特厚層稠油油藏隔夾層識別研究

馬成龍

(中國石油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

0 引 言

對于特厚層油藏[1]，隔夾層是造成水淹形式復雜化和熱采受效不均一化的重要地質因素。近年來，國內外學者對于隔夾層的定義、分類、識別和成因等方面進行深入研究。隔夾層定義方面，主要分為兩大類，一類是將隔層與夾層統(tǒng)稱為隔夾層[2-5]，另一類則將隔層和夾層分開進行定義[6-9]。隔夾層分類方面，部分學者根據(jù)隔夾層的巖性、物性、電性、垂向組合及含油產(chǎn)狀對其分類[10-14]，部分學者根據(jù)隔夾層成因、規(guī)模及平面分布特征對隔夾層進行分類[15-16]。隔夾層識別方面，前人研究主要集中在定性識別以及定量識別中的電性識別，對于隔夾層物性標準的建立鮮有提及。在杜84塊的巖心、測井和開發(fā)動態(tài)監(jiān)測等資料基礎上，根據(jù)隔夾層物性、厚度和規(guī)模等方面特征，提出隔層是指厚度相對較厚，穩(wěn)定分布，在一定條件下能分隔不同連通體并能阻止連通體滲流的非(或極低)滲透巖層，一般指泥質隔夾層，常分布在油層組、砂巖組或小層間；夾層是指分散在單個連通體內，厚度相對較薄，不穩(wěn)定分布的非(或極低)滲透巖層或相對低滲透巖層，一般指物性隔夾層，常分布在小層內。從開發(fā)實踐角度出發(fā)，隔層和夾層在類型和成因上具有很大的相似性，因此，對其進行統(tǒng)一研究分析。同時，對隔夾層定量識別方面進行重點闡述，為稠油開發(fā)方式轉換和下步調控部署提供重要地質依據(jù)。

杜84塊構造上位于遼河盆地西部凹陷西斜坡中段，構造形態(tài)為總體向南東傾斜的斷塊，地層傾角小于7°。研究目的層主要為古近系沙河街組沙三上段興Ⅵ組油層，沉積相類型為水下扇濁流沉積，油藏類型為特厚層稠油油藏，儲層平均孔隙度為31.6%，平均滲透率為1 550 ×10-3μm2，為高孔、高滲儲層。

1 隔夾層識別

1.1 定性識別隔夾層

以杜84塊興Ⅵ組作為例，在取心井巖心宏觀資料、化驗分析資料基礎上，結合測井曲線解釋成果和開發(fā)動態(tài)監(jiān)測資料，對隔夾層進行定性識別。研究區(qū)主要發(fā)育泥質隔夾層和物性隔夾層(圖1)。

圖1 隔夾層綜合柱狀圖

1.1.1 泥質隔夾層

泥質隔夾層主要是在水動力條件較弱的條件下形成的，常形成于短暫的洪水間歇期或河道遷移改道后的廢棄河道和河道間環(huán)境，巖性主要為泥巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂巖、粉砂巖等[16-17]。該類隔夾層測井曲線特征明顯，主要表現(xiàn)為深側向電阻率降低幅度在85%以上，微電極曲線幅度差很小且幅度明顯較低，微電位降低幅度為70%，聲波時差值較高，增加幅度為40%，自然電位回返35%等特征(圖1a)。

1.1.2 物性隔夾層

物性隔夾層種類較多，從成因上主要為沉積成因和成巖作用成因。細粒的物性隔夾層一般位于多期河道的疊置交接處，若后期河道切割沖刷前期河道作用不強烈，則大部分粗粒沉積顆粒被帶走，殘存了部分孔滲較差的細粒物質，形成物性隔夾層；粗粒的物性隔夾層如泥質礫巖，主要形成于河床底部滯留沉積環(huán)境和碎屑流沉積環(huán)境。屬于成巖作用成因的鈣質隔夾層是在沉積物成巖作用階段因碳酸鹽膠結而形成的[16，18-19]。研究區(qū)的物性隔夾層巖性較細，以油斑或油浸泥質礫巖、粉砂巖為主，泥質含量較高，呈條帶狀分布，零星發(fā)育，不穩(wěn)定，規(guī)模小，厚度較薄，一般不大于0.4 m，有一定的孔隙度和滲透性。研究區(qū)也存在粗粒的物性隔夾層(圖1b)，測井曲線特征：深側向電阻率降低幅度為75%，深側向、淺側向差異變小，微電極幅度差降低，微電位曲線幅度降低40%，聲波時差增加20%左右，自然電位回返20%等特征。

