珠江口盆地西部文昌A油田鈣質(zhì)隔夾層研究

甘永年，晁彩霞，曹陽，王猛，代百祥

中海石油（中國）有限公司湛江分公司

0 前言

鈣質(zhì)隔夾層是在后期成巖作用過程中因膠結(jié)作用而形成的一類使儲集性能變差的地層［1]，它往往發(fā)育于早期物性較好的中、粗砂巖及砂礫巖中［2]。隔夾層是影響油藏開發(fā)效果的重要因素，正確認識隔夾層的分布可提高油田產(chǎn)量和采收率［3-5]。

珠江口盆地西部是南海北部大陸架重要的產(chǎn)油區(qū)［6-7]，文昌A油田是珠江口盆地西部主力油田之一，已投產(chǎn)十余年，現(xiàn)今生產(chǎn)方式仍為自然能量驅(qū)替，剩余儲量規(guī)模大，是主要挖潛目標。新近系下中新統(tǒng)珠江組二段Ⅰ油組（簡稱ZJ2Ⅰ油組）是文昌A油田主力油組之一，其中ZJ2Ⅰ-1砂組是其主要產(chǎn)油層，目前已進入開發(fā)中后期，表現(xiàn)出含水率高、采出程度高、儲量動用率高的“三高”特征。在現(xiàn)今老油田產(chǎn)量遞減快、穩(wěn)產(chǎn)難度大的背景下，提高老油田挖潛效率成為南海西部油田穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵。ZJ2Ⅰ油組儲層內(nèi)部非均質(zhì)性強，隔夾層十分發(fā)育，隔夾層類型以鈣質(zhì)隔夾層為主，已有的鈣質(zhì)隔夾層連片、連續(xù)分布的認識與油田挖潛生產(chǎn)之間的矛盾越來越突出，特別是新鉆調(diào)整井的鉆探結(jié)果表明已有的研究成果與目前水驅(qū)模式及剩余油分布之間有矛盾。

為了解決上述問題，找到下一步的調(diào)整挖潛目標，并降低調(diào)整井實施風險，有效動用剩余儲量，有必要進一步深入開展隔夾層的空間分布及成因研究。現(xiàn)今常用的隔夾層預(yù)測方法主要為三維地質(zhì)建模法［8]，該方法隨機性強，井間控制性差，難以在海上稀井區(qū)推廣應(yīng)用。本次研究采用了地震波形指示反演法，地震資料良好的橫向分辨率解決了井控稀疏問題，且其縱向預(yù)測精度高，可識別0.5 m厚度的鈣質(zhì)隔夾層。地震波形指示反演結(jié)果可有效揭示儲層的非均質(zhì)性，有助于重新認識隔夾層對含水上升的影響以及隔夾層對開發(fā)效果的影響，可以為油田進行挖潛調(diào)整提供依據(jù)，同時也為其他類似油田開展隔夾層分布研究提供經(jīng)驗借鑒。

1 地質(zhì)概況

文昌A油田位于南海北部大陸架珠江口盆地西部珠三坳陷的文昌B凹陷中部東側(cè)，珠三南大斷裂帶西側(cè)（圖1a）。研究區(qū)從下至上主要發(fā)育有始新統(tǒng)文昌組，漸新統(tǒng)恩平組、珠海組，中新統(tǒng)珠江組、韓江組等地層。本次研究的珠江組二段Ⅰ油組為水平井開發(fā)的層狀邊、底水低伏背斜構(gòu)造油藏(圖1b)，區(qū)內(nèi)斷層不發(fā)育，以邊界斷層為主，構(gòu)造簡單，含油范圍內(nèi)具有統(tǒng)一的油水系統(tǒng)，為一整裝油藏。目的層段ZJ2Ⅰ-1砂組主要為北東向展布的臨濱淺灘和砂壩（圖1c）。ZJ2Ⅰ-1砂組厚約40 m，從上到下可進一步細分為4個小層（圖2），含油層位主要為ZJ2Ⅰ-1-1小層、ZJ2Ⅰ-1-2小層及部分高部位的ZJ2Ⅰ-1-3小層。

圖2 珠江口盆地西部文昌A油田ZJ2Ⅰ-1砂組綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive column of ZJ2Ⅰ-1 sand group in Wenchang AOilfield,western Pearl River Mouth Basin

