水平井参与下的油藏隔夹层描述技术及应用

夏 竹，张婷婷，张 胜，胡少华，王贵重，别 静，贺川航，李 凯

(中国石油 东方地球物理公司 研究院地质研究中心，河北 涿州 072751)

在油田开发初期阶段，隔夹层都是通过直井隔夹层密度频率进行定性描述的[1]，而进入油田开发中晚期，隔夹层精细描述成为开展油藏非均质性研究、剩余油分布预测的重点与难点[2-3]，原因是呈薄层状、不同类型、不连续分布的层间及层内隔夹层通常会在油层内构成复杂的渗流屏障，将储层分割成若干不连通或半连通的流动单元，使流体流动通道变得曲折复杂，其空间发育规律是控制剩余油分布的主要因素，尤其是井间隔夹层的准确预测[4-6]。与直井相比，一口水平井的最大优势是能揭示不同位置同一地层大量的横向地层和流体信息及变化[7]。而目前国内外水平井资料处理解释技术发展水平处在相对滞后的现状[8-9]也制约了水平井信息在储层隔夹层精细描述及剩余油气分布预测中的有效发挥。

本文以西部某盆地某油田水平井富集的开发区为例，在该区水平井段曲线系统环境校正处理、地层模型构造恢复的基础上，探讨了综合露头、岩心、直井和水平井信息，重新建立了该油田水平井单井隔夹层的定量解释标准，分别从水平井单井、沿水平井轨迹方向和平面上进行了油藏隔夹层的精细描述，并利用动态开发资料分析了隔夹层对油水运动关系的影响，提高了剩余油气二次分布富集的预测效果。

1 水平井单井隔夹层识别与分布

1.1 水平井开发区概况

图1为本文采用的水平井参与下油藏隔夹层及油水分布特征研究流程。研究区是位于中国西部某盆地已进入开发中后期T油田且受构造与岩性双重控制的H复合油藏[10]。目标含油层段——石炭系东河砂岩段(包含13套小砂层)形成于无障壁滨岸沉积背景，由海侵超覆与海退退覆构成四级旋回的完整沉积序列[11-12]。东河砂岩段油藏埋深大于5 000 m，平均厚度只有17 m，油田采用稀井高产手段，利用大量水平井进行整装开发[13]。综合分析研究区目标层段的露头、岩心、测井、地震、地质特征以及开发动态资料，认为东河砂岩油藏空间非均质很强，内部分布频率非常高、厚度超薄(十几厘米～1 m)的隔夹层导致了区内油水界面复杂化，剩余油重新富集严格受隔夹层成因类型与空间分布控制，形成阶梯状油水界面。

1.2 直井段隔夹层分类与识别标准建立

对全区取心资料进行观察研究并参考前人对油藏渗流屏障成因类型及分布特征的认识，用取心井建立典型剖面刻度测井响应关系 (图2)，分析发现孔隙度和电阻率曲线可以良好地指示隔夹层的类型，倾角电导率曲线能准确地识别隔夹层顶底界面。但考虑到研究区实测的倾角电导率曲线很少、水平井密度曲线缺失的实际情况，最终采取综合多条曲线的方法，重点选择分辨率较高、更敏感的自然伽马与密度曲线的隔夹层响应值，特别是经过本次研究发现，利用这两种曲线的变化幅度值(ΔDEN/ΔGR)进行交会能更有效地定量识别和划分各种隔夹层(图3a)，且直井(段)曲线、水平井段曲线都具有这一共性特征。

图1 水平井参与下油藏隔夹层描述及油水分布特征研究流程Fig.1 Flowchart for describing baffles and barriers in oil reservoir and mapping oil-water contact based on horizontal well data

(1)

若无密度曲线，可以利用本区对隔夹层较敏感的电阻率曲线(ΔRXO)与自然伽马曲线(ΔGR)交会也能够识别出泥质夹层、部分钙质夹层与钙泥质夹层，但图3b的红框投点区域不能区分开钙泥质夹层与钙质夹层，需要综合其它信息进行进一步甄别。

