碳酸盐岩储集层隔夹层地质特征及成因——以伊拉克西古尔纳油田白垩系Mishrif组为例

邓亚，郭睿，田中元，谭文豪，衣英杰，徐振永，肖聪，曹勋臣，陈良（. 中国石油勘探开发研究院；. 中国石油大学（北京）；. 长江大学；. 中国石油海外勘探开发公司）

碳酸盐岩储集层隔夹层地质特征及成因

——以伊拉克西古尔纳油田白垩系Mishrif组为例

邓亚1，郭睿1，田中元1，谭文豪2，衣英杰1，徐振永1，肖聪2，曹勋臣3，陈良4
（1. 中国石油勘探开发研究院；2. 中国石油大学（北京）；3. 长江大学；4. 中国石油海外勘探开发公司）

摘要：通过岩心、薄片、测井等资料综合分析，研究伊拉克西古尔纳油田白垩系Mishrif组碳酸盐岩内隔夹层类型、孔渗关系、测井响应特征及识别标准，并从层序地层、沉积相及成岩作用的角度分析隔夹层的成因和分布特点。研究区发育颗粒灰岩、泥粒灰岩及粒泥灰岩3种隔夹层。隔夹层一般发育在局限台地相和蒸发台地相，部分发育在开阔台地相；在海侵体系域及早期高位体系域，形成广泛发育的隔夹层，且在层序边界处形成大规模、连续分布、物性较差的隔挡层。准同生期胶结作用、埋藏压实作用、埋藏期胶结作用等成岩作用造成孔隙度不断减小，从而破坏了储集空间，导致层内夹层的形成。表生期古潜水面以下的潜流环境由于CO2的脱气作用致使CaCO3大量沉淀出来并形成方解石胶结物，形成了区域内广泛分布的泥粒、颗粒灰岩隔夹层。通过测井综合分析确定了隔夹层测井识别标准并预测了隔夹层的展布特征，隔层主要发育在CRI段、CRII段内，夹层主要集中在mB1段内。就不同类型隔夹层而言，泥粒灰岩隔夹层数量比例最大，其次为颗粒灰岩隔夹层，最后为粒泥灰岩隔夹层。图11表2参26

关键词：碳酸盐岩；储集层隔夹层；地质特征；成因模式；测井响应特征；测井识别标准；西古尔纳油田；伊拉克

0　引言

目前，国内外学者对隔夹层的研究主要集中在其定义、分类、成因、物性标准、分布规律、识别方法及对油藏开发的影响[1-10]等方面，且研究的对象主要集中在砂岩油藏，对于碳酸盐岩油藏，特别是孔隙型碳酸盐岩储集层隔夹层的研究相当缺乏[2-3]。西古尔纳油田发育于阿拉伯板块之上，沉积成岩后受后期构造作用弱，主力油藏白垩系Mishrif组以生屑泥粒灰岩及颗粒灰岩为主，储集层可细分为1个二级旋回和3个三级旋回，裂缝不发育，为典型的高孔低渗型碳酸盐岩储集层[11-15]。本文以西古尔纳油田Mishrif组岩心、薄片、测井资料等为基础，研究隔夹层类型、孔渗关系、测井响应特征及识别标准，并从层序地层、沉积相及成岩作用的角度分析隔夹层的成因和分布特点。

1　研究区地质概况

西古尔纳油田位于伊拉克东南部巴士拉市西北方向50 km，区块长约50 km，宽约14 km（见图1）。主力油藏白垩系Mishrif组由上到下依次可划分为CRI段、mA段、CRII段、mB1段、mB2段和mC段。其中mB2段物性相对好，储量比例大，mA段和mB1段物性次之，储量相对少，mB1段储集层非均质性极强，隔夹层极其发育。由于沉积环境、成岩作用、构造作用以及海平面变化等因素的综合影响，Mishrif组内部非均质性强，隔夹层和高渗带极其发育，小层间分布规模较大、连续性好的隔层，小层内部广泛发育规模相对较小、连续性差的夹层，油藏水驱动用程度低。

