韓如冰 田昌炳 周家勝 李順明 何 輝 杜宜靜

(1. 中國石油勘探開發(fā)研究院 北京 100083; 2. 中國石油天然氣勘探開發(fā)公司 北京 100034)

蘇丹Muglad盆地復(fù)雜斷塊油藏低阻油層成因及識別方法*
——以Fula凹陷Jake South油田為例

韓如冰1田昌炳1周家勝2李順明1何 輝1杜宜靜1

(1. 中國石油勘探開發(fā)研究院 北京 100083; 2. 中國石油天然氣勘探開發(fā)公司 北京 100034)

韓如冰,田昌炳,周家勝，等.蘇丹Muglad盆地復(fù)雜斷塊油藏低阻油層成因及識別方法——以Fula凹陷Jake South油田為例[J].中國海上油氣，2017,29(2)：63-69.

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蘇丹Muglad盆地Jake South油田白堊系Bentiu組和Abu Graba組油藏分別為復(fù)雜斷塊背景下的整裝背斜油藏和層狀油藏，均存在大量低阻油層，對油水層識別造成較大困難。首先根據(jù)粒度、儲層物性、儲集空間類型、致密度等分別對Bentiu組和Abu Graba組進行儲層分類，并在每類儲層內(nèi)部定義低阻油層；然后綜合利用巖心、薄片、物性測試、掃描電鏡、X-衍射資料，明確各類儲層內(nèi)部低阻油層成因，并根據(jù)儲層類型和低阻成因分別建立識別方法。結(jié)果表明：低阻成因主要為泥質(zhì)含量高或孔隙結(jié)構(gòu)細造成高束縛水飽和度、存在導(dǎo)電礦物和油氣充注不足造成低含油飽和度，不同類型復(fù)雜斷塊油藏不同儲層類型內(nèi)低阻油層成因不同。Abu Graba組低阻油層識別難度較大，依次采用圖版法、考慮粉砂組分的解釋模型法、綜合法進行識別;而Bentiu組低阻油層識別相對簡單，主要采用綜合法進行識別。綜合各種方法，在研究區(qū)共識別未射孔低阻油層77層275.9 m。

Muglad盆地；Fula凹陷；Jake South油田；白堊系；復(fù)雜斷塊油藏；低阻油層；識別方法

蘇丹Muglad盆地Fula凹陷是中國石油最早的、最成功的海外勘探開發(fā)項目之一。Fula凹陷內(nèi)油藏均被多條斷裂切割，單個斷塊面積小于1 km2，為典型的復(fù)雜斷塊油藏[1-2]，根據(jù)油藏特征可分為復(fù)雜斷塊背景下的整裝背斜油藏(以Bentiu組油藏為主)和復(fù)雜斷塊背景下的層狀油藏(以Abu Graba組油藏為主)。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)Bentiu組和Abu Graba(以下簡稱AG)組存在大量低阻油層，造成油水層識別困難。目前，國內(nèi)外低阻油層研究大多側(cè)重于單個油藏成因分析及單井識別方法，而真正從地質(zhì)條件出發(fā)，綜合利用各項資料對不同類型低阻油層成因和識別方法進行系統(tǒng)研究的報道較少。據(jù)初步測算，F(xiàn)ula凹陷低阻油層控制的探明儲量約占總儲量的9.49%，部分油田達到20%以上，因此對低阻油層成因和識別方法進行系統(tǒng)研究具有重要的理論意義和巨大的經(jīng)濟價值。

1 低阻油層定義

目前一般將低阻油層定義為與臨近水層相比電阻率增大率小于2的油層[3-4]。Fula凹陷Jake South油田地質(zhì)概況參見文獻[5],研究區(qū)內(nèi)Bentiu組和AG組砂巖的儲層性質(zhì)，如巖性、粒度、致密程度、儲層物性等變化較快，不同類型儲層內(nèi)油、水層電阻率差異較大，無法直接進行比較。因此，首先研究儲層地質(zhì)特征，對儲層進行分類(表1)，然后將低阻油層定義為同一油氣系統(tǒng)中電阻率與臨近且儲層類型相同的水層之比小于2的油層。即使油層與水層屬同一油氣系統(tǒng)，若儲層類型不同，也不能直接進行比較[6]。

