陳明江,劉俊海,程亮
(中國(guó)石油川慶鉆探工程有限公司地質(zhì)勘探開(kāi)發(fā)研究院,四川成都610051)
儲(chǔ)層油水層判別和油水界面的精細(xì)刻畫(huà)是儲(chǔ)量計(jì)算和開(kāi)發(fā)方案的基礎(chǔ),關(guān)系到開(kāi)發(fā)井網(wǎng)部署策略的制定和優(yōu)化,具有十分重要的研究意義。油水層識(shí)別的方法較多,主要采用各種測(cè)井參數(shù)或巖石力學(xué)參數(shù)的交會(huì)圖版法、曲線(xiàn)重疊法和數(shù)理統(tǒng)計(jì)法等[1-7]。對(duì)于孔隙型儲(chǔ)層,電阻率是判別油水層最可靠和最有效的參數(shù),但其受微觀孔隙結(jié)構(gòu)的影響較大[8],且微觀孔隙結(jié)構(gòu)又導(dǎo)致油水界面的差異[9]。因此,油水層判別和油水界面的確定必須以孔隙結(jié)構(gòu)研究為基礎(chǔ)。
伊拉克A油田K油藏自2011年開(kāi)始采用水平井排狀注采井網(wǎng)實(shí)施開(kāi)發(fā)。長(zhǎng)期以來(lái),油藏的油水層測(cè)井判別都采用的統(tǒng)一電阻率下限標(biāo)準(zhǔn),且儲(chǔ)量計(jì)算和開(kāi)發(fā)井網(wǎng)部署中都采用統(tǒng)一水平的油水界面,即純油底界和純水頂界分別為-2 630 m和-2 650 m。然而,統(tǒng)一的油水判別標(biāo)準(zhǔn)和油水界面常常導(dǎo)致測(cè)井解釋與實(shí)際生產(chǎn)不符:①部分水平井在距純油底界10 m以上(-2 620 m)投產(chǎn)即產(chǎn)水,且含水率持續(xù)升高;②部分水平井在純油底界(-2 630 m)附近長(zhǎng)時(shí)間生產(chǎn)幾乎不含水;③構(gòu)造北翼低部位的X128井在純水頂界(-2 650 m)以下的巖心顯示較好的含油性。為了剖析上述現(xiàn)象的原因,準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)油藏的油水界面分布規(guī)律,有效指導(dǎo)油藏開(kāi)發(fā)措施調(diào)整,通過(guò)綜合利用測(cè)井、巖心分析、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)、構(gòu)造演化及油氣成藏史,開(kāi)展K油藏油水層判別標(biāo)準(zhǔn)和油水界面的精細(xì)刻畫(huà),以期為油藏穩(wěn)油控水措施的制定提供依據(jù),也為進(jìn)一步優(yōu)化開(kāi)發(fā)方案及井軌跡調(diào)整奠定基礎(chǔ)。
A油田位于伊拉克中南部的Nomina鎮(zhèn)與Kut鎮(zhèn)之間,距首都巴格達(dá)東南約180 km[10]。油田構(gòu)造上位于阿拉伯板塊東北緣波斯灣盆地北部的不穩(wěn)定大陸架區(qū)域,呈NW—SE走向,長(zhǎng)約29 km,寬約8 km,發(fā)育3個(gè)構(gòu)造高點(diǎn),自東向西分別為1區(qū)、2區(qū)和4區(qū);地層平緩,傾角小于2°,為低幅度構(gòu)造,兩翼不對(duì)稱(chēng),北翼地層傾角較南翼陡(圖1)。
圖1 伊拉克A油田地理位置及K油藏頂面構(gòu)造特征Fig.1 Field location and top surface structural features of K oil reservoir of Oilfield-A in Iraq
