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辫状河储层中隔夹层的层次结构分析

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辫状河 储层中隔 夹层 层次 结构 分析
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第2009年6月 天然气地球科学 0 2009 辫状河储层中隔夹层的层次结构分析 王改云 ,杨少春 ,廖飞燕 ,武群虎。 (1.中国石油大学(北京),北京102249;2.中国石油大学(华东),山东东营257061; 3.胜利油田海洋采油厂,山东东营257000) 摘要:以胜坨油田三区东营组三段为例,对辫状河储层中隔夹层的层次结构进行了分析。认为在 精细油藏描述阶段,隔夹层有砂层组间的隔层、小层间的隔层、单砂层间的隔层及层内的夹层4个 层次。不同尺度的隔夹层在岩石类型、发育程度、厚度及展布特征等方面均存在较大差异,导致其 对剩余油的控制作用不同。其中,砂层组间的隔层全区稳定分布,厚度较大,对油气能起到完全封 堵的作用,而单砂层间的隔层稳定性差,虽也是连片分布,但出现多个砂体连通区,易发生窜流,使 纵向非均质性增强。小层间的隔层则介于两者之间。层内夹层则因为东三段地层已精细划分到单 砂层,发育程度中等,仅在局部使油水关系复杂。 关键词:辫状河;隔层;夹层;层次结构 中图分类号:2 文献标识码:A 文章编号:1672—1926(2009)03—0378—06 0 引言 定的借鉴意义。 隔夹层是形成河流相储层非均质性的主要原因 之一,是导致油田开发后期水淹形式复杂的主要地 质因素_1 J。所谓隔夹层是指储集层内所夹的、与储 集体物性差异较大的、在油田开发生产中对层内流 体流动产生明显影响的泥岩等基本不渗透隔挡 层【5]。通常将层与层之间的这种岩层称为隔层,而 把层内的这种岩层称为夹层_3]。对储层解剖程度不 同,层的规模不同,隔夹层所指代的对象也不同,先 期描述的夹层可能成为后期的隔层。目前对隔夹层 的研究多集中在隔层和夹层的类型划分、识别方法、 形成机理、分布规律、对剩余油的控制作用等方 面。在精细油藏描述阶段,储层内可细分为不 同等级的地层单元,如砂层组、小层、单砂层等,相应 地也就存在不同层次的隔夹层,而不同层次的隔夹 层对剩余油的控制作用是不同的,但目前对隔夹层 的层次结构研究还鲜有涉及。本文以胜坨油田三区 东营组三段辫状河储层为例,重点探讨了隔夹层的 层次结构特征,并分析了不同层次的隔夹层对剩余 油的控制作用,这对揭示储层的非均质性、掌握注水 开发过程中油水运动规律、预测剩余油分布具有一 收稿日期:2008—11回日期:2009—04—02 第一作者63.1 区域地质概况 胜坨油田位于济阳坳陷东营凹陷北侧的坨庄~ 胜利村永安镇二级构造带中段,该油田分为3个 区,其中三区位于胜坨油田的东部(图1)。钻井资 料揭示,三区地层中自下而上发育沙四段、沙三段、沙 二段、沙一段、东营组、馆陶组、明化镇组等7套含油 气层系,其中东营组三段(简称“东三段”)单元含油面 积为6.9 平均有效厚度7 m,纵向上划分为5个 砂层组,12个小层,2三段为辫状河沉 积,发育河道、心滩、泛滥平原3种沉积微相,物源主 要来自北部的陈家庄凸起,由间歇性洪水携带大量陆 源碎屑向南倾泄,河流分岔合并现象频繁,广泛沉积 了具平行、板状、槽状交错层理的砂岩体。