柴达木盆地尕斯库勒油田E31油藏隔夹层特征、成因及分布

于慧敏，宋彦辰，彭渝婷，刘 波，李 童，石开波

(北京大学，北京 100871)

0 引 言

储层中隔夹层的分布对剩余油分布及开发方式选择具有重要影响。隔夹层包括隔层和夹层，是指对储层内流体流动起明显阻挡作用的非渗透隔挡体[1-3]。隔层通常是指能有效阻止或控制流体运动的非渗透层，具有厚度较大、展布范围较广、分布较为连续的特点，对上下油层能够起到有效的封隔作用；而夹层是指储层内部影响流体在局部范围内流动的非渗透层，厚度和分布范围较小、连续性差，不能有效阻止或控制流体的运动[4-5]。随着开发程度的不断提高，对于隔夹层的精细描述与表征的要求也在不断提高。

柴达木盆地尕斯库勒油田古近系下干柴沟组下段(E1)油藏主要为湖相辫状河三角洲沉积环境，相较于海相地层，隔夹层分布情况更为复杂。目前，油藏处于二次开发中后期高含水阶段，综合含水率达80.9%，采出程度为43.12%，水驱开发面临地层欠注和挖潜效果差等难题，气驱作为一种高效的提高采收率技术已成为新的开发选择方案。由于储层内部大量发育的低渗透隔夹层决定了油藏的分割能力，同时隔夹层的空间展布规律对注气动用效果有着重要影响，因此，进一步精细化研究隔夹层有着重要意义。然而，前期基于注水开发的地质研究多着重于对储层的精细刻画及注水渗流屏障和优势通道等[6-7]，关于隔夹层类型特征、成因、分级、识别、展布等相关研究甚少，不能满足气驱开发对隔夹层精细刻画的需要。该文重点针对E1油藏IV油组的Ⅳ-3—Ⅳ-5小层，利用270余口井的测井、录井及3口取心井的岩心和开发动态资料，在隔夹层层次结构划分和成因分析基础上，建立隔夹层的识别标准，并对其空间分布规律进行研究，以期为开发方案的制订提供地质依据。

1 地质背景及开发现状

尕斯库勒油田E1油藏是青海油田的主力油藏之一，自上而下划分为4个油层组，共22个小层。E1油藏主要为远源的辫状河三角洲前缘沉积，接受西南方向昆仑山水系和西部、西北部阿尔金山脉水系的碎屑物供给[8](图1)，岩性以棕红色、暗棕褐色、黑褐色粉细砂岩为主，夹棕红色砂质泥岩、灰色钙质泥岩，底部Ⅳ-5小层含砾岩及含砾砂岩。沉积微相主要为水下分流河道、河口坝和分流间湾[9]。平均渗透率为48 mD，孔隙度为13.9%，为中低孔低渗透储层。此次研究主要针对最下部Ⅳ油组的Ⅳ-3—Ⅳ-5小层开展研究，目的层段厚度为30～50 m，其中Ⅳ-4、Ⅳ-5为主力小层。该油藏自1989年起开始全面注水开发，北区分Ⅰ+Ⅱ、Ⅲ+Ⅳ 2套层系开发，南区为混层系开发[10-11]。油藏自2007年起进行井网转换，由正规反九点注水逐渐转变为五点法注水方式，井距为300～450 m，平均为372 m，油水井数比为2.77，井网密度为7.21 口/km2。经过长期水驱开发，油藏目前剩余可采储量为431×104t，整体采出程度约为43.1%，综合含水为80.9%，面临注水困难、欠注严重及产液能力下降等稳产难题。

图1 尕斯库勒E1油藏井位构造图和地层综合柱状图

2 隔夹层特征及成因

2.1 隔夹层岩石学及物性特征

通过E1油藏样品显微薄片观察、扫描电镜分析可知，研究区隔夹层整体可分为泥质和钙质两大类，以泥质隔夹层为主。泥质隔夹层主要由细粒的悬浮物质沉积而成，岩性主要为红棕色泥岩和粉砂质泥岩(图2a)，黏土矿物含量为40%～65%，石英、长石和方解石呈粉砂级或泥级颗粒分布于泥质沉积物中，岩石整体十分致密(图2b、c)。钙质夹层岩心呈灰白色，岩性主要为钙质胶结砂岩(图3d)，碎屑颗粒以石英为主，含量为45%～65%，长石含量次之，胶结物成分主要为硬石膏、方解石、白云石等，含极少量黏土矿物(图3e、f)，岩石整体较为致密。

