伊拉克M油田Asmari組混積儲層隔夾層特征及地質意義

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階段對儲層非均質性、剩余油分布及油水運動規律具有重要意義[1-2]，尤其對依靠天然能量開采的邊底水油藏的開發效果影響顯著[3-5]。隔夾層形成和分布主要受控于沉積環境和后期成巖作用[6-7]。前人對隔夾層的研究多集中于陸相碎屑巖[8-10]和海相碳酸鹽巖儲層[11-12]，而對巖性復雜的混合沉積儲層鮮見報道；前人采用常規測井交會圖法[13]和蛛網圖法[14]等方法對隔夾層的響應特征進行定性識別，而對復雜混積儲層的隔夾層的測井識別往往難度較大。尤其對大井距區域的復雜混積儲層的隔夾層，定性研究方法難以滿足混積儲層中隔夾層識別和劃分的需求。

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，已進入中高含水期。由于巖性復雜、非均質強，Asmari油藏的開發面臨著單井含水上升快、水淹狀況不均、油水運動規律復雜等諸多問題。隔夾層對于抑制或延緩底水及次生底水的錐進具有良好效果[15]，并對剩余油的控制作用顯著。以伊拉克M油田Asmari油藏為例，結合巖心、測井及生產動態資料等開展混積儲層隔夾層的識別及研究，優選敏感測井曲線，運用灰色關聯理論[16-18]進行權重系數計算，得到“綜合判別指標”對隔夾層進行定量識別和有效分類，并明確其空間展布規律和發育特征，進而為Asmari油藏的地質建模、水平井布井措施及開發方案編制提供地質依據。

1 區域地質特征

M油田位于伊拉克東南部、與伊朗交界處(圖1)，構造區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]，形成于新近紀扎格羅斯造山運動[21-22]。Asmari組B段是由白云巖、灰巖與砂泥巖互層構成的混合沉積，屬漸新統阿基坦階(圖1)，埋深3 010～3 200 m，筆者所在研究團隊在前期工作中將Asmari-B油組分為4個小層，自下而上依次為B4、B3、B2和B1，4個小層厚度較為穩定，陸源碎屑來源于西南方向，屬淺水三角洲-局限臺地混合沉積體系[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，平面和縱向非均質性十分嚴重。

圖1 研究區位置及地層發育簡況Fig.1 Location of study area and stratigraphic column

2 隔夾層特征

伊拉克M油田漸新統Asmari組B油組混合沉積儲層中存在的隔夾層主要有3大類5小類：即泥質隔夾層(海泛暗色泥質夾層和河道間氧化色泥質夾層)、粉砂質隔夾層、物性隔夾層(鈣質或混積夾層和細粒致密碳酸鹽巖夾層)(圖2)。

圖2 各類隔夾層巖性、測井響應及巖心特征(F-28井)Fig.2 Lithology，logging response and core characteristics of interlayers(Well F-28)

泥質隔夾層包括Ⅰ型海泛暗色泥質隔夾層和Ⅱ型河道間氧化色泥質隔夾層。海泛暗色泥質夾層主要巖石類型為暗色泥巖、鈣質泥巖，質地較純，厚度介于0.4～3.7 m，平均為1.51 m，呈中厚層狀，除個別含裂縫樣品外，均無滲透性，不含油。該類泥質夾層形成于海平面上升時期(圖3①)，水體加深后由懸浮細粒沉積、保存而成[23]。此類隔夾層分布廣泛且穩定，具有一定的連續性。河道間氧化色泥質夾層以褐紅色、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粒沉積，由于氣候干旱而呈氧化色(圖3②)。泥質隔夾層自然伽馬曲線高值且靠近泥巖基線，聲波時差減小，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

粉砂質隔夾層主要由粒度較細的水下天然堤或遠砂壩沉積組成(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，聲波時差曲線減小，電測成像顯示暗褐色帶狀，常與泥巖互層產出(表1)。

鈣質或混積夾層主要由鈣質膠結中砂巖/細砂巖或鈣質砂巖、砂質云巖等混積巖組成。厚度介于0.6～4.3 m，平均為1.8 m。分布形態以條帶狀及不規則團塊狀為主，垂向具有一定的滲透性，極少數具一定含油產狀。主要是由于交代、膠結等成巖作用形成的鈣質膠結砂巖(圖3④)，或是由于沉積環境的緩慢變化導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。測井曲線表現為自然伽馬曲線減小，聲波時差曲線值減小，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)。測井曲線表現為自然伽馬低值，聲波時差低值，電阻率高值，電測成像特征表現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(表1)。