1.2 定量識別隔夾層

為實現(xiàn)定量識別，利用巖心化驗分析資料確定物性隔夾層的物性上限，建立物性隔夾層識別標準，之后，采用巖心標定測井的方法，建立泥質隔夾層和物性隔夾層2種電性識別標準，構成厚層稠油油藏內不同類型隔夾層的定量識別標準。

1.2.1 物性隔夾層識別標準

隔夾層滲透性差，從排驅壓力觀點出發(fā)，具有較高的排驅壓力，其與巖石的孔隙結構有關，孔隙結構發(fā)生變化必然導致滲透性發(fā)生變化[20]。巖石顆粒的大小、分選、膠結程度及孔隙數(shù)量等影響孔隙結構的性質，而能夠反映孔隙結構性質和滲透能力最重要的參數(shù)是最小流動孔喉半徑。因此，應用最小流動孔喉半徑法，確定隔夾層的物性上限[21]。

利用巖心分析所測的毛管壓力曲線資料，求出巖心標準化飽和度SWD為：

(1)

式中：SWD為巖心標準化飽和度；SHg為汞飽和度。

建立每塊樣品的J函數(shù)數(shù)學模型：

(2)

式中：J(SWD)為關于巖心標準化飽和度的J函數(shù)；pc為毛管壓力，MPa；K為滲透率，10-3μm2；φ為孔隙度，%。

應用J函數(shù)對每塊樣品的標準化飽和度SWD進行擬合，最終確定J函數(shù)與巖心標準化飽和度的關系式為：

J(SWD)=0.19593(0.76753-SHg)-1.36796

(3)

將式(3)中系數(shù)代入實驗室條件下的毛管壓力曲線公式，并將公式轉換成油藏平均毛管壓力曲線，則：

pc(SHg)R=0.02659(0.76753-SHg)-1.36796

(4)

式中：pc(SHg)R為油藏條件下的毛管壓力，MPa。

以SHg=0.00為起始值，以0.01為步長，計算不同SHg對應的pc(SHg)R，再根據(jù)油藏條件下孔喉半徑與毛管壓力公式，計算不同的pc(SHg)R所對應的ri。

(5)

式中：r為孔喉半徑，μm；i為第i個步長節(jié)點。

依據(jù)Wall法，以等孔隙體積增量為基礎，計算每一個孔隙體積間隔的滲透能力貢獻值，當累計滲透貢獻值達到99.9%時所對應的的孔喉半徑即為最小孔喉半徑：

(6)

式中：ΔKi為第i個孔隙體積間隔的滲透能力貢獻值，%。

依據(jù)上述計算過程，確定杜84塊興隆臺油層的最小流動孔喉半徑為0.983 12 μm。

孔喉半徑與孔隙度的擬合公式為：

φ=0.74059ri+16.05526

(7)

由式(7)可知，隔夾層孔隙度上限為16.8%。

孔喉半徑與滲透率的擬合公式為：

K=125.49681ri-450.15079

(8)

由式(8)可知，隔夾層滲透率上限為78.2×10-3μm2。

1.2.2 隔夾層電性標準

由巖心宏觀特征確定泥質隔夾層，由巖心孔滲資料確定物性隔夾層，再根據(jù)各類隔夾層的測井響應特征，制作聲波時差與電阻率交會圖(圖2a)及微電位和泥質含量交會圖(圖2b)，確定各類隔夾層的電性識別標準(表1)。

