不同沉积韵律控制的厚层砂体水淹级别精细划分

李雪英，王凤来，文慧俭，孟青云，宋长和，马世忠

（1.东北石油大学 地球科学学院，黑龙江 大庆 163318； 2.大庆油田有限责任公司 勘探事业部，黑龙江 大庆

163453； 3.大庆钻探工程公司测井公司 吉林事业部，吉林 松原 138000； 4.吉林油田分公司 新木采油厂，吉林 松原 138000）

0 引言

我国陆相砂泥岩薄互层沉积的水淹层解释具有工作量大、专业化程度高、经验性强、不易推广的特点.目前水淹层解释只是在孤立小层中进行，忽略各小层水淹程度在沉积背景中的内在规律性，导致各种水淹层解释软件的自动化解释程度不高，符合率偏低.因此，水淹层精细解释亟需一套正确的水淹理论和科学有效的方法加以指导，进而建立起一套厚层砂体水淹级别自动判别方法.这对于减轻现场水淹层解释强度、提高解释效率和解释精度具有重要意义.

我国主力油田长期注水开发历史和特点决定水淹层解释技术一直走在世界的前列.大庆油田在1997年提出薄差层泥质砂岩的解释方法和高含水期测井曲线高分辨率处理方法[1－2]；李全厚等提出基本测井解释单元的概念，认识沉积韵律与测井解释单元之间的一一对应关系[3].晁吉俊、钟蕴紫等系统总结水淹层在各种测井曲线的测井响应特征[4－5]；刘传平等提出岩石物理相结合动态电阻率下降法的水淹层解释方法[6]；杨景强采用相对重心、椭圆度、饱满参数识别与划分不同沉积韵律砂体，采用电阻率曲线和孔隙度曲线重叠准确判别厚层砂体的高水淹层[7].张云英等给出正、反、复合、多段多韵律、薄层、薄互层水淹模式，建立薄差层的水淹模式库[8].我国建立厚油层细分水淹层解释技术及薄、差油层水淹层综合解释技术[9－19]，代表目前水淹层研究的国际水平[20].

在精细划分测井解释单元和准确判别沉积韵律类型的基础上，笔者提出以韵律中部为对比标准层，利用韵律内部曲线电性特征相对可比性，结合各小层在韵律内部的相对位置，给出各小层水淹级别的精确解释方法；引入小波分解系数表征测井曲线的光滑程度，增加不同水淹级别之间可区分度，为水淹层精细划分奠定基础.

1 水淹模式

均质韵律厚层砂体岩性、物性较均匀，水淹后表现为均匀或略偏下的水线推进型.在均质韵律中，低、未水淹比较少见，多以中、高水淹为主，表现为底部为高水淹，中部以中水淹为主.水淹厚度较大，水驱效率较高（见图1（a），粉色代表低水淹；浅蓝色代表中水淹；深蓝色代表高水淹）.水淹前后的主要电性特征见表1和图2.

图1 不同沉积韵律水淹模式Fig.1 The water flooded mode of different sedimentary rhythm

表1 均质韵律地层水淹模式及电性特征Table 1 The water flooded mode and electrical property of homogeneous rhythm

正韵律厚层砂体由下到上岩石粒度逐渐变细，物性逐渐变差，水淹后表现为偏下的水线推进型.在韵律中部，岩性、物性相对中等，多为中水淹；在韵律顶部多为未、低水淹；底部为高水淹，甚至达到特高水淹（见图1（b））.水淹前后的主要电性特征见表2和图3.

表2 正韵律地层水淹模式及电性特征Table 2 The water flooded mode and electrical property of forward rhythm

图2 均质韵律水淹层典型测井响应特征Fig.2 The typical electrical property of homogeneous water－flooded zone

图3 正韵律水淹层典型测井响应特征Fig.3 The typical electrical property of forward rhythm water－flooded zone

反韵律厚层砂体岩性、物性由下到上逐渐变好，由于受到水驱和重力双重作用，表现为略偏上的水线推进型.在韵律中部，多以中水淹为主；底部为低水淹；在韵律顶部高渗透部位易形成高水淹 （见图1（c））.水淹前后的主要电性特征见表3和图4.