依據(jù)油田的巖心、測井、錄井、地震資料分析認為：ZJ2Ⅰ油組為濱岸相沉積，ZJ2Ⅰ-1砂組的1、2、3小層發(fā)育臨濱砂壩、臨濱淺灘沉積微相，ZJ2Ⅰ-1-4小層主要以海泛泥沉積微相為主，局部發(fā)育臨濱灘砂沉積。由ZJ2Ⅰ-1-4小層至ZJ2Ⅰ-1-1小層，海平面逐漸下降，水體變淺，受波浪作用影響，在構(gòu)造高點部位臨濱發(fā)育沙壩(圖1c)。ZJ2Ⅰ油組巖性為石英砂巖和生物碎屑灰?guī)r，儲層平均孔隙度為27.3%，平均滲透率為1 279.80×10-3μm2，為中—高孔、中—高滲儲層。

2 鈣質(zhì)隔夾層地震波形指示反演

文昌A油田珠江組二段為濱岸相沉積，自下而上發(fā)育2套反旋回，下部為厚層砂體疊置，上部為砂泥巖互層，頂部發(fā)育海侵背景下的“龜背泥巖”。ZJ2I-1砂組為臨濱沉積，富含鈣質(zhì)生物碎屑，因此，鈣源豐富，這是研究區(qū)鈣質(zhì)隔夾層發(fā)育的主要原因。

2.1 鈣質(zhì)隔夾層測井識別

綜合利用文昌A油田巖心、測井、錄井和分析化驗資料，首先對取心井段中的鈣質(zhì)隔夾層進行巖性識別，并總結(jié)鈣質(zhì)隔夾層的電性特征，建立巖-電關(guān)系，建立鈣質(zhì)隔夾層測井識別標準，從而明確未取心井或未取心井段的鈣質(zhì)隔夾層分布。巖心可以直觀地識別鈣質(zhì)隔夾層：圖3a為白色—灰白色局部顯青綠色生物碎屑灰?guī)r，屬典型的鈣質(zhì)隔夾層；圖3b的頂、底部為略含鈣質(zhì)的灰褐色含油砂巖，中部為灰白色—白色油斑—油跡鈣質(zhì)砂巖。由此可見研究區(qū)鈣質(zhì)隔夾層巖性主要為生物碎屑灰?guī)r與鈣質(zhì)砂巖，這在顯微鏡下也有良好的印證（圖3c—3g）：圖3c中的生物類型為有孔蟲、腹足類、瓣鰓類、棘皮類和介形蟲等；圖3d中的鈣質(zhì)主要為方解石。研究區(qū)鈣質(zhì)隔夾層測井響應(yīng)表現(xiàn)為“三低兩高”，即低伽馬、低中子、低聲波，高密度、高電阻率特征，其測井解釋主要為干層（圖2）。鈣質(zhì)隔夾層測井識別標準為：自然伽馬值為30～50 API，中子值為5%～14%，密度值為2.4～2.6 g/cm3，聲波時差值為50～70 us/ft，電阻率大于5Ω·m。據(jù)此，在大部分單井上按垂向位置識別出了3套鈣質(zhì)隔夾層：頂鈣層、中鈣層、底鈣層。頂鈣層分布在ZJ2Ⅰ-1-1小層的頂部，鉆遇率達100%，實鉆厚度為1.2～2.9 m；中鈣層分布在ZJ2Ⅰ-1-2小層的中上部，實鉆厚度為0.3～1 m；底鈣層分布在ZJ2Ⅰ-1-2小層的底部，實鉆厚度為1.4～4 m。除構(gòu)造高部位外，底鈣層之下以水層為主。

圖3 珠江口盆地西部文昌A油田鈣質(zhì)隔夾層巖心與顯微鏡照片F(xiàn)ig.3 Photographs of core and petrographic thin section of calcareous interlayer in Wenchang A Oilfield,western Pearl River Mouth Basin

2.2 鈣質(zhì)隔夾層井間預(yù)測

傳統(tǒng)的稀疏脈沖反演和地質(zhì)統(tǒng)計學反演等常規(guī)反演無法滿足高精度隔夾層預(yù)測的要求［9]，因此應(yīng)用SMI軟件地震波形指示反演技術(shù)來進行鈣質(zhì)隔夾層的預(yù)測。地震波形指示反演是在傳統(tǒng)地質(zhì)統(tǒng)計學基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新的統(tǒng)計學方法［10]，SMI軟件地震波形指示反演具有精度高、受模型控制程度低、反演結(jié)果隨機性小的特點［11]。研究區(qū)地震資料主頻為40 Hz，頻寬為8～65 Hz，層速度主要在2 600～3 400 m/s之間，垂向分辨率為16～22 m，地震資料品質(zhì)好，這為波形指示反演提供了較好的資料基礎(chǔ)。

