hegli油田砂质辫状河储层隔夹层特征及成因

hegli油田砂质辫状河储层隔夹层特征及成因

0隔夹层规模研究在砂岩河储量层中发育着各种类型的隔室。不同类型的隔室形状和规模不同，空间分布复杂。对该层的定量解剖研究对于深入理解砂化河储层的空间分布和剩余油分布非常重要。国内外学者通过对砂质辫状河现代沉积和野外露头研究,发现砂质辫状河内部存在多种类型隔夹层,其严重制约该类储集层的开发,研究主要侧重于隔夹层的分布模式及其规模的定性描述,关于地下砂质辫状河储集层中隔夹层规模的定量表征研究较少。苏丹穆格莱特盆地Hegli油田岩心、录井、测井等资料丰富,井距在170~500m,为进行隔夹层研究提供了良好条件。本文以Hegli油田S1砂层组砂质辫状河储集层为例,在不同类型隔夹层特征及其成因分析的基础上,探讨砂质辫状河储集层隔夹层定量表征与解剖方法,应用隔夹层定量表征结果指导隔夹层三维地质模型的建立。1热质砂岩储集层Hegli油田位于苏丹穆格莱特盆地1/2/4区Bamboo凹陷西部的Bamboo—Heglig—Unity凸起(见图1),主要发育白垩系和第三系沉积。白垩系S1砂层组为块状厚层砂质辫状河沉积,为该油田的主力生产层位,该层岩性以含砾粗砂岩和中—粗砂岩为主,砂体内槽状、板状交错层理发育,河道底部发育滞留砾岩,心滩顶部或废弃河道内发育流水沙纹和水平层理(见图2),测井曲线形态以箱形和钟形为主(见图3)。根据Miall对辫状河的分类,S1砂层组块状砂岩为河道水体较深型的砂质辫状河沉积,储集层物性以中高孔、高渗为主。Hegli油田自1996年投入开发以来,一直采用天然能量合层开发。经过近20年开发,油田综合含水率已达94%,但采出程度仅23%,仍有很大开发潜力。隔夹层是影响剩余油分布的主要控制因素,需要深入开展砂质辫状河储集层隔夹层空间分布的精细研究,为深入认识该油田剩余油分布及其挖潜提供指导。2“和多维互动”的岩相古地理观隔夹层是沉积过程中河流水动力条件变化或沉积后成岩作用导致沉积物岩性差异而形成的,隔夹层与不同级次的构型界面相对应,具有层次性。通过岩心、现代沉积、野外露头观察,根据隔夹层规模、发育位置及其对开发生产的影响,按“层次约束、模式拟合和多维互动”的思路,将S1砂层组内单层的隔夹层分为3个层次,即单层间隔层、单砂体间夹层和心滩内夹层,其中隔层的孔隙度小于5%,渗透率小于0.1×10-3µm2,夹层的孔隙度为5.0%~12.5%,渗透率为(0.1~2.5)×10-3µm2。单层间隔层由泛滥泥岩构成,位于单层之间。单层是指垂向上为单期河流沉积,其纵向跨度为河流的满岸深度,侧向上可由多个河道(组成河道带)及溢岸沉积构成。单砂体间夹层主要由废弃河道泥岩、残余废弃河道泥岩和沟道泥岩构成,位于单砂体之间。单砂体是指单一沉积微相级别的砂体,如单一辫流带中的心滩和辫状河道等。心滩内夹层主要由落淤泥岩、冲刷泥砾和钙质夹层构成,位于心滩内增生体之间。上述3个层次隔夹层除钙质夹层是成岩作用形成外,其余均为沉积作用形成。2.1泛滥泥岩自然财务特征单层间隔层主要由泛滥泥岩构成,泛滥泥岩是废弃河道不断充填,形成宽浅型河道后在洪泛期形成的,其岩性以灰色粉砂质泥岩、灰色泥岩为主,泥岩不纯,富含泥质粉砂岩,发育小型流水沙纹层理与平行层理,泥岩内沉积构造不发育,可见植物根茎及虫孔(见图2a),反映了洪泛沉积时期水动力较弱、物源供给不足,快速落淤沉积的特征。