致密儲層隔夾層建模
——以七里村油田柴上塬區長6段為例

汪 洋，湯延帥，高建武，姜 銳

(1.延長油田股份有限公司 七里村采油廠，陜西 延安 716000； 2.西安石油大學 地球科學與工程學院，陜西 西安 710065)

引 言

隨著油藏精細描述技術的發展，隔夾層空間分布刻畫成為研究儲層非均質性的重要手段，隔夾層研究在油藏開發中后期具有重要的意義，隔夾層空間分布規律的復雜性是導致儲層與流體非均質性發育的重要原因。油藏開發到中后期，隔夾層的空間分布特征及井網對儲層的控制程度控制了剩余油的空間分布規律。注水開發過程中夾層產生的滲流屏障會致水驅效率低等問題，特別是隔夾層邊界確定難度大，井間預測效果較差[1-3]。我國隔夾層空間分布研究一直具有較大的局限性，前人雖然對隔夾層成因、分類、識別都有一定的研究[4-6]，但依然有三個方面的不足，首先，目前對于隔夾層的研究多是定性研究或半定量研究[7-8]，對于研究結果多采用等厚圖或垂向發育特征來表征，疏于考慮空間的非均質性。其次，在隔夾層建模研究時多采用理想模型來研究，并未采用大量實際數據驗證。再次，隔夾層的研究精度不足，隔夾層的研究依賴于密井網條件下隔夾層精細解釋。前人對山西柳州、陜西延安和延長以及新疆阜康等地二疊系、三疊系、侏羅系野外辮狀河露頭進行了觀察統計[9]，認為單河道砂體寬度多在100～300 m，厚度多在2～5 m[9]，實際的夾層、隔層的分布范圍將更加局限，在大井距條件下并不能準確、真實地表征隔夾層的空間分布規律，因此需要借助油藏建模技術。

我國隔夾層建模研究相對薄弱，密井網條件下建模結果與實際地質情況相差較大、甚至違背地質常識，隔夾層三維地質建模中缺乏對變差函數的研究。目前隔夾層建模多采用泥巖變差函數進行擬合，這會導致隔夾層空間分布范圍不準確，雖然對于儲量計算影響較小，但對于后期剩余油分布規律研究、注水層位選擇及注采效果分析等方面均有較大影響，因此，進行隔夾層建模研究對于新區開發方案設計以及老區開發方案調整都有重要意義。本文以柴上塬區長6油藏為例，進行致密儲層隔夾層三維地質建模研究。

1 區域地質概況

隔夾層的研究依賴于密井網條件下的隔夾層精細解釋，測井資料具有保真率高、縱向分辨能力好的特征，目前測井儀器采集數據多以0.125 m為采樣間隔，滿足隔夾層的縱向解釋精度。研究區七里村油田柴上塬區位于鄂爾多斯盆地東北部，是延長油田最早的勘探開發區塊之一，距今已有114年的開發歷史，積累了大量的鉆探資料。研究區占地面積約38 km2，開發井830口，井距普遍小于100 m，井組內井距約75 m，具有井距小、井網密度大的特征，滿足隔夾層平面研究精度。研究區長6段構造簡單，千米坡降0.68°，標志層穩定，地層平緩、全區可對比性強，地層平均厚度約140 m，發育三角洲前緣沉積相，主要發育灰黑色、灰色泥巖與灰白色粉-細砂巖、中砂巖，以細砂巖與中砂巖為主要儲集體，研究區砂體“廣覆式”發育而斷裂不發育，有利于隔夾層建模研究。2010年開始對研究區24口井進行轉注開發，由于致密儲層非均質強且隔夾層空間分布規律復雜，制約了注水井、專注井以及新井的布置，降低了開發效率，因此，開展隔夾層精細三維地質建模研究具有重要的現實意義。

2 隔夾層分類與成因

隔夾層的分布特征及類型是造成儲層非均質性的重要控制因素，也是影響油藏開發的重要因素。研究區隔層為泥巖，夾層按照成因及巖電特征可以分為泥質夾層、鈣質夾層以及物性夾層3類[10]。