表3 反韵律地层水淹模式及电性特征Table 3 The water flooded mode and electrical property of inverse rhythm

复合韵律砂体是正、反2种韵律类型的组合，其内部的岩性、物性、电性特征和水淹规律分别受上下部韵律类型控制，表现为中部突进或较均匀的水线推进类型（见图1（d）），韵律中部多为中、高水淹；在韵律顶部和底部为低、未水淹（见图5）.

图4 反韵律厚层水淹层模式测井响应特征Fig.4 The typical electrical property of inverse rhythm water－flooded zone

图5 复合韵律厚层水淹层模式测井响应特征Fig.5 The typical electrical property of composite rhythm water－flooded zone

多段多韵律多形成于多期河道砂体中，为不同沉积时期河道的相互切蚀、叠加而成.每期河道之间以岩性、物性夹层相分隔，因此每一个单韵律段都有自己独特的水淹规律和水线推进模式（见图1（e））.多段多韵律地层在高分辨率声波、密度、自然伽马、自然电位曲线上表现为多个厚度不等的多峰组合，其间被泥质、钙质夹层分隔.由于各单期河道砂体内部水淹程度不一致，电阻率曲线形态呈现不同的电性特征，在每一个单期河道正韵律的高水淹部位电阻率曲线形态变化较大（见图6）.

图6 多段多韵律厚层水淹层模式测井响应特征Fig.6 The typical electrical property of ploy－laminated rhythm water－flooded zone

2 解释单元划分与原始沉积韵律识别

在本质上，测井曲线的解释单元划分可转换为在测井曲线上寻找稳定泥岩隔层.稳定泥岩特征明显，可以根据厚度和电阻率准确识别[21].解释单元在第一次划分后，解释单元分布区间过大，其中包含多个基本沉积单元，不能满足后续水淹层精细划分的要求.需要在第一次划分的基础上，提高电阻率阈值再进行下一级别划分，直至每一个测井解释单元内部只包含一个基本沉积单元.

在解释单元划分的基础上，采用电阻率曲线联合密度测井曲线，以电阻率曲线平均斜率所对应的倾斜角及密度曲线的相对重心作为判别参数，对解释单元内部的沉积韵律进行自动划分与判别[22－23].基本判别准则：当电阻率判别参数符合均质韵律和正韵律特征，即认为韵律判别类型正确.当电阻率判别参数给出的韵律类型是反韵律时，有两种可能：一是原始沉积韵律为反韵律沉积，密度曲线的相对重心一定大于0.5；二是原始沉积韵律为均质韵律或者正韵律沉积，由于砂体底部物性较好的地方遭受强水淹，导致电阻率曲线幅值极度降低，从而呈现反韵律沉积，此时需要观察密度曲线的变化，如果此时密度曲线相对重心小于0.5，则解释单元内部砂体原始沉积韵律为正韵律沉积；如果近似接近于0.5，则解释单元内部砂体原始沉积韵律为均质韵律沉积.

3 对比标准层

无论是正韵律、均质韵律还是反韵律，中水淹大多位于韵律的中部，与其上部的低水淹和下部的高水淹（都具有相对低幅值和低幅度差）具有显著的可比性.选取大庆地区9口密闭取心井，以岩心分析的水淹级别为基础，将层厚大于1m的166个解释单元中部储层的水淹级别分别进行统计：中水淹为116层；高水淹为23层；低水淹为20层；未水淹为7层.解释单元中部为中水淹的概率达到70%.中水淹表现较大概率与大庆地区注水开发历史密切相关：首先，经过几十年的注水开发，大庆地区的储层已经进入开发中后期，厚层已经遭受不同程度的水淹，在厚层砂体中，少见未水淹储层，并且无论是正韵律、均质韵律还是反韵律，其中部岩性、物性与韵律顶、底部位相比都处于中等，介于两者之间，因此在储层内部出现中水淹的概率较大.其次，中水淹在整个韵律中的电性特征为相对高值.这是因为高、特高水淹部位电阻率降低严重，未、低水淹处于韵律岩性较差部位，电性特征受岩性影响较大，呈现低值；由于中水淹岩性、物性介于两者之间，没有遭受到强烈的水淹改造，因此电性特征为相对高值.