泛滥泥岩自然伽马曲线为基线附近的线形或微齿线形(见图3)。泛滥泥岩主要分布在河道、废弃河道、心滩和沟道的顶部(见图4a)以及辫流带之外的洪泛区,平面上分布范围较大,且分布稳定,为单层划分与对比的主要标志。2.2废弃河道泥岩的沉积特征单砂体间夹层主要由废弃河道泥岩、残余废弃河道泥岩与沟道泥岩构成,位于单砂体之间,是识别单砂体垂向界面和侧向边界的主要标志。废弃河道泥岩夹层为河道改道后废弃,水动力变弱,充填悬浮细粒沉积物形成的。废弃河道泥岩岩性以灰色粉砂质泥岩或泥岩为主,发育小型流水沙纹,可见植物根茎及虫孔(见图2b),反映低水动力条件、物源供给不足的沉积背景。根据废弃河道受后期改造程度的不同,可将废弃河道内充填的泥岩分为废弃河道泥岩和残余废弃河道泥岩两类。废弃河道泥岩为河道长时间废弃,细粒沉积物充填废弃河道而形成,位于河道和泛滥泥岩隔层之间,基本不受或受后期活动河道改造影响小,厚度较大,其形态受河道形态控制,与河道形态一致(见图4b)。废弃河道泥岩的自然伽马曲线、电阻率曲线、声波和密度测井曲线均位于基线附近,呈线形或微齿线形(见图3)。残余废弃河道泥岩为河道改道后短时间废弃,河道内充填的细粒沉积物被后期河道改造而形成的,受后期活动河道改造影响大,其厚度较薄,主要发育于后期活动河道的底部(见图4c),其形态受废弃河道与后期活动河道形态共同控制。沟道泥岩与废弃河道泥岩的形成机制相似,为洪水期水体加深漫过心滩,且处于稳定期,心滩顶部的小型沟道接受悬浮细粒沉积物而形成的坝上沟道泥岩。沟道泥岩岩性以灰色粉砂质泥岩或泥岩为主,发育小型流水沙纹层理和平行层理(见图2c)。沟道泥岩夹层自然伽马、电阻率和声波测井曲线均有明显回返,回返幅度大于2/3(见图3)。沟道泥岩夹层的形态与沟道形态一致,横切沟道剖面上呈透镜状(见图4b),顺沟道剖面上呈条带状,沟道泥岩夹层厚度相对较小。2.3心滩冲淤岩储集层基岩心精细观察表明,S1砂层组砂质辫状河储集层心滩内夹层有落淤夹层、冲刷泥砾夹层和钙质夹层3种,位于心滩内增生体之间,是识别与划分心滩内单一增生体的主要标志,其中落淤夹层和冲刷泥砾夹层为沉积作用形成,钙质夹层为成岩作用形成。心滩内夹层成因差异大,导致岩性、测井曲线响应及其规模形态具有不同特征。落淤泥岩为洪水期洪峰波动过程的憩水期,在心滩顶部、边部、背水面尾部垂向加积形成的近平行或倾斜细粒沉积物,是心滩内部构型单元划分的主要标志。落淤泥岩岩性以灰色泥质粉砂岩或粉砂质泥岩为主,发育平行层理(见图2d)。落淤泥岩自然伽马曲线小幅回返,回返幅度小于1/3,电阻率与声波测井曲线具有较大回返,回返幅度在1/3~2/3(见图3)。心滩内部落淤泥岩在心滩坝中心部位近似水平展布(见图4d),在心滩长轴方向,迎水面一端稍陡而背水面较平缓;在短轴方向上,心滩两翼略有倾斜。冲刷泥砾为单向水流携带河道砂质沉积物对早期沉积泥岩冲刷,经过一定距离搬运后再沉积形成的。冲刷泥砾夹层岩性以灰色泥砾岩为主,呈磨圆、次圆状,泥砾具定向排列特征。泥砾粒径为1~2cm,长度为2~5cm,泥砾层厚5~10cm(见图2e)。冲刷泥砾上述特征说明目的层段沉积时期水动力条件强,砂岩沉积物对早期沉积泥岩具有较强的冲刷作用,且经过较长距离搬运和再沉积作用形成。冲刷泥砾易造成储集层物性和含油性变差,主要以物性夹层的形式存在。