圖2 隔夾層測井響應交會圖

表1 隔夾層識別標準

2 實例應用

2.1 隔夾層分布特征

依據(jù)上述隔夾層劃分標準，對試驗區(qū)內100余口井進行隔夾層識別分析。隔夾層定量描述指標常采用分布頻率和分布密度2個參數(shù)，隔夾層分布頻率為每米儲層內隔夾層的個數(shù)，隔夾層分布密度為層內隔夾層的總厚度與儲層厚度的比值。分布頻率和分布密度的值越大，儲層質量越差。統(tǒng)計分析結果表明，興Ⅵ組平均隔夾層分布密度為9.7%，隔夾層分布頻率為0.072層/m?？v向上，2小層隔夾層最為發(fā)育，平均隔夾層分布密度為12.6%，隔夾層分布頻率為0.081層/m，向上逐漸不發(fā)育；3小層平均隔夾層分布密度為9.8%，隔夾層分布頻率為0.075層/m。研究認為，興Ⅵ組各小層內隔夾層巖性主要為泥巖、泥質粉砂巖和粉砂質泥巖，為水道間沉積或成巖作用形成，呈片狀或條帶狀分布，主要分布于試驗區(qū)的東南部和水平井部署區(qū)的東北部，其他區(qū)域零星發(fā)育。同時針對小層內隔夾層，對延伸距離大于2個井距的隔夾層進行追蹤描述(表2)。

表2 杜84塊SAGD試驗區(qū)興Ⅵ組各小層內部隔夾層數(shù)據(jù)

2.2 現(xiàn)場應用效果

杜84塊SAGD開發(fā)中，隔夾層的存在影響蒸汽腔發(fā)育和擴展。因此，依據(jù)上述標準刻畫隔夾層分布特征后，應采取相應調控措施。對于試驗區(qū)分布比較穩(wěn)定的泥質隔夾層，主要采取驅泄復合方式開發(fā)，即在隔夾層的上方進行射孔注汽，形成上部蒸汽驅，下部重力泄油的方式來動用隔夾層上部儲量，現(xiàn)場數(shù)據(jù)表明，該開采方式不僅提高了油層縱向動用程度，還提高了日產(chǎn)油和油汽比，日產(chǎn)油由19 t/d升至35 t/d，階段油汽比由0.15升至0.20，改善了SAGD開發(fā)效果。

對于物性隔夾層，采用隔夾層改造(直井壓裂)的方式，通過壓裂使隔夾層形成垂直裂縫，打通隔夾層上部油層與下部油層的連通通道，擴大蒸汽腔的體積，加快蒸汽腔在縱向的擴展速度。壓裂后，隔夾層上方的溫度明顯上升，由180 ℃升至230 ℃。累計實施52口井，改造16個井組，日產(chǎn)油由669 t/d升至1 184 t/d，含水由84.2%降至78.6%，油汽比由0.19升至0.23。

3 結 論

(1) 按照隔夾層的物性和穩(wěn)定性等特征，依據(jù)滲透性將隔夾層分為非(極低)滲透性隔夾層與物性隔夾層，其中非(極低)滲透性隔夾層主要是指泥質隔夾層。泥質隔夾層具有Rt降低幅度為85%以上，RMN降低幅度為70%，AC增加幅度為40%，SP回返35%等特征；物性隔夾層具有Rt降低幅度為75%，RMN曲線幅度降低40%，AC增加約20%，SP回返20%等特征。

(2) 引用Wall法確定隔夾層的物性上限。在壓汞資料和常規(guī)物性分析資料基礎上，利用Wall法求取研究區(qū)儲層的最小流動孔喉半徑為0.98 μm，所對應的隔夾層孔隙度上限為16.8%，滲透率上限為78.2×10-3μm2。通過巖心刻度測井，確定隔夾層電性標準，泥質隔夾層標準為AC>420 μs/m、RMN<7 Ω·m、Rt<15 Ω·m；物性隔夾層標準為AC≤420 μs/m、RMN≥7 Ω·m、Rt≥15 Ω·m、φ≤16.8%、K≤78.2×10-3μm2。

(3) 依據(jù)隔夾層識別標準，描述隔夾層的空間展布規(guī)律。平面上，隔夾層主要交錯發(fā)育分布在試驗區(qū)東南部和水平井部署區(qū)的東北部，其他區(qū)域零星發(fā)育；縱向上2小層隔夾層最為發(fā)育，平均隔夾層分布密度為12.6%，隔夾層分布頻率為0.081層/m，向上逐漸不發(fā)育。

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