海相砂巖油田高含水期精細(xì)油藏描述及剩余油分布研究

劉振坤， 陳 飛， 范洪軍， 王宗俊， 王盤根

(中海油研究總院有限責(zé)任公司，北京 100028)

0 引 言

我國(guó)海上油田受平臺(tái)規(guī)模和投資的影響，鉆井?dāng)?shù)量遠(yuǎn)低于陸上油田，大多數(shù)海上主力油田經(jīng)過二三十年的開發(fā)，已陸續(xù)進(jìn)入高含水期開發(fā)階段，剩余油分布復(fù)雜，如何準(zhǔn)確刻畫控制剩余油分布的優(yōu)勢(shì)滲流通道砂體、隔夾層以及精細(xì)表征儲(chǔ)層內(nèi)部的非均質(zhì)性是預(yù)測(cè)剩余油分布和實(shí)現(xiàn)穩(wěn)油控水急需解決的實(shí)際問題。南海西江油田(XJ油田)屬海相沉積儲(chǔ)層(施和生等，2000)，砂體厚度較大，主力油層(厚度>10 m的砂體)約占油層總數(shù)的70%，各砂體空間疊置關(guān)系復(fù)雜，砂體分布范圍較廣，儲(chǔ)層內(nèi)部的優(yōu)勢(shì)滲流通道砂體與隔夾層表征困難，精細(xì)油藏描述工作有待研究。

1 研究區(qū)概況

西江油田(XJ油田)位于南海珠江口盆地北部坳陷帶惠州凹陷南緣，距XJ-X油田東南8 km(圖1)。XJ構(gòu)造是一個(gè)在主斷層控制下的逆牽引背斜構(gòu)造，形態(tài)簡(jiǎn)單，圈閉面積為2.2～5.1 km2，構(gòu)造幅度低，地層傾角約為1°，含油范圍內(nèi)無斷層發(fā)育。主要含油層段位于新近系珠江組上部(李勝利等，2004)，埋深-2 006～-2 770 m，含油層段長(zhǎng)764 m，縱向上劃分為13個(gè)油組23個(gè)儲(chǔ)量單元，儲(chǔ)層屬于海相三角洲砂巖。

圖1 XJ油田位置示意圖Fig. 1 Location map of XJ Oilfield

XJ油田開發(fā)至今已有17年，已鉆生產(chǎn)井17口，均為大位移井，動(dòng)用油藏20個(gè)，目前含水98.0%，采出程度為34.32%，早期開發(fā)過程中多套合采，動(dòng)用不均。油田范圍內(nèi)剩余油分布復(fù)雜，油藏描述面臨的主要問題是未能建立精細(xì)地層格架，各儲(chǔ)量單元中優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層分布不清楚，儲(chǔ)層內(nèi)部滲流差異與滲流屏障認(rèn)識(shí)不清，嚴(yán)重制約著油田的調(diào)整挖潛。

2 精細(xì)油藏描述關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用

2.1 基于“差異放大”理念的地層細(xì)分與對(duì)比技術(shù)及應(yīng)用

地層劃分方法比較成熟，如生物地層學(xué)、同位素地層學(xué)、巖石地層學(xué)、高分辨率地層學(xué)等(Weimeret et al., 1994；鄧宏文等，2004；Nio et al., 2005)。地層劃分主要根據(jù)標(biāo)志層控制、旋回對(duì)比、分級(jí)控制原則，從宏觀到中觀再到微觀對(duì)地層進(jìn)行劃分與對(duì)比。在地層劃分對(duì)比中引入“差異放大”的理念,將測(cè)井曲線的旋回性變化信息放大，更清楚地確定地層的旋回期次，解決海相砂巖儲(chǔ)層油層組、砂層組到小層級(jí)別的地層劃分問題。

由于海相砂巖油田鉆井資料有限，因此通過對(duì)測(cè)井曲線進(jìn)行頻譜分析，放大測(cè)井曲線旋回的差異性，以達(dá)到細(xì)分層的目的。頻譜屬性趨勢(shì)分析(INPEFA)技術(shù)被引入地層學(xué)領(lǐng)域，PEFA曲線通過對(duì)測(cè)井曲線進(jìn)行傅立葉變換得到，INPEFA曲線由PEFA曲線積分處理后獲得，可以提取不同級(jí)別的旋回信息，輔以地震標(biāo)志層，識(shí)別出層序界面，劃分長(zhǎng)、中、短期旋回，達(dá)到不同級(jí)別地層劃分的目的。