冲刷泥砾夹层自然伽马、电阻率和声波测井曲线均有明显的回返,回返幅度在1/3~2/3(见图3)。冲刷泥砾夹层横向变化快,一般连续性较差。钙质夹层岩性为灰白色含钙粉细砂岩与灰色含钙粉砂质泥岩互层,发育平行层理(见图2f)。钙质夹层自然伽马测井曲线回返幅度大,呈指状,接近或超过泥岩基线,电阻率和声波测井曲线也有明显回返,回返幅度在1/3~2/3(见图3)。目的层处于晚成岩早期,长石、岩屑等不稳定组分含量少,原生孔隙发育,储集层发生溶解与交代作用,形成高岭石、蒙脱石等自生黏土矿物,在酸性水作用下,黏土杂基向自生高岭石转化形成钙质夹层。3隔夹层类型划分Hegli油田砂质辫状河储集层受沉积和成岩的双重作用,发育多种隔夹层类型,岩性和测井曲线特征复杂,单一测井曲线难以准确识别隔夹层类型,需综合多种曲线进行隔夹层类型识别。通过岩心和测井曲线特征分析,发现自然伽马、深侧向电阻率与密度3种测井曲线对隔夹层敏感(见图3),可作为研究区目的层隔夹层类型识别的主要参数,对3种主要参数的权重系数进行计算,将得到的权重系数分别与3种参数相乘并求和,可得到能够进行隔夹层类型划分的综合评价指标Ire,利用取心井段岩心对计算得到的Ire值进行标定,进而确定隔夹层类型的判断标准。综合评价指标Ire计算的关键是确定其权重系数,确定权重系数的方法有灰色理论法、层次分析法和主成分分析法。隔夹层测井曲线响应特征复杂,灰色理论法对隔夹层类型的识别具有独特优势,本文采用该方法对敏感曲线的权重系数进行计算。利用灰色理论法计算权重系数的过程为,首先计算各曲线的关联系数,然后计算各曲线的关联度,最后经归一化即可得到各曲线的权重系数。计算结果表明,自然伽马、电阻率和密度的权重系数分别为0.65、0.20和0.15。将得到的权重系数分别与敏感曲线值相乘并求和,即可得到能够进行隔夹层类型划分的综合评价指标Ire。将2口取心井计算得到的Ire值与取心段岩心进行标定,得到研究目的层钙质夹层的Ire值为0~15,泥质隔夹层的Ire值为15~40,泥砾夹层的Ire值为40~60,落淤夹层的Ire值为60~70,砂岩的Ire值为70~100。从而可以采用综合评价指标Ire对未取心井隔夹层类型进行划分。其中泥质隔夹层包含泛滥隔层、沟道泥岩夹层、废弃河道泥岩夹层和残余废弃河道泥岩夹层4种,需在综合评价指标识别的基础上,再根据其成因、发育位置对其类型进行细分。如5号泥岩,其位于S1B与S1C两个单层间,为两个单层的分界面,厚度较大,且分布于废弃河道顶部,可以确定其为泛滥泥岩;1号泥岩位于心滩之上,厚度较小,与邻井对比具有明显边界,可判定其为沟道泥岩夹层;6号泥岩发育于河道顶部,且与下部河道砂体属于同一个旋回,测井曲线呈钟型,可以判定6号泥岩为废弃河道泥岩(见图3)。采用上述方法,对Hegli油田S1B单层进行不同类型隔夹层划分及其规模分析。结果表明,S1B单层与其上部单层之间的泛滥隔层厚度为1.5~7.5m,平均值为4.6m,废弃河道泥岩夹层厚度为1.2~6.6m,平均4.2m;沟道泥岩夹层厚度为0.5~2.1m,平均1.2m;落淤夹层厚度为0.2~1.3m,平均0.5m左右;泥砾夹层厚度0.2~1.1m,平均0.4m左右;钙质夹层厚度0.2~1.0m,平均0.3m左右。4不同层的单独规模在单井不同类型隔夹层识别的基础上,隔夹层规模确定的核心是确定其侧向延伸范围,以S1B单层为例进行不同层次隔夹层规模分析。