鞏 強(qiáng)，李勝利，劉 圣，王 玨，黃曉娣

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京 100083；2.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083；3.中國(guó)石油大港油田分公司，河北 黃驊 061103)

0 引 言

油田開(kāi)發(fā)進(jìn)入高含水時(shí)期后，砂體內(nèi)部夾層的識(shí)別及展布規(guī)律研究對(duì)剩余油的開(kāi)采調(diào)整作用明顯。儲(chǔ)層內(nèi)部的夾層是阻止或控制流體運(yùn)移的非儲(chǔ)集層，會(huì)嚴(yán)重導(dǎo)致砂體的不均衡性，成為儲(chǔ)層流動(dòng)單元的天然屏障。前人對(duì)三角洲、河流內(nèi)部夾層分布特征的研究較多[1-4]，但對(duì)遠(yuǎn)源水下扇內(nèi)部夾層的成因、識(shí)別及展布規(guī)律研究較少[5]。隨著開(kāi)發(fā)不斷深入，夾層對(duì)水淹程度及剩余油分布的影響日益顯著，夾層的精細(xì)描述與分布預(yù)測(cè)對(duì)剩余油的挖掘意義重大[6-8]。南大港歧五斷塊開(kāi)發(fā)有40 a的歷史，現(xiàn)已進(jìn)入高含水開(kāi)發(fā)后期，綜合含水率達(dá)90%以上。受到夾層發(fā)育的影響，儲(chǔ)層的非均質(zhì)性較強(qiáng)，注水井吸水能力低、注水效果差[6]。如何確定夾層的展布規(guī)律，評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的非均質(zhì)性，探究剩余油的分布是該區(qū)塊開(kāi)發(fā)的難題之一[7]。因此，通過(guò)對(duì)夾層的成因、識(shí)別、分布特征、展布規(guī)律的系統(tǒng)分析，為儲(chǔ)層非均質(zhì)性研究與剩余油精細(xì)地質(zhì)模型的建立提供有利證據(jù)。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于渤海灣盆地黃驊坳陷歧口凹陷南大港構(gòu)造帶內(nèi)部[9]，南與羊三木、扣村潛山構(gòu)造帶相望，東南接歧南次凹，西鄰孔店潛山構(gòu)造帶，北靠歧北斜坡和歧北(圖1)。研究區(qū)北部發(fā)育南大港正斷層，走向?yàn)槟衔鳌睎|向。歧五斷塊主要位于南大港構(gòu)造帶的下降盤(pán)，內(nèi)部發(fā)育較多的小斷層。研究區(qū)Es3Ⅱ巖性以長(zhǎng)石巖屑砂巖為主，砂巖的粒度較細(xì)，顆粒的分選性為中—好，膠結(jié)方式多以接觸式、壓嵌式為主，孔隙度為0.0～21.1%，滲透率為0.09～278.90 mD，平均為45.00 mD。儲(chǔ)層物性一般，總體為低孔低滲儲(chǔ)層。

水下扇是指發(fā)育于斷陷陡坡帶斷層下降盤(pán)且鄰近物源的深湖中，沉積物快速堆積形成的近岸水下扇，或者是沉積物經(jīng)二次搬運(yùn)所形成的湖底扇、滑塌扇的總稱(chēng)[10]。按照其供源方式，可分為遠(yuǎn)源水下扇和近源水下扇。沙河街組沙三段期間，南大港斷層正處于活動(dòng)期，上升盤(pán)的沉積物通過(guò)斷層搬運(yùn)至南大港斷層下降盤(pán)的歧五斷塊，經(jīng)過(guò)上升盤(pán)的物源補(bǔ)給，歧五斷塊發(fā)育遠(yuǎn)源水下扇。湖盆處于水退期，湖盆萎縮，歧五斷塊有充足的物源補(bǔ)給，水下扇持續(xù)發(fā)育，形成了較大規(guī)模的扇體。隨著沉積體的推進(jìn)，沉積微相發(fā)育種類(lèi)豐富[11](圖1)：內(nèi)扇主要發(fā)育主水道；中扇至外扇處主要發(fā)育分支水道；扇體外緣水動(dòng)力減弱，發(fā)育水道朵葉、水下決口扇、天然堤和漫溢砂等微相。由于水下扇發(fā)育過(guò)程中發(fā)生多期次的水下河道侵蝕，使得夾層在平面上有較大的差異性，分布極不均勻。

