苏丹Muglad盆地复杂断块油藏低阻油层成因及识别方法*——以Fula凹陷Jake South油田为例

韩如冰 田昌炳 周家胜 李顺明 何 辉 杜宜静

(1. 中国石油勘探开发研究院 北京 100083; 2. 中国石油天然气勘探开发公司 北京 100034)

苏丹Muglad盆地复杂断块油藏低阻油层成因及识别方法*
——以Fula凹陷Jake South油田为例

韩如冰1田昌炳1周家胜2李顺明1何 辉1杜宜静1

(1. 中国石油勘探开发研究院 北京 100083; 2. 中国石油天然气勘探开发公司 北京 100034)

韩如冰,田昌炳,周家胜，等.苏丹Muglad盆地复杂断块油藏低阻油层成因及识别方法——以Fula凹陷Jake South油田为例[J].中国海上油气，2017,29(2)：63-69.

HAN Rubing,TIAN Changbing,ZHOU Jiasheng,et al.Cause and identification method of low resistivity oil layers in complex fault block reservoirs：a case study of Jake South oilfield, Fula sag, Muglad basin, Sudan[J].China Offshore Oil and Gas,2017,29(2):63-69.

苏丹Muglad盆地Jake South油田白垩系Bentiu组和Abu Graba组油藏分别为复杂断块背景下的整装背斜油藏和层状油藏，均存在大量低阻油层，对油水层识别造成较大困难。首先根据粒度、储层物性、储集空间类型、致密度等分别对Bentiu组和Abu Graba组进行储层分类，并在每类储层内部定义低阻油层；然后综合利用岩心、薄片、物性测试、扫描电镜、X-衍射资料，明确各类储层内部低阻油层成因，并根据储层类型和低阻成因分别建立识别方法。结果表明：低阻成因主要为泥质含量高或孔隙结构细造成高束缚水饱和度、存在导电矿物和油气充注不足造成低含油饱和度，不同类型复杂断块油藏不同储层类型内低阻油层成因不同。Abu Graba组低阻油层识别难度较大，依次采用图版法、考虑粉砂组分的解释模型法、综合法进行识别;而Bentiu组低阻油层识别相对简单，主要采用综合法进行识别。综合各种方法，在研究区共识别未射孔低阻油层77层275.9 m。

Muglad盆地；Fula凹陷；Jake South油田；白垩系；复杂断块油藏；低阻油层；识别方法

苏丹Muglad盆地Fula凹陷是中国石油最早的、最成功的海外勘探开发项目之一。Fula凹陷内油藏均被多条断裂切割，单个断块面积小于1 km2，为典型的复杂断块油藏[1-2]，根据油藏特征可分为复杂断块背景下的整装背斜油藏(以Bentiu组油藏为主)和复杂断块背景下的层状油藏(以Abu Graba组油藏为主)。生产中发现Bentiu组和Abu Graba(以下简称AG)组存在大量低阻油层，造成油水层识别困难。目前，国内外低阻油层研究大多侧重于单个油藏成因分析及单井识别方法，而真正从地质条件出发，综合利用各项资料对不同类型低阻油层成因和识别方法进行系统研究的报道较少。据初步测算，Fula凹陷低阻油层控制的探明储量约占总储量的9.49%，部分油田达到20%以上，因此对低阻油层成因和识别方法进行系统研究具有重要的理论意义和巨大的经济价值。

1 低阻油层定义

目前一般将低阻油层定义为与临近水层相比电阻率增大率小于2的油层[3-4]。Fula凹陷Jake South油田地质概况参见文献[5],研究区内Bentiu组和AG组砂岩的储层性质，如岩性、粒度、致密程度、储层物性等变化较快，不同类型储层内油、水层电阻率差异较大，无法直接进行比较。因此，首先研究储层地质特征，对储层进行分类(表1)，然后将低阻油层定义为同一油气系统中电阻率与临近且储层类型相同的水层之比小于2的油层。即使油层与水层属同一油气系统，若储层类型不同，也不能直接进行比较[6]。