2.2.1 巖性敏感性分析

在做好測井曲線預(yù)處理、精細井-震標定的基礎(chǔ)上，首先要進行巖性敏感性分析，以確定對于鈣質(zhì)隔夾層最為敏感的地震反演屬性體或彈性參數(shù)體。本次研究通過建立對鈣質(zhì)隔夾層有顯著響應(yīng)的聲波、密度、中子、自然伽馬及波阻抗等5種測井數(shù)據(jù)直方圖，優(yōu)選波阻抗為敏感屬性，波阻抗值大于7 730 g/(cm2·s)（圖4）指示鈣質(zhì)隔夾層。前人研究［13]也指出聲波與密度乘積的波阻抗曲線不改變井-震關(guān)系，但其對巖性的敏感性、差異性會有所提高。因此，本文對研究區(qū)的波阻抗參數(shù)進行了反演運算，得到了全工區(qū)的波阻抗屬性體。

圖4 珠江口盆地西部文昌A油田鈣質(zhì)層、砂巖、泥巖波阻抗直方圖Fig.4 P-impedance histogram of calcium layer,sandstone and mudstone in Wenchang A Oilfield，western Pearl River Mouth Basin

2.2.2 關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置

（1）有效樣本數(shù)

SMI反演與傳統(tǒng)反演技術(shù)的主要區(qū)別是其應(yīng)用沉積學基本原理，充分利用地震波形的橫向變化來反映儲層空間的相變特征，進而分析儲層垂向巖性組合的高頻結(jié)構(gòu)特征。SMI選取樣本的方式是在研究區(qū)優(yōu)選地震波形相似的井作為有效樣本，更好地體現(xiàn)了相控的思想。有效樣本數(shù)主要表征波形空間變化對儲層的影響程度，樣本數(shù)越小，非均質(zhì)性越強，反之非均質(zhì)性越弱。本次研究中當樣本數(shù)為3時，地震與樣本數(shù)的相關(guān)指數(shù)最大、曲線趨于水平，增加樣本數(shù)相關(guān)性基本不變，該數(shù)值即為最佳樣本數(shù)（圖5a）。

圖5 波形指示反演關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置圖Fig.5 Key parameter setting diagram of seismic waveform indication inversion

（2）最佳截止頻率

當最佳截止頻率設(shè)置在拐點值附近時，反演結(jié)果是唯一的、確定的。本次研究中當頻率大于220 Hz時，相關(guān)指數(shù)曲線趨于水平（圖5b），因此選用220 Hz作為最佳截止頻率，該值既能保證反演具有高的分辨率，又能保證結(jié)果的確定性。

2.3 地震波形指示反演可靠性分析

從圖6的反演剖面上看，鈣質(zhì)隔夾層（橙色）在縱向上間斷分布，在橫向上具有一定的連續(xù)性，基本反映了正常的鈣質(zhì)隔夾層沉積規(guī)律。反演結(jié)果與單井巖性吻合良好，即井點數(shù)據(jù)與地震數(shù)據(jù)吻合良好，說明反演結(jié)果可靠。由A井—B井—6井連井時間域剖面可看出，未參與反演的A井單井鈣質(zhì)隔夾層分布與反演預(yù)測的鈣質(zhì)隔夾層完全吻合（圖6），也說明了反演結(jié)果可靠。

圖6 珠江口盆地文昌A油田過A井—B井—6井地震波形指示反演連井剖面圖Fig.6 Seismic waveform indication inversion section crossing Well A—Well B—Well 6 in Wenchang AOilfield，western Pearl River Mouth Basin

2.4 鈣質(zhì)隔夾層展布特征及成因

本次研究以波形指示反演結(jié)果為依據(jù)，進行了10×10網(wǎng)格的鈣質(zhì)隔夾層的頂、底面層位解釋，然后應(yīng)用層段切片和層段轉(zhuǎn)換為層位的方法提取了頂鈣層、中鈣層與底鈣層的時間厚度，再經(jīng)時深轉(zhuǎn)換得到深度域的鈣質(zhì)隔夾層厚度，最后應(yīng)用Petrel軟件得到了3個鈣質(zhì)隔夾層的平面等值線分布圖(圖7)。

圖7 珠江口盆地西部文昌A油田鈣質(zhì)隔夾層分布平面圖Fig.7 Distribution of calcareous interlayers in Wenchang A Oilfield,western Pearl River Mouth Basin