图2 隔夹层岩石学特征

E1油藏取心井120块隔夹层、储层样品的孔渗实验结果显示：隔夹层渗透率以小于0.010 mD为主，其中，泥质隔夹层渗透率绝大部分小于0.001 mD，钙质夹层的渗透率为0.001～0.100 mD，绝大部分小于0.010 mD，储层渗透率在0.100～1 000.000 mD均有分布。隔夹层孔隙度主要为2%～7%，其中，泥质隔夹层孔隙度小于7%，绝大部分为2%～5%，钙质夹层孔隙度小于8%，绝大部分为3%～6%，有效储层孔隙度分布范围为7%～23%(图3)。

图3 E1油藏取心井有效储层和不同类型隔夹层孔渗交会图

2.2 隔夹层层次结构及成因

与地层构型界面相对应，隔夹层也具有层次性，且不同级次的隔夹层对于剩余油的控制作用不同[12]。钙质夹层的形成主要与硬石膏胶结作用有关，因其仅在研究区内Ⅳ-5小层水下分流河道底砾岩中少量发育，具有一定的随机性，厚度较薄且连续性差，基本不存在钙质隔层，故不做重点讨论。

Miall提出储层构型要素分析法，将三角洲相沉积界面划分为6个级次：5～3级构型界面分别相当于三角洲前缘沉积复合体、单一河道或河口坝、单砂体内部增生体的顶底界面，限定不同级次的构型单元，对应于5级(短期)旋回至7级旋回[13-14]。目前对于湖相三角洲前缘泥质隔夹层的分级并不明确，该文基于Miall对砂体构型界面的研究，结合前文所述隔夹层的定义，综合考虑研究区泥质隔夹层的发育位置、空间分布规模及其对生产动态的影响，将E1油藏Ⅳ-3—Ⅳ-5小层的泥质隔夹层具体细分为小层间隔层、单砂体间夹层和单砂体内夹层3个层次，可分别与Miall构型分级方案中的5、4、3级构型界面相对应(表1)。

表1 隔夹层层次结构与三角洲相构型分级对应关系

小层间隔层发育于小层与小层之间，对应于5级砂体构型界面，5级界面为复合砂体的顶底界面，可作为小层划分与对比的主要标志(图4a)。小层间隔层受短期旋回所控，洪泛期湖平面上升，有效可容纳空间向陆上迁移，基准面上升达到最高，可容纳空间的增量远大于沉积物的供给量。水体加深，水动力相对减弱，细粒悬浮物质易大量沉积和保存，形成大套的连续泥岩隔层。小层间隔层分布稳定，规模较大，可以在全区追踪，厚度多为数米，个别达数十米。

单砂体间夹层对应于4级砂体构型界面，4级界面为单一河道砂或河口坝砂体的顶底界面(图4b)。短期旋回均由湖平面由深到浅的超短期旋回组成，每个超短期旋回控制单一沉积微相的发育。在超短期旋回结束后，湖平面快速上升，细粒物质沉积于河道间或废弃河道，形成分布规模较小、连续性较差的区域性夹层。单砂体间夹层的厚度相较于小层间隔层更薄，多为几米，一般在局部范围内连续分布，为区域性夹层。

单砂体内部由一个或多个增生体垂向或侧向加积而成，单砂体内夹层位于单一增生面，对应于3级砂体构型界面(图4c)。湖平面短暂上升过程中，由于水体加深，可容纳空间增大，波浪能量相对衰减，泥质沉积物在增生体之上沉积，形成单一砂体内部夹层。在沉积后期，单砂体内夹层容易受波浪或沿岸流的冲刷、破坏而难以保存，连续性和稳定性较差，为局部性发育的夹层[15]。此外，在每一期大洪水期间，基准面保持相对稳定但不会一直不变，水体能量出现不定期的波动，也会导致悬移物质部分沉积于增生体间形成夹层[16]。