表1 Fula凹陷Jake South油田储层分类Table 1 Reservoir classification of Jake South oilfield，Fula sag

2 低阻油层成因

综合岩心、薄片、物性测试、扫描电镜、X-衍射资料进行研究,结果表明区内低阻油层成因主要为泥质含量高或孔隙结构复杂造成高束缚水饱和度、存在导电矿物和油气充注不充分造成低含油饱和度，而黏土矿物附加导电和其他工程因素等影响有限，总体上不同类型复杂断块油藏不同储层类型内低阻油层成因不同。

2.1 泥质含量高或孔隙结构复杂造成高束缚水饱和度

扫描电镜观察发现，研究区泥质组分包括黏土矿物和细粒碎屑物质等,二者表面吸附了大量束缚水，较高的束缚水饱和度导致油层电阻率显著降低[7]。

孔隙结构复杂可具体分为沉积成因和成岩成因[8]。沉积成因复杂孔隙结构造成低阻与上述高泥质含量造成低阻原理相同。成岩作用常形成方解石、石英、长石等胶结物和交代物，使孔隙喉道半径减小、连通性变差，毛管力增加，束缚水饱和度变高(图1)。部分情况下沉积因素与成岩因素可共同作用。

2.2 存在导电矿物

薄片和扫描电镜观察表明，砂岩中局部富集菱铁矿等导电矿物，主要在成岩过程中形成，以胶结物形式充填于孔隙空间，导致油层电阻率骤然降低，两类复杂断块油藏中此成因类型均有发育。菱铁矿含量最高可达14.3%(Jake -S -4井，AG1e)，局部形成低阻油层台阶。

2.3 油气充注不充分造成低含油饱和度

成藏研究表明，区内AG组为自生自储，本身发育烃源岩，但受沉积条件控制，烃源岩质量差异较大[1,9]。AG组生成的油气首先在AG组内聚集，类似“油气中转站”[10]；后受构造运动影响，部分油气向上覆地层运移，在AG组内形成剩余油气聚集[11]。受烃源岩质量控制，AG组内部分“孤立”油层往往在成藏期油气充注不足，油柱高度低，含油饱和度低，形成低阻油层。

注：(a)Jake -S-4井,2 467.2 m,AG1e,局部发育的方解石胶结(左上角极为严重)、石英次生加大导致孔隙结构十分复杂；(b)Jake -S-4井,2 464.6 m,AG1e,储层局部被泥质杂基、方解石胶结物等充填，甚至导致孔隙完全消失。

图1 Fula凹陷Jake South油田成岩作用造成的复杂孔隙结构

Fig .1 Complex pore structure caused by diagenesis in Jake South oilfield,Fula sag

Bentiu组的油气主要来自下伏的AG组，整体充注相对充分，不发育此种成因低阻油层。

2.4 两类复杂断块油藏不同储层类型低阻油层成因

研究发现不同复杂断块类型油藏所属不同储层类型内低阻油层成因不同，一般只有1～2种因素起主要作用。

Bentiu组Ⅰ类储层物性较好，砂体束缚水饱和度低，低阻原因主要为存在导电矿物；Bentiu组Ⅱ类储层物性变差，低阻原因主要为泥质含量高、孔隙结构复杂造成的高束缚水饱和度，导电矿物也是一个影响因素。

AG组Ⅰ—Ⅲ类储层物性整体较Bentiu组显著降低，低阻原因主要为泥质含量高、孔隙结构复杂造成的高束缚水饱和度，存在导电矿物也是一个影响因素。由Ⅰ类到Ⅲ类储层，随着储层性质转差，低阻成因由导电矿物为主变为高束缚水饱和度为主。对于AG组孤立含油砂体而言，受成藏因素控制，油气充注不充分，含油饱和度低是低电阻率主要原因，各储层类型内均存在。