以高分辨率層序地層學(xué)理論為指導(dǎo)，在層序框架和標(biāo)志層的約束控制下，結(jié)合INPEFA曲線特征確定各旋回轉(zhuǎn)換點(diǎn)，對(duì)XJ油田地層進(jìn)行小層劃分和對(duì)比。通過不同頻率INPEFA曲線的旋回分析，在長(zhǎng)期與中期旋回劃分的基礎(chǔ)上再細(xì)分短期旋回，同時(shí)結(jié)合沉積旋回特征，H1—H6、H6—H13均為半個(gè)長(zhǎng)期旋回，在XJ油田原油組級(jí)別的分層方案基礎(chǔ)上將地層細(xì)分為45個(gè)砂層組，建立適應(yīng)油田精細(xì)油藏描述需求的地層格架(表1、圖2)。

圖2 XJ油田珠江組地層劃分對(duì)比圖Fig. 2 Stratigraphic division and correlation of the Zhujiang Formation, XJ Oilfield

表1 XJ油田細(xì)分層成果Table 1 Fine stratigraphic division in XJ Oilfield

2.2 波形與屬性結(jié)合的優(yōu)勢(shì)砂體刻畫技術(shù)及應(yīng)用

波形與屬性相結(jié)合的優(yōu)勢(shì)砂體刻畫技術(shù)重點(diǎn)刻畫了多期優(yōu)勢(shì)砂體在空間的分布特征與結(jié)構(gòu)(李志鵬等，2012)。結(jié)合地震剖面上的地震波形特征分析多期砂體的疊置關(guān)系，根據(jù)地震屬性平面變化劃分各沉積微相的邊界，最終確定沉積微相的空間展布特征。

砂體的厚度和物性差異會(huì)綜合表現(xiàn)為地震波形的差異，由于多期砂體疊置的類型不同，形成的地震波形樣式也不同，地震屬性的平面變化反映了砂體側(cè)向相變的邊界。

砂體的類型包括獨(dú)立式、拼疊式和堆疊式。

2.2.1 獨(dú)立式砂體 形成于基準(zhǔn)面相對(duì)高位，A/S值較大，沉積物以細(xì)粒為主。砂體分為水下分流河道砂、河口壩砂和席狀砂3種類型，測(cè)井曲線形態(tài)主要為鐘形、漏斗形和“指”狀。在地震剖面上，以弱振幅為背景，強(qiáng)振幅呈不連續(xù)狀鑲嵌于其中。獨(dú)立式砂體之間的接觸關(guān)系為突變接觸，振幅逐漸變小的位置為砂體尖滅部位(圖3、圖4)。

圖3 XJ油田砂體聯(lián)井剖面示意圖(獨(dú)立式)Fig. 3 Cross section of isolated sandbody in XJ Oilfield

圖4 XJ油田獨(dú)立式砂體最小振幅屬性剖面圖Fig. 4 Profile of the minimum amplitude property of isolated sandbody in XJ Oilfield

2.2.2 拼疊式砂體 主要為水下分流河道，測(cè)井曲線形態(tài)為鐘形。砂體呈透鏡狀、板狀，以大規(guī)模側(cè)向增生為主，發(fā)育低角度增生面。在地震剖面上波形表現(xiàn)為單峰和多峰交錯(cuò)，振幅(寬窄)在砂體拼疊位置發(fā)生變化(圖5、圖6)。

圖5 XJ油田砂體聯(lián)井剖面示意圖(拼疊式)Fig. 5 Cross section of mosaic and superimposed sandbody in XJ Oilfield

圖6 XJ油田拼疊式砂體最小振幅屬性剖面圖Fig. 6 Profile of the minimum amplitude property of mosaic and superimposed sandbody in XJ Oilfield

隨著可容納空間的增加，拼疊式砂體按其接觸關(guān)系又可細(xì)分為離散接觸型拼疊、疏散接觸型拼疊和緊密接觸型拼疊3種：離散接觸型拼疊砂體只是成因上相聯(lián)，儲(chǔ)層側(cè)向連通性差；疏散接觸型拼疊砂體之間發(fā)育泥質(zhì)夾層，平面上呈寬條帶狀分布，儲(chǔ)層側(cè)向連通性中等；緊密接觸型拼疊河道砂體相互切疊，側(cè)向連續(xù)性好。

2.2.3 堆疊式砂體 由不同期次、不同級(jí)次砂體相互切割與疊置形成，呈楔狀體，多發(fā)育水下分流河道砂體，其厚度大，井間對(duì)比良好，測(cè)井曲線形態(tài)為箱型(圖7)。砂體內(nèi)部發(fā)育沖刷面和槽狀交錯(cuò)層理，主要沉積粗粒沉積物。堆疊式砂體在地震剖面上同向軸波形出現(xiàn)復(fù)合波，頻率變低(假象)，局部出現(xiàn)多個(gè)波峰(圖8)。