目前东三 段油藏综合含水达86.7 ,采出程度仅为9.54 ,属 于高含水、低采出油藏,开发潜力相对较大。 2 隔夹层的类型与成因 由于沉积、成岩等地质作用不同,相应地形成不 同类型的隔夹层_1 ]。尽管隔层和夹层由于规模不 王改云等:辫状河储层中隔夹层的层次结构分析 379 同造成对油水运动规律的控制程度不同,但两者的 类型及成因有很大相似性,故对其进行统一研究。 根据研究区取心井的岩心观察结果和隔夹层的岩 性、物性、电性特征,将其划为泥质隔夹层、物性隔夹 层和钙质隔夹层。本区取心井资料较少,只能采取 用岩心资料标定测井曲线,建立3种类型的测井识 别模式。东三段主要利用自然电位(异常幅 度和微电极(幅度差进行识别。 困凸隆 界 断层团 图1胜坨油田三区区域位置与构造示意 泥质隔夹层在东三段出现频率最高,岩性主要 为泥岩、粉砂质泥岩等,泥质含量高,孔隙度、渗透率 很低。在测井曲线上主要表现为:微电极幅度明显 下降,幅度差很小或几乎为零,自然电位靠近基线 (图2a)。多产生于层理构造形成过程中、储层单砂 层的内部、两单元之间、心滩上部的细粒沉积、以及 在各级旋回交界的部位_】 。其成因与水动力变化 有关。 物性隔夹层以细砂、粉砂岩为主,具一定孑渗透率,但未达到有效厚度物性下限。在测井曲 线上主要表现为:微电极曲线介于泥岩和砂岩之间, 有一定的幅度差,自然电位幅度低(图2b)。一般位 于多期河道的叠置交接处或河道滞留沉积物中,其 形成主要与当时的沉积环境和沉积作用有关。后期 河道切割前期的心滩或河道,在切割作用不太强的 部位,大部分细粒物质被带走,但还残存了部分孔渗 差的较细粒物质,即物性隔层。在单个正韵律层的 中下部,水动力局部的突然减弱,可使粗砂、中砂与 细粒物质混杂堆积形成物性夹层。 钙质隔夹层岩性主要为灰白色钙质胶结细砂 岩、中一细砂岩等,岩性致密,无渗透性或渗透性极 差。在测井曲线上主要表现为:微电极比值超过邻 层的1.2倍以上,呈尖峰状,自然电位无明显变化 (图2c)。分布一般比较零星,且随机性强。纵向多 分布于砂岩层的顶、底与泥岩的交界处及砂岩层内 部任意处,平面上多位于厚砂层中及靠近断层的位 置。形成主要与沉积物碳酸盐胶结作用、溶解作用 等成岩作用的不均匀性有关__】 。 。 —4—121N: ML —6k ML —8—194~3e m) > \、—~ / / \> a)泥质隔夹层 > (> 主 、7%嘲 黜 g 8§ 嘲c :: / 一董 158 目圈 日目■ / \ (b)物性隔夹层 图2隔夹层类型 (c)钙质隔夹层 38O 天然 气地球科 学 0 本区研究层位埋藏较浅,处于早成岩 解石在部分层位富集是形成致密钙质层的主要原 因。成岩作用的不均一性,也导致钙质隔夹层分布 的不均一性。 3 隔夹层的层次结构特征 隔夹层在纵向上分布于不同级次的沉积界面 上,988)提出的储层建筑结构要素分析法为 精细解剖河流储层的层次结构提供了有效手段。他 据露头研究将河流相沉积界面划分为6级,其中6 级界面为整个河谷沉积的顶底界面,5级界面是河 谷内单一期次河道砂体的顶底面,4级界面则是河 道砂体内部单个点坝侧积体或心滩坝加积体之间的 界面,3级界面为加积体内次级增生体间的沉积界 面,2级、1级界面则分别为纹层组间、纹层间的沉积 界面。不同级别的界面代表了不同能量的沉积事件 过程。 隔夹层在纵向上按其与层系的关系可分为层间 的隔层和层内的夹层2类,隔层平面分布稳定,多呈 层状连续展布,是油藏开发划分层系的重要地质依 据。夹层多因短暂而局部的水流状态变化而成,一 般分布不稳定,不能完全阻止或控制流体的运动,但 对流体渗流速度及渗流效果有较大影响。