K油藏是A油田含油面積和儲(chǔ)量最大的層狀碳酸鹽巖油藏,自上而下劃分為Kh1—Kh4段,其中Kh2段為主要油氣富集層和開(kāi)發(fā)目的層。Kh2段屬于緩坡沉積相,根據(jù)沉積旋回和測(cè)井響應(yīng)特征將其自上而下細(xì)分為Kh2-1-1,Kh2-1-2U,Kh2-1-2L,Kh2-2,Kh2-3,Kh2-4,Kh2-5等7個(gè)小層(圖2),層間無(wú)物性或巖性隔夾層。在油田范圍內(nèi),沉積微相橫向變化極小,但縱向變化較大。從Kh2-5向上至Kh2-1-1沉積微相由外緩坡過(guò)渡為砂屑灘,水體能量逐漸增強(qiáng),各小層沉積物顆粒類(lèi)型、灰泥含量差異較大,最終導(dǎo)致儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)在縱向上極強(qiáng)的非均質(zhì)性。
鑄體薄片鑒定表明,Kh2段顆粒類(lèi)型豐富,包括砂屑、綠藻、浮游有孔蟲(chóng)及其他生屑;各種顆粒類(lèi)型相對(duì)含量的變化形成了多種不同孔隙類(lèi)型的組合在縱向上的變化,從而形成不同的孔隙結(jié)構(gòu)特征[11-12](圖2)。從圖中可以看出,孔隙結(jié)構(gòu)特征從下向上整體呈漸變趨勢(shì),藻??准傲ig孔含量向上逐漸增多,毛管壓力曲線(xiàn)排驅(qū)壓力向上逐漸降低,有效喉道半徑向上逐漸增大。通過(guò)對(duì)7口取心井的159個(gè)壓汞樣品、1 573個(gè)常規(guī)物性分析樣品及242張鑄體薄片鑒定結(jié)果進(jìn)行分析,得到表1所示各小層巖相、物性及孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表。由表1可知,Kh2-5為浮游有孔蟲(chóng)粒泥灰?guī)r,以微孔為主,孔隙度高達(dá)23.1%,但有效喉道半徑僅0.25 μm,滲透率低至1.1×10-3μm2;Kh2-4孔隙結(jié)構(gòu)呈漸變特征,下部以微孔為主含少量藻???;上部藻??缀棵黠@增加,孔隙結(jié)構(gòu)相對(duì)較好,其滲透率也向上遞增;Kh2-1-2L為砂屑顆?;?guī)r,以粒間孔為主,雖然孔隙度略低,但有效喉道半徑達(dá)7.16 μm,平均滲透率高達(dá)172.8×10-3μm2,明顯高于相鄰的Kh2-2和K2-1-2U小層,為典型的高滲層特征??紫督Y(jié)構(gòu)在縱向上的差異導(dǎo)致了儲(chǔ)層含油性的差異,在測(cè)井響應(yīng)特征上則表現(xiàn)為電阻率曲線(xiàn)在縱向上的明顯差異,圖2中的第6道所示。針對(duì)這種縱向非均質(zhì)性強(qiáng)、電阻率變化較大的油藏,無(wú)法采用統(tǒng)一的電阻率標(biāo)準(zhǔn)判別油水層,而應(yīng)分層建立判別標(biāo)準(zhǔn)。
表1 伊拉克A油田K油藏各小層特征參數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 1 Characteristic parameter of each sub layer of K oil reservoir in Oilfield-A,Iraq
油氣成藏的過(guò)程其實(shí)就是油或氣驅(qū)替孔隙空間中水的過(guò)程。在這一過(guò)程中,當(dāng)油的浮力超過(guò)孔隙喉道的毛細(xì)管阻力,油才能進(jìn)入孔隙空間[13-14]。當(dāng)油柱高度較低時(shí),油的浮力較低,無(wú)法驅(qū)替孔隙中的水,此時(shí)孔隙中100%被水飽和;隨著油柱高度的增大,達(dá)到某一臨界高度時(shí),浮力突破最大喉道的毛細(xì)管阻力,油開(kāi)始進(jìn)入孔隙,含油飽和度逐漸增加。由于不同孔隙結(jié)構(gòu)巖石的喉道大小及分選性的差異,油進(jìn)入孔隙需達(dá)到的油柱高度不同,且含油飽和度隨高度變化的趨勢(shì)特征也各不相同。這種含油飽和度隨高度的變化直接表現(xiàn)為測(cè)井電阻率隨海拔高度的變化。因此,可以利用電阻率這種變化特征來(lái)區(qū)分油、水層和識(shí)別油水界面。
