遼河油田錦99塊扇三角洲前緣儲層隔夾層成因與分布

宋 璠，蘇妮娜

(中國石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580)

隔夾層是形成陸相儲層流體流動非均質(zhì)的主要原因，在油田開發(fā)后期，隔夾層從不同程度上控制著油水運動，是影響油層復(fù)雜水淹的主要地質(zhì)因素［1-6］。遼河油田歡喜嶺地區(qū)錦99區(qū)塊經(jīng)過30多年的注水開發(fā)，油層水淹嚴重，水驅(qū)開發(fā)平面、層間、層內(nèi)三大矛盾突出，隔夾層對剩余油的控制作用越來越顯著。因此，在砂體精細刻畫的基礎(chǔ)上，綜合巖心、測錄井以及生產(chǎn)動態(tài)資料，解剖厚油層內(nèi)部夾層分布規(guī)律，可為該區(qū)進一步提高水驅(qū)采收率提供有效借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

遼河油田錦99區(qū)塊構(gòu)造上位于遼河斷陷盆地西部凹陷的西南部，面積約為60km2。受北東向兩條傾向相反的主干斷層控制，錦99塊總體呈一個狹長高壘帶，為油氣聚集提供了有利場所(圖1)。鉆井揭示研究區(qū)地層自下而上依次為前震旦系與中生界基底，古近系沙河街組、東營組，新近系館陶組、明化鎮(zhèn)組，以及第四系平原組［7］，其中沙河街組沙四段又稱杜家臺油層，是該區(qū)目前主要的石油生產(chǎn)層段。

杜家臺油層沉積時期，由西部凹陷的北部注入湖盆的水系比較發(fā)育，形成了規(guī)模較大的扇三角洲沉積。錦99塊以扇三角洲前緣水下分流河道與河口壩微相為主，垂向上多期水道砂體交錯疊置，巖性主要包括含礫砂巖、粗砂巖、細砂巖以及泥質(zhì)粉砂巖等。砂巖主要呈塊狀，交錯層理較為發(fā)育。通過精細地層劃分與對比，可將杜家臺油層進一步分為2個油組、6個砂層組與36個單油層(表1)。單油層厚度橫向變化較快，砂體連通性明顯受沉積作用形成的隔夾層控制，成巖過程中方解石與粘土礦物膠結(jié)又進一步增強了儲層的非均質(zhì)性，造成儲層內(nèi)部油水運動規(guī)律復(fù)雜。

表1 遼河油田錦99塊地層劃分表Table 1 Stratigraphic division of the Jin-99 block of the Liaohe Oil Field

2 隔夾層成因類型及特征

研究區(qū)扇三角洲前緣儲層隔夾層的成因類型可以分為兩大類:沉積作用形成的隔夾層與成巖作用形成的隔夾層。

2.1 沉積作用形成的隔夾層

扇三角洲前緣具有較強的水動力條件，垂向上水下分流河道砂體常呈多層疊置，空間上具有明顯的前積特征。與曲流河的側(cè)積體類似，三角洲前緣砂的前積紋層間易于形成泥質(zhì)夾層，此類夾層厚度不一、數(shù)量眾多、常斜交層面分布，增大了油藏中油氣采出的難度。部分厚度較大、分布穩(wěn)定的泥質(zhì)夾層即為隔層，形成于湖盆發(fā)育的間歇期。此外，由于水下分流河道易于側(cè)向遷移、改道，在單砂體遷移疊加過程中存在短暫的沉積間歇期，在厚層砂體內(nèi)部形成泥質(zhì)夾層，此類夾層通常厚度薄、分布范圍小、連續(xù)性較差。

除了廣布的水下分流河道外，錦99區(qū)塊局部還發(fā)育河口壩與席狀砂微相，其頂部常存在短暫間歇期的泥質(zhì)粉砂層，屬于典型的沉積成因隔夾層。其巖性主要為灰色泥質(zhì)粉砂、粉砂質(zhì)泥等細粒懸浮沉積物，富含碳屑、有機質(zhì)。