圖1 歧五斷塊區(qū)域概況

2 遠(yuǎn)源水下扇夾層的成因與識(shí)別特征

2.1 遠(yuǎn)源水下扇夾層的成因

形成夾層最主要因素是沉積作用及沉積環(huán)境，不同的沉積作用及沉積環(huán)境決定夾層的不同特征[1]。水下扇的沉積過(guò)程及形成時(shí)的湖泊環(huán)境與夾層的成因有密切的關(guān)系[12-13]。在不對(duì)稱(chēng)的斷陷湖泊中，深湖或半深湖環(huán)境下，大斷層下降盤(pán)下部湖泊陡坡的一側(cè)發(fā)育重力流水下扇沉積。在水下扇發(fā)育的過(guò)程中，由于水流作用，切谷發(fā)育在湖濱較大角度的斜坡帶上，洪水帶來(lái)的粗質(zhì)泥砂通過(guò)切谷，形成了濁流的供給通道，直至深洼中堆積形成水道和沖擊沉積體的復(fù)合體。水下扇的中扇水道區(qū)發(fā)育典型的泥礫、砂礫巖，呈現(xiàn)出高密度濁流的產(chǎn)物；外扇區(qū)發(fā)育泥質(zhì)砂巖與泥巖互層，表現(xiàn)為低密度濁流的特征。在高密度濁流轉(zhuǎn)化為低密度濁流的轉(zhuǎn)換區(qū)[14-15](水下扇的中扇與外扇相間處)，水動(dòng)力減弱，細(xì)粒物質(zhì)堆積，成為水下扇夾層的有利發(fā)育區(qū)。

2.2 遠(yuǎn)源水下扇夾層的識(shí)別特征

根據(jù)夾層的研究和構(gòu)型單元?jiǎng)澐謽?biāo)準(zhǔn)，分析研究區(qū)50余口井的測(cè)井地質(zhì)資料，對(duì)研究層段進(jìn)行劃分，將Es3Ⅱ劃分為2個(gè)砂層組、4期單砂層、4個(gè)隔層及若干夾層。研究區(qū)主要發(fā)育Es3Ⅱ1-1、Es3Ⅱ1-2、Es3Ⅱ2-1、Es3Ⅱ2-24期單砂層，隔層發(fā)育于砂層相間的位置，依據(jù)夾層的巖性、測(cè)井物性解釋?zhuān)瑢A層分為泥質(zhì)夾層、物性?shī)A層2類(lèi)。泥質(zhì)夾層的巖性主要為泥巖、泥質(zhì)粉砂巖及粉砂質(zhì)泥巖等，孔隙度、滲透率較低。砂巖中夾泥質(zhì)條帶時(shí)，會(huì)表現(xiàn)出與砂巖不同的巖電響應(yīng)特征(圖2)。

由圖2可知，泥質(zhì)夾層的主要響應(yīng)特征為：自然伽馬值明顯加大，呈指狀或者舌狀凸起，回返幅度為2/3；自然電位回返，靠近基線；電阻率明顯降低；聲波時(shí)差顯著加大，中值為270 μs/m；井徑擴(kuò)張明顯；孔隙度小于3.0%，滲透率小于1.0 mD。泥質(zhì)夾層的形成主要與水動(dòng)力有關(guān)，當(dāng)水動(dòng)力減弱時(shí)，細(xì)粒的懸浮顆粒沉積會(huì)形成泥質(zhì)夾層。

圖2 夾層識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)

物性?shī)A層的巖性主要是以油浸細(xì)砂巖、粉砂巖為主，泥質(zhì)含量較高，呈條帶狀，具有一定的孔滲特征，但未達(dá)到有效儲(chǔ)層的物性下限，物性較差。物性?shī)A層在測(cè)井曲線上的特征主要為：自然伽馬值有增大趨勢(shì)，回返幅度為1/3～2/3；自然電位值有增大趨勢(shì)，但數(shù)值相較于泥質(zhì)夾層低一些；電阻率降低；聲波時(shí)差具有增大的趨勢(shì)，中值為230 μs/m；井徑擴(kuò)張(圖2)；孔隙度小于10.0%，滲透率小于2.0 mD。為水下河道間弱水動(dòng)力環(huán)境的產(chǎn)物。

3 遠(yuǎn)源水下扇夾層的展布規(guī)律

3.1 夾層的垂向展布規(guī)律

為了定量描述夾層在層內(nèi)的分布特征，采用夾層的分布頻率和分布密度2個(gè)參數(shù)來(lái)對(duì)其描述：夾層的分布頻率指每米有效儲(chǔ)層內(nèi)夾層的分布個(gè)數(shù)；夾層的分布密度指每米有效儲(chǔ)層內(nèi)夾層的分布密度。分布頻率和分布的密度值越大，儲(chǔ)層的質(zhì)量越差(表1)。

