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(duì)儲(chǔ)層非均質(zhì)性、剩余油分布及油水運(yùn)動(dòng)規(guī)律具有重要意義[1-2]，尤其對(duì)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(duì)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(chǔ)層[11-12]，而對(duì)巖性復(fù)雜的混合沉積儲(chǔ)層鮮見報(bào)道；前人采用常規(guī)測井交會(huì)圖法[13]和蛛網(wǎng)圖法[14]等方法對(duì)隔夾層的響應(yīng)特征進(jìn)行定性識(shí)別，而對(duì)復(fù)雜混積儲(chǔ)層的隔夾層的測井識(shí)別往往難度較大。尤其對(duì)大井距區(qū)域的復(fù)雜混積儲(chǔ)層的隔夾層，定性研究方法難以滿足混積儲(chǔ)層中隔夾層識(shí)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(jìn)入中高含水期。由于巖性復(fù)雜、非均質(zhì)強(qiáng)，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(yùn)動(dòng)規(guī)律復(fù)雜等諸多問題。隔夾層對(duì)于抑制或延緩底水及次生底水的錐進(jìn)具有良好效果[15]，并對(duì)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(dòng)態(tài)資料等開展混積儲(chǔ)層隔夾層的識(shí)別及研究，優(yōu)選敏感測井曲線，運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)理論[16-18]進(jìn)行權(quán)重系數(shù)計(jì)算，得到“綜合判別指標(biāo)”對(duì)隔夾層進(jìn)行定量識(shí)別和有效分類，并明確其空間展布規(guī)律和發(fā)育特征，進(jìn)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(dá)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(yùn)動(dòng)[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(tuán)隊(duì)在前期工作中將Asmari-B油組分為4個(gè)小層，自下而上依次為B4、B3、B2和B1，4個(gè)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(tái)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(yán)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(chǔ)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(xì)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(gè)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(shí)期(圖3①)，水體加深后由懸浮細(xì)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(xì)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(shí)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(xì)的水下天然堤或遠(yuǎn)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(shí)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(xì)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(tuán)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(shí)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(shí)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(diǎn)(表1)。

3 隔夾層的測井識(shí)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(duì)隔夾層進(jìn)行劃分和識(shí)別[24-25]，但在識(shí)別過程中常常出現(xiàn)評(píng)價(jià)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(duì)巖性判別的影響，運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)原理求取綜合評(píng)價(jià)指數(shù)對(duì)隔夾層進(jìn)行定量識(shí)別[26-27]。

3.1 優(yōu)選隔夾層分類的敏感測井參數(shù)

運(yùn)用交會(huì)圖技術(shù)，對(duì)包括自然伽馬(GR)、深測向電阻率(RD)、密度(DEN)、中子(CNL)、聲波時(shí)差(AC)、光電截面指數(shù)(PE)等在內(nèi)的測井曲線特征進(jìn)行分析和對(duì)比，并結(jié)合巖心資料進(jìn)行標(biāo)定，發(fā)現(xiàn)自然伽馬、聲波時(shí)差、密度及電阻率等測井曲線對(duì)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(shí)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(shí)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(shí)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(duì)各巖性隔夾層的測井響應(yīng)樣本集。

圖4 測井曲線交會(huì)圖定性識(shí)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(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)理論進(jìn)行隔夾層判別，將對(duì)影響儲(chǔ)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(píng)價(jià)參數(shù)與隔夾層發(fā)育的關(guān)系分別進(jìn)行處理，與隔夾層發(fā)育程度呈正相關(guān)關(guān)系的，用單個(gè)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(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理后，通過計(jì)算最終確定Asmari組隔夾層識(shí)別參數(shù)自然伽馬、聲波時(shí)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(shí)，就可以根據(jù)計(jì)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(diǎn)法”對(duì)綜合判別指標(biāo)進(jìn)行劃分，劃分的類別與隔夾層類別對(duì)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(shí)別及效果

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

應(yīng)用動(dòng)態(tài)資料對(duì)隔夾層的隔擋作用進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)不同隔夾層的有效隔夾層厚度進(jìn)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(duì)于初始?jí)毫?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(gè)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(dòng)態(tài)資料驗(yàn)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(jì)所得表2數(shù)據(jù)顯示可知，識(shí)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(shí)別結(jié)果具有較強(qiáng)的實(shí)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(duì)區(qū)內(nèi)44口非取心井進(jìn)行單井隔夾層識(shí)別劃分的基礎(chǔ)上，依據(jù)對(duì)儲(chǔ)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(jìn)行連井對(duì)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(jì)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(jī)，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(duì)比剖面Fig.7 Profile of interval interlayer correlation

表3 不同類型隔夾層分布統(tǒng)計(jì)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(gè)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(qiáng)，導(dǎo)致細(xì)粒沉積相對(duì)較少，加之三角洲分流河道擺動(dòng)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(xì)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(dá)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(jìn)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?，空間展布較為零散(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(tái)地及局限臺(tái)地沉積[29]。中部及南部距離物源相對(duì)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(dá)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(yuǎn)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(diǎn)，橫向連續(xù)性差。

5 隔夾層對(duì)油水分布的影響

5.1 隔夾層對(duì)流體分布的影響

隔夾層分布控制著油水在油藏中的運(yùn)動(dòng)[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(duì)油水的控制更多地體現(xiàn)為油層下部隔夾層對(duì)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(dá)到有效厚度造成了底水錐進(jìn)，同時(shí)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(dá)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(jìn)，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(jìn)，使得B2油組普遍發(fā)生水淹，水淹儲(chǔ)層厚度百分比達(dá)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(duì)剩余油分布的影響

以南北2個(gè)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(jìn)，由于內(nèi)部非均質(zhì)性呈點(diǎn)狀見水整體水淹模式，中部構(gòu)造高部位較低滲儲(chǔ)層及部分受隔夾層分隔的儲(chǔ)層動(dòng)用程度較低，可利用隔夾層對(duì)次生底水的有效隔擋，結(jié)合儲(chǔ)層物性特征對(duì)B2、B3小層上部有效儲(chǔ)層實(shí)施補(bǔ)開射孔措施，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)剩余油的有效動(dòng)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(duì)3 095～3 100 m段實(shí)施補(bǔ)孔措施，使得剩余油得到動(dòng)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(huì)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(shí)別過程中出現(xiàn)的結(jié)果相互交叉問題。并綜合生產(chǎn)動(dòng)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?？扇菁{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(tái)地和開闊臺(tái)地中更為發(fā)育。

4)達(dá)到有效遮擋厚度的非均質(zhì)隔夾層可有效延緩底水突進(jìn)、穩(wěn)定油井含水量；同時(shí)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(duì)有效儲(chǔ)層實(shí)施補(bǔ)開射孔措施，實(shí)現(xiàn)對(duì)剩余油的有效動(dòng)用。