远源水下扇内部夹层识别与展布规律研究

巩 强，李胜利，刘 圣，王 珏，黄晓娣

(1.中国地质大学(北京)，北京 100083；2.中国石油勘探开发研究院，北京 100083；3.中国石油大港油田分公司，河北 黄骅 061103)

0 引 言

油田开发进入高含水时期后，砂体内部夹层的识别及展布规律研究对剩余油的开采调整作用明显。储层内部的夹层是阻止或控制流体运移的非储集层，会严重导致砂体的不均衡性，成为储层流动单元的天然屏障。前人对三角洲、河流内部夹层分布特征的研究较多[1-4]，但对远源水下扇内部夹层的成因、识别及展布规律研究较少[5]。随着开发不断深入，夹层对水淹程度及剩余油分布的影响日益显著，夹层的精细描述与分布预测对剩余油的挖掘意义重大[6-8]。南大港歧五断块开发有40 a的历史，现已进入高含水开发后期，综合含水率达90%以上。受到夹层发育的影响，储层的非均质性较强，注水井吸水能力低、注水效果差[6]。如何确定夹层的展布规律，评价储层的非均质性，探究剩余油的分布是该区块开发的难题之一[7]。因此，通过对夹层的成因、识别、分布特征、展布规律的系统分析，为储层非均质性研究与剩余油精细地质模型的建立提供有利证据。

1 地质背景

研究区位于渤海湾盆地黄骅坳陷歧口凹陷南大港构造带内部[9]，南与羊三木、扣村潜山构造带相望，东南接歧南次凹，西邻孔店潜山构造带，北靠歧北斜坡和歧北(图1)。研究区北部发育南大港正断层，走向为南西—北东向。歧五断块主要位于南大港构造带的下降盘，内部发育较多的小断层。研究区Es3Ⅱ岩性以长石岩屑砂岩为主，砂岩的粒度较细，颗粒的分选性为中—好，胶结方式多以接触式、压嵌式为主，孔隙度为0.0～21.1%，渗透率为0.09～278.90 mD，平均为45.00 mD。储层物性一般，总体为低孔低渗储层。

水下扇是指发育于断陷陡坡带断层下降盘且邻近物源的深湖中，沉积物快速堆积形成的近岸水下扇，或者是沉积物经二次搬运所形成的湖底扇、滑塌扇的总称[10]。按照其供源方式，可分为远源水下扇和近源水下扇。沙河街组沙三段期间，南大港断层正处于活动期，上升盘的沉积物通过断层搬运至南大港断层下降盘的歧五断块，经过上升盘的物源补给，歧五断块发育远源水下扇。湖盆处于水退期，湖盆萎缩，歧五断块有充足的物源补给，水下扇持续发育，形成了较大规模的扇体。随着沉积体的推进，沉积微相发育种类丰富[11](图1)：内扇主要发育主水道；中扇至外扇处主要发育分支水道；扇体外缘水动力减弱，发育水道朵叶、水下决口扇、天然堤和漫溢砂等微相。由于水下扇发育过程中发生多期次的水下河道侵蚀，使得夹层在平面上有较大的差异性，分布极不均匀。

图1 歧五断块区域概况

2 远源水下扇夹层的成因与识别特征

2.1 远源水下扇夹层的成因

形成夹层最主要因素是沉积作用及沉积环境，不同的沉积作用及沉积环境决定夹层的不同特征[1]。水下扇的沉积过程及形成时的湖泊环境与夹层的成因有密切的关系[12-13]。在不对称的断陷湖泊中，深湖或半深湖环境下，大断层下降盘下部湖泊陡坡的一侧发育重力流水下扇沉积。在水下扇发育的过程中，由于水流作用，切谷发育在湖滨较大角度的斜坡带上，洪水带来的粗质泥砂通过切谷，形成了浊流的供给通道，直至深洼中堆积形成水道和冲击沉积体的复合体。水下扇的中扇水道区发育典型的泥砾、砂砾岩，呈现出高密度浊流的产物；外扇区发育泥质砂岩与泥岩互层，表现为低密度浊流的特征。在高密度浊流转化为低密度浊流的转换区[14-15](水下扇的中扇与外扇相间处)，水动力减弱，细粒物质堆积，成为水下扇夹层的有利发育区。