本文在垂 向上将储层划分至单砂层,相应隔层存在3个层次, 即砂层组间、小层间和单砂层间的隔层,基本相当于 、4级沉积界面。而单砂层内部的为夹 层,包括、3级沉积界面,考虑测井响应 能力及研究精度,主要相当于3.1 隔层的层次结构特征 东三段隔层较为发育,约150 层的分隔划分为5个砂层组,12个小层,20个单 砂层。类型以泥质隔层为主,其次为物性隔层,钙质 隔层少见。从规模上看,隔层具有明显的层次性,有 砂层组间、小层间及单砂层问的隔层之分(图3),其 中,砂层组间的隔层钻遇率最高,分布稳定,厚度较 大,封隔性好;单砂层间的隔层稳定性相对最差,厚 度较薄,多在2.5 层间的隔层介于两者 之间(表1)。层系级次不同,隔层的规模及展布特 征存在较大的差异,对剩余油分布规律的控制程度 也不同。 砂层组问的隔层—曩小层问的隔层 图3剖面上隔层的层次结构特征 砂层组间的隔层呈层状分布,连续性好,基本能 在全区对比追踪。该类隔层多为泥质隔层,普遍较 厚,多在4 层组间的隔层对油水分布和 单砂层问的隔层 流动具有明显的控制作用,其上下储层的油水渗流 规律尤其是水驱波及状况有明显的不同 ” 。由此 类隔层分割开的5个砂层组含油情况差别很大,1、 王改云等:辫状河储层中隔夹层的层次结构分析 381 表1 东三段不同层次的隔层分布特征 2、4、5砂组均有不同程度的油气产出,但3砂组却 基本无油气显示,全为水层,这可能是先期油气充注 的结果,但也反映出砂层组间的隔层具较强的封隔 能力。因此,由砂层组间的隔层分隔开的储层应当 作为2套开发层系单独进行开采。 小层间的隔层在全区连片分布,在90 的井中 都能对比追踪,局部连续性较差,出现了上下砂体的 连通区。该类隔层以泥质隔层为主,物性隔层次之, 大部分隔层厚度在0~4 化幅度较小。 小层间的隔层易导致下部小层的顶部出现剩余油, 可采用分层注水的办法进行开采。在挖潜过程中, 对于小层间隔层较发育的区域,可以根据油井的分 层产液剖面情况,对隔层下部的高含水层位进行卡 封,单采隔层上部的低含水层位。 单砂体间的隔层仅在7O 以上的井中可对比 追踪,全区连通性相对较差,出现多个土豆状上下砂 体连通区,多沿河床呈串珠状分布。这是因为一期 洪水之后,沉积了一层细粒沉积物,另一期洪水到来 时,主河道向下切割冲刷,直接与下层的砂体接触, 造成砂体连通区多沿河道方向延伸。该类隔层以物 性和泥质隔层为主,部分为钙质隔层。隔层普遍较 薄,多分布在2.5 层在全区分布的复杂 性导致储层的非均质性更为复杂。由于单砂体间的 隔层较差的连通性易导致水驱窜流,开发难度增大。 总的来看,尽管隔层基本都连片分布,但不同层 次的隔层展布特征不同。砂层组间的隔层最稳定, 全区分布,隔层普遍较厚;单砂层间的隔层分布较为 复杂,隔层普遍较薄,连通区较多,纵向非均质性较 强;而小层间的隔层分布特征介于两者之间。 3.2夹层分布特征 夹层有广义和狭义之分,广义就是指层内部的 低渗透或非渗透性的致密岩层,这里的层可指砂层 组、小层或单砂层。就砂层组而言,其内部的夹层不 仅包括单砂层内部的隔挡层,也包括前文所提的小 层问及单砂层间的隔层;本文采用的是狭义的夹层, 指在该区现有的资料和技术条件下不能再细分的层 内部的相对非渗透或低渗透层,这里指不能再细分 的小层或单砂层内部的夹层,比单砂层间的隔层更 低一个层次。 东三段小层及单砂层内部的夹层发育程度中 等,横向稳定性差,延伸较小,仅在1~2口井中可追 踪对比,主要呈小片状、土豆状、条带状分布。