2.2 成巖作用形成的隔夾層

沉積物成巖過程中，隨著埋藏深度的增加，溫度升高，壓力增大，有機質(zhì)熱演化釋放出大量的CO2與地層水中的Ca2+、Mg2+等結(jié)合形成了碳酸鹽膠結(jié)物，通常在薄層砂巖以及儲層頂?shù)着c泥巖接觸的部位發(fā)生固結(jié)，造成粗粒的砂巖儲油物性變差、滲透率降低，從而形成夾層。此類夾層的形成條件、分布規(guī)律較為復(fù)雜，橫向預(yù)測難度大，給油氣開發(fā)帶來了極大困難［8］。

3 隔夾層的識別特征

不同的地質(zhì)成因，形成了不同類型的隔夾層。盡管隔層和夾層由于規(guī)模差異對油水運動規(guī)律的控制作用不同，但兩者的成因特征十分相似，因此可對其進行統(tǒng)一識別。本文綜合巖心、測錄井資料，建立了不同類型隔夾層的測井識別標(biāo)志，將本區(qū)隔夾層劃分為以下3種類型:

3.1 泥質(zhì)隔夾層

泥質(zhì)隔夾層是研究區(qū)最主要的一種隔夾層類型，主要在單砂體前積過程或單河道擺動的間歇期沉積形成，縱向上出現(xiàn)的頻率較高，其巖性主要包括泥巖、粉砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖等，相當(dāng)于3級或4級構(gòu)型界面。此類隔夾層測井響應(yīng)主要反映為泥巖特征，自然伽馬呈高值，自然電位靠近泥質(zhì)基線，井徑明顯擴徑;微電極顯著減小，幅度差幾乎為零，聲波時差一般大于310μs/m(圖2)。

圖2 錦2-13-3井泥質(zhì)隔夾層測井響應(yīng)特征Fig.2 Well logs for the mudstone barrier interlayers in the Jin 2-13-3 well

3.2物性隔夾層

指油層中物性較差的薄砂層，泥質(zhì)含量通常較高，含油性差。此類隔夾層成因復(fù)雜，往往受沉積、成巖等多種因素控制。研究區(qū)物性隔夾層主要包括以下兩類:一類為河道底部的滯留沉積，巖性主要為砂礫巖，顆粒分選差(圖3);另一類為水道側(cè)翼、水道間等弱水動力環(huán)境的產(chǎn)物，巖性以油斑細砂、粉砂巖為主，泥質(zhì)含量高，成巖過程中易于壓實。這兩類隔夾層具有一定的孔滲性，但均未達到有效厚度的物性下限。自然伽馬呈中幅齒狀凸起，自然電位幅度低，井徑擴徑不明顯;微電極幅度有所減小，但具有一定的幅度差。

圖3 錦2-12-1井物性隔夾層測井響應(yīng)特征Fig.3 Well logs for the physical barrier interlayers in the Jin 2-12-1 well

3.3 鈣質(zhì)隔夾層

巖性主要為灰白色中-細砂巖、含礫砂巖等，巖性致密，基本無滲透性或滲透性極差。這類隔夾層主要與碳酸鹽膠結(jié)等成巖作用有關(guān)，分布隨機性相對較強，縱向上出現(xiàn)的頻率較小。在測井曲線上主要表現(xiàn)為:自然電位無明顯變化，微電極比值超過鄰層1倍以上，呈尖峰狀;由于孔隙被鈣質(zhì)膠結(jié)，聲波傳播速度增大，時差減小;井徑稍顯擴徑，主要是由于鈣質(zhì)膠結(jié)的砂巖脆性較大，在鉆進過程中易于崩落，從而產(chǎn)生微擴徑(圖4)。

圖4 錦2-15-4井鈣質(zhì)隔夾層測井響應(yīng)特征Fig.4 Well logs for the carbonate barrier interlayers in the Jin 2-15-4 well