典型油藏電阻率隨海拔高度的變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖3a,該特征與壓汞毛管壓力曲線(xiàn)的形態(tài)特征相似,其所反映的本質(zhì)都是含油飽和度隨高度(壓力)的變化。從圖中可以看出,電阻率隨海拔高度的變化曲線(xiàn)可分為4個(gè)特征段,每個(gè)特征段的轉(zhuǎn)折點(diǎn)則反映了含油飽和度明顯變化點(diǎn)。第1段:當(dāng)海拔較低時(shí),油的浮力未能達(dá)到突破最大喉道所需的最小高度時(shí),油無(wú)法進(jìn)入孔隙,電阻率不隨海拔高度變化,小于或等于該電阻率即為水層;第2段:當(dāng)海拔達(dá)到第一臨界高度時(shí),油的浮力突破最大喉道的毛管阻力,油開(kāi)始進(jìn)入孔隙空間,電阻率開(kāi)始逐漸增大,此臨界高度即對(duì)應(yīng)純水層的頂界海拔;隨著海拔高度逐漸增大,電阻率增大較快,此時(shí)油和水共同存在于相對(duì)較大的孔隙空間中,為油水同層區(qū)間;第3段:當(dāng)海拔達(dá)到第二臨界高度時(shí),相對(duì)較大的孔隙空間的水幾乎已完全被油驅(qū)替,水存在于較小的孔隙或大孔隙的死角處,難以流動(dòng),因此,電阻率隨海拔高度的增加變緩;此臨界高度即為純油層的底界,所對(duì)應(yīng)的電阻率即為油層電阻率下限,大于或等于該電阻率即為油層;第4段:海拔達(dá)到第三臨界高度時(shí),大部分小孔隙中的水都已被油驅(qū)替,電阻率隨海拔高度的增加已極其緩慢甚至無(wú)變化,此階段水基本存在于毛細(xì)管中,無(wú)法被驅(qū)替。
由于儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)的差異,電阻率隨海拔高度變化的特征趨勢(shì)也各不相同。圖3b中a—d 4條特征曲線(xiàn)所反映的孔隙結(jié)構(gòu)逐漸變差;孔隙結(jié)構(gòu)較好的儲(chǔ)層,喉道半徑相對(duì)較大,電阻率開(kāi)始增大所對(duì)應(yīng)的海拔較低,且電阻率隨海拔高度增大而快速增大,純水頂或純油底的海拔較低,線(xiàn)段斜率較?。浑S著孔隙結(jié)構(gòu)變差,電阻率隨海拔高度增大而緩慢增大,線(xiàn)段斜率較大;致密層或干層的孔喉極小,油幾乎無(wú)法進(jìn)入,電阻率基本不隨海拔高度增大而變化。
基于上述原理,繪制油藏的測(cè)井電阻率與海拔交會(huì)圖并利用測(cè)試結(jié)果進(jìn)行標(biāo)定和檢驗(yàn),即可確定油、水層的電阻率判別標(biāo)準(zhǔn)。由于K油藏縱向非均質(zhì)性強(qiáng),各小層孔隙結(jié)構(gòu)差異大,必須分層研究,因此,本文采用在各小層分別取電阻率特征值的方法來(lái)分析電阻率的變化。圖2中第6道所示,在Kh2段各小層共選取了8個(gè)特征點(diǎn)(圖中紅色圓點(diǎn)所示),其中Kh2-4由于上、下兩段孔隙結(jié)構(gòu)差異明顯,因此,取了2個(gè)特征點(diǎn),其它小層各一個(gè)特征點(diǎn)。在油田85口直井中每一口井的相同小層選取相同的特征點(diǎn),并獲取每個(gè)點(diǎn)的測(cè)井電阻率及海拔繪制交會(huì)圖,得到圖4所示的8個(gè)交會(huì)圖。圖中每個(gè)交會(huì)點(diǎn)即代表一口井在某一層的電阻率與海拔數(shù)據(jù),交會(huì)點(diǎn)的顏色代表孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù),即由于每口井所處的構(gòu)造位置不同,其海拔高度也不同,從而反映出同一特征點(diǎn)的電阻率隨海拔高度的變化。