图4 E1油藏不同层次泥质隔夹层成因模式(据文献[17]改编)

3 隔夹层测井识别及空间展布

3.1 隔夹层测井识别

隔夹层的识别方法较多，其中岩心观察法是最直观且准确的方法之一，但由于取心井资料有限，而测井资料较为齐全，不同类型的隔夹层在测井曲线上具有不同的响应特征，故选取不同类型的隔夹层识别敏感曲线，在测井曲线归一化消除量纲的基础上，利用岩心标定测井(图5)，建立各类隔夹层测井识别交会图版，形成隔夹层综合定量识别标准，进而应用到研究区非取心井目的层段的隔夹层识别与划分中。

图5 E1油藏隔夹层测井响应特征

3.1.1 隔夹层测井响应特征

不同层次的泥质隔层、夹层的岩石学特征和测井响应基本一致，故统一对泥质隔夹层进行研究。由于泥质含量较多，测井曲线响应特征表现为自然伽马为高值，GR曲线呈中高幅舌状和指状凸起；自然电位幅度差减小，SP曲线接近泥岩基线，在厚层泥岩层段井径明显扩径；声波时差呈现为高值，密度略有减小，补偿中子呈现为相对高值，一般大于19%；电阻率呈现相对低值，深浅电阻率幅度差减小或无幅度差，如图5中跃检5井的3 454.1～3 457.4 m井段。

钙质夹层具有密度大、导电性差的特点，如图5所示，在跃检5井3 457.6～3 458.0 m和3 463.5～3 463.8 m井段为钙质夹层，该类夹层的测井曲线特征表现为自然伽马呈低—极低值，自然电位曲线幅度差增大，呈负异常，井径无明显变化；由于孔隙被钙质胶结，声波时差异常低值，密度呈高值，补偿中子略微降低，通常小于20%；电阻率异常高值，常呈尖峰指状。

3.1.2 隔夹层测井识别标准

尕斯库勒油藏开发时间较长，测井仪器、刻度标准和操作方式等不同，且受泥浆、井径等的影响，新老测井资料量纲存在一定的差异和误差，不同井的原始测井资料可对比性较差。而测井曲线的归一化与油田储藏参数的准确性有密切关系(图6)[18-22]。鉴于上述情况，优选对于2类隔夹层测井响应良好、数据齐全的测井曲线，首先对测井曲线进行基线偏移校正，对井段原始测井数据按正态分布筛选之后，再进行归一化处理，其关系式为：

(1)

式中：X1为归一化处理后的测井曲线值；X为原始测井曲线值，API；Xmax为处理井段测井最大值，API；Xmin为处理井段测井最小值，API。

经上述处理之后，测井曲线值被严格控制在0～1，消除了新、老井测井资料量纲不同的影响，同时使不同类型的测井曲线值之间可以进行对比和运算，增强了多井间测井资料的可比性，提高了测井解释的精度和准确性。结合上述对不同类型隔夹层测井响应特征的分析，优选归一化后的GR、AC、RXO、RLLD等测井数据两两交会，可以看到泥质隔夹层和钙质夹层的测井数据分布在不同的范围内(图6)，综合各类图版可以得出该地区的隔夹层综合识别划分标准(表2)。

图6 隔夹层测井识别交会图版

表2 E1油藏隔夹层测井识别标准(各测井值均为归一化数值)

3.2 隔夹层空间展布

根据上述隔夹层测井综合识别标准，以单井隔夹层定量识别为基础，对研究区270余口井的Ⅳ油组Ⅳ-3—Ⅳ-5小层进行了隔夹层的识别和标定，通过搭建多条顺、切物源方向的剖面格架，对不同级次隔夹层的空间展布规律进行研究。