與隔層相比，夾層對油層水驅(qū)開發(fā)工作的影響更大，精確識別單井夾層對于夾層預(yù)測與建模具有重要的意義［9-11］。在隔夾層成因類型研究的基礎(chǔ)上，通過對錦99塊杜家臺油層取心井進行夾層精細描述，結(jié)合測井曲線及其解釋成果，選取聲波時差、微電極幅度差、泥質(zhì)含量、孔隙度、滲透率共5項參數(shù)，編制了不同類型夾層的判別圖版(圖5)，建立了夾層劃分的定量標(biāo)準(表2)。

依據(jù)上述夾層劃分標(biāo)準，對研究區(qū)開展系統(tǒng)的單井夾層劃分，結(jié)果表明，按照厚度與分布位置，夾層又可分為3種類型:Ⅰ類夾層為相鄰單砂體之間的夾層，厚度一般大于0.8m，主要為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖等，分布范圍較廣者即為隔層;Ⅱ類夾層為單砂體內(nèi)部的夾層，厚度為0.4～0.8m，巖性較細，以泥質(zhì)夾層、物性夾層為主;Ⅲ類夾層常位于單砂體的頂部或底部，厚度常小于0.4m，巖性較為復(fù)雜，以泥質(zhì)粉砂巖、致密粉砂巖和細砂巖、砂質(zhì)礫巖為主，位于頂部者常為鈣質(zhì)夾層，而位于底部者常為物性夾層。

4 隔夾層分布規(guī)律

在區(qū)域沉積作用、成巖作用環(huán)境研究的基礎(chǔ)上，通過精細的單砂體劃分與隔夾層識別，重點分析了區(qū)內(nèi)200余口井的測錄井資料，完成了單井隔夾層劃分，并利用隔夾層厚度、鉆遇率、頻率及密度等參數(shù)分析其分布規(guī)律。

圖5 不同類型夾層測井判別圖版Fig.5 Correlation of the well logs in individual barrier interlayers

表2 錦99塊夾層定量劃分標(biāo)準Table 2 Quantitative division of the barrier interlayers in the Jin-99 block

4.1 層間隔層分布

錦99塊杜家臺油層單砂層間隔層的發(fā)育較為穩(wěn)定，以泥質(zhì)隔層為主，其分布主要受控于水下分流河道微相的展布樣式。以杜Ⅰ油組主力產(chǎn)油層杜Ⅰ32～杜Ⅰ33層間的隔層發(fā)育最為良好，隔層厚度較大，鉆遇率較高，因此其剩余油富集程度可能較高，具有一定增產(chǎn)潛力。

研究區(qū)隔層類型總體以泥質(zhì)隔層為主，其次為物性隔層，鈣質(zhì)隔層不發(fā)育。圖6為杜～杜層間隔層厚度分布圖，可見砂體分布區(qū)內(nèi)隔層分布連續(xù)性較好，砂體間基本不連通。隔層厚度多在2m以上，全區(qū)變化幅度較大，最大可達8m以上。隔層厚度較大的地區(qū)主要分布在砂巖尖滅區(qū)夾持的地帶或邊角區(qū)，遠離尖滅區(qū)的地方隔層較薄。

4.2 層內(nèi)夾層分布

通常采用以下3個參數(shù)定量描述夾層的分布特征:夾層厚度H、夾層分布頻率(即每米儲層內(nèi)夾層的個數(shù))、夾層分布密度(即層內(nèi)夾層的總厚度與儲層厚度的比值)，上述3個參數(shù)的定量參數(shù)值越大，儲層質(zhì)量越差。

如表3所示:錦99塊杜Ⅰ3的6套含油單砂層內(nèi)的夾層厚度平均0.8m左右，鉆遇率較低，表明夾層發(fā)育規(guī)模不大。其中杜夾層分布頻率為0.12～0.53層/m，分布密度為0.02～0.38，數(shù)值相對最低，因此夾層分布對水驅(qū)開發(fā)效果影響最小，剩余油富集程度也較低;杜夾層分布特征參數(shù)值最大，在鉆遇井區(qū)可能存在一定程度的剩余油富集區(qū)。

圖6 錦99塊杜～杜層間隔層厚度平面分布圖Fig.6 Planar distribution of the barrier interlayers in the DU-Duoil reservoirs