在水淹级别判别过程中，选取解释单元中部作为水淹级别判定标准，将该小层的水淹级别定为中水淹，以其特征参数作为对比标准，根据电性、物性、小波分析时频特征与标准层之间的相对差别，确定其他小层的水淹级别.

4 水淹级别精细划分

首先计算韵律中部中水淹对比标准层的特征参数，包括浅侧向平均电阻率（）、深浅侧向平均幅度差（Δ）、微电位平均电阻率（）、微电极平均电阻率幅度差（）、平均密度）、平均小波系数［24］，反映测井曲线的光滑程度，小波系数越小，曲线越光滑；电测曲线的小波分解原理另文论述）．

然后计算韵律内部其他各小层的特征对比参数，包括浅侧向平均电阻率（）、深浅侧向平均幅度差（）、微电位平均电阻率（、微电极平均电阻率幅度差（?平均密度（?、平均小波系数（）；

再考虑待判别的各小层与标准层的相对位置、特征参数与对比标准层的大小关系，以及曲线的光滑程度（由小波系数反映），从而判断正韵律、均质韵律和反韵律中各小层的水淹级别（见表4－6）．

对于复合韵律，首先根据平均斜率和相对重心的变化将复合韵律分成正韵律和反韵律；然后在每个单一韵律内部分别选择中部作为对比标准层，按照正韵律和反韵律的小层水淹级别评判方法，给出复合韵律中各小层的水淹级别.

在多段多韵律（多期河道切叠砂体）内部，寻找岩性、物性夹层，判断夹层的稳定性.如果单韵律（单期河道）之间的夹层厚度大于0.5m，并且微电极曲线的回返小于本地区的微电极曲线回返的截止值，则可判定该夹层稳定，说明夹层上下为2个不同水动力单元，可以按照各自韵律类型判断水淹级别；如果夹层不满足该标准，则将夹层上下的砂体视为同一个韵律类型判断水淹级别.

表4 正韵律水淹级别判别结果Table 4 The discrimination parameter of water flooded levels in forward rhythm

表5 均质韵律水淹级别判别结果Table 5 The discrimination parameter of water flooded levels in homogeneous rhythm

表6 反韵律水淹级别判别结果Table 6 The discrimination parameter of water flooded levels in inverse rhythm

5 结果评价

根据水淹级别判断原则与划分方法，采用C语言编写处理程序，利用大庆地区11口密闭取心井对该程序进行检验与测试（见图2－6），以岩心分析解释结论为标准，将程序自动判别的水淹级别结果与岩心分析结果进行对比与校验；对于存在明显错误解释结论的层位，采用人机交互方式对解释单元的顶、底界和韵律类型加以修正.11口密闭取心井的处理结果表明，采用该套水淹级别自动判别分析方法，单井严格符合率（与岩心分析结果一一对应）在75%以上，总符合率达到78%以上（见表7），为后续的水淹级别定量解释分析奠定基础.

表7 大庆地区9口密闭取心井水淹解释结果Table 7 The water flooded interpretation result of sealed core well in research area

6 结论

（1）厚层砂体内部的水淹规律主要受储层原始沉积韵律控制.在同一个沉积单元内部，各有效储层的空间水淹级别分布具有规律性，并且各小层的电性特征具有相对可比性.沉积单元内部水淹规律高度相关，外部又彼此独立，是储层水淹层精细解释的本质机理.

（2）稳定的泥岩夹层对多期河道砂体内部的水淹规律具有控制与分割作用，夹层的识别与性质的判断是复合韵律及多段多韵律的水淹级别判别的前提和重要基础.

（3）以韵律中部为对比的标准层，韵律内部其他各小层根据空间位置、测井曲线的相对平均值、小波分解系数精细判断相应的水淹级别.现场资料处理结果表明，该套水淹级别自动判别分析方法可以精确给出沉积韵律内部各小层的水淹级别，总符合率达到78%以上.