3.2.1 小层间隔层

E1油藏Ⅳ-3—Ⅳ-5小层发育3套隔层，分别位于小层与小层之间界线处(图7)。隔层呈层状稳定分布，以泥质为主，厚度较大，隔层整体平均厚度为4.11 m，最大为10.24 m，最小为0.70 m，Ⅳ-4与Ⅳ-5小层之间隔层平均厚度为5.13 m，Ⅳ-3与Ⅳ-4小层之间隔层平均厚度为4.08 m，Ⅳ-2与Ⅳ-3小层之间隔层平均厚度为3.09 m(表3)。隔层厚度平面上呈自西向东增厚的趋势，主要与沉积环境的变化有关，东部近物源方向以水下分流河道、河口坝沉积为主，向西过渡为远源的细粒沉积，砂体厚度减薄，泥质含量呈增多趋势。Ⅳ-2与Ⅳ-3小层间隔层钻遇率为98.9%，Ⅳ-3与Ⅳ-4小层间隔层钻遇率为98.1%，Ⅳ-4与Ⅳ-5小层间隔层钻遇率达100.0%，除局部井区隔层缺失产生上下砂体联通的“天窗”之外，小层间隔层基本在全区98%以上的井中都能对比追踪，平面连续性强，对注气能起到良好的封隔作用。

表3 E1油藏Ⅳ-3—Ⅳ-5小层泥质隔层分布参数统计

3.2.2 单砂体间夹层

而对于不连续的夹层，其展布范围对封隔能力有着重要的影响。如图7所示，E1油藏Ⅳ-3—Ⅳ-5小层发育3套单砂体间夹层，分布于小层内部的单砂体与单砂体之间界线处。

图7 尕斯E1油藏隔夹层连井对比剖面图(剖面位置见图1a)

单砂体间夹层以泥质为主，整体平均厚度为1.73 m，最小为0.30 m，最大为5.37 m，一般为1.00～2.50 m(表4)，自西向东夹层厚度增大，与向东渐变为远源细粒沉积有关。且发育密度较隔层低，单砂体间夹层钻遇率为25%～65%，发育规模较小，全区连续性也相对于隔层较差，仅在研究区局部范围内连续分布，可作为小范围注采井网开发层间的隔层来处理，对局部的流体运动起到阻拦作用。

表4 尕斯E1油藏Ⅳ-3—Ⅳ-5小层单砂体间夹层分布参数统计

3.2.3 单砂体内夹层

E1油藏Ⅳ-3—Ⅳ-5小层单砂体内夹层以泥质为主，极少部分为钙质夹层(图7)。该级别夹层具有不连续、密度低的特征。厚度主要集中于0.30～2.00 m，一般小于1.50 m，平均为1.39 m(表5)，钻遇率小于25.0%，平面上分布很不稳定，连续性极差，仅在小范围内呈孤立的土豆状或窄条型零星分布，对注气的封隔能力有限。

表5 E1油藏Ⅳ-3—Ⅳ-5小层单砂体内夹层分布参数统计

4 结 论

(1) 研究区隔夹层按岩性可分为泥质隔夹层和钙质夹层2种，其中，以泥质隔夹层为主。隔夹层具有层次性，综合隔夹层的发育位置、分布范围、厚度、连续性等因素，并结合辫状河三角洲前缘构型分级方案，将E1油藏Ⅳ-3—Ⅳ-5小层范围内的隔夹层划分为小层间隔层、单砂体间夹层、单砂体内夹层3个层次，分别与辫状河三角洲前缘沉积中的5、4、3级构型界面相对应。泥质隔夹层的成因与层序旋回有关，钙质夹层主要形成于成岩胶结作用。

(2) 在测井曲线归一化的基础上，选取针对不同类型隔夹层的敏感曲线建立了隔夹层的电性定量划分标准，进而识别泥质隔夹层与钙质夹层。通过井间插值，对Ⅳ油组Ⅳ-3—Ⅳ-5小层的隔夹层空间展布情况有了明确的认识：小层间隔层在全区98%以上的井中可追踪到，连续性强，厚度大；单砂体间夹层仅在局部地区连续分布，对局部的流体运动起到阻拦作用；单砂体内夹层呈土豆状零散分布，厚度最薄。

(3) 纵向上，泥质隔层具有很强的封隔能力，能够将油藏分为上下2部分，隔层分隔开来的小层可以作为多套注气单元，采用分层动用的气驱开采方式。平面上，隔夹层的展布范围对于注气封隔能力起重要作用，泥质隔层基本在全区连续发育，可起到有效的封隔作用，而夹层连续性差，封隔能力有限。