表1 Fula凹陷Jake South油田儲層分類Table 1 Reservoir classification of Jake South oilfield，F(xiàn)ula sag

2 低阻油層成因

綜合巖心、薄片、物性測試、掃描電鏡、X-衍射資料進行研究,結(jié)果表明區(qū)內(nèi)低阻油層成因主要為泥質(zhì)含量高或孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜造成高束縛水飽和度、存在導(dǎo)電礦物和油氣充注不充分造成低含油飽和度，而黏土礦物附加導(dǎo)電和其他工程因素等影響有限，總體上不同類型復(fù)雜斷塊油藏不同儲層類型內(nèi)低阻油層成因不同。

2.1 泥質(zhì)含量高或孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜造成高束縛水飽和度

掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)泥質(zhì)組分包括黏土礦物和細粒碎屑物質(zhì)等,二者表面吸附了大量束縛水，較高的束縛水飽和度導(dǎo)致油層電阻率顯著降低[7]。

孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜可具體分為沉積成因和成巖成因[8]。沉積成因復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)造成低阻與上述高泥質(zhì)含量造成低阻原理相同。成巖作用常形成方解石、石英、長石等膠結(jié)物和交代物，使孔隙喉道半徑減小、連通性變差，毛管力增加，束縛水飽和度變高(圖1)。部分情況下沉積因素與成巖因素可共同作用。

2.2 存在導(dǎo)電礦物

薄片和掃描電鏡觀察表明，砂巖中局部富集菱鐵礦等導(dǎo)電礦物，主要在成巖過程中形成，以膠結(jié)物形式充填于孔隙空間，導(dǎo)致油層電阻率驟然降低，兩類復(fù)雜斷塊油藏中此成因類型均有發(fā)育。菱鐵礦含量最高可達14.3%(Jake -S -4井，AG1e)，局部形成低阻油層臺階。

2.3 油氣充注不充分造成低含油飽和度

成藏研究表明，區(qū)內(nèi)AG組為自生自儲，本身發(fā)育烴源巖，但受沉積條件控制，烴源巖質(zhì)量差異較大[1,9]。AG組生成的油氣首先在AG組內(nèi)聚集，類似“油氣中轉(zhuǎn)站”[10]；后受構(gòu)造運動影響，部分油氣向上覆地層運移，在AG組內(nèi)形成剩余油氣聚集[11]。受烴源巖質(zhì)量控制，AG組內(nèi)部分“孤立”油層往往在成藏期油氣充注不足，油柱高度低，含油飽和度低，形成低阻油層。

注：(a)Jake -S-4井,2 467.2 m,AG1e,局部發(fā)育的方解石膠結(jié)(左上角極為嚴重)、石英次生加大導(dǎo)致孔隙結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜；(b)Jake -S-4井,2 464.6 m,AG1e,儲層局部被泥質(zhì)雜基、方解石膠結(jié)物等充填，甚至導(dǎo)致孔隙完全消失。

圖1 Fula凹陷Jake South油田成巖作用造成的復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)

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

Bentiu組的油氣主要來自下伏的AG組，整體充注相對充分，不發(fā)育此種成因低阻油層。

2.4 兩類復(fù)雜斷塊油藏不同儲層類型低阻油層成因

研究發(fā)現(xiàn)不同復(fù)雜斷塊類型油藏所屬不同儲層類型內(nèi)低阻油層成因不同，一般只有1～2種因素起主要作用。

Bentiu組Ⅰ類儲層物性較好，砂體束縛水飽和度低，低阻原因主要為存在導(dǎo)電礦物；Bentiu組Ⅱ類儲層物性變差，低阻原因主要為泥質(zhì)含量高、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜造成的高束縛水飽和度，導(dǎo)電礦物也是一個影響因素。

AG組Ⅰ—Ⅲ類儲層物性整體較Bentiu組顯著降低，低阻原因主要為泥質(zhì)含量高、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜造成的高束縛水飽和度，存在導(dǎo)電礦物也是一個影響因素。由Ⅰ類到Ⅲ類儲層，隨著儲層性質(zhì)轉(zhuǎn)差，低阻成因由導(dǎo)電礦物為主變?yōu)楦呤`水飽和度為主。對于AG組孤立含油砂體而言，受成藏因素控制，油氣充注不充分，含油飽和度低是低電阻率主要原因，各儲層類型內(nèi)均存在。