根據(jù)交會(huì)點(diǎn)的變化趨勢(shì)并結(jié)合測(cè)試結(jié)果可繪出與圖3相似的特征曲線(xiàn),但由于K油藏閉合高度較小,因此特征曲線(xiàn)只反映出了前3段的特征。從圖中可明顯看出,各小層電阻率隨海拔高度變化特征的差異較大:Kh2-5電阻率隨海拔高度增加而基本保持不變,反映孔隙結(jié)構(gòu)差,油無(wú)法進(jìn)入孔隙空間,為干層特征,與測(cè)試結(jié)果和巖心含油性觀察結(jié)果相符;Kh2-4下段電阻率隨海拔高度增大而緩慢增大,線(xiàn)段斜率較大,且電阻率變化的第一臨界點(diǎn)海拔較高,反映孔隙結(jié)構(gòu)仍然較差,但略?xún)?yōu)于Kh2-5;Kh2-4上段孔隙結(jié)構(gòu)較下段更好,其電阻率變化斜率更??;孔隙結(jié)構(gòu)最好的Kh2-3和Kh2-1-2L電阻率隨海拔高度變化的斜率最小,且第一臨界點(diǎn)海拔最低。各層電阻率隨海拔變化的特征得到了測(cè)試結(jié)果的驗(yàn)證,并進(jìn)一步印證了前述各小層孔隙結(jié)構(gòu)的差異。
最后,根據(jù)各層特征曲線(xiàn)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)電阻率并結(jié)合測(cè)試結(jié)果即可確定各小層油、水層電阻率判別標(biāo)準(zhǔn),見(jiàn)表2。從表中可以看出,孔隙結(jié)構(gòu)越差,微孔含量越高,其電阻率標(biāo)準(zhǔn)越低。
對(duì)于均質(zhì)性較好的油藏,其油水界面基本為一平面或略有起伏。當(dāng)油藏受動(dòng)態(tài)底水、斷層分隔、巖性、物性或流體密度變化的影響,其油水界面可能會(huì)發(fā)生傾斜甚至較大起伏[14-18]。然而,K油藏的特殊性不僅在于其孔隙結(jié)構(gòu)具有極強(qiáng)的縱向非均質(zhì)性,導(dǎo)致各小層油水界面存在明顯差異,還在于多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和油氣充注相伴隨,導(dǎo)致油藏具有極其復(fù)雜的油水界面。
根據(jù)圖4所示各小層電阻率隨海拔高度變化的特征曲線(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)不僅可以確定油、水層電阻率標(biāo)準(zhǔn),還可確定該小層的平均油水界面,即油層底界和水層頂界(表2)。理論而言,同一小層由于孔隙結(jié)構(gòu)和物性相近,其交會(huì)點(diǎn)在特征趨勢(shì)線(xiàn)上每一小段的變化趨勢(shì)應(yīng)一致,即在同一斜率的直線(xiàn)上變化。然而,從圖4所示交會(huì)點(diǎn)來(lái)看,部分井的交會(huì)點(diǎn)明顯偏離趨勢(shì)線(xiàn),其電阻率反映了與對(duì)應(yīng)海拔高度不一致的特征,尤其在孔隙結(jié)構(gòu)相對(duì)較差的Kh2-4小層中,部分井電阻率明顯高于相同海拔的其它井。如X128井位于1區(qū)構(gòu)造北翼邊部,海拔較低,但電阻率明顯高于相同海拔的其它井,在平均水頂界面之下,巖心仍然含油。造成這種現(xiàn)象的可能原因有2點(diǎn):第一,同一層的巖性、孔隙結(jié)構(gòu)或物性在橫向發(fā)生明顯變化,導(dǎo)致電阻率的變化;第二,油水界面在橫向發(fā)生變化。然而,油田7口取心井的巖心觀察、物性分析、壓汞曲線(xiàn)及鑄體薄片鑒定的綜合分析結(jié)果表明,各小層巖相、物性及孔隙結(jié)構(gòu)的橫向變化極小,不可能造成同一層電阻率變化的明顯不一致性。因此,電阻率的變化應(yīng)由油水界面的變化所致。
