質(zhì)砂巖、砂質(zhì)云巖等混積巖組成。厚度介于0.6～4.3 m，平均為1.8 m。分布形態(tài)以條帶狀及不規(guī)則團塊狀為主，垂向具有一定的滲透性，極少數(shù)具一定含油產(chǎn)狀。主要是由于交代、膠結(jié)等成巖作用形成的鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖(圖3④)，或是由于沉積環(huán)境的緩慢變化導(dǎo)致碳酸鹽巖和碎屑巖混合沉積而成的過渡巖性(圖3⑤)，主要分布在砂體邊緣、與碳酸鹽巖沉積或泥巖接觸過渡部位。測井曲線表現(xiàn)為自然伽馬曲線減小，聲波時差曲線值減小，孔隙度曲線低值，電測圖像顏色不均一，以暗橙色塊狀模式為主(表1)。

致密碳酸鹽巖夾層主要由致密泥微晶碳酸鹽巖、含生屑泥晶碳酸鹽巖或含膏白云巖組成，厚度介于0.3～7.4 m，平均2.47 m。一般在某一低能沉積區(qū)均勻沉積，主要為一些原始沉積就很致密的碳酸鹽巖沉積所致(圖3⑥)。測井曲線表現(xiàn)為自然伽馬低值，聲波時差低值，電阻率高值，電測成像特征表現(xiàn)為橙色亮斑塊狀模式，圖像表面不均一，在顏色亮度較高的背景上散布著高阻亮色斑點(表1)。

3 隔夾層的測井識別

由于受到巖心數(shù)量限制，越來越多的學(xué)者利用豐富的測井資料對隔夾層進行劃分和識別[24-25]，但在識別過程中常常出現(xiàn)評價結(jié)果相互交叉、不唯一的問題，為了綜合各常規(guī)測井曲線對巖性判別的影響，運用灰色關(guān)聯(lián)原理求取綜合評價指數(shù)對隔夾層進行定量識別[26-27]。

3.1 優(yōu)選隔夾層分類的敏感測井參數(shù)

運用交會圖技術(shù)，對包括自然伽馬(GR)、深測向電阻率(RD)、密度(DEN)、中子(CNL)、聲波時差(AC)、光電截面指數(shù)(PE)等在內(nèi)的測井曲線特征進行分析和對比，并結(jié)合巖心資料進行標(biāo)定，發(fā)現(xiàn)自然伽馬、聲波時差、密度及電阻率等測井曲線對不同類型隔夾層的響應(yīng)較為敏感(圖4)。泥灰質(zhì)隔夾層具有高伽馬值和低電阻率值的特性，鈣質(zhì)隔夾層具有低聲波時差值和高電阻率值的特性，最終剔除具有相關(guān)聯(lián)關(guān)系的參數(shù)，在聲波時差和密度曲線中取二者之一納入選取自然伽馬、深測向、聲波時差及滲透率作為判別隔夾層類型的敏感測井參數(shù)，建立對各巖性隔夾層的測井響應(yīng)樣本集。

圖4 測井曲線交會圖定性識別隔夾層Fig.4 Qualitative identification of interlayers with crossplots of logging curves

3.2 參數(shù)權(quán)重系數(shù)及綜合判別指標(biāo)

運用灰色關(guān)聯(lián)理論進行隔夾層判別，將對影響儲層質(zhì)量較大的滲透率確定為母因素，構(gòu)成關(guān)聯(lián)分析的母序列，其余測井曲線參數(shù)作為子序列。根據(jù)評價參數(shù)與隔夾層發(fā)育的關(guān)系分別進行處理，與隔夾層發(fā)育程度呈正相關(guān)關(guān)系的，用單個參數(shù)值除以本組參數(shù)的極大值；呈反相關(guān)的參數(shù)數(shù)值做倒數(shù)處理。采用均值化變換對原始數(shù)據(jù)進行無量綱化處理后，通過計算最終確定Asmari組隔夾層識別參數(shù)自然伽馬、聲波時差、深測向電阻率的權(quán)系數(shù)分別為0.4，0.32和0.28。

當(dāng)隔夾層判別參數(shù)和這些參數(shù)的權(quán)系數(shù)已知時，就可以根據(jù)計算出的隔夾層判別綜合指標(biāo)(I_interlayer= 0.4×GR+0.32×AC+0.28×RD)來判斷隔夾層類型。通過“拐點法”對綜合判別指標(biāo)進行劃分，劃分的類別與隔夾層類別對應(yīng)關(guān)系較好(圖5)：I_interlayer≥60為泥質(zhì)隔夾層；50≤I_interlayer<60為粉砂質(zhì)隔夾層；40≤I_interlayer<50為鈣質(zhì)砂巖/混積隔夾層；I_interlayer≤40為致密碳酸鹽巖隔夾層。

圖5 伊拉克M油田Asmari組隔夾層分類闕值Fig.5 Threshold values of Asmari interlayer classification in M oilfield of Iraq