3 低阻油層綜合識別方法

根據(jù)不同類型復(fù)雜斷塊油藏的地質(zhì)特征及低阻成因，分別建立識別方法。AG組油層為復(fù)雜斷塊背景下的層狀油藏，識別難度大，研究中依次采用圖版法、考慮粉砂組分的解釋模型法、綜合法進行識別。Bentiu組油層為復(fù)雜斷塊背景下的整裝背斜油藏，具有統(tǒng)一油水界面，油水分布相對簡單，采用綜合法進行研究。利用上述方法，共識別出未射孔低阻油層77層275.9 m。

3.1 圖版法

對研究區(qū)巖心、巖屑、試油資料、生產(chǎn)動態(tài)資料進行分析，明確已證實AG組油水層共46層，繪制儲層中子密度參數(shù)CDI-Rt圖版識別油水層。

中子孔隙度測井主要通過點狀同位素中子源照射地層，用中子探測器測量熱中子或超熱中子計數(shù)率，并將結(jié)果換算成視石灰?guī)r孔隙度，地層對快中子的減速能力用含氫指數(shù)衡量。對于成分以CnHnr為主的石油來說[12]，原油的含氫指數(shù)為

(1)

將AG組原油平均密度代入式(1)，得原油平均含氫指數(shù)為1.03，因此油層含氫指數(shù)較水層高約3%，造成油層中子孔隙度略大于水層。

對研究區(qū)試油獲取的油水層樣本進行分析發(fā)現(xiàn)， AG組原油為稀油，密度平均為0.82 g/cm3，而地層水中常含有礦物質(zhì)，平均密度大于1.05 g/cm3。由于密度測井測量巖石體密度，在整體骨架巖性變化不大的情況下，油層和水層密度存在差異，密度曲線數(shù)值可以反映流體性質(zhì)。

定義儲層中子密度參數(shù)CDI，可以將油層、水層的密度和中子孔隙度差異最大化，從而將油層、水層分開。

(2)

式(2)中CNL*、DEN*采用的歸一化方法為

(3)

油層CDI值一般大于水層。利用研究區(qū)已證實油水層樣本，繪制CDI-Rt交會圖(圖2),可以看出，油水層區(qū)分較好。應(yīng)用結(jié)果表明圖版法對各種成因的低阻油層均具有一定識別效果，該方法識別出的低阻油氣層約占總數(shù)的70%，但在電阻率增大率≤1、中子和密度測井曲線質(zhì)量較差或受到儲層填隙物影響的情況下識別困難。

圖2 Fula凹陷AG組CDI-Rt圖版Fig .2 Cross plot of CDI-Rt of AG Formation in Fula sag

3.2 考慮粉砂質(zhì)組分的解釋模型法

由于粉砂質(zhì)組分粒度細、孔喉半徑小、束縛水飽和度高，對油層電阻率影響較大，而目前常規(guī)公式對此考慮較少。這一問題逐漸引起國外學者重視，并對常用泥質(zhì)砂巖解釋模型進行了改進[13]。

一般認為，阿爾奇公式可用電導(dǎo)率形式表達如下：

(4)

西門杜公式也可用電導(dǎo)率形式表達如下：

(5)

式(5)中“sh(shale)”并不是狹義的泥質(zhì)，而是指一切細粒的沉積物，包括黏土礦物和粉砂粒級的其他礦物，如石英等，粒度范圍在0.001～0.050 mm[13]。據(jù)此將式(5)中“sh”改為“cl(clay，黏土)”，并加入粉砂粒級組分，得下式：

(6)

以研究區(qū)AG組Ⅰ類儲層為例，n=1.94，近似為2，將式(6)改為

(7)

將式(7)看做Sw的一元二次方程，利用求根公式可得Sw。

求解過程中Vcl利用GR曲線求取，Ccl采用與儲層相鄰的穩(wěn)定泥巖段數(shù)值，而利用式(7)求取含水飽和度的關(guān)鍵問題是粉砂質(zhì)含量和粉砂質(zhì)組分電導(dǎo)率的求取。