由頂鈣層平面分布圖(圖7a)可看出，頂鈣層分布廣泛，在研究區(qū)范圍內(nèi)均有分布。南部厚度為2.5～4 m，在D井區(qū)附近厚度可達4 m；北部厚度為1.5～3 m。鈣質(zhì)隔夾層厚度與構(gòu)造的高低密切相關(guān)，在南部構(gòu)造高部位鈣質(zhì)隔夾層厚，在北部構(gòu)造低部位鈣質(zhì)隔夾層變薄，這與構(gòu)造高部位間歇性暴露于海水之上的時間較長有關(guān)。中鈣層僅在工區(qū)的西南部發(fā)育（圖7b），厚度小于2.5 m,例如8井的最小預(yù)測厚度達0.5 m，且與井點吻合較好，反映反演預(yù)測精度高。底鈣層厚度為1.5～4 m（圖7c），分布特征與頂鈣層大體類似，但局部存在異常，如在D井區(qū)附近厚度減薄，甚至消失，這與該井區(qū)附近生物碎屑含量的變化有關(guān)，生物碎屑的差異性富集導(dǎo)致了平面上鈣質(zhì)隔夾層分布厚度的變化。D井區(qū)新鉆開發(fā)井13井的水淹特征與這一底鈣層存在“天窗”相吻合。

總的來看，平行于海岸線方向，頂、底鈣層的連續(xù)較好，平均延伸長度為3 km，中鈣層零星發(fā)育。垂直于海岸線，頂、底鈣層延伸距離短，約為1.5 km，中鈣層零星發(fā)育。這可能是由于頂、底鈣層沉積的延伸方向平行于海岸線方向，因此造成平行于海岸線方向的鈣質(zhì)隔夾層較垂直海岸線方向連續(xù)性好（海岸線方向見圖1c）。

鈣質(zhì)隔夾層主體發(fā)育于臨濱沙壩環(huán)境，在海平面高頻震蕩升降背景下，富含生物碎屑的臨濱沙壩間歇性暴露于海水之上，受大氣淡水作用，容易發(fā)生鈣質(zhì)膠結(jié)，碳酸鹽膠結(jié)物含量高（圖3）。頂鈣層與底鈣層的碳酸鹽含量達50%以上，巖性以生物碎屑灰?guī)r為主。臨濱沙壩環(huán)境下極淺水生物發(fā)育，薄片中常見有孔蟲、腹足類、瓣鰓類、棘皮類、介形蟲等極淺水生物碎屑（圖3e，圖3f），因此中鈣層同時發(fā)育生物碎屑灰?guī)r與鈣質(zhì)砂巖（圖3c，圖3g）。

頂、底鈣層均發(fā)育于反旋回的頂部，沉積期為海平面下降的沉積環(huán)境，發(fā)育大量不同生態(tài)環(huán)境的生物，形成了含大量生物的生物碎屑灰?guī)r，這屬于區(qū)域性沉積事件，因此，頂、底鈣層分布的連續(xù)性相對較好。而中鈣層既有生物碎屑灰?guī)r，也有幾乎不含生物碎屑的致密鈣質(zhì)砂巖，其發(fā)育于正旋回的中部或頂部，主體是由于海平面緩慢上升、古地貌差異等引起碳酸鹽膠結(jié)作用而形成，其分布的規(guī)模與厚度受成巖作用強弱的影響［14-16]，故中鈣層分布局限，橫向連續(xù)性較差。