表1 歧Ⅱ斷塊Es3Ⅱ夾層統(tǒng)計(jì)

由表1可知，研究區(qū)每期單砂層內(nèi)均有泥質(zhì)夾層和物性?shī)A層發(fā)育，Es3Ⅱ的分布頻率為0.11層/m，分布密度為0.15 m/m。4期小層層內(nèi)夾層發(fā)育較為均勻，Es3Ⅱ1-2的夾層發(fā)育頻率與其他小層相比較高，Es3Ⅱ2-2的夾層分布密度略大于其他小層。

如果2口井相距較近(一般井距小于150 m)并屬于同一夾層，可以利用對(duì)子井法計(jì)算夾層的傾角，以確定砂體內(nèi)部夾層的展布規(guī)律(圖3)。對(duì)子井計(jì)算傾角公式為：

θ=arctan(Δh/L)

(1)

式中：θ為夾層傾角，°；Δh為2口井夾層的相對(duì)高程差，m；L為井距，m。

圖3 對(duì)子井法計(jì)算夾層傾角

由圖3可知：q15-5井在2 500.0～2 502.5 m處發(fā)育夾層，夾層厚度約為0.2 m；q15-8井在2 022.5～2 025.0 m處發(fā)育夾層，夾層厚度約為0.3 m。2口井的井距為146.7 m，夾層的相對(duì)高程差為5.324 m，經(jīng)過(guò)計(jì)算得到夾層傾角為2.078 °。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)2口井相距較近時(shí)，夾層的傾角可直接計(jì)算得出；當(dāng)2口井相距較遠(yuǎn)時(shí)，無(wú)法進(jìn)行對(duì)子井計(jì)算，夾層傾角可用對(duì)子井計(jì)算的傾角趨勢(shì)及地層傾向進(jìn)行估算。此外，研究區(qū)砂體內(nèi)部夾層順物源方向與垂直于物源方向的形態(tài)各不相同。沿順物源方向，選取了q15-8—q15-3—q637—q671連井剖面(圖4a)，受水下扇發(fā)育地層傾向的影響，砂體內(nèi)部夾層的傾角一般約為順物源方向向下為1.0～3.5 °，呈“低角度順流加積式”展布，受部分?jǐn)鄬雍蜆?gòu)造的影響，夾層也可能反向；垂直物源方向選取q637-2—q123-3—q123—q123-4連井剖面(圖4b)，由于河道的沖刷，夾層多呈向下的“U”型展布，若夾層發(fā)育于天然堤或壩上，夾層還會(huì)呈向上的上拱式展布。

圖4 夾層順物源與垂直物源方向發(fā)育連井剖面

3.2 夾層的平面展布規(guī)律

研究區(qū)Es3Ⅱ4個(gè)單砂層均有夾層發(fā)育，每層發(fā)育情況各不相同(圖5)。Es3Ⅱ1-1層內(nèi)夾層累計(jì)厚度為0.0～4.9 m，平均為2.3 m，主要發(fā)育區(qū)集中在研究區(qū)的水下分支水道間及分支水道末端；Es3Ⅱ1-2層內(nèi)夾層累計(jì)厚度為0.0～5.4 m，平均為2.2 m，主要發(fā)育區(qū)集中在研究區(qū)的水下主水道間及分支水道間，水下天然堤及決口扇處也有發(fā)育；Es3Ⅱ2-1層內(nèi)夾層累計(jì)厚度為0.0～2.9 m，平均為1.8 m，主要發(fā)育區(qū)集中在研究區(qū)水下主水道末端及分支水道分叉處；Es3Ⅱ2-2層內(nèi)夾層累計(jì)厚度為0.0～5.5 m，平均為2.4 m，主要發(fā)育區(qū)集中在研究區(qū)的水下分支水道間及分支水道末端，漫溢砂、水下決口扇處也較為發(fā)育。綜上所述，Es3Ⅱ2-1層內(nèi)夾層發(fā)育略低于其他小層，而其他3個(gè)小層內(nèi)的夾層累計(jì)厚度差異不大，發(fā)育也較為穩(wěn)定。

圖5 Es3Ⅱ各砂層夾層累計(jì)厚度

綜合4期夾層累計(jì)厚度可知(圖5)，夾層在水下扇的內(nèi)扇、中扇、外扇均有發(fā)育。水下扇內(nèi)扇、中扇(q15-5、q670、q15-10井區(qū)附近)夾層與沉積物的快速堆積具有一定關(guān)系，在充足的物源供給和較強(qiáng)的水動(dòng)力條件下，內(nèi)扇、中扇部位發(fā)育有較大規(guī)模的水下主水道和分支水道，水道間的水動(dòng)力減弱，水中的泥粉物質(zhì)沉積下來(lái)，形成傾角相對(duì)較大的夾層。