综上，研究区钙质夹层、泥质夹层和钙泥质夹层[14]3种类型的测井响应特征与测井识别标准(表1)及地质特点综合描述如下。

图3 直井(段)东河砂岩段内部隔夹层交会图Fig.3 Cross plot showing the baffles and barriers within the Donghe sandstone in vertical wells(segments)a. ΔDEN与ΔGR交会图；b. ΔRXO与ΔGR交会图(红框为混合区域)

夹层类型CAI/inDEN/(g·cm-3)GR/APIDT/(μs·ft-1)RT/(Ω·m)RXO/(Ω·m)PHIN/%ΔRXOΔDENΔGR钙质夹层≤BS>2.44<38低值高值,0.5～10高值,1～10低值<120.4～0.9>0.35<0.23钙泥质夹层≥BS<2.4428～45低值相对高值,0.5～3相对高值,0.8～3低值,8～180.2～0.6<0.35<-ΔDEN+0.58泥质夹层≥BS2.4～2.6>40相对低值相对高值,0.6～2相对高值,0.6～5低值,8～18>0.35>0.35<0.35>0.23>-ΔDEN-0.58

3种隔夹层总体沿平行海岸线方向呈平面上带状、剖面上透镜形、底平顶凸形、低凹顶平形等分布，多发育于临滨、前滨及后滨等亚相，夹层中钙质来自海水或早期碳酸盐岩胶结物的溶解[15]。

1) 钙质夹层

钙质夹层岩性致密、密度大，碳酸盐岩充填孔隙，导致钙质夹层的导电性差，渗透率低，岩性从粉砂岩到细砂岩均有出现(图2a)，厚度变化范围在0.3～1.5 m,是东河砂岩主要的隔夹层类型，在临滨及前滨亚相内容易连片分布。其在测井曲线上表现为低伽马值、高密度值、相对泥质夹层高中子值、低声波时差值以及高电阻率值。

2) 泥质夹层

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东河砂岩段内部质地很纯的泥岩层不太发育，泥质夹层多以泥质粉砂岩和粉砂质泥岩(图2b)为主，波纹层理发育，条带状分布，发育位置不定，层间泥夹层分布较远，但层内泥夹层分布范围有限，厚度变化在0.3～2 m。泥质夹层在测井曲线上主要反映为泥岩特征，较砂岩储层更高的自然伽马值、补偿密度高值、声波相对低值以及相对高的电阻率值。

3) 钙泥质夹层

此类隔夹层主要以钙质泥岩、胶结致密的钙质粉砂岩、泥质粉砂岩和粉砂质泥岩(图2c)为主，相对于前两种隔夹层具有一定的低渗透性，分布范围局限，不及钙质夹层和泥质夹层发育，厚度变化在0.2～1 m。钙泥质夹层测井响应特征介于泥质与钙质隔夹层特征之间。

1.3 水平井沿轨迹方向隔夹层识别与分布

水平井隔夹层解释通常需要直井(段)资料作为刻度和标定的。相对于直井(段)而言，除了水平井测量方式的特殊性外，水平井段的水平方向延伸距离通常也只有几百米、穿越的层系厚度不大，但横向上也会遇到同一套地层的岩性和岩相的剧烈变化，解释难度非常大。水平井沿井轨迹方向的隔夹层识别、划分及分布研究可分为两个重要步骤。

1) 建立水平井单井隔夹层定量的识别和划分标准。

第一步，水平井控制井筛选与隔夹层解释。先甄选出研究区内经井眼、各向异性等环境校正后、平面上均匀分布、对应的直井段有取心记录的水平井关键井，利用公式2.1逐点计算出它们水平井段RXO和GR曲线的变化幅值ΔRXO与ΔGR曲线并进行必要的校正，参照直井段的隔夹层识别模式与标准(图2,图3;表1)，获得区内具有区域控制意义的关键井沿水平井轨迹方向的单井各类隔夹层识别、认识结论(图4)。