圖7 XJ油田砂體聯(lián)井剖面示意圖(堆疊式)Fig. 7 Cross section of stacked sandbody in XJ Oilfield

圖8 XJ油田堆疊式砂體最小振幅屬性剖面圖Fig. 8 Profile of the minimum amplitude property of stacked sandbody, XJ Oilfield

通過縱向波形的分析明確了砂體發(fā)育的期次和疊置關(guān)系(趙春明等,2009)，結(jié)合平面屬性確定砂體發(fā)育的邊界，在地質(zhì)模式下綜合表征沉積微相分布(圖9)。

圖9 XJ油田H8沉積微相平面圖1-水下分流河道；2-河道側(cè)緣；3-分流間灣；4-河口壩；5-席狀砂；6-水下分流河道間；7-井位Fig. 9 Layout of sedimentary microfacies of H8 layer, XJ Oilfield

以研究區(qū)H11層為例，該層縱向上細(xì)分為4個(gè)砂層組，底部第4砂層組以泥巖沉積為主，上部3個(gè)砂層組分別包含3期河道砂體。縱向上，根據(jù)地震波形的差異可分為3期河道砂巖(圖10)，A24ST1井在H11層鉆遇3期分流河道砂體，A22井與A22ST1井主要鉆遇2期分流河道砂體(第二期與第三期)，2口井均鉆遇第一期砂體的邊部。共有3口井鉆遇第三期分流河道砂體，其中A22ST1井鉆遇第三期砂體的邊部，厚度較薄。

圖10 XJ油田H11層聯(lián)井剖面與砂體疊置地震響應(yīng)特征Fig. 10 Cross well section and seismic characteristic for superimposed sandbody in H11 layer, XJ Oilfield

根據(jù)縱向波形得到3期砂體縱向疊置特征后，結(jié)合平面地震屬性差異確定各期砂體的平面分布范圍，最終得到各期河道砂體平面分布圖(圖11)，表征優(yōu)勢(shì)砂體展布特征。

圖11 XJ油田H11層3期砂體平面分布與地震屬性圖Fig. 11 Plane distribution of sandbody and seismic property of the three stages in H11 layer, XJ Oilfield

2.3 非均質(zhì)性分級(jí)表征的地質(zhì)建模技術(shù)及應(yīng)用

油田高含水期非均質(zhì)性分級(jí)表征地質(zhì)建模技術(shù)(沈章洪等，2001；吳勝和，2010；王麗君等，2016)將儲(chǔ)層非均質(zhì)性表征分為3個(gè)級(jí)別，優(yōu)先表征流體滲流的優(yōu)勢(shì)滲流通道及滲流通道間的隔夾層，其次表征優(yōu)勢(shì)滲流通道內(nèi)部由于巖相不同形成的滲流差異，最后表征決定滲流方向的儲(chǔ)層內(nèi)部不連續(xù)性邊界。各級(jí)別表征的內(nèi)容各有側(cè)重(表2)。

表2 非均質(zhì)性分級(jí)表征內(nèi)容Table 2 Content of heterogeneous grading characterization

針對(duì)不同級(jí)別的表征內(nèi)容，提出相應(yīng)的表征技術(shù)：① 以井控期、井震定邊表征優(yōu)勢(shì)滲流通道：根據(jù)油砂體平面分布范圍，應(yīng)用確定性建模方法將沉積相表征在三維地質(zhì)模型中；根據(jù)隔夾層研究結(jié)果確定其邊界與厚度，將隔夾層確定性地嵌入三維相模型中，以表征隔夾層(滲流屏障)分布特征；② 巖相控參、差異表征儲(chǔ)層內(nèi)部滲流差異：以沉積相模型約束模擬巖相模型，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行相控物性參數(shù)模擬，實(shí)現(xiàn)不同相帶不同巖性內(nèi)部滲流差異的表征；③ 井控邊厚、嵌入表征滲流屏障：將根據(jù)地震數(shù)據(jù)識(shí)別的儲(chǔ)層不連續(xù)性邊界位置的模型滲透率降級(jí)處理，達(dá)到滲流屏障滲流遮擋的表征。