4.1间泥岩隔层的确定研究区目的层隔层具有分布范围较大、稳定性好的特点,可采用井间对比的方法确定。在单井隔层识别的基础上,井间泥岩隔层对比主要根据标志层高程差、隔层厚度侧向变化,同时辅以废弃河道判断,以确定泛滥泥岩隔层的边界。对比结果表明,S1B单层与其上单层间隔层的宽度主要为700~1500m,长度主要为1000~2000m,呈局部连片状分布(见图5),说明S1B单层沉积末期为物源供给不足、水动力较弱的沉积背景。4.2砂浆能够确定单河道满岸深度单砂体间夹层包括以侧向分割不同单砂体为主的废弃河道泥岩和垂向分割不同单砂体为主的残余废弃河道泥岩与沟道泥岩。废弃河道泥岩是侧向上单砂体是否连通的主要标志,残余废弃河道泥岩与沟道泥岩是纵向上单砂体划分的主要标志。在单井隔夹层识别的基础上,确定废弃河道泥岩、残余废弃河道泥岩和沟道泥岩规模的关键是确定其侧向延伸范围。废弃河道泥岩、残余废弃河道泥岩和沟道泥岩均为河道废弃后充填细粒沉积物形成的,具有相同的沉积机理,其规模、形态受河道或沟道控制,可通过河道及沟道规模来确定。首先根据岩心、测井资料计算单河道满岸深度,然后利用根据现代沉积、古代露头资料建立的关系式计算单一河道、沟道的长度和宽度,进而确定废弃河道泥岩、残余废弃河道泥岩和沟道泥岩的规模。根据岩心交错层系组平均厚度hs,由(1)式和(2)式计算得到沙丘高度hm,最后由(3)式得到单河道满岸深度hc。通过岩心精细观察与描述,HE28井S1B单层岩心中交错层系组厚度平均值为0.47m(见图6),根据(1)式—(3)式可计算得到HE28井处单河道满岸深度约为15.2m,与采用测井曲线得到的单河道满岸深度15m基本一致(见图3)。因此,可采用测井曲线对未取心井进行单河道满岸深度计算。计算结果表明,S1B单层砂质辫状河储集层单河道满岸深度范围为14.9~23.5m,平均为19.6m,为常年流水的较深河型砂质辫状河。Kelly利用22个现代辫状河(或水槽实验数据)和34个古代露头数据建立了砂质辫状河道单一心滩宽度wb与单河道满岸深度hc、单一心滩长度lb与其宽度wb之间的关系式,复相关系数在0.90以上:如果能够建立砂质辫状河单河道宽度-单一心滩宽度、单一沟道宽度-单一心滩宽度及单一心滩宽度-单一心滩长度的关系式,且与Kelly得到的相关式具有较好一致性,就可结合上面的关系式得到砂质辫状河单河道宽度、单一沟道宽度及其长度,从而确定废弃河道泥岩、沟道泥岩的规模。为此,本文应用GoogleEarth软件对JamunaRiver、PrudehoeRiver、雅鲁藏布江等15个常年流水的较深河型现代砂质辫状河道段的单一心滩宽度及其长度、单河道宽度、单一沟道宽度及其长度数据分别进行测量。心滩具有底平顶凸的几何形态,其最大宽度和长度与枯水期时心滩的宽度和长度接近;河道和沟道均具有顶平底凸的几何形态,其最大宽度和长度与平水期时河道和沟道的最大宽度和长度接近。考虑心滩和河道的几何形态,为能够较为准确地测量其参数,采用河道枯水期时所限制的范围对心滩的最大长度和最大宽度进行测量;分别测量平水期时心滩两侧河道最大宽度,然后取其平均值,作为河道宽度,具体测量时以河岸突然变陡时的线为界;沟道的测量方法与河道相同(见图7)。