第二步，确定全区水平井单井隔夹层定量识别和划分标准。与以往不同的是，在第一步基础上，分别统计出各关键井的水平井段目的层段各类隔夹层的曲线变化幅度参数值(ΔRXO,ΔGR或ΔDEN)，投点绘制ΔRXO与ΔGR交会图(图5)。该图能够更清晰地识别出水平井段的泥质夹层，区分大部分的钙泥质夹层与钙质夹层。对落在叠合区域(图5红框区)的钙质夹层与钙泥质夹层做进一步分析发现，钙质夹层其冲洗带电阻率RXO原始测量值要高于钙质夹层，两者可以配合甄别，并以此为基准建立适合全区水平井隔夹层定量解释标准(表2)。

2) 建立全区水平井直井段和水平井段地层(隔夹层)等时响应关系。

确保水平井直井段和水平井段之间及水平井沿轨迹方向地层单元空间上的沉积等时性，为全区直井、水平井直井段和水平井隔夹层等时对比研究打下坚实的基础。

第一步，建立水平井直井段与水平井沿轨迹方向局域宏观构造等时格架。先根据水平井对应的直井段以及沿水平井井轨迹方向的周边邻井分层信息，紧密结合研究区东河砂岩段的顶/底构造图，确定水平井段的段一级地层单元构造界面解释模型(图6)，获得水平井直井段与水平井沿轨迹方向的东河砂岩段13小层宏观控制格架(图6a左侧为水平井对应的直井段，图6a右侧为水平井段轨迹)，大体建立起直井段分层与水平井段对应地层之间的等时关系，并以直井段隔夹层解释结论对水平井段的隔夹层性质、顶底界面进行初步确认与修正。

图4 基于直井(段)解释标准的代表性水平井X445H隔夹层解释成果(垂向放置)Fig.4 Interpretation of baffles and barriers in the representative horizontal Well X445H based on the criteria of vertical wells(segments)

图5 水平井段东河砂岩段内部隔夹层交会图Fig.5 Cross plot showing the baffles and barriers within the Donghe sandstone in the laterals

第二步，构建水平井沿轨迹方向精细的等时地层对比格架。采用基于直井(段)地层模型约束的地层产状水平井曲线预测新技术，其原理是主要依据测井仪器特点，考虑水平井井眼轨迹与地层关系对测井响应的影响，以水平井段导眼井测井曲线为基准，模拟水平井段的曲线，通过调整地层产状使得模拟曲线与实测曲线一致，从而获得更准确地预测沿井轨迹方向的目标小单元地层产状分布信息。以图6中X445H井为例，相对井口位置，井底地层海拔升高，各小层厚度基本不变；但井底处是东河砂岩段10小层，在X445H直井段上表现为超覆尖灭特点，在确保地层沉积等时的基础上，对沿水平井轨迹方向的隔夹层对比、产状起到了调整、修正与指导作用，获得更合理的水平井沿轨迹方向的隔夹层分布图(图6b)。

表2 水平井段东河砂岩段内部隔夹层测井判别标准Table 2 Logging criteria for identifying baffles and barriers within the Donghe sandstone in laterals

图6 沿X445H水平井轨迹方向地层界面(a)与隔夹层分布(b)Fig.6 Distribution of interfaces (a) and baffles and barriers (b) along the trajectory of horizontal Well X445H

2 水平井参与下隔夹层剖面对比

研究区钻井、单井(直井、水平井直井段、水平井)隔夹层类型识别与厚度解释仅仅是基础，最重要的是要确定直井间储层内隔夹层的分布特征。通常连井对比剖面中,隔夹层是否连片或中断或尖灭，都是借助露头区夹层的空间展布形态，以及沉积概念模型给出的古海岸海侵、海退的方向进行综合判断的，但本区井间隔夹层分布的复杂性和不确定性、井网控制程度不高降低了井间隔夹层分布预测的精度。虽然研究区水平井横向延伸距离不远，但水平井信息量非常丰富，直井与水平井联合开展隔夹层连井剖面对比会提高空间上隔夹层描述的地质合理性与有效性。