由于后期的水道侵蝕切割會(huì)對(duì)夾層造成破壞，所以?xún)?nèi)扇和中扇的物源補(bǔ)給雖然較為充分，卻往往難以形成較厚的夾層。水下扇的中扇與外扇相間處(q668-2、q668-5、q123-1、q637-2井區(qū)附近)，夾層的形成與濁流轉(zhuǎn)化有密切關(guān)系，泥質(zhì)的沉積物慢慢趨于穩(wěn)定、堆積沉降，夾層成片存在，厚度較厚。因此，水下扇中扇的水下分支水道末端與水道間，是夾層發(fā)育較厚的區(qū)域，另外夾層沿水道發(fā)育的特征較為明顯，研究區(qū)西北至東南方向，水下扇的內(nèi)扇至外扇，夾層厚度呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。

3.3 夾層的展布規(guī)律對(duì)剩余油分布的影響

層內(nèi)夾層的傾向和分布均會(huì)影響砂體內(nèi)部流體的運(yùn)移方向和速率，對(duì)研究區(qū)內(nèi)整個(gè)滲流場(chǎng)產(chǎn)生影響。一些發(fā)育較好、連續(xù)的夾層，會(huì)將單個(gè)砂體內(nèi)部分為幾個(gè)流動(dòng)單元，從而使得砂體內(nèi)部的流動(dòng)關(guān)系大不相同，進(jìn)而影響油水變化。夾層對(duì)剩余油具有明顯的遮擋作用，使其在夾層的頂部、底部隱蔽遮擋的地方富集。夾層的分布密度、分布頻率越大，剩余油的挖掘潛力就越高，為油田后期開(kāi)發(fā)的主要研究區(qū)域。

研究區(qū)中南部水下扇的分支水道末端及分支水道間，受水動(dòng)力的影響，多形成順物源方向傾角為1.0～3.5 °的層內(nèi)夾層。此區(qū)域夾層的發(fā)育程度高，在油層內(nèi)部形成順物源方向傾斜的天然屏障，改變油層內(nèi)部的油水關(guān)系，對(duì)剩余油起到封堵作用。在油田實(shí)注水生產(chǎn)中，沿夾層的傾向注水時(shí)，采收率及波及系數(shù)更??；垂直于夾層的傾向注水時(shí)，采收率和波及系數(shù)則更大。因此，沿夾層傾向易形成條帶狀的剩余油富集區(qū)[20]。另外，注水井注入的水總是呈現(xiàn)出優(yōu)先沿水道中心砂體快速推進(jìn)的規(guī)律，說(shuō)明遠(yuǎn)離分支水道中心的區(qū)域剩余油相對(duì)富集。研究區(qū)中南部水下扇的分支水道末端及分支水道間，沉積環(huán)境變化較大，距離水道中心較遠(yuǎn)，夾層的分布密度大、分布頻率高、累計(jì)厚度厚，對(duì)剩余油的遮蔽較好。同時(shí)，此區(qū)域整體開(kāi)發(fā)程度略低，是未來(lái)剩余油挖掘的主要潛力區(qū)。

4 結(jié) 論

(1)遠(yuǎn)源水下扇內(nèi)部夾層的形成與水下扇沉積作用及沉積環(huán)境密切相關(guān)。在深湖、半深湖靜水沉積環(huán)境下，高密度濁流轉(zhuǎn)換為低密度濁流是水下扇內(nèi)部夾層形成的主要原因。

(2)不同類(lèi)型夾層的電性響應(yīng)特性差異明顯。綜合自然伽馬、自然電位、聲波時(shí)差、電阻率、井徑等測(cè)井解釋信息，建立了夾層的識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)，將遠(yuǎn)源水下扇內(nèi)部夾層分為泥質(zhì)夾層與物性?shī)A層。

(3)順物源和垂直物源方向上夾層展布規(guī)律存在差異。順物源方向夾層發(fā)育呈現(xiàn)低角度順流加積式展布，發(fā)育角度為1.0～3.5 °；垂直物源方向夾層發(fā)育模式呈現(xiàn)“U”型或上拱式展布。

(4)夾層厚度特征自?xún)?nèi)扇至外扇具有增大的趨勢(shì)。夾層主要集中分布在分支水道末端與水道間，對(duì)剩余油的遮擋性好，是未來(lái)剩余油挖掘的主要潛力區(qū)。