圖4 伊拉克A油田K油藏各特征點(diǎn)電阻率與海拔交會(huì)圖Fig.4 Cross plot of resistivity versus elevation for each characteristic point of K oil reservoir in Oilfield-A,Iraq
在圖4所示交會(huì)圖中,某一小層的特征趨勢(shì)線(xiàn)在第一轉(zhuǎn)折點(diǎn)和第二轉(zhuǎn)折點(diǎn)分別確定的水層頂界海拔(HWUT)和油層底界海拔(HODT)為該層平均的油層底界和水層頂界;當(dāng)某井的交會(huì)點(diǎn)偏離特征趨勢(shì)線(xiàn)時(shí),如其海拔高度為H1,通過(guò)該交會(huì)點(diǎn)做一垂線(xiàn)與特征趨勢(shì)線(xiàn)相交,交點(diǎn)海拔為H2,則該井實(shí)際油層底界面海拔(HODT*)和水層頂界海拔(HWUT*)分別用(1)式和(2)式計(jì)算:
式中:HWUT為小層平均水層頂界海拔,m;HODT為小層平均油層底界海拔,m;H1為單井交會(huì)點(diǎn)海拔,m;H2為交點(diǎn)海拔,m;HODT*為單井實(shí)際油層底界海拔,m;HWUT*為單井實(shí)際水層頂界海拔,m。
利用以上兩式可確定每一口井在各小層的實(shí)際油層底界和水層頂界海拔,精細(xì)刻畫(huà)出油藏油水界面的分布特征。圖5展示了K油藏沿構(gòu)造長(zhǎng)軸方向的油藏剖面圖及Kh2-3油層底界平面圖,圖中2條水平橫線(xiàn)分別為早期的純油底界(-2 630m)和純水頂界(-2 650m)。從圖中可得到2點(diǎn)認(rèn)識(shí):①縱向上,由于孔隙結(jié)構(gòu)的差異導(dǎo)致K油藏各小層油水界面存在明顯差異:以微孔為主的Kh2-4小層孔隙結(jié)構(gòu)較差,其油水界面明顯高于其它小層;以粒間孔和藻??诪橹鞯腒h2-1-2L和Kh2-3小層孔隙結(jié)構(gòu)較好,油水界面相對(duì)較低;Kh2-3之上的Kh2-1-1和Kh2-2小層孔隙結(jié)構(gòu)較Kh2-3差,其油水界面較Kh2-3更高,因此,在4區(qū)構(gòu)造邊部區(qū)域的Kh2-3小層為油層,但其上部的Kh2-1-1和Kh2-2小層已過(guò)渡為油水同層;這種油水分布特征主要發(fā)生在構(gòu)造低部位區(qū)域,在構(gòu)造高部位仍然是油層在上部,油水同層在中部,水層在下部;②平面上,油藏整體的油水界面并非平面或單一的傾斜面,而是呈彎曲特征:表現(xiàn)為同一小層的油水界面沿構(gòu)造長(zhǎng)軸方向東部界面低,西部界面高;沿構(gòu)造短軸方向呈拱形,即南北兩翼低,構(gòu)造高部位高,且北翼比南翼更低,最低點(diǎn)位于1區(qū)東北部的X128井。
圖5 沿構(gòu)造長(zhǎng)軸伊拉克A油田K油藏剖面Fig.5 Reservoir profile along long axis of structure of K oil reservoir in Oilfield-A,Iraq
通過(guò)對(duì)A油田260口水平井實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)及井軌跡與油水界面的關(guān)系分析,排除受注入水、走滑斷層及地震異常體影響的井,其余所有井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)都驗(yàn)證了彎曲油水界面的事實(shí)。