1) 利用露头、沉积概念模型指导空间上隔夹层成因、类型以及分布规律的解释。

图7是基于地质露头、取心分析、测井和区域地质资料获得的研究区沉积概念模型。研究区典型的、分布相对较广的一种泥质夹层多发育于海侵超覆时期、水动力条件减弱的临滨亚相内，主要呈顺层状-楔状尖灭式分布于东河砂岩储层顶、底位置。另一种泥质岩夹层多位于临滨槽内的单砂体之间，分布相对局限。钙质夹层的成因复杂，成岩作用期与成岩后生期均可形成，前者多见于高水位的后滨、前滨亚相带内(图7)，成层性好，连续分布；后者主要有两种，一种是形成于浅埋藏时期，多呈薄层状分布于临滨滩中，另一种是深埋藏时期的蚀变与溶解作用，多呈团块状，分布不具有明显规律性。钙泥质夹层是原生沉积与次生成岩共同作用的结果，由于埋深大，温度和压力上升，泥质沉积物中饱和碳酸盐的孔隙水进入渗透率砂质沉积中，形成钙质泥质混合沉积，多见于韵律层的顶部或底部，在临滨亚相内相对更为发育。

2) 直井(段)与水平井联合开展隔夹层连井剖面对比解释、验证与修正。

紧密结合区域沉积相类型、隔夹层发育规律及构造位置，发挥研究区水平井资料丰富的特点，利用新增的多口水平井沿轨迹方向隔夹层解释成果对原有的、仅利用直井(段)隔夹层对比剖面进行验证与修改。以平行于海岸线方向的连井线图为例(图8)，X460井与X461井之间在3小层和4小层内均发育一套连续的钙质夹层，但从X460H井与X461H井的水平井隔夹层分布解释结果来看，3小层的钙质夹层在X460H井上并不存在，表明这套钙质夹层在井间中断或尖灭了，X460并与X461井在3小层内解释的钙质夹层应是两套不同的钙质夹层。X460H井在4小层内解释了两套钙质夹层，但X460井直井段只能识别出一套钙质夹层，说明X460井与X461井之间还存在一套钙质夹层，但延伸范围有限，在井间尖灭，直井上不能识别。从夹层的厚度以及夹层在小层的相对位置，结合水平井上隔夹层的分布，认为在4小层内存在3套钙质夹层。通过所有资料综合分析，最终获得水平井参与下的隔夹层对比剖面图(图8b)，水平井信息的加入明显提高了横向上隔夹层解释及分布的合理性和精度。

3 水平井参与下隔夹层平面展布

东河砂岩段内部隔夹层单层厚度薄、垂向上分布频率高、横向分布复杂、平面延伸范围不定、直井(段)信息有限，使得隔夹层平面表征与预测难度增加。加入水平井信息后，可以对隔夹层平面展布进行验证与修正、提高预测精度。图9显示：四口水平井沿轨迹隔夹层解释成果(图9b)与原有的隔夹层平面预测图(图9a)局部存在着矛盾。以X469H为例，井间多出一套厚度相对较薄的钙泥质夹层，但该套隔夹层在井间尖灭，并不能够在直井上被解释出来，说明在X467井与X430井处的钙泥质夹层沿海岸线的分布范围相对较大，延伸到了X469H水平井处。进一步结合剖面隔夹层预测结果、研究区东河砂岩段隔夹层统计数据，对原始的各小层井点隔夹层平面分布图进行了修改与完善，明显地提高了其平面分布预测的可靠性。

4 水平井参与下的隔夹层应用

东河砂岩油藏整体上已进入中、高含水阶段，研究区隔夹层的发育和展布规律不但导致东河砂岩段内部小层砂体纵横向不连通或遮挡效应，特别是各个不同开发区块由于隔夹层的存在使得油层的水淹情况不断加剧，油水运动随着开发进程的深入而更加复杂化。利用水平井参与下的隔夹层最新描述成果有效、合理地分析油水运动过程，跟踪油层水淹状况，为油田后期注水开发、加密井调整和剩余油重新富集分布区的准确预测提供有效的技术支撑。