2.2 远源水下扇夹层的识别特征

根据夹层的研究和构型单元划分标准，分析研究区50余口井的测井地质资料，对研究层段进行划分，将Es3Ⅱ划分为2个砂层组、4期单砂层、4个隔层及若干夹层。研究区主要发育Es3Ⅱ1-1、Es3Ⅱ1-2、Es3Ⅱ2-1、Es3Ⅱ2-24期单砂层，隔层发育于砂层相间的位置，依据夹层的岩性、测井物性解释，将夹层分为泥质夹层、物性夹层2类。泥质夹层的岩性主要为泥岩、泥质粉砂岩及粉砂质泥岩等，孔隙度、渗透率较低。砂岩中夹泥质条带时，会表现出与砂岩不同的岩电响应特征(图2)。

由图2可知，泥质夹层的主要响应特征为：自然伽马值明显加大，呈指状或者舌状凸起，回返幅度为2/3；自然电位回返，靠近基线；电阻率明显降低；声波时差显著加大，中值为270 μs/m；井径扩张明显；孔隙度小于3.0%，渗透率小于1.0 mD。泥质夹层的形成主要与水动力有关，当水动力减弱时，细粒的悬浮颗粒沉积会形成泥质夹层。

图2 夹层识别标准

物性夹层的岩性主要是以油浸细砂岩、粉砂岩为主，泥质含量较高，呈条带状，具有一定的孔渗特征，但未达到有效储层的物性下限，物性较差。物性夹层在测井曲线上的特征主要为：自然伽马值有增大趋势，回返幅度为1/3～2/3；自然电位值有增大趋势，但数值相较于泥质夹层低一些；电阻率降低；声波时差具有增大的趋势，中值为230 μs/m；井径扩张(图2)；孔隙度小于10.0%，渗透率小于2.0 mD。为水下河道间弱水动力环境的产物。

3 远源水下扇夹层的展布规律

3.1 夹层的垂向展布规律

为了定量描述夹层在层内的分布特征，采用夹层的分布频率和分布密度2个参数来对其描述：夹层的分布频率指每米有效储层内夹层的分布个数；夹层的分布密度指每米有效储层内夹层的分布密度。分布频率和分布的密度值越大，储层的质量越差(表1)。

表1 歧Ⅱ断块Es3Ⅱ夹层统计

由表1可知，研究区每期单砂层内均有泥质夹层和物性夹层发育，Es3Ⅱ的分布频率为0.11层/m，分布密度为0.15 m/m。4期小层层内夹层发育较为均匀，Es3Ⅱ1-2的夹层发育频率与其他小层相比较高，Es3Ⅱ2-2的夹层分布密度略大于其他小层。

如果2口井相距较近(一般井距小于150 m)并属于同一夹层，可以利用对子井法计算夹层的倾角，以确定砂体内部夹层的展布规律(图3)。对子井计算倾角公式为：

θ=arctan(Δh/L)

(1)

式中：θ为夹层倾角，°；Δh为2口井夹层的相对高程差，m；L为井距，m。

图3 对子井法计算夹层倾角

由图3可知：q15-5井在2 500.0～2 502.5 m处发育夹层，夹层厚度约为0.2 m；q15-8井在2 022.5～2 025.0 m处发育夹层，夹层厚度约为0.3 m。2口井的井距为146.7 m，夹层的相对高程差为5.324 m，经过计算得到夹层倾角为2.078 °。一般来说，当2口井相距较近时，夹层的倾角可直接计算得出；当2口井相距较远时，无法进行对子井计算，夹层倾角可用对子井计算的倾角趋势及地层倾向进行估算。此外，研究区砂体内部夹层顺物源方向与垂直于物源方向的形态各不相同。沿顺物源方向，选取了q15-8—q15-3—q637—q671连井剖面(图4a)，受水下扇发育地层倾向的影响，砂体内部夹层的倾角一般约为顺物源方向向下为1.0～3.5 °，呈“低角度顺流加积式”展布，受部分断层和构造的影响，夹层也可能反向；垂直物源方向选取q637-2—q123-3—q123—q123-4连井剖面(图4b)，由于河道的冲刷，夹层多呈向下的“U”型展布，若夹层发育于天然堤或坝上，夹层还会呈向上的上拱式展布。