2.3.1 優(yōu)勢(shì)滲流通道的表征 (1)優(yōu)勢(shì)砂體的表征。根據(jù)優(yōu)勢(shì)滲流通道平面表征的結(jié)果及沉積相平面分布研究成果，將二維表征的沉積相結(jié)果直接賦值在三維模型中，建立確定性的沉積相模型。該模型包含2個(gè)方面的內(nèi)容，即優(yōu)勢(shì)滲流通道(主力河道砂巖)和其他非主力微相(河道側(cè)緣、河口壩、席狀砂等微相)。沉積相模型限定了砂體平面分布范圍，重點(diǎn)表征了優(yōu)勢(shì)滲流通道的空間疊置關(guān)系。以H11層為例(圖12)，底部第一期砂體分布范圍相對(duì)較小，在西南部發(fā)育河道側(cè)緣砂體(非優(yōu)勢(shì)滲流通道砂體)；第二期砂體分布范圍擴(kuò)大，在西南部發(fā)育典型的分流河道砂體；第三期河道砂體分布范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。

圖12 XJ油田H11層3期砂體沉積相模型Fig. 12 Sedimentary facies model of the three stages sandbody in H11 layer, XJ Oilfield

總體上，3期砂體呈不斷向前進(jìn)積的分布特征，優(yōu)勢(shì)滲流通道砂體模型圖(過濾非主力砂巖相)顯示了3期砂體的空間疊置關(guān)系，在含油范圍內(nèi)，A20ST1、A18、A14ST1井處3期砂體疊置關(guān)系較差，其他位置3期砂體疊置關(guān)系較好。

(2)隔夾層的表征。在海相砂巖油田中，隔夾層的分布規(guī)模達(dá)到一定范圍(2個(gè)井距或鉆遇率達(dá)60%以上)后才能對(duì)邊水或底水起遮擋作用。通過分析，H11層第二期與第三期砂體之間存在一個(gè)穩(wěn)定的泥巖隔夾層(圖13)，共有14口井鉆遇該泥巖層，鉆遇率達(dá)70%，井點(diǎn)鉆遇的厚度不均，最大厚度為5.32 m，最小厚度為0.01 m，井間分布的厚度(圖14)顯示，東南部(3X井附近)隔夾層厚度最大，對(duì)底水具有較好的遮擋作用。

圖13 XJ油田H11層主力隔夾層聯(lián)井剖面示意圖Fig. 13 Cross well section of the main interlayer in H11 layer, XJ Oilfield

圖14 XJ油田H11層主力隔夾層厚度分布Fig. 14 Distribution map of the main interlayer thickness in H11 layer, XJ Oilfield

以隔夾層的頂?shù)捉缑鏋榧s束，將隔夾層厚度嵌入沉積相模型中，建立隔夾層空間分布模型(圖15)。表征結(jié)果顯示，隔夾層分布在第二期與第三期之間，形成局部遮擋。

圖15 XJ油田H11層主力隔夾層空間分布圖(模型鏤空顯示)Fig. 15 Spatial distribution of the main interlayer in H11 layer, XJ Oilfield (model in hollow-out display)

2.3.2 滲流差異的表征 在優(yōu)勢(shì)通道內(nèi)存在不同的巖性，造成滲流差異性。在沉積相模型的基礎(chǔ)上建立巖相模型，應(yīng)用相控建模方法建立孔隙度、滲透率模型，表征優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層內(nèi)部的滲流差異。

以巖相模型為約束，在各巖相內(nèi)部建立物性模型，應(yīng)用序貫高斯模擬算法進(jìn)行空間插值，最終得到多級(jí)條件約束下的孔隙度和滲透率模型，達(dá)到砂體內(nèi)部滲流差異表征的目的。

滲流差異表征結(jié)果(表3、圖16)顯示，粗砂巖、中砂巖、鈣質(zhì)砂巖的孔隙度與滲透率存在較大差異，縱向上23個(gè)單元的滲透性存在較大差異，其中低滲層為H3H、H4A、H5C，高滲層為H1B1、H2、H4B、H4C、H4D、H5、H5A，其余為中滲層。滲流差異的表征結(jié)果為分層系開發(fā)提供了依據(jù)。

表3 XJ油田物性模型統(tǒng)計(jì)分析

圖16 XJ油田縱向各單元滲透率統(tǒng)計(jì)分析圖Fig. 16 Longitudinal analysis diagram of permeability of each unit in XJ Oilfield

2.3.3 儲(chǔ)層不連續(xù)邊界的表征 根據(jù)地震數(shù)據(jù)識(shí)別的儲(chǔ)層不連續(xù)邊界在地震剖面上表現(xiàn)為振幅強(qiáng)度弱(圖17)，能量低的同向軸與鄰近的同向軸具有較明顯的差別，表現(xiàn)為砂體疊置的邊界或側(cè)緣物性差、厚度薄，平面上表現(xiàn)為連續(xù)或不連續(xù)的條帶。