图1　研究区区域构造位置图（据文献[16]修改）

2　隔夹层特征

2.1隔夹层类型及测井响应特征

前人从隔夹层岩性、成因、平面分布范围和垂向位置等角度对隔夹层进行了分类[5,8-10]。通过对研究区Mishrif组岩心、薄片、测井、测试等资料的综合研究，认为研究区Mishrif组碳酸盐岩主要发育3类隔夹层。

2.1.1颗粒灰岩隔夹层

该类隔夹层岩心上可观察到较强的生物扰动现象，薄片资料可见岩石的粒度相对较粗，孔隙类型主要为铸模孔、粒内孔。由于胶结强度大、压实作用强，孔隙间连通性差，渗透率极低。该类型隔夹层在区块内发育，但分布范围小，连续性差。通过测井综合分析认为颗粒灰岩隔夹层测井响应特征表现为：低自然伽马、低声波时差、低补偿中子孔隙度、高补偿密度，电阻率表现为中高值（见图2a）。

2.1.2泥粒灰岩隔夹层

泥粒灰岩隔夹层是研究区分布最为广泛的隔夹层，粒度相对较粗，且灰泥含量高，胶结作用强，镜下观察发现，该类隔夹层中孔隙空间极少，孔隙度低，孔隙类型主要为铸模孔、粒内孔。此类隔夹层在研究区广泛发育，且垂向和平面分布规模大、连续性强。相对于颗粒灰岩隔夹层，低孔低渗型泥粒灰岩隔夹层测井响应特征表现为：自然伽马略增大、低声波时差、低补偿中子孔隙度、高补偿密度、补偿密度与补偿中子孔隙度曲线有明显的重叠区、电阻率降低（见图2b）。

2.1.3粒泥灰岩隔夹层

该类隔夹层是区块内粒度最细的隔夹层，灰泥质胶结物含量高，其总体积大于碎屑颗粒体积，颗粒孤立分布于胶结物之中，彼此不接触或很少有颗粒接触。因此，该类隔夹层极其致密，渗透率和孔隙度极低。该类隔夹层在研究区虽有发育，但分布面积小且连续性差。粒泥灰岩隔夹层测井响应特征表现为：高自然伽马、低声波时差、低补偿中子孔隙度、高补偿密度、补偿密度与补偿中子孔隙度曲线有明显的重叠区、低电阻率（见图2c）。

2.2隔夹层孔渗特征

基于研究区8口井的岩心实验资料及试油资料，分岩性绘制储集层和隔夹层的孔隙度-渗透率交会图（见图3）。总体来说，研究区碳酸盐岩的渗透率和孔隙度具有相关性，孔隙度越大，渗透率越大。其中，3种不同类型隔夹层的数据点均落在交会图的左下角，不同类型储集层的数据点均落在交会图的右上角（约在渗透率大于0.35´10-3um2、孔隙度大于10%的范围内）。由此认为3种不同类型隔夹层的物性标准基本一致，本区块取值范围为渗透率小于0.35´10-3um2，孔隙度小于10%。

基于研究区10个隔夹层岩心样品的压汞实验资料，计算并绘制隔夹层孔隙大小分布曲线及累计分布曲线（见图4、图5）。若定义微孔隙半径小于0.25 μm，中孔隙半径为0.25～2.50 μm，大孔隙半径大于2.50 μm[17]，由孔隙大小分布曲线可见，隔夹层的频率分布曲线为典型的单峰曲线，呈正态分布，主要孔隙类型为微孔隙，一般可占孔隙空间的60%～80%，中孔隙可占10%～45%，而大孔隙所占的比例非常少，一般不到孔隙空间的10%。

图2　不同类型隔夹层的测井响应特征（图中绿色方框对应隔夹层；GR——自然伽马，API；SP——自然电位，mV）

图3　研究区碳酸盐岩孔隙度和渗透率交会图

图4　隔夹层岩心样品孔隙大小分布曲线

图5　隔夹层岩心样品孔隙大小累计分布曲线

3　隔夹层发育控制因素

3.1隔夹层与层序地层关系

层序地层是影响储集层构型单元和储集层质量的重要因素，也是控制隔夹层分布的重要因素[8]。研究区发育海侵体系域和高位体系域。海侵体系域，岩性以泥粒灰岩为主，海水向上逐渐变深，海侵体系域内岩石物性差，形成广泛发育的隔夹层。高位体系域沉积以颗粒支撑的泥粒灰岩及颗粒灰岩为主。高位体系域又分为早期高位体系域和晚期高位体系域，早期高位体系域由于海水较深，岩性与海侵体系域一致，泥质含量相对较高，岩性为泥粒灰岩及粒泥灰岩，体系域内隔夹层发育。晚期高位体系域海水逐渐变浅，沉积物颗粒逐渐变粗，大量发育以泥粒灰岩及颗粒灰岩为主的储集层，隔夹层不发育（见图6）。