3.3 隔夾層識別及效果

將隔夾層識別數(shù)量、類型及厚度與巖心資料進行對比，同時利用測井綜合成果解釋的儲層段進行驗證。通過測井識別結(jié)果與巖心觀察結(jié)果的對比分析可以看出，隔夾層類型及數(shù)量識別的符合率高于80%(圖6(a))。測井識別結(jié)果與巖心觀察結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)厚度大的物性夾層識別匹配度較好，識別誤差主要體現(xiàn)在個別薄層夾層處。

應(yīng)用動態(tài)資料對隔夾層的隔擋作用進行驗證，對不同隔夾層的有效隔夾層厚度進行確定。以F-28井3 050 m處的白云巖低滲透層為例，上下砂巖層相對于初始壓力(F-6井，未生產(chǎn)井)壓力衰減趨勢不一致(圖6(b))，表明中部物性夾層起到了一定隔擋作用，為致密碳酸鹽巖夾層有效隔擋厚度的一個參考值，找出其最小值，作為各類型隔夾層的厚度下限值(表2)。

表2 動態(tài)資料驗證的具備隔擋作用的隔夾層厚度下限Table 2 Lower limit of interlayer thickness with barrier function verified by dynamic data

從統(tǒng)計所得表2數(shù)據(jù)顯示可知，識別誤差存在的薄層夾層幾乎都是不起明顯隔擋作用的夾層，不影響布井措施及開發(fā)方案的制定，因而識別結(jié)果具有較強的實用性。

4 隔夾層空間展布特征

4.1 隔夾層的縱向分布特征

依據(jù)隔夾層綜合判別指標(biāo)，對區(qū)內(nèi)44口非取心井進行單井隔夾層識別劃分的基礎(chǔ)上，依據(jù)對儲層間夾層的成因解釋，按照層位近似水平、鄰近井巖性相似等原則進行連井對比(圖7)。采用隔夾層發(fā)育厚度、隔夾層密度(隔夾層厚度占地層厚度的百分比)與隔夾層頻率(單位地層厚度上隔夾層的層數(shù))[28]來衡量研究區(qū)隔夾層的分布特征。根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果(表3)綜合分析發(fā)現(xiàn)隔夾層類型以泥質(zhì)隔夾層與物性隔夾層為主，粉砂質(zhì)隔夾層欠發(fā)育，其中泥質(zhì)隔夾層主要分布在A、B油組及各小層之間，分布較為穩(wěn)定，隔夾層分布頻率較高。低滲透物性隔夾層基本集中在B2小層及B3小層上部，分布頻率不高，但分布密度較大，說明物性隔夾層厚度較大但分布較為隨機，連續(xù)性較差。粉砂質(zhì)隔夾層的厚度及分布頻率都很小，只在B1和B3小層局部分布。

圖7 井間隔夾層對比剖面Fig.7 Profile of interval interlayer correlation

表3 不同類型隔夾層分布統(tǒng)計Table 3 Distribution of different types of interlayer

隔夾層的縱向分布與其所處的中長期基準(zhǔn)面旋回有十分密切的聯(lián)系[10]。目的層B油組由一個完整的長期基準(zhǔn)面旋回組成，頂部由于地層抬升暴露剝蝕有部分缺失。在B油組油層剖面上(圖7)，自下而上隔夾層的發(fā)育頻率由低到高。在中長期旋回上升早期，可容納空間小，三角洲物源區(qū)供給能力強，導(dǎo)致細粒沉積相對較少，加之三角洲分流河道擺動與切割比較頻繁，改造后的河道砂體呈現(xiàn)厚度較大、泥質(zhì)含量較少的疊置樣式，泥質(zhì)隔夾層不發(fā)育；在中長期旋回上升中期，隨著海平面及基準(zhǔn)面上升，可容納空間增大，物源供給衰減，盆地內(nèi)細粒沉積物堆積增多，甚至出現(xiàn)了部分混合沉積，隔夾層主要以低能泥巖夾雜粉砂質(zhì)泥巖及部分低滲透性混合沉積為主；在中長期旋回上升的晚期，可容納空間達到最大，基本無物源注入，盆內(nèi)以碳酸鹽巖沉積為主，致密混合沉積及碳酸鹽巖沉積形成分布零散的物性隔夾層，厚度較大，側(cè)向延伸性較差，穩(wěn)定性不好。

4.2 隔夾層的平面展布特征

在單類夾層等值線厚度分布的基礎(chǔ)上，依據(jù)有效隔擋下限的取值范圍(表2)，選取不同類別夾層分布進行疊加得到各小層的有效夾層平面分布范圍，隔夾層主要呈條帶狀或孤立的土豆?fàn)罘植迹臻g展布較為零散(圖8)。

圖8 Asmari組隔夾層平面展布特征(以B1-3小層為例)Fig.8 Plane distribution characteristics of the interlayer in Asmari Formation(taking B1-3layer as an example)