表3 錦99塊杜Ⅰ3各單砂層內(nèi)夾層分布參數(shù)Table 3 Parameters showing the barrier interlayer distribution of individual sandlayers of the Du I3oil reservoirs in the Jin-99 block

從單砂層內(nèi)夾層平面分布特征來看，研究區(qū)泥質(zhì)夾層出現(xiàn)頻率最高，分布相對較連續(xù);物性夾層與鈣質(zhì)夾層次之，分布范圍較局限，隨機性較強(圖7)。通過對研究區(qū)36個單砂層內(nèi)夾層分布特征進行總結(jié)，發(fā)現(xiàn)扇三角洲前緣儲層內(nèi)不同夾層類型分布具有一定規(guī)律性。泥質(zhì)夾層主要分布于以下3類區(qū)域:一是厚層水下分流河道砂疊置區(qū)，如圖7中的在j2-16-5204井區(qū)、j2-14-003井區(qū)等，由于砂體主要以前積方式沉積，夾層常呈斜交層面產(chǎn)出，因此順夾層傾向方向注水往往易于形成剩余油富集［12］;二是水下分流河道側(cè)緣區(qū)，夾層分布規(guī)模較小，如j2-14-04c井區(qū)等，常呈孤立狀分布;三是鄰近砂巖尖滅線區(qū)域，平面上出現(xiàn)頻率最高，常呈寬條帶狀連續(xù)分布，受沉積水動力影響夾層主要平行層面產(chǎn)出，其上部存在一定數(shù)量的剩余油。

物性夾層受沉積、成巖等多種因素控制，其總體分布規(guī)律性不明顯，但通過與儲層物性平面展布圖疊合，表明其主要分布于孔滲相對低值區(qū)，這些低值區(qū)主要位于水道側(cè)翼、水道間等弱水動力地區(qū)，但也有部分于水道中部砂體較厚區(qū)，如圖7中j2-17-5302井區(qū)等。鈣質(zhì)夾層分布較零星，厚度變化大，橫向連續(xù)性較差，其分布明顯受巖相與邊界斷層控制。首先，鈣質(zhì)夾層形成于特定的巖相中，主要在砂厚較大、原生孔隙發(fā)育的巖相帶發(fā)育良好;其次，鈣質(zhì)夾層常沿邊界Ⅱ級斷層分布，如圖7中j2-19-504、j2-17-5、j2-14-504等多個井區(qū)均有發(fā)育，主要由于地層水進入斷裂帶后不斷流動，酸性孔隙水對不穩(wěn)定組分進行溶解、蝕變，富含Ca2+、Mg2+和HCO-3離子的孔隙水在斷層附近的好物性砂體中發(fā)生膠結(jié)作用而形成。物性夾層、鈣質(zhì)夾層的分布與泥質(zhì)夾層相比較為復(fù)雜，在進行夾層預(yù)測時應(yīng)充分考慮斷裂構(gòu)造、沉積相、成巖相等多方面地質(zhì)因素。

圖7 錦99塊杜各類夾層平面分布圖Fig.7 Planar distribution of the individual barrier interlayers within the Duoil reservoirs in the Jin-99 block

5 結(jié)論

隔夾層是儲層非均質(zhì)性研究的重要內(nèi)容，它們將厚油層分隔為多個獨立的流動單元，進而使得油水運動規(guī)律復(fù)雜化。目前河流相儲層隔夾層研究較為成熟，可為其它相類型儲層研究提供借鑒。遼河油田錦99區(qū)塊扇三角洲前緣儲層內(nèi)隔夾層較為發(fā)育，利用巖心、測錄井資料可識別出泥質(zhì)、物性和鈣質(zhì)3種不同成因類型的隔夾層。受不同地質(zhì)條件控制，3類隔夾層的分布規(guī)律也具有一定差別，因此，在油藏描述過程中需綜合斷裂展布、沉積相、巖石相、成巖相等多重因素進行隔夾層預(yù)測，最終建立起較為可靠的隔夾層模型，指導(dǎo)油田開發(fā)過程中油水運動規(guī)律與剩余油分布研究。

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