3.2隔夹层与沉积相关系

沉积相是控制隔夹层发育的重要因素。Salman M S[18]基于对4个现代碳酸盐岩沉积体系的研究提出了研究区碳酸盐岩沉积相模式。本文在前人研究基础之上，以岩心、测井及地震资料为基础，以威尔逊综合碳酸盐岩沉积模式为参考，建立了西古尔纳油田的镶边碳酸盐岩沉积相模式图[17-22]（见图7），从模式图可以看出，由陆地向盆地方向，分别发育了台地蒸发相、局限台地相、开阔台地相、台地边缘礁滩相、台地前斜坡相及开阔陆棚相。

mA上段发育在开阔台地相，泥粒灰岩隔夹层相对发育，而mA下段位于台地边缘礁滩相，发育物性好的泥粒灰岩类储集层。mB1段主要发育在开阔台地相，与物性极好的台地边缘礁滩相相邻，接受来自该相带的部分沉积物，岩性为粒泥灰岩、生物鲕粒亮晶灰岩，该层段内隔夹层大规模发育，岩性以泥粒灰岩及粒泥灰岩为主；mB2上段主要发育于物性最好的台地边缘礁滩相，发育生物骨架灰岩、颗粒灰岩及泥粒灰岩等岩石类型，孔隙度和渗透率极高；mB2下段则发育在台地前斜坡相，泥粒灰岩、生物碎屑泥质颗粒岩常见；CRI、CRII层段主要发育在局限台地相，部分发育在开阔台地相，所处环境和洋盆沟通不畅，导致水体安静、水动力弱，并有大量潟湖存在，形成了以颗粒灰岩（灰泥基质）、泥粒灰岩、粒泥灰岩为主的隔夹层。

3.3隔夹层与成岩作用关系

高计县等建立了伊拉克鲁迈拉油田Mishrif组的成岩演化序列，认为研究区Mishrif组油藏在沉积后主要经历了以下成岩作用：泥晶化作用、溶蚀作用、胶结作用、重结晶作用、压实压溶作用以及白云石化作用等[11,23]。研究区为鲁迈拉背斜向北延伸部分，经历的成岩作用相似，压实作用和胶结作用对隔夹层的形成影响最大。准同生期，胶结作用主要为栉壳状胶结，使生屑颗粒粘结成坚硬的骨架；进入埋藏期后，随着上覆沉积物不断加厚，上覆压力逐渐加大，沉积物逐渐变得致密，发生压实作用；同时埋藏期岩石和水长期接触，压溶作用产物沉淀在孔隙中，将早期形成的孔隙和裂隙强烈胶结。以上两种作用导致孔隙度不断减小，是造成储集空间破坏、形成层内夹层的重要因素。

图6　WQ2井综合柱状图

图7　西古尔纳油田沉积相模式图（据文献[11-16，18-21]修改）

大气淡水成岩环境中CaCO3-H2O-CO2体系的动力特征对于颗粒稳定性和孔隙演化具有重要影响[24]。如果水流量大且不饱和，文石颗粒将被完全溶解形成铸模孔，溶解产生的CaCO3在附近沉淀下来，并以方解石胶结物的形式封堵孔隙或喉道，进而降低渗透率，从而形成了以铸模孔为主、相对高孔而渗透率极低的隔夹层。研究区在地质历史时期经历了多次海平面的变化：表生期，海平面下降导致礁滩体大面积暴露地表，并经受大气淡水的过滤和溶蚀，而古潜水面以下的潜流环境由于CO2的脱气作用致使文石溶解产生的CaCO3大量沉淀形成方解石胶结物，胶结物将本来物性较好的颗粒灰岩及泥粒灰岩的喉道空间封堵，最终形成区域内广泛分布的泥粒、颗粒灰岩隔夹层，如三级层序边界附近CRI段、CRII段内的隔夹层。