3 隔夾層的測井識別

由于受到巖心數量限制，越來越多的學者利用豐富的測井資料對隔夾層進行劃分和識別[24-25]，但在識別過程中常常出現評價結果相互交叉、不唯一的問題，為了綜合各常規測井曲線對巖性判別的影響，運用灰色關聯原理求取綜合評價指數對隔夾層進行定量識別[26-27]。

3.1 優選隔夾層分類的敏感測井參數

運用交會圖技術，對包括自然伽馬(GR)、深測向電阻率(RD)、密度(DEN)、中子(CNL)、聲波時差(AC)、光電截面指數(PE)等在內的測井曲線特征進行分析和對比，并結合巖心資料進行標定，發現自然伽馬、聲波時差、密度及電阻率等測井曲線對不同類型隔夾層的響應較為敏感(圖4)。泥灰質隔夾層具有高伽馬值和低電阻率值的特性，鈣質隔夾層具有低聲波時差值和高電阻率值的特性，最終剔除具有相關聯關系的參數，在聲波時差和密度曲線中取二者之一納入選取自然伽馬、深測向、聲波時差及滲透率作為判別隔夾層類型的敏感測井參數，建立對各巖性隔夾層的測井響應樣本集。

圖4 測井曲線交會圖定性識別隔夾層Fig.4 Qualitative identification of interlayers with crossplots of logging curves

3.2 參數權重系數及綜合判別指標

運用灰色關聯理論進行隔夾層判別，將對影響儲層質量較大的滲透率確定為母因素，構成關聯分析的母序列，其余測井曲線參數作為子序列。根據評價參數與隔夾層發育的關系分別進行處理，與隔夾層發育程度呈正相關關系的，用單個參數值除以本組參數的極大值；呈反相關的參數數值做倒數處理。采用均值化變換對原始數據進行無量綱化處理后，通過計算最終確定Asmari組隔夾層識別參數自然伽馬、聲波時差、深測向電阻率的權系數分別為0.4，0.32和0.28。

當隔夾層判別參數和這些參數的權系數已知時，就可以根據計算出的隔夾層判別綜合指標(I_interlayer= 0.4×GR+0.32×AC+0.28×RD)來判斷隔夾層類型。通過“拐點法”對綜合判別指標進行劃分，劃分的類別與隔夾層類別對應關系較好(圖5)：I_interlayer≥60為泥質隔夾層；50≤I_interlayer<60為粉砂質隔夾層；40≤I_interlayer<50為鈣質砂巖/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 隔夾層識別及效果

將隔夾層識別數量、類型及厚度與巖心資料進行對比，同時利用測井綜合成果解釋的儲層段進行驗證。通過測井識別結果與巖心觀察結果的對比分析可以看出，隔夾層類型及數量識別的符合率高于80%(圖6(a))。測井識別結果與巖心觀察結果對比發現厚度大的物性夾層識別匹配度較好，識別誤差主要體現在個別薄層夾層處。

應用動態資料對隔夾層的隔擋作用進行驗證，對不同隔夾層的有效隔夾層厚度進行確定。以F-28井3 050 m處的白云巖低滲透層為例，上下砂巖層相對于初始壓力(F-6井，未生產井)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 動態資料驗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

從統計所得表2數據顯示可知，識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方案的制定，因而識別結果具有較強的實用性。

4 隔夾層空間展布特征

4.1 隔夾層的縱向分布特征

依據隔夾層綜合判別指標，對區內44口非取心井進行單井隔夾層識別劃分的基礎上，依據對儲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行連井對比(圖7)。采用隔夾層發育厚度、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)[28]來衡量研究區隔夾層的分布特征。根據統計結果(表3)綜合分析發現隔夾層類型以泥質隔夾層與物性隔夾層為主，粉砂質隔夾層欠發育，其中泥質隔夾層主要分布在A、B油組及各小層之間，分布較為穩定，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，連續性較差。粉砂質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 井間隔夾層對比剖面Fig.7 Profile of interval interlayer correlation