图4 夹层顺物源与垂直物源方向发育连井剖面

3.2 夹层的平面展布规律

研究区Es3Ⅱ4个单砂层均有夹层发育，每层发育情况各不相同(图5)。Es3Ⅱ1-1层内夹层累计厚度为0.0～4.9 m，平均为2.3 m，主要发育区集中在研究区的水下分支水道间及分支水道末端；Es3Ⅱ1-2层内夹层累计厚度为0.0～5.4 m，平均为2.2 m，主要发育区集中在研究区的水下主水道间及分支水道间，水下天然堤及决口扇处也有发育；Es3Ⅱ2-1层内夹层累计厚度为0.0～2.9 m，平均为1.8 m，主要发育区集中在研究区水下主水道末端及分支水道分叉处；Es3Ⅱ2-2层内夹层累计厚度为0.0～5.5 m，平均为2.4 m，主要发育区集中在研究区的水下分支水道间及分支水道末端，漫溢砂、水下决口扇处也较为发育。综上所述，Es3Ⅱ2-1层内夹层发育略低于其他小层，而其他3个小层内的夹层累计厚度差异不大，发育也较为稳定。

图5 Es3Ⅱ各砂层夹层累计厚度

综合4期夹层累计厚度可知(图5)，夹层在水下扇的内扇、中扇、外扇均有发育。水下扇内扇、中扇(q15-5、q670、q15-10井区附近)夹层与沉积物的快速堆积具有一定关系，在充足的物源供给和较强的水动力条件下，内扇、中扇部位发育有较大规模的水下主水道和分支水道，水道间的水动力减弱，水中的泥粉物质沉积下来，形成倾角相对较大的夹层。

由于后期的水道侵蚀切割会对夹层造成破坏，所以内扇和中扇的物源补给虽然较为充分，却往往难以形成较厚的夹层。水下扇的中扇与外扇相间处(q668-2、q668-5、q123-1、q637-2井区附近)，夹层的形成与浊流转化有密切关系，泥质的沉积物慢慢趋于稳定、堆积沉降，夹层成片存在，厚度较厚。因此，水下扇中扇的水下分支水道末端与水道间，是夹层发育较厚的区域，另外夹层沿水道发育的特征较为明显，研究区西北至东南方向，水下扇的内扇至外扇，夹层厚度呈现增大的趋势。

3.3 夹层的展布规律对剩余油分布的影响

层内夹层的倾向和分布均会影响砂体内部流体的运移方向和速率，对研究区内整个渗流场产生影响。一些发育较好、连续的夹层，会将单个砂体内部分为几个流动单元，从而使得砂体内部的流动关系大不相同，进而影响油水变化。夹层对剩余油具有明显的遮挡作用，使其在夹层的顶部、底部隐蔽遮挡的地方富集。夹层的分布密度、分布频率越大，剩余油的挖掘潜力就越高，为油田后期开发的主要研究区域。

研究区中南部水下扇的分支水道末端及分支水道间，受水动力的影响，多形成顺物源方向倾角为1.0～3.5 °的层内夹层。此区域夹层的发育程度高，在油层内部形成顺物源方向倾斜的天然屏障，改变油层内部的油水关系，对剩余油起到封堵作用。在油田实注水生产中，沿夹层的倾向注水时，采收率及波及系数更小；垂直于夹层的倾向注水时，采收率和波及系数则更大。因此，沿夹层倾向易形成条带状的剩余油富集区[20]。另外，注水井注入的水总是呈现出优先沿水道中心砂体快速推进的规律，说明远离分支水道中心的区域剩余油相对富集。研究区中南部水下扇的分支水道末端及分支水道间，沉积环境变化较大，距离水道中心较远，夹层的分布密度大、分布频率高、累计厚度厚，对剩余油的遮蔽较好。同时，此区域整体开发程度略低，是未来剩余油挖掘的主要潜力区。

4 结 论

(1)远源水下扇内部夹层的形成与水下扇沉积作用及沉积环境密切相关。在深湖、半深湖静水沉积环境下，高密度浊流转换为低密度浊流是水下扇内部夹层形成的主要原因。

(2)不同类型夹层的电性响应特性差异明显。综合自然伽马、自然电位、声波时差、电阻率、井径等测井解释信息，建立了夹层的识别标准，将远源水下扇内部夹层分为泥质夹层与物性夹层。

(3)顺物源和垂直物源方向上夹层展布规律存在差异。顺物源方向夹层发育呈现低角度顺流加积式展布，发育角度为1.0～3.5 °；垂直物源方向夹层发育模式呈现“U”型或上拱式展布。

(4)夹层厚度特征自内扇至外扇具有增大的趋势。夹层主要集中分布在分支水道末端与水道间，对剩余油的遮挡性好，是未来剩余油挖掘的主要潜力区。