然后分别建立河流参数之间的关系式,其复相关系数均在0.90以上(见图8):将本文建立的单一心滩长度及其宽度的关系式(9)与Kelly建立的关系式(5)进行对比,对比结果表明二者一致性很好(见图8d)。因此,可以利用(1)式—(9)式对单一心滩、单河道和单一沟道的河流参数进行计算,进而确定废弃河道泥岩、残余废弃河道泥岩和沟道泥岩的横向规模。计算结果表明,S1B单层废弃河道泥岩和残余废弃河道泥岩的宽度均为170~350m,平均260m;沟道泥岩宽度60~100m,平均80m,沟道泥岩长度900~1500m,平均1200m(见图5)。4.3计算中间海滩中的三明治规模砂质辫状河心滩内夹层形态和规模主要包括夹层的倾角和夹层的横向规模。4.3.1心滩下心滩大学生心滩大学生的倾角计算野外露头与密井网解剖研究表明,心滩中心部位的夹层近似水平,在长轴方向上,迎水面夹层稍陡,背水面则较平缓且呈前积特征,短轴方向的两翼端倾斜。采用心滩底部标志层拉平的方法分别计算心滩长轴方向和短轴方向夹层的倾角。以心滩长轴方向HE63H井—HE25井—HE62H井连井剖面(A—A′)中夹层1为例,说明心滩迎水面方向夹层倾角的计算方法(见图9)。该夹层在HE63H井与HE25井之间的距离为169m,垂向上的高度差为3.0m,根据三角函数得出该夹层的倾角α约为1.1°,同理可得目的层段心滩背水面夹层倾角小于1.0°,短轴方向翼端夹层倾角为2.0°~4.0°。4.3.2心滩内部单一夹层结构的确定心滩内部夹层的范围受单一期次增生体规模控制,夹层的最大宽度为单一增生体宽度,最大长度为单一增生体的长度。要确定心滩内夹层规模,需先确定心滩内单一增生体的规模。单一增生体的宽度wbi可采用(10)式进行计算:根据S1B单层心滩内夹层识别结果,单一增生体厚度hbi为3~10m。根据(10)式可得到心滩内部单一增生体宽度为100~400m,从而可得心滩内部增生体间单一夹层宽度范围为100~400m(见图10a);通过密井网区对比,可知心滩内单一夹层长度为300~800m(见图10b)。5夹层层间隔层的建模隔夹层三维构型建模的目的是建立能够反映不同层次、不同类型隔夹层的地质模型。砂质辫状河沉积隔夹层建模的思路是:在构造模型的约束下,以砂质辫状河隔夹层的分布模式为指导,在不同层次、不同类型隔夹层规模定量描述的基础上,采用层次建模的方法,建立隔夹层三维地质模型。单层间隔层厚度较大,侧向延伸范围较大,分布比较稳定,井间易于对比,且对比的可靠程度高,可采用确定性相控建模方法建立单层间隔层的三维模型。即应用S1B单层的隔层平面图作为相控约束条件,进行单层间隔层的确定性建模(见图11a),实现单层间隔层的空间描述。单砂体间夹层即废弃河道夹层、残余废弃河道泥岩夹层以及沟道夹层的形态与规模分别受河道与沟道形态及其规模的控制,分别在其定量表征规模的约束下,采用相控与人机交互的方法建立模型。在上述两个层次隔夹层模型建立的基础上,对于心滩内的夹层,以其宽度和长度分别作为变差函数的短变程和长变程,采用序贯指示的方法进行模型建立,最终建立不同类型隔夹层空间分布的三维地质模型(见图11)。6夹层规模和定量表征以层次分析思想为指导,将研究区砂质辫状河隔夹层分为单层间隔层、单砂体间夹层和心滩内夹层3个层次,分析了不同层次内各种隔夹层的成因机制,采用灰色理论方法对其进行识别,形成了一套砂质辫状河隔夹层定量表征方法。对分布范围较大