4　隔夹层识别

声波时差和密度曲线易受到井径、钻井液等因素的综合影响[25]。区块内钻井井径不规则，井壁垮塌严重，将对声波和密度曲线质量产生重大影响。因此通过将原始测井资料曲线重构，得到新的、更加标准的声波时差和密度曲线，据此建立不同类型隔夹层的识别标准。根据原始测井解释的泥质含量及孔隙度曲线，重构了声波和密度曲线，其关系式如下：

式中Vsh——泥质含量，%；Dt——声波时差，us/m；r——密度，g/cm3；f——孔隙度，%。

以此为基础，通过前文所确定的隔夹层和储集层的孔隙度和渗透率范围，确定了研究区内取心段的隔夹层类型，分别绘制3种不同类型隔夹层和储集层的声波时差-中子孔隙度交会图以及声波时差-密度交会图。由图8可见，以颗粒灰岩隔夹层的识别为例，声波时差和中子孔隙度有一定相关性，且颗粒灰岩隔夹层分布在交会图的左下角，而颗粒灰岩储集层分布在交会图右上角，界限大致为声波时差246 us/m、中子孔隙度15%；声波时差和密度也具有一定相关性，且储集层位于右下角，隔夹层位于左上角，界限大致为声波时差246 us/m、密度2.4 g/cm3，由此确定颗粒灰岩隔夹层的识别标准为声波时差小于246 us/m、中子孔隙度小于15%、密度大于2.4 g/cm3。同理，确定了泥粒灰岩隔夹层、粒泥灰岩隔夹层的测井识别标准（见表1）。

图8　研究区颗粒灰岩测井识别交会图

表1　不同类型隔夹层测井识别标准

5　隔夹层分布

5.1隔夹层展布规律

利用本文提出的测井识别标准，对研究区91口井的隔夹层进行了单井识别及井间对比，计算并统计了隔夹层厚度分布情况（见表2）。CRI段隔夹层钻遇率达100%，CRII段钻遇率达91%，由此可见，其分布范围广、连续性好，可作为良好的层间隔层。mA、mB1、mB2段内隔夹层均比较薄，连续性也比较差，为层内夹层，其中mB1段内也发育厚度较大的隔层，其连续性较层间隔层差。统计mA、mB1、mB2段发育的不同类型隔夹层数量（见图9），显然，mB1段发育的隔夹层数量最多，就隔夹层类型而言，研究区泥粒灰岩隔夹层占隔夹层总数的比例最大，其次为颗粒灰岩隔夹层，最后为粒泥灰岩隔夹层。其他各段内部其中，mA、mB1、mB2内夹层分布密度平均值分别为0.08 m/m、0.16 m/m、0.08 m/m；从隔夹层的分布密度来看，显然mB1段内隔夹层最为发育。

表2　不同小层隔夹层厚度分布统计

图9　不同类型隔夹层的统计

5.2隔夹层平面分布

根据上述识别结果，绘制研究区隔层和夹层展布剖面图（见图10），并预测了各层段内隔夹层累计厚度平面展布（见图11）。隔层分布面积一般大于流动单元的1/2，厚度变化范围大，为几十厘米到几十米不等[26]。研究区内广泛发育连续分布的隔层，厚度大、连续性强，主要分布在三级层序界面附近的CRI段、CRII段内。夹层一般分布不稳定，面积小于流动的单元1/2，渗透性差，厚度薄且延伸距离小。夹层主要发育在mB1段内，其次为mA段，而mB2段仅在局部出现不连续的零星状夹层，随机分布。从沉积相的角度来看，mA和mB2段均处于台地边缘生物礁环境，水体能量高，夹层相对不发育，而mB1段主要处于开阔台地环境，水体能量相对较低，易发育夹层，且岩性以粒泥灰岩与泥粒灰岩为主。平面上，mA段内夹层在研究区的西北部及东北部较为发育，mB1段内夹层在背斜的核部分布相对较少，在研究区的边缘较为发育，分布不连续，mB2段内夹层在西南部最为发育。