图10a为X460H和X444H两口水平井参与下对1号钙质夹层、2号钙质夹层分布范围及厚度重新修正后的隔夹层剖面对比图。X444H、X445H井先后投产，且一直保持了较好的产油量。X460H井与X445H井同期投产，但累产油持续下降，含水则持续上升，是4口井中最先水淹的井，目前已经高含水关井。最后投产的X4441H井投产后含水上升较快。

图8 水平井参与前(a)后(b)隔夹层分布剖面对比Fig.8 Comparison of the distribution profiles of baffles and barriers interpreted with (a) and without (b) horizontal well data integrated

从原始油水分布图上看(图10a)，相对构造低部位的X460井和X4441井的油水界面也要高一些，这是由于下部连片分布隔夹层导致的油水界面变化。由于X460井储层物性好，厚度大，且油水界面附近的夹层密度低、厚度薄，在剖面方向上延伸较短，在夹层尖灭的地方，上下砂体连通，未能有效的遮挡住底水，成为底水窜流的高发区，边底水沿着顶部的钙泥质夹层向水平井X460H突进，导致X460H开始见水。但另一方面，边底水越过夹层后，相邻夹层的下部，由于注入水无法波及，动用程度低，从而形成了剩余油的滞留富集区(图10b)。对于X4441井与X444井而言，东河砂岩段底部夹层分布频率高，且以钙泥质夹层与泥质夹层为主，渗透性差不易突破，边水沿着底部连片分布的泥质夹层与钙泥质夹层(3号夹层)向X444H井方向推进，同样类似的是X4441H井投产时的4号夹层的存在(图10c)。因此，隔夹层发育的地带可以阻挡油藏边底水由下而上的突破，约束注入水沿着隔夹层下部沿层流动，从而改善开发效果。

随着注入水驱替的不断推进，夹层下部被圈闭的油层绕过夹层，在夹层上部形成油水混合带，导致X460H井完全水淹。但对于构造高部位的X444井与X445井在东河砂岩段上部由于隔夹层分布频率高、储层物性差，实现了对边底水的有效遮挡，因此，X444H与X445H井水淹程度较低，隔夹层分布密集的地段仍然是井间剩余油重新富集区(图10d)。

通过分析隔夹层对油层水淹的影响与控制作用，像研究区这样水平井开发的边底水型油藏，大面积分布的隔夹层能够有效的遮挡底水或抑制底水的推进，使得生产井具有较长的无水或低含水采油期，这些夹层之上和隔夹层分布频率高的未被水淹的剩余油区是今后调整挖潜的重点有利区带。

图10 不同时期油水分布情况、运动趋势与剩余油富集带预测Fig.10 Prediction of oil-water contact and trend of movement, and residual oil enrichment zone in different stages of oilfield developmenta.剖面上原始油水分布状态；b.X460H井开始见水时剖面上的油水分布状态；c.X4441H井投产时剖面上的油水分布状态；d.现今的油水分布状态

5 结论

1) 本文给出了水平井参与下的油藏隔夹层精细描述新思路和新流程，提取隔夹层敏感测井曲线的变化幅值作为一种新的交会图分析参数，引入了地层产状水平井曲线预测技术，获得了较合理有效的直井、水平井单井隔夹层类型定量的判别、解释标准，探讨了利用直井、水平井信息联合开展剖面、平面上隔夹层描述的实施步骤与内容，显著地提高了水平井信息的利用率和全区储层薄夹层描述的合理性与可靠性。

2) 在油田水平井开发区，影响油藏开发效果的因素多而杂。因此，水平井参与下的隔夹层描述成果还要紧密结合开发动态信息、综合多学科资料，深入地分析隔夹层对油水运动的积极和负面的影响以及对剩余油气分布的控制作用，并合理地预测出剩余油气二次聚集、富集区带，正确指导后续剩余油挖潜、开发方案的设计与调整。