致密储层隔夹层建模——以七里村油田柴上塬区长6段为例

汪 洋，汤延帅，高建武，姜 锐

(1.延长油田股份有限公司 七里村采油厂，陕西 延安 716000； 2.西安石油大学 地球科学与工程学院，陕西 西安 710065)

引 言

随着油藏精细描述技术的发展，隔夹层空间分布刻画成为研究储层非均质性的重要手段，隔夹层研究在油藏开发中后期具有重要的意义，隔夹层空间分布规律的复杂性是导致储层与流体非均质性发育的重要原因。油藏开发到中后期，隔夹层的空间分布特征及井网对储层的控制程度控制了剩余油的空间分布规律。注水开发过程中夹层产生的渗流屏障会致水驱效率低等问题，特别是隔夹层边界确定难度大，井间预测效果较差[1-3]。我国隔夹层空间分布研究一直具有较大的局限性，前人虽然对隔夹层成因、分类、识别都有一定的研究[4-6]，但依然有三个方面的不足，首先，目前对于隔夹层的研究多是定性研究或半定量研究[7-8]，对于研究结果多采用等厚图或垂向发育特征来表征，疏于考虑空间的非均质性。其次，在隔夹层建模研究时多采用理想模型来研究，并未采用大量实际数据验证。再次，隔夹层的研究精度不足，隔夹层的研究依赖于密井网条件下隔夹层精细解释。前人对山西柳州、陕西延安和延长以及新疆阜康等地二叠系、三叠系、侏罗系野外辫状河露头进行了观察统计[9]，认为单河道砂体宽度多在100～300 m，厚度多在2～5 m[9]，实际的夹层、隔层的分布范围将更加局限，在大井距条件下并不能准确、真实地表征隔夹层的空间分布规律，因此需要借助油藏建模技术。

我国隔夹层建模研究相对薄弱，密井网条件下建模结果与实际地质情况相差较大、甚至违背地质常识，隔夹层三维地质建模中缺乏对变差函数的研究。目前隔夹层建模多采用泥岩变差函数进行拟合，这会导致隔夹层空间分布范围不准确，虽然对于储量计算影响较小，但对于后期剩余油分布规律研究、注水层位选择及注采效果分析等方面均有较大影响，因此，进行隔夹层建模研究对于新区开发方案设计以及老区开发方案调整都有重要意义。本文以柴上塬区长6油藏为例，进行致密储层隔夹层三维地质建模研究。

1 区域地质概况

隔夹层的研究依赖于密井网条件下的隔夹层精细解释，测井资料具有保真率高、纵向分辨能力好的特征，目前测井仪器采集数据多以0.125 m为采样间隔，满足隔夹层的纵向解释精度。研究区七里村油田柴上塬区位于鄂尔多斯盆地东北部，是延长油田最早的勘探开发区块之一，距今已有114年的开发历史，积累了大量的钻探资料。研究区占地面积约38 km2，开发井830口，井距普遍小于100 m，井组内井距约75 m，具有井距小、井网密度大的特征，满足隔夹层平面研究精度。研究区长6段构造简单，千米坡降0.68°，标志层稳定，地层平缓、全区可对比性强，地层平均厚度约140 m，发育三角洲前缘沉积相，主要发育灰黑色、灰色泥岩与灰白色粉-细砂岩、中砂岩，以细砂岩与中砂岩为主要储集体，研究区砂体“广覆式”发育而断裂不发育，有利于隔夹层建模研究。2010年开始对研究区24口井进行转注开发，由于致密储层非均质强且隔夹层空间分布规律复杂，制约了注水井、专注井以及新井的布置，降低了开发效率，因此，开展隔夹层精细三维地质建模研究具有重要的现实意义。

2 隔夹层分类与成因

隔夹层的分布特征及类型是造成储层非均质性的重要控制因素，也是影响油藏开发的重要因素。研究区隔层为泥岩，夹层按照成因及岩电特征可以分为泥质夹层、钙质夹层以及物性夹层3类[10]。