造成K油藏油水界面彎曲的原因?yàn)槌掷m(xù)性的區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成圈閉構(gòu)造高點(diǎn)的變化與多期油氣充注共同作用的結(jié)果。區(qū)域構(gòu)造演化研究表明[16-23],A油田主要經(jīng)歷了兩期構(gòu)造運(yùn)動(dòng):第一期為來(lái)自東北方向的拉張作用,發(fā)生時(shí)間大約為65~80 Ma前;第二期為來(lái)自東北方向的持續(xù)性右旋擠壓運(yùn)動(dòng),發(fā)生時(shí)間為65 Ma前后;大約20 Ma前由于扎格羅斯造山運(yùn)動(dòng)擠壓作用進(jìn)一步將強(qiáng),形成了現(xiàn)今圈閉形態(tài)。研究區(qū)地層沉積穩(wěn)定,差異壓實(shí)作用弱,通過(guò)地震層拉平技術(shù)重建了K油藏構(gòu)造演化歷史[24-25]。圖6所示,大約65~80 Ma,K油藏在1區(qū)東部略微隆起,2區(qū)和4區(qū)處于構(gòu)造低部位,未形成圈閉,且此階段發(fā)生了油氣的第一期充注[26-27],充注區(qū)域?yàn)?區(qū)東部;大約20~55 Ma,受扎格羅斯造山運(yùn)動(dòng)擠壓,K油藏頂面構(gòu)造形態(tài)發(fā)生明顯變化,油田東北部逐漸隆起,此階段發(fā)生了油氣的第二期充注,充注區(qū)域主要在現(xiàn)今構(gòu)造的北翼;大約10 Ma前至今,K油藏頂面構(gòu)造起伏變大,油田中部進(jìn)一步隆起,并逐漸形成現(xiàn)今構(gòu)造形態(tài),同時(shí)此階段發(fā)生了油氣的第三期充注,充注區(qū)域主要為現(xiàn)今構(gòu)造的高部位及南翼。由于整個(gè)構(gòu)造的演化階段都伴隨著油氣的持續(xù)充注,在古構(gòu)造的高部位油氣充注較多,含油飽和度較高,盡管后期構(gòu)造演化成了相對(duì)低部位,但其含油飽和度仍然較高,最終導(dǎo)致K油藏的油水界面與常規(guī)油藏存在明顯差異,即油水界面彎曲,在1區(qū)東部及北翼的油水界面相對(duì)較低。
圖6 伊拉克A油田K油藏構(gòu)造演化及油氣充注期次Fig.6 Structural evolution and hydrocarbon charging period of K oil reservoir in Oilfield-A,Iraq
1)K油藏孔隙結(jié)構(gòu)在縱向上的極強(qiáng)非均質(zhì)性不僅導(dǎo)致測(cè)井電阻率曲線(xiàn)在縱向上的差異,無(wú)法采用統(tǒng)一的電阻率標(biāo)準(zhǔn)判別油水層,同時(shí)也導(dǎo)致了各小層油水界面的差異。
2)通過(guò)建立電阻率隨海拔高度變化的特征曲線(xiàn),分別確定了各小層油水層判別的電阻率標(biāo)準(zhǔn)、各小層平均油水界面以及單井油水界面,為研究油藏油水界面的平面變化創(chuàng)造了條件。
3)K油藏的油水界面呈彎曲特征,整體表現(xiàn)為沿構(gòu)造長(zhǎng)軸方向東部界面低,西部界面高;沿構(gòu)造短軸方向呈拱形,即南北兩翼低,構(gòu)造高部位高,且北翼比南翼更低;其成因?yàn)槌掷m(xù)性的區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成圈閉構(gòu)造高點(diǎn)的變化與多期油氣充注共同作用的結(jié)果。
4)對(duì)于碳酸鹽巖油藏油水界面的認(rèn)識(shí)應(yīng)充分結(jié)合巖心、測(cè)井、測(cè)試、生產(chǎn)、油藏構(gòu)造演化及油氣成藏史,不能束縛于常規(guī)油藏油水界面的認(rèn)識(shí),刻意回避矛盾,把油水界面簡(jiǎn)單理解為一平面或單一傾斜的面。只有突破常規(guī)認(rèn)識(shí),充分尊重客觀資料,才能達(dá)到正確認(rèn)識(shí)油藏的目的。