致谢：部分研究内容受到东北石油大学“油气藏形成机理与资源评价”黑龙江省重点实验室资助！

[1]荆万学.薄差层泥质砂岩水淹层测井资料综合解释方法[J].国外测井技术，1997，12（2）：67－71.Jing Wanxue.Well logging Comprehensive interpretation method in thin and poor shaly sandstone watered－out pay zone[J].Foreign Well Logging Technology，1997，12（2）：67－71.

[2]常明澈，邵丰，谢荣华.非均质水淹层测井与解释[J].国外测井技术，1997，12（3）：43－55.Chang Mingche，Shao Feng，Xie Ronghua.Well logging and interpretation in anisotropic water－flooded zone[J].Foreign Well Logging Technology，1997，12（3）：43－55.

[3]李全厚，张云英，姜萍，等.状态空间模型在薄差层水淹层测井解释中的应用[J].测井技术，2001，25（4）：291－293.Li Quanhou，Zhang Yunying，Jiang Ping，et al.Application of state space model to interpretation of thin water flooded zone[J].Well Logging Technology，2001，25（4）：291－293.

[4]晁吉俊.利用测井资料综合判断老君庙油田L油层水淹等级[J].国外测井技术，2002，17（4）：21－28.Chao Jijun.Comprehensive judgment the water－flooded level using by well logging data in L oil reservoir of Laojunmiao oilfield[J].Foreign Well Logging Technology，2002，17（4）：21－28.

[5]钟蕴紫，秦菲莉，朱胜文，等.高含水期水淹层评价方法[J].国外测井技术，2002，17（3）：9－12.Zhong Yunzi，Qin Feili，Zhu Shengwen，et al.Evaluation method of water－flooded layer in high water cut stage[J].Foreign Well Logging Technology，2002，17（3）：9－12.

[6]刘传平，杨青山，杨景强，等.薄差层水淹层测井解释技术研究[J].大庆石油地质与开发，2004，23（5）：118－120.Liu Chuanping，Yang Qingshan，Yang Jingqiang，et al.Well logging interpretation technique in thin and poor watered－out pay zone[J].Petroleum Geology ＆ Oilfield Development in Daqing，2004，23（5）：118－120.

[7]杨景强，樊太亮，马宏宇，等.不同韵律油层水淹层测井定性识别方法[J].大庆石油地质与开发，2010，29（1）：134－138.Yang Jingqiang，Fan Tailiang，Ma Hongyu，et al.Qualitative identifing method of watered－out oil reservoirs with various rhythms by well logging[J].Petroleum Geology ＆ Oilfield Development in Daqing，2010，29（1）：134－138.

[8]张云英，王铁燕.喇萨杏油田水淹模式库的建立及其在水淹层定性解释中的应用[J].测井技术，2005，29（6）：548－550.Zhang Yunying，Wang Tieyan.Establishment of watered－out mode based and its application in qualitative interpretation in watered－out reservoir[J].Well Logging Technology，2005，29（6）：548－550.

[9]蔺景龙，张庆国，宋延杰，等.水淹层测井分析[J].大庆石油学院学报，2001，25（3）：20－23.Lin Jinglong，Zhang Qingguo，Song Yanjie，et al.Water－flooded formation well logging analysis[J].Journal of Daqing Petroleum Institute，2001，25（3）：20－23.

[10]杨景强，樊太亮，马宏宇，等.利用储层分类进行水淹层测井解释的方法研究[J].测井技术，2010，34（3）：238－241.Yang Jingqiang，Fan Tailiang，Ma Hongyu，et al.On log interpretation of water flooded layer with reservoir classification method[J].Well Logging Technology，2010，34（3）：238－241.

[11]宋延杰，王畅，唐晓敏，等.泥质砂岩水淹层有效介质对称复电阻率模型[J].大庆石油学院学报，2009，33（3）：13－17.Song Yanjie，Wang Chang，Tang Xiaomin，et al.Symmetrical effective medium complex resistivity model for water flooded shaly sand formation[J].Journal of Daqing Petroleum Institute，2009，33（3）：13－17.

[12]杨景强，马宏宇，刘如红，等.对水淹层测井评价中几个问题的认识[J].测井技术，2009，23（6）：511－516.Yang Jingqiang，Ma Hongyu，Liu Ruhong，et al.Cognitions on some problems in water－flooded layer log evaluation[J].Well Log－ging Technology，2009，23（6）：511－516.

