储层砂体夹层定量研究初探——以东庄油田为例

刘铁岭 （中国科学院地质与地球物理研究所，北京100029）中石化河南油田分公司第一采油厂，河南桐柏474780

储层砂体夹层定量研究初探
——以东庄油田为例

刘铁岭 （中国科学院地质与地球物理研究所，北京100029）中石化河南油田分公司第一采油厂，河南桐柏474780

以东庄油田储层研究为契机，以取心化验和测井资料为基础，建立了适合东庄油田的孔隙度和渗透率解释模型，应用计算机编程的方法实现了按照测井深度间隔记录逐点计算储层物性，以此为基础探索性研究出夹层定量计算新方法，尤其是基于流体流动能力的渗透性夹层研究，丰富了夹层研究内容，不仅可确定出层内渗透性夹层的渗透率下限，而且可推广应用到层系的合理组合和划分上，增强了夹层研究成果的实用性。研究结果表明：东庄油田储层中夹层较发育，夹层频率2.3层／m，反映沉积水体震荡强烈；夹层密度28.7%，反映储层沉积时期水动力环境偏弱。平面上夹层发育程度主要受水动力条件控制，河道侧缘以及前缘席状砂等弱水动力沉积区夹层厚度较大，主河道等强水动力沉积区夹层厚度薄。

陆相储集层；夹层；渗透性夹层；定量识别

中国目前探明和投入开发的油藏，多数形成于陆相含油气盆地，陆相湖泊沉积体系中，季节性水流和局部地壳运动作用是湖泊水平面升降频繁的主要原因，由此导致储层内部夹层特别发育［1～6］。夹层引起储层物性变化增强了储层的层内非均质性，夹层形成的渗流屏障严重影响层内流体的运动方向［7］，夹层的存在降低了注入水波及系数，是层内剩余油大量富集的关键因素。因此，深入细致开展夹层的成因、分布和识别方法研究，对于储层精细表征、剩余油分布与挖潜研究具有重要意义。

1 夹层的类型及表征方法

夹层是指砂层内所分布的相对稳定或不稳定的非渗透层或低渗透层，夹层的存在影响了砂体内部流体运动，增强了储层的非均质性。根据夹层的岩性和物性特征可将其分为2类，即非渗透夹层和渗透性夹层，非渗透夹层进一步分为泥质夹层、过渡性夹层和钙质夹层［8］。

1.1 非渗透夹层

1）泥质夹层在水动力条件较弱的沉积环境下形成，如两次强水流之间出现明显的弱水流期，碎屑颗粒不能被搬运到该沉积区，悬浮的泥质物沉淀下来，形成纯泥质夹层。

2）过渡性夹层的岩性包括粉砂质泥岩、泥质粉砂岩和泥质砂砾岩。过渡性夹层是陆相沉积中最常见的夹层类型，水动力变化具有渐变特点，一次强水流之后，水动力往往逐渐由强变弱，下一次强水流来临时一般由弱逐渐加强，从而形成岩性过渡变化。常见过渡性夹层为泥质粉砂岩和粉砂质泥岩；若沉积区距离物源较近，水动力强，通常以粗粒沉积为主，但在短期强水流快速堆积条件下，则形成泥质砂砾岩非渗透夹层。

3）钙质夹层在陆相地层中主要生成于两种环境：一是在地表淡水环境下，因气候炎热，蒸发作用强烈，促使浓度升高，释放出CO2产生CaCO3沉淀；二是在成岩过程中，随着埋藏深度增加、温度和压力升高，有机质热演化释放出大量的CO2与地层水中Ca2＋、Mg2＋等阳离子结合形成碳酸盐岩沉淀，碎屑岩被钙质胶结后而变得致密。

1.2 渗透性夹层

渗透性夹层又称物性夹层，这类夹层具有一定的孔隙度和渗透性。不同学者对物性夹层的理解存在差异：狭义观点将出油下限之下的特低渗透层定义为物性夹层，比如，一般将常规油藏渗透率小于1× 10－3μm2的油层作为夹层从有效厚度中扣除，稠油油藏有效厚度渗透率界限可能提高至50×10－3μm2或者更高；广义观点认为物性夹层为不能参与流动的储层，夹层的物性界限随储层渗透率升高而升高，夹层的厚度随储层渗透率升高而加大，比如，储层中高渗段渗透率1000×10－3μm2，小于50×10－3μm2的油层在注水开发过程中就难以有效水驱，这部分油层可作为渗透性夹层处理。