2.1 泥質隔夾層

研究區發育辮狀河三角洲前緣沉積相，泥質隔夾層在全區發育最為廣泛，是研究區的主要夾層，泥質夾層主要分布在沉積旋回的頂部或底部，發育穩定，連續性相對較好，是沉積基準面變化或河道遷移等原因導致水動力減弱、搬運能力下降，細粒垂向或側向沉積形成的(圖1)。測井曲線響應比其他方法容易區分地層，將研究區探井巖心歸位后系統觀察探井巖心，分析巖心與其測井特征，認為研究區泥質夾層表現為自然伽馬值高、自然電位正異常(圖2)，自然伽馬(GR)值通常在92～115 API(主體區域位于90 API左右)之間。自然電位的幅度主要取決于巖石的吸附電動勢和擴散電動勢，研究區鉆井泥漿為淡水泥漿，自然電位正異常，自然電位曲線通常小于80 mV，微電位、微梯度曲線無幅度差或微小幅度差，井徑曲線無明顯特征或略微擴井，電阻率相對較低，聲波時差較低。

圖1 泥巖夾層成因示意圖Fig.1 Schematic diagram of genesis of mudstone interlayers

圖2 隔夾層巖電特征Fig.2 Petroelectric characteristics of interlayers

2.2 鈣質夾層

研究區鈣質夾層也較為發育，巖石填隙物中方解石、白云石膠結物體積分數為4.56%(圖3)，是研究區儲層致密的重要原因，鏡下特征表現為大面積、連片狀充填于孔隙之中(圖4)，是儲層減孔的主要因素，鈣質夾層平面上主要分布在砂體厚度較大的部位，垂向上主要分布于沉積旋回中下部粒度相對粗的部位，一般發育于中砂巖及部分細砂巖中，鈣質夾層成因為富含鈣離子流體充填儲層空隙，形成方解石、鐵方解石、白云石等碳酸鹽膠結物，導致儲層滲透率下降，表現為儲層異常致密。鈣質夾層測井響應特征明顯，表現為聲波時差極低(通常小于190 μs/m)，自然伽馬測井曲線與膠結作用較弱的砂巖段差異較小或略低，深感應電阻率表現為高阻，一般大于47 Ω·m。

圖3 柴上塬區長6段填隙物含量Fig.3 Statistics of interstitial material content in Chang 6 member of Chaishangyuan area

圖4 長6儲層鈣質填隙物特征Fig.4 Characteristics of calcareous interstitial material in Chang 6 reservoir

2.3 物性夾層

物性夾層發育在細砂巖或泥質含量較低的細砂巖中，由沉積作用、構造應力作用、成巖作用或成巖后作用對儲層的改造所致，主要分布于分流河道頂部沉積的細粒中及分流間灣、 天然堤相中的粉細砂巖。使用壓汞資料可以較容易地判斷致密砂巖儲層的物性下限，研究區33塊巖心的壓汞資料顯示，當孔隙度小于6%，滲透率小于0.1×10-3μm2時，排驅壓力迅速上升(圖5、圖6)，流體排出或進入儲層難度增大，難以形成有效儲層[11-14]。因此，把研究區物性夾層孔隙度下限定為6%，滲透率下限定為0.1×10-3μm2。

圖5 長6孔隙度與排驅壓力交會圖Fig.5 Crossplot of porosity and displacement pressure of Chang 6 reservoir

圖6 長6滲透率與排驅壓力交會圖Fig.6 Crossplot of permeability and displacement pressure of Chang 6 reservoir

3 隔夾層空間分布特征

密井網、小井距是研究隔夾層分布特征的必要條件，各夾層的不同成因使得其空間分布特征具有較大差異，以南叢11井組為例(圖7)，泥巖可分為夾層與隔層，主要為側積形成的河道間灣泥巖及洪泛期溢岸沉積的粉砂巖、泥巖等沉積物，泥巖隔層分布較穩定(圖8)，分布于沉積旋回頂、底部，厚度約5 m，延續長度可達數個井距，可有效分割砂體，形成有效的巖性封隔，形成良好的圈閉，泥巖隔層主要發育在旋回之間，厚度主要在1～2 m，井間連續性相對較好，連續長度通常大于一個井距，空間上分布穩定，主要發育在多期河道疊置成因的厚砂體中，泥巖夾層雖然對于油氣的儲存作用不大，但卻控制著儲層的非均質性，影響油氣在儲層中的運動軌跡，對油氣田開發中壓裂、采油、注水等工藝有重大影響，在一定程度上決定儲量動用程度。

圖7 南叢11井組井位分布Fig.7 Well distribution of Nancong 11 well group

圖8 南叢11井組砂體連井剖面Fig.8 Sand-body spreading multi-well profile of Nancong 11 well group