圖17 XJ油田H11層不連續(xù)性邊界分布圖Fig. 17 Distribution map of the discontinuous boundary of H11 layer, XJ Oilfield

在滲透率模型中對(duì)不連續(xù)性邊界發(fā)育位置的網(wǎng)格的滲透率數(shù)值進(jìn)行降級(jí)處理(圖18)，從而形成最終滲透率模型。結(jié)果顯示，在不連續(xù)性邊界發(fā)育位置滲透率較低(較鄰近網(wǎng)格低1～2個(gè)數(shù)量級(jí))，達(dá)到滲流屏障表征的效果。

圖18 XJ油田H11層滲透率與不連續(xù)性邊界模型圖Fig. 18 Model of permeability and discontinuous boundary of H11 layer, XJ Oilfield

2.4 剩余油分布定量分析

在精細(xì)油藏描述的基礎(chǔ)上分析剩余油分布規(guī)律(馬世忠等,2000；汪深，2001；柴世超等,2006)發(fā)現(xiàn)：① 縱向水淹規(guī)律：夾層下部水淹程度高，上部受夾層遮擋，油層基本未被水淹，為剩余油富集部位；②平面水淹規(guī)律：優(yōu)勢(shì)滲流砂體水淹程度高，構(gòu)造高部位、河道側(cè)緣等非優(yōu)勢(shì)滲流砂體與不連續(xù)性邊界遮擋部位剩余油富集。

基于精細(xì)地質(zhì)模型的數(shù)值模擬結(jié)果(圖19)顯示：沿優(yōu)勢(shì)滲流通道位置剩余油豐度低，表明整體水淹程度強(qiáng)；東西兩側(cè)高點(diǎn)，優(yōu)勢(shì)滲流通道側(cè)翼，構(gòu)造高部位，剩余油富集、豐度高。

圖19 XJ油田H11層剩余油豐度分布與滲流屏障圖Fig. 19 Residual oil abundance distribution and seepage barrier diagram of H11 layer in XJ Oilfield

剩余油定量描述結(jié)果表明，剩余油富集區(qū)域?yàn)闃?gòu)造較高部位、滲流屏障遮擋的區(qū)域以及儲(chǔ)層物性較差(河道側(cè)緣、席狀砂等非主力河道微相內(nèi))的區(qū)域。根據(jù)剩余油研究結(jié)果部署了2口開發(fā)兼評(píng)價(jià)井B1與B2井(圖20)，鉆探結(jié)果顯示：B1井在H11層基本被水淹；B2井鉆遇5 m厚油層，剩余油富集。鉆井結(jié)果與剩余油分布認(rèn)識(shí)一致：B1井位于優(yōu)勢(shì)滲流通道上，水淹程度高；B2井周邊有滲流屏障遮擋(底部隔夾層、平面不連續(xù)性邊界)，剩余油富集。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步部署開發(fā)井B8H井，目的層(H11)水平段位置在B2井附近隔夾層之上剩余油富集區(qū)域，鉆遇結(jié)果顯示水平段300 m的油層，日產(chǎn)油400 m3，含水4%，效果很好。

圖20 XJ油田B8H井井位分析與生產(chǎn)曲線圖Fig. 20 Well placement analysis and production curve of Well B8H, XJ Oilfield

3 結(jié) 論

(1)以 “差異放大”理念為指導(dǎo)，結(jié)合不同頻率得到的INPEFA曲線識(shí)別沉積旋回，進(jìn)行小層劃分與對(duì)比，將XJ油田細(xì)分為45個(gè)砂層組，建立了精細(xì)地層格架。

(2)海相砂巖油田高含水期油藏描述的關(guān)鍵是對(duì)優(yōu)勢(shì)滲流通道的表征，在表征過程中應(yīng)充分應(yīng)用地震波形和平面屬性特征，在空間上表征優(yōu)勢(shì)通道砂體的分布范圍和疊置關(guān)系。

(3)非均質(zhì)性分級(jí)表征是高含水期地質(zhì)建模的關(guān)鍵，按照優(yōu)勢(shì)滲流通道、滲流差異、儲(chǔ)層內(nèi)部不連續(xù)邊界3個(gè)級(jí)次進(jìn)行非均質(zhì)性差異表征，為數(shù)值模擬提供高質(zhì)量的地質(zhì)模型。

(4)在精細(xì)地質(zhì)模型基礎(chǔ)上的數(shù)值模擬結(jié)果可以定量表征剩余油分布特征，為剩余油挖潛提供地質(zhì)依據(jù)。