1.3 表征夹层的参数

夹层发育程度用夹层频率和夹层密度两项参数表征。夹层频率指每米储层内夹层出现的次数，用来反映水动力条件动荡变化情况。夹层密度指每米储层内夹层厚度百分数，用来反映无效储层所占的比例。

2 非渗透夹层的识别特征

岩心、薄片观察等资料容易识别出泥质和钙质夹层，但钻进取心成本太高，一个油藏不可能完全依靠取心资料来研究储层和识别夹层，而测井资料丰度高［9］。因此，根据测井曲线响应特征来识别夹层具有重要意义。

2.1 钙质夹层识别特征

钙质夹层导电性差，具有高阻特征，地层电阻率接近或高于油层电阻率，微电极表现为高阻且无幅度差。储层砂质含量高时，钙质夹层自然伽马计数率低，电阻率高，无自然电位幅度异常。泥质钙质夹层具有中－高自然伽马计数率，无自然电位幅度异常。钙质夹层密度大，声波传播速度快，声波时差小。钙质夹层岩石致密，不出现井径扩径和缩径现象。

2.2 泥质夹层识别特征

泥质夹层具有低电阻率特点，地层电阻率等于或高于围岩，微电极曲线无幅度差；具有高自然伽马计数率，无自然电位幅度异常；岩石密度小，声波传播速度慢，声波时差大；当夹层厚度较大时，井径扩径现象明显。

2.3 过渡性夹层识别特征

过渡性夹层为非纯岩性夹层，微电极曲线不能准确判定岩性，一般表现为一定幅度差，含油时地层电阻率偏高，含水时地层电阻率偏低；自然电位曲线可能幅度差很小，或者具有一定幅度差，具体取决于泥浆与地层水矿化度差异；自然伽马因泥质含量高计数率中－高；声波传播速度受泥质含量影响较大，通常情况下声波时差偏大；夹层厚度大且泥质含量高时，井径扩径现象明显。

2.4 夹层厚度对识别特征的影响

夹层厚度一般在几厘米至几十厘米，当夹层厚度较小时，夹层的电性特征容易受到围岩影响，纵向分辨率高的自然伽马、浅探测电阻率和声波等曲线响应特征相对明显，而纵向分辨率低的自然电位、深探测电阻率等曲线对夹层的响应特征不明显。

3 渗透性夹层物性界限确定方法

渗透性夹层的物性界限随储层砂体渗透率变化而变化，需要依据理论计算和实际生产经验来确定。

国内外大量实践证明：层间渗透率级差在5倍之内时［10，11］，油层能够较好地水驱动用；渗透率级差大于5倍时，低渗层很难水驱动用。层间渗透率级差对储层水驱动用的影响同样可以应用到层内，即层内渗透率级差大于5倍时，低渗层段不能水驱动用，从而为渗透性夹层物性下限确定提供了实践依据。

为了从理论上求证实践中获得的认识，假设储层砂体由若干个渗透率不等、厚度等于测井深度间隔（0.125m）的非均质层段组成，由注入端到采出端的距离为L（cm），流体粘度为μ（mPa·s），横截面积为A（cm2），注入端压力为P1（MPa），产出端压力为P2（MPa），根据达西定律可计算出每个渗透率样本对流量的贡献率，流量贡献率小的样本点为无效渗透率，或者认为是渗透性夹层。该次研究将流量贡献率小于10%的若干低渗样本作为渗透性夹层物性界限。以储层逐点渗透率计算结果为依据，应用达西定律反复计算，取得以下认识：

1）渗透性夹层渗透率下限值随储层渗透率最大值升高而升高（图1）。不同的渗透率组合，渗透性夹层渗透率下限值不同。

2）储层渗透率最大值越低，水驱动用允许的渗透率级差越大（图2）；储层渗透率最大值越高，则水驱动用允许的渗透率级差越小。由此可以看出，合理渗透率级差并不是5倍定值，而中低渗油藏水驱效果通常好于高渗油藏，可以从理论计算中得到合理解释。

图1 渗透率下限值与储层渗透率最大值关系曲线

图2 渗透率合理级差与储层渗透率最大值关系曲线

4 东庄油田储层中夹层分布特征

东庄油田位于南阳凹陷西南部洼陷区，供给物源主要来自西北部的沙堰－焦店三角洲沉积体系，其次是来自东南部、西南部的扇三角洲沉积体系，整体属于陆相湖泊三角洲沉积体系。目的层段为核二段（H2）Ⅱ－Ⅲ油组和核三段（H3）Ⅰ油组。