研究表明粉砂質(zhì)組分含量與有效孔隙度之間存在線性關(guān)系[13]。利用三孔隙度曲線求取有效孔隙度，與粒度分析獲取的粉砂質(zhì)組分含量進行回歸分析，得到其線性關(guān)系(圖3)。對于粉砂質(zhì)組分地層水電導(dǎo)率Csilt，研究中根據(jù)計算的粉砂含量曲線，選擇粉砂含量較高處儲層的電導(dǎo)率。

圖3 Fula凹陷AG組Vsilt-φe關(guān)系Fig .3 Relationship between Vsilt-φe of AG Formation in Fula sag

采用新的泥質(zhì)砂巖解釋模型對AG組油層進行研究并求取Sw，結(jié)果與常規(guī)解釋模型相比平均降低6.2個百分點。由于研究區(qū)整體束縛水飽和度較高，通過綜合研究將區(qū)內(nèi)油層Sw上限定為55%，根據(jù)求得的Sw進行低阻油層識別。圖4中的91～92號層，前人利用印度尼西亞公式求得平均Sw為65.3%，解釋為水層;利用新模型重新解釋，求得平均Sw為52.5%，解釋為油層。對91～92號層進行試油，日產(chǎn)油106 t，不含水，取得良好效果。該方法識別出的低阻油氣層約占總數(shù)的25%，但在電阻率增大率≤1的情況下識別困難。

3.3 綜合法

綜合法主要包括自然電位幅度法、海拔高程判別法及生產(chǎn)動態(tài)資料法等。

3.3.1 自然電位幅度法

首先與水層相比，油層的電阻率較高，SP幅度常常更低。其次，低阻油層常伴隨較高的泥質(zhì)含量和束縛水飽和度，束縛水礦化度相比普通地層水較高，可造成自然電位幅度差進一步降低[3-4,8]。另外，相同條件下鹽水泥漿環(huán)境中油層正幅度差降低現(xiàn)象較水層更為顯著，且含油飽和度越高，正幅度差降低效果越明顯[4]。在三者共同作用下，區(qū)內(nèi)低阻油層的自然電位幅度差較水層明顯降低。

圖4 Fula凹陷Jake-S-2井測井解釋柱狀圖Fig .4 Histogram of logging interpretation of Well Jake-S-2 in Fula sag

在識別中，一方面根據(jù)油層、水層自然電位幅度差數(shù)值差異識別低阻油層，結(jié)果表明Jake South油田油層自然電位幅度平均為水層的0.71倍；另一方面根據(jù)已知低阻油層的自然電位幅度差與臨近其他儲層自然電位幅度差之間的數(shù)值關(guān)系對低阻油層進行識別。如圖4所示，97號層與98號層分屬不同期次的河道砂體，98號層為常規(guī)油層，但97號層電阻率呈斷崖式降低，判斷兩層之間夾層分布范圍有限，兩層連通，97號層為油層。經(jīng)試油，97號層日產(chǎn)油99 t，日產(chǎn)氣11 134 m3，不含水。97號層自然電位幅度差為45 mV左右，其上各層自然電位幅度差均在22.5～35 mV之間，小于97號層，判斷97號層之上各層均為油層。將判別結(jié)果與新解釋模式研究結(jié)果結(jié)合，并對91～92號層進行試油，獲得良好油氣顯示。

3.3.2 海拔高程判別法

該方法主要根據(jù)待判定油層和油水界面的海拔高度進行判斷。Bentiu組油藏為被斷層切割的塊狀底水油藏，直接根據(jù)可疑層海拔高度和油水界面位置進行判斷。AG組油藏發(fā)育于砂泥巖互層儲層中，應(yīng)先對砂體所屬油藏進行研究，后以單個“藏”為單位，根據(jù)可疑層海拔高度和油水界面判斷含油性。

如圖5所示，單從測井曲線特征判斷Jake-S-29井E14小層2613～2624m砂體中部隨儲層性質(zhì)變好，地層深電阻率反而降低，結(jié)合其他方法均不能判定為低阻油層，需要綜合各項油藏地質(zhì)資料進行分析。

圖5 Jake South油田某井區(qū)海拔高程判別法識別低阻油層Fig .5 Low resistivity pays identification with altitude method in a well area in Jake South oilfield

