陆相储层隔夹层的成因、分布和识别方法

陆相储层隔夹层的成因、分布和识别方法

储层未被注入水波到的原因分析根据油田勘探开发实践，二次开采的平均采收率约为35%，因此可以进行挖掘。一般估计还有20%的可动油是由于储层的非均质性而未被注入水波及到。注入水未波及到的这部分是由多方面因素影响的,其中,由隔夹层引起的渗流屏障和渗流差异是造成注入水未波及的主要因素,在陆相油藏中尤为如此。因此,深入而全面认识隔夹层的成因、特征、分布和识别方法对精细表征油藏地质特征,研究剩余油分布,进而采取有效的工程措施都具有重要意义。夹层对水的一般控制隔层(insulatinglayer)也称遮挡层或阻渗层,即储层中能阻止或控制流体运动的非渗透层,其面积一般大于流动单元面积的二分之一,厚度变化较大,小则几十厘米至几米厚,大则几十米厚。流动单元间隔层分布较稳定,其物性界限应根据具体区域而定,如大庆油田隔夹层物性界限定为空气渗透率在1×10-3/μm2以下。夹层(interlayer)是指在砂岩层内所分布的相对非渗透层,分布不稳定,不能有效阻止或控制流体的运动。实际上,在渗流特征一致的连通砂层中(一个流动单元)的夹层也为流动单元内部夹层,其面积常小于流动单元面积的二分之一,一般厚度只有几厘米至几十厘米,一般延伸较小,稳定性差。由于隔层和夹层的规模不同而表现对油水运动规律的控制不同,但两者的成因和特征有很大的相似性,故本文统称隔夹层,并加以分析讨论。油田勘探开发实践表明,由于沉积、成岩等地质作用不同,也相应地形成不同的隔夹层,不同隔夹层的成因、特点和分布有较大差异,它们对油水运动控制也有不同。概括起来,隔夹层可分为几类:泥质隔夹层、钙质隔夹层和物性隔夹层。坝增上坝增部增岩形成坝内增岩隔夹层泥质隔夹层包括泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩及含砂、砾泥岩。这类隔夹层总体上都是由于水动力减弱,细的悬移质沉积形成。其成因又可细分为2种,一是半深湖或深湖正常条件下形成,主要为灰色、深灰色泥岩,质纯致密含介形虫,其次为纹层状泥岩及粉砂质泥岩;另一种是高密度浊流末期转化为低密度浊流时形成,主要分布在浊积扇上无水道部分(沟道间)如扇中前端或外扇等,垂向上与浊积扇砾岩层互层共生,在平面上呈带状分布。在河道砂岩储层中主要分布在点坝增生单元或点坝顶部(也称泥披盖),常与Miall(1998年,1991年)在河流碎屑沉积体系中划分的第3级或第4级界面共生。钙质隔夹层主要岩石类型是含细砾中-粗砂岩,其次是砂质细砾岩、中-细砾岩和中-细砂岩。填隙物中粘土杂基含量极少,钙质胶结物含量常超过10%。胶结物成份主要为含铁方解石,其次为方解石,少量白云石和铁白云石。胶结方式随胶结物含量不同而不同,钙质胶结物含量为10%～15%者,以孔隙式胶结为主,而钙质胶结物含量超过15%时多以基底式或嵌晶式胶结,胶结物多具晶粒结构或放射状结构。此类隔夹层可由两种情况产生,一是在地表大气淡水环境下,因孔隙水的蒸发或CO2脱气而产生沉淀。在潮湿气候区,孔隙水垂直下渗,有利于在下部发生沉淀和胶结;在较干燥气候区,强蒸发作用引起孔隙水上升,在地表形成钙结层·;二是在沉积成岩过程中,随着埋深的增加,温度升高,压力增大,有机质热演化并释放大量的CO2与地层水中Ca2+、Mg2+等结合形成的碳酸盐岩交代成致密碎屑岩。物性隔夹层岩性以油斑细砂、粉砂为主,隔夹层有一定的孔隙度和渗透性,但未达到有效厚度物性的下限。它包括杂基支撑的细砾岩、砂岩和颗粒支撑的砾岩,属于滞留沉积物。如在河床底部,由于水流与河床底部的剪切作用,水动力减弱,粗砾、中砂与细泥物质混杂堆积而形成;又如在入湖口,粗砾与泥粉质快速入湖时,未与水体充分混合,分选极差,从而形成泥质含量高、物性差的滞留沉积物。可见,该隔夹层的形成主要取决于当时沉积环境和沉积作用。