3 低阻油层综合识别方法

根据不同类型复杂断块油藏的地质特征及低阻成因，分别建立识别方法。AG组油层为复杂断块背景下的层状油藏，识别难度大，研究中依次采用图版法、考虑粉砂组分的解释模型法、综合法进行识别。Bentiu组油层为复杂断块背景下的整装背斜油藏，具有统一油水界面，油水分布相对简单，采用综合法进行研究。利用上述方法，共识别出未射孔低阻油层77层275.9 m。

3.1 图版法

对研究区岩心、岩屑、试油资料、生产动态资料进行分析，明确已证实AG组油水层共46层，绘制储层中子密度参数CDI-Rt图版识别油水层。

中子孔隙度测井主要通过点状同位素中子源照射地层，用中子探测器测量热中子或超热中子计数率，并将结果换算成视石灰岩孔隙度，地层对快中子的减速能力用含氢指数衡量。对于成分以CnHnr为主的石油来说[12]，原油的含氢指数为

(1)

将AG组原油平均密度代入式(1)，得原油平均含氢指数为1.03，因此油层含氢指数较水层高约3%，造成油层中子孔隙度略大于水层。

对研究区试油获取的油水层样本进行分析发现， AG组原油为稀油，密度平均为0.82 g/cm3，而地层水中常含有矿物质，平均密度大于1.05 g/cm3。由于密度测井测量岩石体密度，在整体骨架岩性变化不大的情况下，油层和水层密度存在差异，密度曲线数值可以反映流体性质。

定义储层中子密度参数CDI，可以将油层、水层的密度和中子孔隙度差异最大化，从而将油层、水层分开。

(2)

式(2)中CNL*、DEN*采用的归一化方法为

(3)

油层CDI值一般大于水层。利用研究区已证实油水层样本，绘制CDI-Rt交会图(图2),可以看出，油水层区分较好。应用结果表明图版法对各种成因的低阻油层均具有一定识别效果，该方法识别出的低阻油气层约占总数的70%，但在电阻率增大率≤1、中子和密度测井曲线质量较差或受到储层填隙物影响的情况下识别困难。

图2 Fula凹陷AG组CDI-Rt图版Fig .2 Cross plot of CDI-Rt of AG Formation in Fula sag

3.2 考虑粉砂质组分的解释模型法

由于粉砂质组分粒度细、孔喉半径小、束缚水饱和度高，对油层电阻率影响较大，而目前常规公式对此考虑较少。这一问题逐渐引起国外学者重视，并对常用泥质砂岩解释模型进行了改进[13]。

一般认为，阿尔奇公式可用电导率形式表达如下：

(4)

西门杜公式也可用电导率形式表达如下：

(5)

式(5)中“sh(shale)”并不是狭义的泥质，而是指一切细粒的沉积物，包括黏土矿物和粉砂粒级的其他矿物，如石英等，粒度范围在0.001～0.050 mm[13]。据此将式(5)中“sh”改为“cl(clay，黏土)”，并加入粉砂粒级组分，得下式：

(6)

以研究区AG组Ⅰ类储层为例，n=1.94，近似为2，将式(6)改为

(7)

将式(7)看做Sw的一元二次方程，利用求根公式可得Sw。

求解过程中Vcl利用GR曲线求取，Ccl采用与储层相邻的稳定泥岩段数值，而利用式(7)求取含水饱和度的关键问题是粉砂质含量和粉砂质组分电导率的求取。

研究表明粉砂质组分含量与有效孔隙度之间存在线性关系[13]。利用三孔隙度曲线求取有效孔隙度，与粒度分析获取的粉砂质组分含量进行回归分析，得到其线性关系(图3)。对于粉砂质组分地层水电导率Csilt，研究中根据计算的粉砂含量曲线，选择粉砂含量较高处储层的电导率。

图3 Fula凹陷AG组Vsilt-φe关系Fig .3 Relationship between Vsilt-φe of AG Formation in Fula sag