受西南方向物源注入影響，在海平面逐漸上升，可容納空間增大的過程中，三角洲沉積主要影響M油田中部及南部，在物源波及不到的東北部地區(qū)發(fā)育混積臺地及局限臺地沉積[29]。中部及南部距離物源相對較近，以三角洲前緣水下分流河道及水下分流間灣為主(圖8)，由于河流頻繁改道，殘留下仍可達到有效厚度的泥質(zhì)隔夾層發(fā)育密度低，順物源方向延伸分布，另有少量粉砂質(zhì)低能沉積在水下天然堤或砂壩局部發(fā)育，分布趨勢及分布范圍取決于分流河道的遷移及分叉。三角洲環(huán)境中鈣質(zhì)砂巖夾層主要分布在河道砂體邊緣，由后期成巖作用形成，展布范圍較小。大片的混積巖夾層和致密碳酸鹽巖夾層主要在遠離物源區(qū)、物源供應(yīng)衰減的東北部較發(fā)育。物性隔夾層具有數(shù)量差異大、厚度大、局部密集分布的特點，橫向連續(xù)性差。

5 隔夾層對油水分布的影響

5.1 隔夾層對流體分布的影響

隔夾層分布控制著油水在油藏中的運動[30-31]，M油田內(nèi)Asmari油藏大部分主力油層均處于油水過渡帶附近(圖9)，因而隔夾層對油水的控制更多地體現(xiàn)為油層下部隔夾層對含水率上升的影響。圖9(a)中F-48井中由于厚層砂體與次生底水間的泥質(zhì)夾層和物性夾層未達到有效厚度造成了底水錐進，同時造成連通的F-42井和F-32井中的砂體發(fā)生底部水淹。圖9(b)為B2油組水淹平面分布圖，B2油組作為非生產(chǎn)層卻發(fā)生了不同程度的水淹。從圖9(a)中可以看出，F(xiàn)-15井、F-42井和F-32井由于B2油組油層之下存在達到有效隔擋厚度的穩(wěn)定隔夾層，由于遮擋作用阻止或延緩底水及次生底水向上突進，延緩了采油井的含水上升速率。而F-48井內(nèi)B2油組與B3油組之間及B2油組內(nèi)部隔夾層的封堵能力較差，不能阻止水體突進，使得B2油組普遍發(fā)生水淹，水淹儲層厚度百分比達到100%。

圖9 隔夾層與油水分布的關(guān)系(以B油組為例)Fig.9 Relationships between interlayer and oil-water distribution(taking B oil group as an example)注：水淹剖面圖例同圖6

5.2 隔夾層對剩余油分布的影響

以南北2個構(gòu)造穹隆油氣藏為主，主力產(chǎn)層B1、B3小層水淹為高滲砂巖邊水突進，由于內(nèi)部非均質(zhì)性呈點狀見水整體水淹模式，中部構(gòu)造高部位較低滲儲層及部分受隔夾層分隔的儲層動用程度較低，可利用隔夾層對次生底水的有效隔擋，結(jié)合儲層物性特征對B2、B3小層上部有效儲層實施補開射孔措施，進而實現(xiàn)對剩余油的有效動用。以F-32井為例，由于B3、B4小層之間及B3小層內(nèi)部隔夾層的有效隔擋，可對3 095～3 100 m段實施補孔措施，使得剩余油得到動用。

6 結(jié) 論

1)根據(jù)隔夾層的巖性、物性、規(guī)模及沉積特征，將研究區(qū)的隔夾層劃分為5種類型：海泛暗色泥質(zhì)隔夾層、河道間氧化色泥質(zhì)隔夾層、粉砂質(zhì)隔夾層、鈣質(zhì)/混積隔夾層及致密碳酸鹽巖隔夾層。形成于海泛及河道遷移過程中的泥質(zhì)隔夾層與局部連片的致密碳酸鹽巖隔夾層為研究區(qū)最主要的隔夾層類型。

2)采用交會圖及灰色關(guān)聯(lián)理論，明確了劃分各類隔夾層的綜合指數(shù)，解決了非井控區(qū)隔夾層測井曲線識別過程中出現(xiàn)的結(jié)果相互交叉問題。并綜合生產(chǎn)動態(tài)資料總結(jié)得到隔夾層類型的有效隔擋厚度下限。

3)隔夾層整體分布不均，發(fā)育較為零散，呈薄厚不等的不規(guī)則橢圓狀、長條狀。隔夾層分布主要受控于基準(zhǔn)面旋回及沉積環(huán)境的變化。可容納空間逐漸增加的過程中，隔夾層類型由泥質(zhì)隔夾層向物性隔夾層過渡，且隔夾層的發(fā)育頻率及密度也相應(yīng)增加。其中泥質(zhì)隔夾層在三角洲環(huán)境靠近西南物源方向的井區(qū)更為發(fā)育，物性隔夾層在東北部混積臺地和開闊臺地中更為發(fā)育。

4)達到有效遮擋厚度的非均質(zhì)隔夾層可有效延緩底水突進、穩(wěn)定油井含水量；同時造成部分井區(qū)形成“上水下油”的剩余油滯留區(qū)，可通過對有效儲層實施補開射孔措施，實現(xiàn)對剩余油的有效動用。