2.1 泥质隔夹层

研究区发育辫状河三角洲前缘沉积相，泥质隔夹层在全区发育最为广泛，是研究区的主要夹层，泥质夹层主要分布在沉积旋回的顶部或底部，发育稳定，连续性相对较好，是沉积基准面变化或河道迁移等原因导致水动力减弱、搬运能力下降，细粒垂向或侧向沉积形成的(图1)。测井曲线响应比其他方法容易区分地层，将研究区探井岩心归位后系统观察探井岩心，分析岩心与其测井特征，认为研究区泥质夹层表现为自然伽马值高、自然电位正异常(图2)，自然伽马(GR)值通常在92～115 API(主体区域位于90 API左右)之间。自然电位的幅度主要取决于岩石的吸附电动势和扩散电动势，研究区钻井泥浆为淡水泥浆，自然电位正异常，自然电位曲线通常小于80 mV，微电位、微梯度曲线无幅度差或微小幅度差，井径曲线无明显特征或略微扩井，电阻率相对较低，声波时差较低。

图1 泥岩夹层成因示意图Fig.1 Schematic diagram of genesis of mudstone interlayers

图2 隔夹层岩电特征Fig.2 Petroelectric characteristics of interlayers

2.2 钙质夹层

研究区钙质夹层也较为发育，岩石填隙物中方解石、白云石胶结物体积分数为4.56%(图3)，是研究区储层致密的重要原因，镜下特征表现为大面积、连片状充填于孔隙之中(图4)，是储层减孔的主要因素，钙质夹层平面上主要分布在砂体厚度较大的部位，垂向上主要分布于沉积旋回中下部粒度相对粗的部位，一般发育于中砂岩及部分细砂岩中，钙质夹层成因为富含钙离子流体充填储层空隙，形成方解石、铁方解石、白云石等碳酸盐胶结物，导致储层渗透率下降，表现为储层异常致密。钙质夹层测井响应特征明显，表现为声波时差极低(通常小于190 μs/m)，自然伽马测井曲线与胶结作用较弱的砂岩段差异较小或略低，深感应电阻率表现为高阻，一般大于47 Ω·m。

图3 柴上塬区长6段填隙物含量Fig.3 Statistics of interstitial material content in Chang 6 member of Chaishangyuan area

图4 长6储层钙质填隙物特征Fig.4 Characteristics of calcareous interstitial material in Chang 6 reservoir

2.3 物性夹层

物性夹层发育在细砂岩或泥质含量较低的细砂岩中，由沉积作用、构造应力作用、成岩作用或成岩后作用对储层的改造所致，主要分布于分流河道顶部沉积的细粒中及分流间湾、 天然堤相中的粉细砂岩。使用压汞资料可以较容易地判断致密砂岩储层的物性下限，研究区33块岩心的压汞资料显示，当孔隙度小于6%，渗透率小于0.1×10-3μm2时，排驱压力迅速上升(图5、图6)，流体排出或进入储层难度增大，难以形成有效储层[11-14]。因此，把研究区物性夹层孔隙度下限定为6%，渗透率下限定为0.1×10-3μm2。

图5 长6孔隙度与排驱压力交会图Fig.5 Crossplot of porosity and displacement pressure of Chang 6 reservoir

图6 长6渗透率与排驱压力交会图Fig.6 Crossplot of permeability and displacement pressure of Chang 6 reservoir

3 隔夹层空间分布特征

密井网、小井距是研究隔夹层分布特征的必要条件，各夹层的不同成因使得其空间分布特征具有较大差异，以南丛11井组为例(图7)，泥岩可分为夹层与隔层，主要为侧积形成的河道间湾泥岩及洪泛期溢岸沉积的粉砂岩、泥岩等沉积物，泥岩隔层分布较稳定(图8)，分布于沉积旋回顶、底部，厚度约5 m，延续长度可达数个井距，可有效分割砂体，形成有效的岩性封隔，形成良好的圈闭，泥岩隔层主要发育在旋回之间，厚度主要在1～2 m，井间连续性相对较好，连续长度通常大于一个井距，空间上分布稳定，主要发育在多期河道叠置成因的厚砂体中，泥岩夹层虽然对于油气的储存作用不大，但却控制着储层的非均质性，影响油气在储层中的运动轨迹，对油气田开发中压裂、采油、注水等工艺有重大影响，在一定程度上决定储量动用程度。

图7 南丛11井组井位分布Fig.7 Well distribution of Nancong 11 well group

图8 南丛11井组砂体连井剖面Fig.8 Sand-body spreading multi-well profile of Nancong 11 well group