表3 不同類型隔夾層分布統計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面旋回有十分密切的聯系[10]。目的層B油組由一個完整的長期基準面旋回組成，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，三角洲物源區供給能力強，導致細粒沉積相對較少，加之三角洲分流河道擺動與切割比較頻繁，改造后的河道砂體呈現厚度較大、泥質含量較少的疊置樣式，泥質隔夾層不發育；在中長期旋回上升中期，隨著海平面及基準面上升，可容納空間增大，物源供給衰減，盆地內細粒沉積物堆積增多，甚至出現了部分混合沉積，隔夾層主要以低能泥巖夾雜粉砂質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，可容納空間達到最大，基本無物源注入，盆內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，側向延伸性較差，穩定性不好。

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上，依據有效隔擋下限的取值范圍(表2)，選取不同類別夾層分布進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狀分布，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發育混積臺地及局限臺地沉積[29]。中部及南部距離物源相對較近，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，殘留下仍可達到有效厚度的泥質隔夾層發育密度低，順物源方向延伸分布，另有少量粉砂質低能沉積在水下天然堤或砂壩局部發育，分布趨勢及分布范圍取決于分流河道的遷移及分叉。三角洲環境中鈣質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離物源區、物源供應衰減的東北部較發育。物性隔夾層具有數量差異大、厚度大、局部密集分布的特點，橫向連續性差。

5 隔夾層對油水分布的影響

5.1 隔夾層對流體分布的影響

隔夾層分布控制著油水在油藏中的運動[30-31]，M油田內Asmari油藏大部分主力油層均處于油水過渡帶附近(圖9)，因而隔夾層對油水的控制更多地體現為油層下部隔夾層對含水率上升的影響。圖9(a)中F-48井中由于厚層砂體與次生底水間的泥質夾層和物性夾層未達到有效厚度造成了底水錐進，同時造成連通的F-42井和F-32井中的砂體發生底部水淹。圖9(b)為B2油組水淹平面分布圖，B2油組作為非生產層卻發生了不同程度的水淹。從圖9(a)中可以看出，F-15井、F-42井和F-32井由于B2油組油層之下存在達到有效隔擋厚度的穩定隔夾層，由于遮擋作用阻止或延緩底水及次生底水向上突進，延緩了采油井的含水上升速率。而F-48井內B2油組與B3油組之間及B2油組內部隔夾層的封堵能力較差，不能阻止水體突進，使得B2油組普遍發生水淹，水淹儲層厚度百分比達到100%。

圖9 隔夾層與油水分布的關系(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 隔夾層對剩余油分布的影響

以南北2個構造穹隆油氣藏為主，主力產層B1、B3小層水淹為高滲砂巖邊水突進，由于內部非均質性呈點狀見水整體水淹模式，中部構造高部位較低滲儲層及部分受隔夾層分隔的儲層動用程度較低，可利用隔夾層對次生底水的有效隔擋，結合儲層物性特征對B2、B3小層上部有效儲層實施補開射孔措施，進而實現對剩余油的有效動用。以F-32井為例，由于B3、B4小層之間及B3小層內部隔夾層的有效隔擋，可對3 095～3 100 m段實施補孔措施，使得剩余油得到動用。

6 結 論

1)根據隔夾層的巖性、物性、規模及沉積特征，將研究區的隔夾層劃分為5種類型：海泛暗色泥質隔夾層、河道間氧化色泥質隔夾層、粉砂質隔夾層、鈣質/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隔夾層與局部連片的致密碳酸鹽巖隔夾層為研究區最主要的隔夾層類型。

2)采用交會圖及灰色關聯理論，明確了劃分各類隔夾層的綜合指數，解決了非井控區隔夾層測井曲線識別過程中出現的結果相互交叉問題。并綜合生產動態資料總結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，發育較為零散，呈薄厚不等的不規則橢圓狀、長條狀。隔夾層分布主要受控于基準面旋回及沉積環境的變化?？扇菁{空間逐漸增加的過程中，隔夾層類型由泥質隔夾層向物性隔夾層過渡，且隔夾層的發育頻率及密度也相應增加。其中泥質隔夾層在三角洲環境靠近西南物源方向的井區更為發育，物性隔夾層在東北部混積臺地和開闊臺地中更為發育。

4)達到有效遮擋厚度的非均質隔夾層可有效延緩底水突進、穩定油井含水量；同時造成部分井區形成“上水下油”的剩余油滯留區，可通過對有效儲層實施補開射孔措施，實現對剩余油的有效動用。