3 應(yīng)用效果

由研究區(qū)開發(fā)井的單井開發(fā)效果可總結(jié)出，儲層物性與含水率是決定產(chǎn)能的主控因素，進而影響開發(fā)效果。對含水率有影響的鈣質(zhì)隔夾層主要是底鈣層。頂鈣層與上部“龜背泥巖”構(gòu)成了區(qū)域蓋層，中鈣層可暫時抑制底水的錐進，底鈣層可在較長時間內(nèi)有效減緩含水率的上升。按累產(chǎn)高低將研究區(qū)開發(fā)井分為3類：高產(chǎn)井（累產(chǎn)大于100×104m3）、常規(guī)井（累產(chǎn)介于50×104m3與100×104m3之間）、低產(chǎn)井（累產(chǎn)小于50×104m3）。7井為研究區(qū)唯一的高產(chǎn)井，累產(chǎn)101.46×104m3；1井、2井、5井、8井為常規(guī)井；其余井為低產(chǎn)井。7井位于構(gòu)造高部位純油區(qū)，水平段位于油層上部，儲層物性為中孔高滲，下部發(fā)育一定范圍分布的中鈣層和較穩(wěn)定的底鈣層，底鈣層之下還發(fā)育一套較為穩(wěn)定的鈣質(zhì)隔夾層（圖8），因此其含水上升慢，累產(chǎn)高（圖9）。常規(guī)井以2井開發(fā)效果最好，水平段下部發(fā)育中鈣層和穩(wěn)定的底鈣層，儲層物性為特高孔特高滲，累產(chǎn)67.00×104m3，現(xiàn)今日產(chǎn)油105 m3，是產(chǎn)能相對較好的生產(chǎn)井；5井與1井底鈣層存在天窗，含水上升快，儲層物性為中孔中滲，由于外部水體能量的補給及采取多次提液措施，累產(chǎn)達（50～60）×104m3；8井下部發(fā)育穩(wěn)定底鈣層，物性為中孔中滲，累產(chǎn)54.97×104m3。低產(chǎn)井產(chǎn)能低的原因主要有兩種情況：一是儲層為低滲型儲層；二是調(diào)整井投產(chǎn)時含水較高。經(jīng)以上分析發(fā)現(xiàn)，鈣質(zhì)隔夾層并不能直接影響產(chǎn)能的高低，而是通過影響含水率而間接影響產(chǎn)能及開發(fā)效果，尤其是底鈣層影響更明顯。當?shù)租}層分布穩(wěn)定時，含水上升慢，在儲層物性較好的條件下，開發(fā)效果會較好；當?shù)租}層缺失或存在天窗時，若儲層物性較好，可以采取提液措施來提高產(chǎn)能，若儲層物性較差，則開發(fā)效果差。這一新認識突破了傳統(tǒng)的“底鈣層缺失或存在天窗產(chǎn)能就低”的觀點。

圖8 珠江口盆地西部文昌A油田過7井—D井波形指示反演連井剖面圖Fig.8 Seismic waveform indication inversion section crossing Well 7—Well D in Wenchang A Oilfield，western Pearl River Mouth Basin

圖9 珠江口盆地西部文昌A油田7井月產(chǎn)油量與含水率曲線Fig.9 Profiles of monthly oil production and water cut of Well 7 in Wenchang A Oilfield,western Pearl River Mouth Basin

由以上研究可總結(jié)出：位于構(gòu)造高部位、水平段位于油層的上部、水平段下部有一定規(guī)模的中鈣層和穩(wěn)定分布的底鈣層、物性為中孔中滲或中孔高滲、投產(chǎn)時含水率較低的區(qū)域是下一步調(diào)整井部署的有利區(qū)域；D井區(qū)、E井區(qū)、B井西南部等底鈣層缺失或存在天窗的區(qū)域為風險區(qū)域，需結(jié)合物性預(yù)測結(jié)果來開發(fā)。

4 結(jié)論與認識

（1）通過巖心識別、巖心-測井標定，在ZJ2Ⅰ-1砂組中共識別出頂鈣層、中鈣層與底鈣層3套鈣質(zhì)隔夾層，它們分別發(fā)育于ZJ2Ⅰ-1-1小層的頂部、ZJ2Ⅰ-1-2小層中上部、ZJ2Ⅰ-1-2小層底部，且均分布于砂壩沉積微相。除構(gòu)造高部位外，底鈣層之下以水層為主，底鈣層對底水的錐進起控制作用。

（2）通過巖性敏感性分析，優(yōu)選波阻抗為參數(shù)，應(yīng)用地震波形指示反演技術(shù)預(yù)測了鈣質(zhì)隔夾層的空間分布。頂、底鈣層在順物源和垂直物源方向的最大延伸距離分別為3 km、1.5 km，分布較為連續(xù)，而中鈣層則零星發(fā)育，這與其差異性成巖作用有關(guān)。平面上，鈣質(zhì)隔夾層在南部比北部更發(fā)育，底鈣層在南部局部存在天窗。

（3）依據(jù)累產(chǎn)高低將研究區(qū)開發(fā)井分為了3類：高產(chǎn)井、常規(guī)井、低產(chǎn)井。根據(jù)不同類型井的構(gòu)造特征、鈣質(zhì)隔夾層分布、物性特征及產(chǎn)能特征綜合分析認為：位于構(gòu)造高部位、底鈣層分布穩(wěn)定、且物性分布好的區(qū)域是下一步調(diào)整挖潛的有利區(qū)域；當?shù)租}層缺失或存在天窗時，若儲層物性較好，可以采取提液措施來提高產(chǎn)能，若儲層物性較差，則開發(fā)效果差。這一新認識突破了傳統(tǒng)的“底鈣層缺失或存在天窗產(chǎn)能就低”的觀點。