采用新的泥质砂岩解释模型对AG组油层进行研究并求取Sw，结果与常规解释模型相比平均降低6.2个百分点。由于研究区整体束缚水饱和度较高，通过综合研究将区内油层Sw上限定为55%，根据求得的Sw进行低阻油层识别。图4中的91～92号层，前人利用印度尼西亚公式求得平均Sw为65.3%，解释为水层;利用新模型重新解释，求得平均Sw为52.5%，解释为油层。对91～92号层进行试油，日产油106 t，不含水，取得良好效果。该方法识别出的低阻油气层约占总数的25%，但在电阻率增大率≤1的情况下识别困难。

3.3 综合法

综合法主要包括自然电位幅度法、海拔高程判别法及生产动态资料法等。

3.3.1 自然电位幅度法

首先与水层相比，油层的电阻率较高，SP幅度常常更低。其次，低阻油层常伴随较高的泥质含量和束缚水饱和度，束缚水矿化度相比普通地层水较高，可造成自然电位幅度差进一步降低[3-4,8]。另外，相同条件下盐水泥浆环境中油层正幅度差降低现象较水层更为显著，且含油饱和度越高，正幅度差降低效果越明显[4]。在三者共同作用下，区内低阻油层的自然电位幅度差较水层明显降低。

图4 Fula凹陷Jake-S-2井测井解释柱状图Fig .4 Histogram of logging interpretation of Well Jake-S-2 in Fula sag

在识别中，一方面根据油层、水层自然电位幅度差数值差异识别低阻油层，结果表明Jake South油田油层自然电位幅度平均为水层的0.71倍；另一方面根据已知低阻油层的自然电位幅度差与临近其他储层自然电位幅度差之间的数值关系对低阻油层进行识别。如图4所示，97号层与98号层分属不同期次的河道砂体，98号层为常规油层，但97号层电阻率呈断崖式降低，判断两层之间夹层分布范围有限，两层连通，97号层为油层。经试油，97号层日产油99 t，日产气11 134 m3，不含水。97号层自然电位幅度差为45 mV左右，其上各层自然电位幅度差均在22.5～35 mV之间，小于97号层，判断97号层之上各层均为油层。将判别结果与新解释模式研究结果结合，并对91～92号层进行试油，获得良好油气显示。

3.3.2 海拔高程判别法

该方法主要根据待判定油层和油水界面的海拔高度进行判断。Bentiu组油藏为被断层切割的块状底水油藏，直接根据可疑层海拔高度和油水界面位置进行判断。AG组油藏发育于砂泥岩互层储层中，应先对砂体所属油藏进行研究，后以单个“藏”为单位，根据可疑层海拔高度和油水界面判断含油性。

如图5所示，单从测井曲线特征判断Jake-S-29井E14小层2613～2624m砂体中部随储层性质变好，地层深电阻率反而降低，结合其他方法均不能判定为低阻油层，需要综合各项油藏地质资料进行分析。

图5 Jake South油田某井区海拔高程判别法识别低阻油层Fig .5 Low resistivity pays identification with altitude method in a well area in Jake South oilfield

图5a显示该断块油水界面为2 115 m，经井斜校正后发现该可疑层底面深度为2 101 m，整个油层均在油水界面之上，从图上也可看出其在含油面积之内，因此判断其为油层。对与Jake-S-29井砂体连通且相邻的Jake-S-30井的生产动态进行分析，发现该井射开该层后初期日产油110.6 t，不含水，目前累产油1.5×104t。Jake-S-29井该层电阻率曲线特征与Jake-S-30井相似(图5b)，且构造位置稍高，判断其为油层。综合上述分析，判断该可疑层为低阻油层。

3.3.3 生产动态法

深入分析生产动态资料，明确已知砂体含油性，对相关砂体含油性进行研究。主要思路有2种：根据有一定分布范围的连通储层在某一位置射孔后生产状况判断含油性;根据单井某一层位射开后生产动态对同井其他层位进行判断。如图6所示，Jake-S-14井单采Bentiu组油层，在解释结论中15～19号层补孔之后，该井出现了10天无水采油期，首月平均含水30%，且19号层下部无隔层遮挡，证明19号层与底水距离较远，结合储层性质，判断20、21、24～26号层为低阻油层，并非水层。