4 隔夾層建模方法與變差函數論證

隔夾層建模研究首先應該研究隔夾層的成因及空間分布規律，然后依據地質規律進行建模研究，隔夾層建模研究主要包括建模方法研究和隔夾層建模變差函數分析兩部分。

4.1 隔夾層建模方法

夾層數據屬于離散型數據，用于模擬離散型數據的建模方法主要包括序貫指示模擬、指示克里金模擬、標識點模擬、馬爾柯夫隨機域模擬、多點地質統計學方法。其中，序貫指示方法在鄂爾多斯盆地廣泛應用，序貫指示方法在隔夾層、頂底板以及相建模中具有良好的應用效果，序貫指示模擬需要先將數據轉換為自然分布數據，然后再進行建模。指示克里金在進行隔夾層建模中適用性差，指示克里金在模擬占比差異較大的目標分布時會明顯壓制占比較小的隔層的分布特征，適用于厚砂巖、泥巖地層。標識點建模用于模擬隨機的離散事件，首先需要對數據進行0、1變換，然后再進行數據模擬，適用相控條件下的物性分布模擬。馬爾柯夫隨機域模擬主要應用于二維空間，多點統計學方法在建模過程中首先要用“訓練圖像”代替變差函數擬合來完成相模型建立，但在訓練過程中并不完全尊重井點數據，在開發中后期井網密度較大的情況，容易導致較大誤差，不符合密井網精細建模的要求，多用于河流相的模擬。本次隔夾層建模采用序貫指示模擬。

4.2 變差函數論證

目前，在隔夾層地質研究中，變差函數的變程選取依然有很多誤區。變差函數是反映變量間相關性的函數，兩點之間屬性參數方差的平均值定義為該點的變差函數，表征區域變量的相關性、隨機性。特征值變程反映的是參數具有相關性的有效距離。其中，主變程方向代表屬性連續性最好的方向，通常代表相的展布方向或物源方向。變差函數主要通過主方向、次方向及垂直方向的調整來控制參數的空間分布，國內學者在變程選取時未進行足夠的地質論證，未考慮實際地質情況而選取大變程，建立的模型與地質情況不甚符合甚至不相符。以研究區南叢11井組為例，采用不同變程進行建模得出的模型差異巨大，變程過大或過小均會導致所建立的模型失去地質意義，如砂巖變程過大會導致建模中大段泥巖間出現零星的點狀砂體分布，與砂體按照相帶呈片狀分布的地質認識不符，也會造成砂體過度連續的假象，同時對占比較小的隔層的預測造成壓制，導致預測的隔層分布范圍變小。在選取垂向變程時，對于占比相對較少的屬性，如建模中的隔層預測，首先需要對數據進行粗化處理，降低縱向相關性，如果采用較大的垂向變程，會對隔層屬性造成壓制(圖9)，當變程偏小時，預測的砂巖、泥巖、夾層的連續性會減弱，空間分布表現為塊狀或零星狀，不符合沉積巖層狀介質的地質特征。

建模的本質是一個插值過程，變程的選取直接影響建模結果的準確度，建模變差函數特征值的選取應與實際地質情況相符合，變程表示具有相關性的有效距離，因此，某一方向的變程值應不小于該方向上連續或具有相關性的平均距離，同時不大于最大連續距離。以巖相模型為例，砂體的主變程應大于砂體的平均長度而小于最大連續長度，因為在密井網條件下，井距較砂體長度明顯較小，建模結果的砂體長度是井間砂體長度與外推砂體長度之和(圖10)。

圖10 巖性預測示意圖Fig.10 Lithology prediction diagram

5 結 論

(1)研究區隔層主要為泥質隔層，夾層可分為泥質夾層、鈣質夾層及物性夾層，不同成因的夾層的巖性特征及空間分布規律均具有較大區別，需要采用不同的變差函數來模擬，以消除量程過大導致的夾層虛假連續情況。物性鈣質與鈣質夾雜分布規律相似，可以采用相同的變差函數模擬。

(2)序貫指示模擬方法較為適宜密井網條件下的隔夾層建模，變差函數變程值過大或過小都會導致建模結果與實際情況不符，變程值的選取應符合地質認識，即某一方向上的變程值應不小于該方向上連續或具有相關性的平均距離，同時不大于最大連續距離。