4 隔夹层建模方法与变差函数论证

隔夹层建模研究首先应该研究隔夹层的成因及空间分布规律，然后依据地质规律进行建模研究，隔夹层建模研究主要包括建模方法研究和隔夹层建模变差函数分析两部分。

4.1 隔夹层建模方法

夹层数据属于离散型数据，用于模拟离散型数据的建模方法主要包括序贯指示模拟、指示克里金模拟、标识点模拟、马尔柯夫随机域模拟、多点地质统计学方法。其中，序贯指示方法在鄂尔多斯盆地广泛应用，序贯指示方法在隔夹层、顶底板以及相建模中具有良好的应用效果，序贯指示模拟需要先将数据转换为自然分布数据，然后再进行建模。指示克里金在进行隔夹层建模中适用性差，指示克里金在模拟占比差异较大的目标分布时会明显压制占比较小的隔层的分布特征，适用于厚砂岩、泥岩地层。标识点建模用于模拟随机的离散事件，首先需要对数据进行0、1变换，然后再进行数据模拟，适用相控条件下的物性分布模拟。马尔柯夫随机域模拟主要应用于二维空间，多点统计学方法在建模过程中首先要用“训练图像”代替变差函数拟合来完成相模型建立，但在训练过程中并不完全尊重井点数据，在开发中后期井网密度较大的情况，容易导致较大误差，不符合密井网精细建模的要求，多用于河流相的模拟。本次隔夹层建模采用序贯指示模拟。

4.2 变差函数论证

目前，在隔夹层地质研究中，变差函数的变程选取依然有很多误区。变差函数是反映变量间相关性的函数，两点之间属性参数方差的平均值定义为该点的变差函数，表征区域变量的相关性、随机性。特征值变程反映的是参数具有相关性的有效距离。其中，主变程方向代表属性连续性最好的方向，通常代表相的展布方向或物源方向。变差函数主要通过主方向、次方向及垂直方向的调整来控制参数的空间分布，国内学者在变程选取时未进行足够的地质论证，未考虑实际地质情况而选取大变程，建立的模型与地质情况不甚符合甚至不相符。以研究区南丛11井组为例，采用不同变程进行建模得出的模型差异巨大，变程过大或过小均会导致所建立的模型失去地质意义，如砂岩变程过大会导致建模中大段泥岩间出现零星的点状砂体分布，与砂体按照相带呈片状分布的地质认识不符，也会造成砂体过度连续的假象，同时对占比较小的隔层的预测造成压制，导致预测的隔层分布范围变小。在选取垂向变程时，对于占比相对较少的属性，如建模中的隔层预测，首先需要对数据进行粗化处理，降低纵向相关性，如果采用较大的垂向变程，会对隔层属性造成压制(图9)，当变程偏小时，预测的砂岩、泥岩、夹层的连续性会减弱，空间分布表现为块状或零星状，不符合沉积岩层状介质的地质特征。

建模的本质是一个插值过程，变程的选取直接影响建模结果的准确度，建模变差函数特征值的选取应与实际地质情况相符合，变程表示具有相关性的有效距离，因此，某一方向的变程值应不小于该方向上连续或具有相关性的平均距离，同时不大于最大连续距离。以岩相模型为例，砂体的主变程应大于砂体的平均长度而小于最大连续长度，因为在密井网条件下，井距较砂体长度明显较小，建模结果的砂体长度是井间砂体长度与外推砂体长度之和(图10)。

图10 岩性预测示意图Fig.10 Lithology prediction diagram

5 结 论

(1)研究区隔层主要为泥质隔层，夹层可分为泥质夹层、钙质夹层及物性夹层，不同成因的夹层的岩性特征及空间分布规律均具有较大区别，需要采用不同的变差函数来模拟，以消除量程过大导致的夹层虚假连续情况。物性钙质与钙质夹杂分布规律相似，可以采用相同的变差函数模拟。

(2)序贯指示模拟方法较为适宜密井网条件下的隔夹层建模，变差函数变程值过大或过小都会导致建模结果与实际情况不符，变程值的选取应符合地质认识，即某一方向上的变程值应不小于该方向上连续或具有相关性的平均距离，同时不大于最大连续距离。