总体上综合法识别出的低阻油气层约占总数的25%，优点在于对电阻率增大率小的油层识别效果较好，缺点在于识别工作量较大，部分资料难以获取。

图6 Jake-S-14井低阻油层测井解释和生产曲线Fig .6 Well log interpretation histogram of low resistivity pays and production curves in Well Jake-S-14

4 结论

1) Fula凹陷Jake South油田低阻油层主要成因包括泥质含量高或孔隙结构复杂造成高束缚水饱和度、存在导电矿物和油气充注不充分造成低含油饱和度。不同复杂断块类型油藏各储层类型内低阻油层成因不同。

2) AG组油藏为复杂断块背景下的层状油藏，低阻油层识别难度较大，依次采用图版法、考虑粉砂组分的解释模型法和综合法进行识别。

3) Bentiu组油藏为复杂断块背景下的整装背斜油藏，低阻油层识别方法相对简单，主要采用综合法进行识别，具体包括自然电位幅度法、海拔高程判别法及生产动态资料法等。

符号注释

CDI—中子密度参数；

Rt—电阻率，Ω·m;

Ho—含氢指数；

ρo—原油密度，g/cm3；

CNL*、DEN*—中子孔隙度、密度均一化后数值；

A—需要进行归一化的参数;

Amax—该参数的最大值;

Amin—该参数的最小值；

B—该参数归一化后数值;

Ct—地层电导率；

φt—总孔隙度；

Sw—含水饱和度;

Cw—地层水电导率；

φe—有效孔隙度；

m—胶结指数；

n—饱和度指数；

Vsh—泥质含量；

Csh—泥质电导率；

Vsilt—粉砂质组分含量;

Csilt—粉砂质组分电导率。

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(编辑：张喜林)

Cause and identification method of low resistivity oil layers in complex fault block reservoirs：a case study of Jake South oilfield, Fula sag, Muglad basin, Sudan

HAN Rubing1TIAN Changbing1ZHOU Jiasheng2LI Shunming1HE Hui1DU Yijing1

(1.PetroChinaResearchInstituteofPetroleumExplorationandDevelopment,Beijing100083,China;2.ChinaNationalOilandGasExplorationandDevelopmentCorporation,Beijing100034,China)

Reservoirs of Bentiu Formation and Abu Graba Formation in Jake South oilfield, Muglad basin, Sudan, are anticline reservoirs and layered reservoirs of typical complex fault blocks, in which exist a number of low resistivity oil layers, causing a challenge in oil and water layers identification. First, the reservoirs in the two formations are categorized according to grain size, petrophysical properties, pore type and tightness, and low resistivity layers are defined in each type of reservoirs. Then such data as core, thin section, physical property test, SEM and X-diffraction are comprehensively used to study the cause and identification methods of low resistivity oil layers. The results show that the main causes are high irreducible water saturation due to high shale content and small pore throats, conductive minerals and low oil saturation caused by insufficient hydrocarbon charge. The causes of low resistivity oil layers in different reservoirs of different complex fault blocks are different. In Abu Graba Formation, cross plot, interpretation model considering the effect of silt component and comprehensive method are used to identify low resistivity oil layers. In Bentiu Formation, comprehensive method is preferably used. Using the new method, 77 unperforated low resistivity oil layers with a total thickness of 275.9 m are identified.

Muglad basin; Fula sag; Jake South oilfield; Cretaceous; complex fault block reservoir; low resistivity oil layer; identification method

韩如冰，男，博士研究生，主要从事油田开发地质研究工作。地址：北京市海淀区学院路 20 号石油勘探开发研究院油气田开发研究所(邮编：100083)。E-mail:harbin2018@163.com。

1673-1506(2017)02-0063-07

10.11935/j.issn.1673-1506.2017.02.008

TE122.2

A

*“十二五”国家科技重大专项“复杂油气藏精细表征与剩余油分布预测(编号：2011ZX05009-003)”部分研究成果。