4.1 夹层频率与密度特征

统计东庄油田目的层段储层的夹层频率与夹层密度，储层中夹层普遍发育，夹层频率2.3层／m，反映沉积水体震荡强烈；夹层密度28.7%，反映储层沉积时期水动力环境偏弱（图3）。此外，由夹层频率和密度分布图看出，浅层砂体夹层相对发育，深层砂体夹层发育程度较低。

4.2 层内夹层发育规律

层内夹层发育规律受沉积环境控制，展布面积较大的夹层一般反映季节性水流强度变化，或者是地壳振荡运动结果，形成的夹层延伸距离超过一个井距。而局部水流强度变化，比如水下分流河道暂时性改道，形成的夹层延伸长度短，多呈透镜状。

4.3 平面夹层发育规律

平面上，小层砂体内夹层厚度大小取决于沉积相带变化，位于分流河道的强水动力环境夹层厚度小，河道前缘席状砂沉积区以及靠近分流间湾区的砂体内夹层厚度较大。

5 结论与认识

1）夹层的类型可划分为渗透性夹层和非渗透夹层两大类，非渗透夹层包括泥质夹层、过渡性夹层和钙质夹层；渗透性夹层可根据油田油层有效厚度下限作为界限来划分，也可根据流体参与的流动能力来划分。

2）不同类型夹层的成因不同，其岩性特征和测井响应特征有较大差别，且夹层厚度大小对夹层识别有较大影响。

3）探索性研究出夹层定量识别新方法，尤其是基于流体流动能力的渗透性夹层研究，为深化储层研究奠定了基础，为层系合理划分提供了理论依据，对层内剩余油分布规律研究具有积极意义，对措施方法优选和提高措施有效率具有重要作用。

4）根据东庄油田储层中夹层分布特征分析，储层中夹层较发育，夹层频率2.3层／m，反映沉积水体震荡强烈；夹层密度28.7%，反映储层沉积时期水动力环境偏弱。延伸长度较大的夹层通常由水平面升降变化引起，延伸距离一般超过一个井距，常呈席状；延伸长度较小的夹层多为局部水动力条件变化引起，一般小于一个井距，多呈透镜状。平面上夹层发育程度主要受水动力条件控制，河道侧缘以及前缘席状砂等弱水动力沉积区夹层厚度较大，主河道等强水动力沉积区夹层厚度薄。

图3 东庄油田H2Ⅱ～H3Ⅰ油组小层夹层频率与密度分布图

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［编辑］ 龙 舟

49 Quantitative Investigation on Reservoir Sand Body Interlayers——By Taking Dongzhuang Oilfield for Example

LIU Tie－ling

（Authors Address：Institute of Geology and Geophysics，Chinese Academy Sciences，Beijing100029，China；The First Oil Production Plant，Henan Oilfield Company，SINOPEC，Tongbai 474780，Henan，China）

By taking reservoir research in Dongzhuang Oilfield as a good chance and coring analysis and logging as the bases，a interpretation model of porosity and permeability suitable for Dongzhuang Oilfield was established.The method of computer programming was applied to realize the point－by－point calculation of reservoir physical properties through depth－logger interval records，on the basis stated above，a new method on interlayer quantitative calculation was put forward，especially the permeable interlayer research based on fluid flow ability，it enriched the content of interlay research.It not only could determine the lower limit of permeability of the permeable interlayer，it could also be applied to the reasonable combination and classification of strata series to enhance the practical application of interlayer research achivement.The research results show that the interlayers in Dongzhuang Oilfield are well developed with the interlayer frequency at 2.3，it presents serious shock of the sedimentary water bodies in the interlayer density of 28.7%，it reflects that hydrodynamic environment is weak during reservoir sedimentary periods.And it is pointed out that in the plane the interlayer developing degree is mainly controlled by the hydrodynamic conditions，that is，the interlayer thickness of weak hydrodynamic sedimentary areas such as channel margins and front sheet sand is larger，while in the strong hydrodynamic sedimentary areas such as the main channels，its thickness is small.

continental reservoir；interlayer；permeable interlayer；quantitative identification

book=87,ebook=87

TE122.23

A

1000－9752（2012）05－0049－04

2012－03－04

国家自然科学基金项目（41072087）。

刘铁岭（1966－），男，1989年大学毕业，教授级高级工程师，博士生，现主要从事油田地质与开发研究和管理工作。