以2 砂组为例,2砂组细分为2个小层,4个单砂层。通 过统计各单砂层的夹层特征可知(表2),夹层厚度 多在0.2~1.0均在0.7层分布 频率主要集中在0.1~0.3个/均在 0.2个/夹层分布密度主要集中在0.07~ 0.25之间,平均在0.19左右。其中,2卜 单砂层夹 层厚度、夹层密度和夹层频率均较小,层内夹层最不 发育,非均质性弱。2 单砂层夹层频率最大,但夹 层密度最小,说明夹层相对较发育且较薄,非均质性 较强。 表2东三段2砂组夹层参数统计 层位 夹层厚度(m) 夹层频率(个/m) 夹层密度 主要范围 平均值 主要范围 平均值 主要范围’ 平均值 东三段储层的夹层类型以物性夹层为主,泥质 夹层次之,钙质夹层相对较少,且分布比较零散。不 同单砂层中的夹层类型及发育程度不同,如2卜。单 砂层泥质夹层占34.9 ,物性和钙质夹层分别占 382 天 然 气地球科 学 O 48.8%、16.3 ;而2 单砂层泥质夹层占44.3 , 物性和钙质夹层分别占45.3 、10.4 。受物源供 给能量及沉积时期河道的频繁摆动等因素的影响, 不同沉积微相内夹层发育的类型及程度也不同。心 滩内夹层以物性和泥质夹层为主,夹层相对较厚,平 均在0.9 层频率、夹层密度均较小,分别 为0.14个/m、0.16个/m,分布比较稳定,但延伸长 度一般不超过心滩沉积范围;而河道内以物性夹层 为主,夹层厚度较薄,平均厚度在0.76 发育的频率、密度均相对较高,分别为0.23个/m、 0.21个/m,主要受河道切叠程度的控制,分布不稳 定,连续性变差。 平面上夹层分布稳定性差,仅在小范围内零星 分布,多呈孤立的土豆状或窄条带状(图4)。主河 道夹层不发育,在一些次要的小河道中,水动力能量 不稳定,常有夹层发育,且自河道中心相带至河道边 缘相带,夹层层数逐渐增多,夹层频率增大。而在2 。个心滩之间的小河道中,河道中心带夹层发育程度 较高。在心滩微相中,夹层自边缘到中心,夹层频率 增大。 蠢一 滩_…原圈 回~井号E 一 断层 图4 三区东南部2 单砂层夹层厚度的分布与沉积微相的关系 夹层的存在对油层动用状况和水驱波及系数具 有重要影响。夹层的发育会降低油层的动用程度, 使油层水淹状况复杂,水淹非均质性增强。厚油层 内部夹层可以阻挡底水的上升,夹层分布面积越大 阻挡底水上升的能力越强[】 。 。但夹层在生产压差 作用下易被破坏,后在油气水的冲刷作用下,其渗透 性提高,从而失去了夹层的作用,也就不能有效地起 到防止底水锥进的作用。 4 结论 在精细油藏描述阶段,隔夹层有砂层组间的隔 层、小层间的隔层、单砂层间的隔层及层内的夹层4 个层次。其中,砂层组间的隔层全区稳定分布,厚度 较大,对油气能起到完全封堵的作用,而单砂层间的 隔层稳定性差,虽也是连片分布,但出现多个砂体连 通区,易发生窜流,使纵向非均质性增强。小层间的 隔层则介于两者之间。层内夹层则因为东三段地层 已精细划分到单砂层,发育程度中等,仅在局部使油 水关系复杂。 参考文献: [1]朱东亚,胡文碹,曹学伟,等.1临南油田隔层类型划分及其分布 规律研究[J].地球科学:中国地质大学学报,2004,29(2): 211— 23 王改云等:辫状河储层中隔夹层的层次结构分析 383 [2]康德江,吕延防,付广,等.松辽盆地北部西斜坡区萨尔图(s) 油层段储层特征研究然气地球科学,2005,16(5):592— 598. 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