图10　研究区隔夹层展布东西向剖面图

图11　隔夹层累计厚度平面展布图

6　结论

研究区内隔夹层分为颗粒灰岩隔夹层、泥粒灰岩隔夹层、粒泥灰岩隔夹层3种类型。孔隙类型以微孔隙为主，可占孔隙空间的60%～80%，孔隙度低，孔隙半径分布曲线为典型的单峰型，呈正态分布。

层序地层控制了研究区内储集层和隔夹层的整体分布，特别是其垂向叠置关系，而沉积和成岩作用对隔夹层的类型具有决定作用。准同生期胶结作用、埋藏压实作用、埋藏期胶结作用等成岩作用导致孔隙度不断减小。古潜水面以下的潜流环境由于CO2的脱气作用致使文石溶解产生的CaCO3大量沉淀形成方解石胶结物，胶结物将本来物性较好的颗粒灰岩及泥粒灰岩的喉道空间封堵，形成了区域内广泛分布的泥粒、颗粒灰岩隔夹层。

隔层主要发育在CRI段、CRII段内；夹层主要集中在mB1段内，其次为mA段，而mB2段不发育。就不同类型隔夹层而言，泥粒灰岩隔夹层占隔夹层总数的比例最大，其次为颗粒灰岩隔夹层，最后为粒泥灰岩隔夹层。

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（编辑魏玮王大锐）

Geologic features and genesis of the barriers and intercalations in carbonates: A case study of the Cretaceous Mishrif Formation, West Qurna oil field, Iraq

DENG Ya1, GUO Rui1, TIAN Zhongyuan1, TAN Wenhao2, YI Yingjie1, XU Zhenyong1, XIAO Cong2, CAO Xunchen3, CHEN Liang4
(1. PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration & Development, Beijing 100083, China; 2. China University of Petroleum, Beijing 102249, China; 3. Yangtze University, Jingzhou 434023, China; 4. China National Oil and Gas Exploration and Development Corporation, Beijing 100724, China)

Abstract:The type, poroperm relationship, log response characteristics and identification criteria of the barriers and intercalations in the carbonates of the Cretaceous Mishrif Formation in the West Qurna oil field of Iraq are studied through comprehensive analysis of cores, thin sections and well logs. The genesis and distribution of the barriers and intercalations are analyzed from the perspectives of sequence stratigraphy, depositional facies and diagenesis. The barriers and intercalations can be classified into three types: grainstone, packstone and wackestone. The barriers and intercalations generally exist in restricted platform facies and evaporative platform facies, some in open platform. They are common in transgressive cycles and early regressive cycles, forming continuously, extensive barriers and intercalations near the sequence boundaries. Penecontemporaneous cementation, burial compaction, and burial cementation led to the decrease of the porosity, damaged the space of the reservoir pores and became the important factors for the genesis of the barriers and intercalations. In the epidiagenetic phase, a large number of CaCO3precipitated in the phreatic water zone below free-water table, leading to the formation of packstone and grainstone barriers and intercalations in a large scale. Through comprehensive log analysis, log identification criteria and the distribution of the barriers and intercalations are determined. The barriers are mainly distributed in the sections of CRI and CRII, and the intercalations are concentrated in the section of mB1. For different types of barriers and intercalations, packstones are the most in quantity, followed by grainstones and wackestones.

Key w ords:carbonates; barriers and intercalations; geologic feature; genetic mode; log response characteristics; log identification criteria; West Qurna oil field; Iraq

基金项目：中国石油天然气股份有限公司重大科技专项“中东地区碳酸盐岩油藏整体优化部署及提高采收率技术研究与应用”（11.2011E-2501.X.01）

中图分类号：TE122.2

文献标识码：A

文章编号：1000-0747(2016)01-0136-09

DOI:10.11698/PED.2016.01.18

第一作者简介：邓亚（1990-），男，湖北松滋人，现为中国石油勘探开发研究院在读硕士研究生，主要从事开发地质研究。地址：北京市海淀区学院路20号，中国石油勘探开发研究院中东研究所，邮政编码：100083。E-mail: dengya9008@126.com

收稿日期：2015-06-05修回日期：2015-12-10