[13]侯连华，王京红，刘泽容.水淹层测井评价方法[J].石油学报，1999，20（3）：49－55.Hou Lianhua，Wang Jinghong，Liu Zerong.Evaluation of water flooded interval well logging[J].Acta Petrolei Sinica，1999，20（3）：49－55.

[14]李雪英，蔺景龙，荆万学，等.薄差水淹储层自然电位测井曲线的校正方法[J].大庆石油学院学报，2007，31（3）：11－14.Li Xueying，Lin Jinglong，Jing Wanxue，et al.The environment factor correction method of spontaneous potential curve in thin and poor water flooded reservoirs[J].Journal of Daqing Petroleum Institute，2007，31（3）：11－14.

[15]王任一，刘曰强.基于小波熵水淹层识别方法探索[J].地球物理学进展，2007，22（5）：1558－1561.Wang Renyi，Liu Yueqiang.The identification method of the water flooded layer based on the wavelet entropy[J].Progress in Geophysics，2007，22（5）：1558－1561.

[16]张庆国，鲍志东，那未红.注水开发油田水淹层测井响应特征[J].大庆石油学院学报，2006，30（4）：101－105.Zhang Qingguo，Bao Zhidong，Na Weihong.Characteristics of well－logging response to water－flooded reservoir in water－driven oil field[J].Journal of Daqing Petroleum Institute，2006，30（4）：101－105.

[17]张美玲，孙宝刚，谢磊，等.扶杨油层组含钙质夹层厚油储层水淹层识别[J].大庆石油学院学报，2011，35（2）：13－18.Zhang Meilong，Sun Baogang，Xie Lei，et al.Water flooded layer identification of thick oil reservoir of Fuyang oil layer with calcareous intercalation[J].Journal of Daqing Petroleum Institute，2011，35（2）：13－18.

[18]Dabbouk C，Alin L，Williams G，et al.Waterflood in vuggy layer of Middle East reservoir：Displacement physics undersood[R].SPE 78530，2002.

[19]Khisamutdinov A I，Phedorin MA.Numerrical method of evaluationg elemental content of oil－water saturated formations based on pulsed neutron–gamma inelastic log data[R].SPE 104342，2006.

[20]慈建发，何世明，李振英，等.水淹层测井现状与未来[J].天然气工业，2005，25（7）：44－46.Ci Jianfa，He Shiming，Li Zhenying，et al.Present situation of water flooded zone logging and its development trend[J].Natural Gas Industry，2005，25（7）：44－46.

[21]文慧俭，李雪英，孟青云，等.水淹层解释单元自动划分方法[J].地球物理学进展，2013，28（3）：1516－1521.Wen Huijian，Li Xueying，Meng Qingyun，et al.The automatic division method of the interpretation unit for water－flooded zones[J].Progress in Geophysics，2013，28（3）：1516－1521.

[22]梅红，张厚福，钟兴水，等.神经网络技术在测井相分析及水淹层判别中的应用[J].石油大学学报：自然科学版，1997，21（3）：24－28.Mei Hong，Zhang Houfu，Zhong Xingshui，et al.Application of neural network to analyzing logging facies and identifying flooding layers[J].Journal of the University of Petroleum，China：Edition of Natural Science，1997，21（3）：24－28.

[23]文慧俭，李雪英，王盛强，等.基于解释单元划分的多曲线联合确定地层原始沉积韵律[J].吉林大学学报：地球科学版，2013，43（1）：299－305.Wen Huijian，Li Xueying，Wang Shengqiang，et al.Multi－curve jointly determine the original sedimentaryrhythm based on the interpretation unit discrimination[J].Journal of Jilin University：Earth Science Edition，2013，43（1）：299－305.

[24]陈科贵，赵志恒，高伟，等.小波分析在水淹层定性评价中的应用[J].天然气工业，2008，28（8）：49－51.Chen Kegui，Zhao Zhiheng，Gao Wei，et al.Application of wavelet to qualitative evaluation on water flooded layer[J].Natural Gas Industry，2008，28（8）：49－51.