夹层厚度与分布隔夹层的分布特征一般用隔夹层频率和隔夹层密度这2个参数来衡量。隔夹层频率是指单位地层厚度上隔夹层的层数(单位:个/m)·;隔夹层密度是指隔夹层厚度占地层厚度的百分比(单位:%),同时,根据钻遇率的大小可反映隔夹层在平面上的分布连续性和稳定性。泥质隔夹层随着距物源区距离和沉积物补给通量的不同,泥质隔夹层的厚度和频数不同。距物源区逾远,夹层的厚度逾大,夹层的频数逾多。泥质隔夹层的分布范围与隔夹层厚度呈正相关关系,隔夹层厚度逾大,分布范围逾大,反之,隔夹层分布范围越小。由半深湖或深湖条件下形成的隔夹层在平面分布稳定连续性好,钻遇率一般大于80%,连续厚度大(平均为15～30m),垂向阻隔效果好。而由高密度浊流末期转化为低密度浊流时形成的隔夹层分布稳定性较差,钻遇率一般为30%～50%;厚度较薄,在1～5m之间。钙质隔夹层钙质夹层在平面上和纵向上分布一般比较零星,横向连续性差,厚度变化较大,但是钙质夹层空间分布明显与沉积微相和断层有关。林承焰等人的研究发现在近源沟道(槽)相砂中和曾经开启的断层附近,原生孔隙比较发育,泥质含量比较低,孔隙水易于流动,当孔隙水中碳酸钙浓度达到饱和时,在适当的pH值和Eh值条件下,碳酸盐矿物发生沉淀形成钙质胶结几率相对较高,因而形成的钙质隔夹层的厚度也较大。该夹层常分布在砂岩层顶、底与泥岩交界处及砂岩层任意处,一般厚度不大,只有0.2～1m,平面上分布零散,呈土豆状,钻遇率小于30%。物性隔夹层杂乱组构,泥质含量高,物性差,微观非均质强,主要分布在主沟道和辫状沟道内底部,其次是沟道边缘。钻遇率一般小于30%,平面上分布呈土豆状、条带状。单层厚度较小,一般在0.5～5m之间。纵向上一般与储层互层分布或夹于厚储层内部。横向上延伸不远,连片性差,不能作为开发层系的隔层。对一个具体的油藏,储层内的隔夹层往往以一种隔夹层为主,其它类型隔夹层为辅,但总的说来,仍以泥质隔夹层更为常见。测井曲线特征根据取心井的岩心、薄片和扫描电镜等资料较容易正确识别上述3类隔夹层。但是,一个油藏的全区块,其取心井资料十分有限,而测井资料却较普遍。因此,根据测井曲线特征识别上述3类隔夹层更具有普遍意义。这3类隔夹层的测井响应特征见表1。泥质隔夹层泥质隔夹层以泥质为主,在测井曲线上主要反映为泥岩特征,具体表现为深侧向电阻率低,一般小于3Ω·m;微电极曲线平稳幅度低;声波时差高值,一般在325μs/m以上;中子伽马平稳低值,常小于0.88API;井径曲线明显扩径。钙质隔夹层钙质隔夹层导电性差,密度大,渗透率低,故在测井曲线上表现为:深侧向电阻率高于或接近油层电阻率;微电极曲线尖峰且幅度差小;声波时差明显低值,一般小于220μs/m;钻时值高且变化小;井径曲线无扩径。物性隔夹层该隔夹层的泥质含量也很高,但含有砂、砾甚至油斑,因此性质复杂。其测井曲线特征为微电极曲线介于泥岩和钙质层之间,有一定的幅度差;深侧向电阻率较低,一般为3.5～13Ω·m;声波时差为中值270μs/m左右,中子伽马中等,范围为0.95～1.08API。图1是该钙质隔夹层和泥质隔夹层在测井组合图中的典型特征,而物性隔夹层基本处于钙质隔夹层与泥质隔夹层之间。将上述隔夹层的各种电测曲线(如自然电位、电阻率、自然伽马、声波时差,感应等)绘制成蜘蛛网图模式(见图2),比较其形状可看出,泥质、钙质和物性隔夹层具有不同的网形模式,这些特征和模式可作为隔夹层的划分依据。非渗透率隔夹层类型的识别陆相储层隔夹层储层非均质的重要内容,它们容易把厚油层分隔成多个连通或不连通的流动单元,从而不同程度上控制着油水运动,在注入水未驱替的含油层形成剩余油富集。油田勘探开发实践表明,在陆相储层中广泛存在着泥质、钙质和物性3类非渗透性隔夹层。这3类隔夹层不仅成因不同,而且其岩性特征、分布特征和测井响应特征均有较大差别。根据岩性和物性特征