圖5a顯示該斷塊油水界面為2 115 m，經(jīng)井斜校正后發(fā)現(xiàn)該可疑層底面深度為2 101 m，整個油層均在油水界面之上，從圖上也可看出其在含油面積之內(nèi)，因此判斷其為油層。對與Jake-S-29井砂體連通且相鄰的Jake-S-30井的生產(chǎn)動態(tài)進行分析，發(fā)現(xiàn)該井射開該層后初期日產(chǎn)油110.6 t，不含水，目前累產(chǎn)油1.5×104t。Jake-S-29井該層電阻率曲線特征與Jake-S-30井相似(圖5b)，且構(gòu)造位置稍高，判斷其為油層。綜合上述分析，判斷該可疑層為低阻油層。

3.3.3 生產(chǎn)動態(tài)法

深入分析生產(chǎn)動態(tài)資料，明確已知砂體含油性，對相關(guān)砂體含油性進行研究。主要思路有2種：根據(jù)有一定分布范圍的連通儲層在某一位置射孔后生產(chǎn)狀況判斷含油性;根據(jù)單井某一層位射開后生產(chǎn)動態(tài)對同井其他層位進行判斷。如圖6所示，Jake-S-14井單采Bentiu組油層，在解釋結(jié)論中15～19號層補孔之后，該井出現(xiàn)了10天無水采油期，首月平均含水30%，且19號層下部無隔層遮擋，證明19號層與底水距離較遠，結(jié)合儲層性質(zhì)，判斷20、21、24～26號層為低阻油層，并非水層。

總體上綜合法識別出的低阻油氣層約占總數(shù)的25%，優(yōu)點在于對電阻率增大率小的油層識別效果較好，缺點在于識別工作量較大，部分資料難以獲取。

圖6 Jake-S-14井低阻油層測井解釋和生產(chǎn)曲線Fig .6 Well log interpretation histogram of low resistivity pays and production curves in Well Jake-S-14

4 結(jié)論

1) Fula凹陷Jake South油田低阻油層主要成因包括泥質(zhì)含量高或孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜造成高束縛水飽和度、存在導(dǎo)電礦物和油氣充注不充分造成低含油飽和度。不同復(fù)雜斷塊類型油藏各儲層類型內(nèi)低阻油層成因不同。

2) AG組油藏為復(fù)雜斷塊背景下的層狀油藏，低阻油層識別難度較大，依次采用圖版法、考慮粉砂組分的解釋模型法和綜合法進行識別。

3) Bentiu組油藏為復(fù)雜斷塊背景下的整裝背斜油藏，低阻油層識別方法相對簡單，主要采用綜合法進行識別，具體包括自然電位幅度法、海拔高程判別法及生產(chǎn)動態(tài)資料法等。

符號注釋

CDI—中子密度參數(shù)；

Rt—電阻率，Ω·m;

Ho—含氫指數(shù)；

ρo—原油密度，g/cm3；

CNL*、DEN*—中子孔隙度、密度均一化后數(shù)值；

A—需要進行歸一化的參數(shù);

Amax—該參數(shù)的最大值;

Amin—該參數(shù)的最小值；

B—該參數(shù)歸一化后數(shù)值;

Ct—地層電導(dǎo)率；

φt—總孔隙度；

Sw—含水飽和度;

Cw—地層水電導(dǎo)率；

φe—有效孔隙度；

m—膠結(jié)指數(shù)；

n—飽和度指數(shù)；

Vsh—泥質(zhì)含量；

Csh—泥質(zhì)電導(dǎo)率；

Vsilt—粉砂質(zhì)組分含量;

Csilt—粉砂質(zhì)組分電導(dǎo)率。

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[13] MASHABA V,ALTERMANN W.Calculation of water saturation in low resistivity gas reservoirs and pay-zones of the Cretaceous Grudja Formation,onshore Mozambique basin[J].Marine and Petroleum Geology,2015,67:249-261. 收稿日期：2016-06-01 改回日期：2016-09-12

(編輯：張喜林)

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

韓如冰，男，博士研究生，主要從事油田開發(fā)地質(zhì)研究工作。地址：北京市海淀區(qū)學院路 20 號石油勘探開發(fā)研究院油氣田開發(fā)研究所(郵編：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”國家科技重大專項“復(fù)雜油氣藏精細表征與剩余油分布預(yù)測(編號：2011ZX05009-003)”部分研究成果。