夹层类型自动划分方法探讨.doc

夹层自动识别方法探讨
辛治国1，2，肖建新1，冯伟光2，黄文辉1
（1.中国地质大学（北京） 能源学院，北京100083；
2.中国石化股份胜利油田分公司 地质科学研究院，山东 东营257015）

摘要：陆相沉积储层中的夹层可分为泥质夹层、灰质（钙质）夹层和物性夹层三种类型，由于这三种夹层对流体运移影响程度不同，其对剩余油分布的控制作用也有差异，因而利用电测数据准确识别夹层对剩余油挖潜有很大帮助。本次研究提出了一套利用电性变化梯度法自动识别夹层的新方法，该方法利用夹层的电性特征与上下储层相比有一定差异的特点，通过分析夹层电性值与储层电性趋势值的差异，从而划分出夹层。然后计算夹层的自然伽玛变化梯度、微梯度变化梯度、微电位变化梯度、微电极幅度差、声波时差变化梯度、井径变化梯度等参数，将这些参数归一化后绘制雷达图，发现泥质夹层具有高微梯度变化梯度、高微电位变化梯度、高井径变化梯度的特征；灰质夹层具有高声波时差变化梯度以及低微电极幅度差的特征；物性夹层具有高微电极幅度差及低声波时差变化梯度的特征。在孤岛油田利用水平井挖潜夹层上部剩余油的过程中，利用这一方法优选泥质夹层发育的区域部署水平井，取得了良好的生产效果。
关键词：泥质夹层；灰质夹层；物性夹层；夹层特征；自动识别

Discussion on Methods of Interbed Automatic Identification
XIN Zhiguo1,2 XIAO Jianxin1 FENG Weiguang2 HUANG Wenhui1
(1. China University of Geoscience (Beijing), Beijing City, 100083, China; 2. Geoligical Scientific Research Institute, Shengli Oil Field Ltd.Co.,Ltd., Shandong Province, 257015, China)
Abstract: According to characters of lithology and physical property of interbeds, the types of interbed could be divided into muddy interbed, calcareous interbed and silty mud interbed in fluvial reservior. Influence levels of fluid redistribution are different caused by these three types of interbeds. The distribution of remaining oil situation are different, too. It was raised in this paper which interbeds property could be identificated Automatic by gradient method of electric property. The electrical characteristic of interbeds compare with the reservoir are different. Interbeds can be identificated through analysis interbeds electrical value and reservoir electrical tendency value difference. The type of interbeds can be identified by calculating variation gradient of combination gamma ray neutron laterolog, variation gradient of microinverse, variation gradient of micronormal, variation gradient of acoustic travel time, variation gradient of wellbore diameter and scope dissimilarity of microelectrode. And the mode was developed to identify these three kinds interbeds by mading relative plot of those parameters. The characters of muddy interbeds are high variation gradient of microinverse, high variation gradient of micronormal and high variation gradient of wellbore diameter. The characters of calcareous interbeds are high variation gradient of acoustic travel time and low scope dissimilarity of microelectrode. The characters of silty mud interbed interbeds are high scope dissimilarity of microelectrode and low variation gradient of acoustic travel time. Horizontal wells placed in the zones of muddy interbeds and thick silty mud interbeds which they was choosed using this method got very good production effect in Dudao oil field.
Key words: Muddy Interbed; Calcareous Interbed; Silty Mud Interbed; Interbed Character; Automatic Identification
0 前言
隔夹层是形成陆相储层流体流动非均质的主要原因之一，尤其是陆相沉积储层中各类夹层特别发育[1-5]，影响了储层内的流体流动，增加了油气的开发难度，致使陆相沉积油藏开发至特高含水期，局部仍有大量的剩余油富集，研究表明，剩余油一般富集在具有遮挡性夹层的上部[6-10]，因而识别夹层、判断夹层类型以及定量描述夹层规模则是石油工作者研究的重点内容。目前针对夹层的研究还是主要处于定性描述阶段[11-14]，缺少定量区分和描述的手段。本文通过对胜利油田10口密闭取心井进行分析，首先从岩心上识别夹层，然后分析岩心夹层的测井相应特征，进而建立起自动识别夹层的方法。
1. 夹层分类及特征
根据夹层的岩性、物性特征，陆相沉积储层中的夹层一般可分为3类，即泥质夹层、灰质（钙质）夹层和物性夹层[3-5]。

1.1 泥质夹层特征
泥质夹层是陆相沉积储层中最重要的一类夹层，泥质夹层的岩性为泥岩、页岩等，是在水动力条件较弱的沉积环境下形成的，一般在两次洪积事件之间或洪积事件中较弱的某个阶段都可以形成泥质夹层。
泥质夹层在测井曲线上主要反映为泥岩特征，具体表现为自然伽玛数值明显增大；微电极幅度明显下降，幅度差几乎为零或很小；对于疏松砂岩储层泥质夹层声波时差减小；井径曲线明显显示为扩径（图1）。
通过对泥质夹层上下1m油层含油饱和度统计发现，泥质夹层对油水运移的影响比较明显，上部含油饱和度相对较高，泥质夹层上部1m油层含油饱和度51.2%，下部1m油层含油饱和度43.0%（图1），这是由于泥质夹层有效地封隔了下部注入 图1 中12-J411井1192m-1205m柱状图
水的驱替作用。 Fig. 1 Column Section of 1192m-1202m of well Zhong12-J411

1.2灰质（钙质）夹层特征
灰质夹层是受沉积作用和成岩作用共同控制的一类夹层[10-13]，岩性为钙质胶结砂岩或砾岩，钙质胶结物的含量通常超过10%，岩性较为致密，分布的范围较小，陆相沉积储层中的灰质层主要出现在砂岩韵律段的顶、底，偶尔在油层中出现时，有一定含油性，介于油斑-油浸之间，本次研究的灰质夹层就是指出现在油层中的灰质夹层。
灰质夹层导电性差，在测井曲线上表现为：自然伽玛数值较低，且有降低趋势；微电极呈尖峰状，微电位及微梯度数值超过夹层上下储层的1倍以上；声波时差明显降低；井径曲线无限扩径[17]（图1）。
通过对灰质夹层上下油层含油饱和度统计发现，灰质夹层对油水运移的影响相对较弱，灰质夹层上部1m油层含油饱和度44.8%，下部1m油层含油饱和度43.8%。这是由于灰质夹层一般具有一定的渗透性，且分布规模较小，不能形成有效的封隔层。

1.3物性夹层特征
物性夹层岩性为粉砂质泥岩、泥质粉砂岩，是陆相沉积储层当中最为常见的夹层类型，通常以含砂的泥质条带形式存在，多数情况含有油斑。
物性夹层在测井曲线上表现为：自然伽玛数值有增大趋势，但数值仍较泥质夹层低一些；微电极数值降低，仍存在一定幅度差，但数值较小；井径曲线数值略有增大（图1）。
通过对物性夹层上下油层含油饱和度统计发现，物性夹层对油水的运移的有一定影响作用，物性夹层厚度越大，影响越明显，图1物性夹层上部1m油层平均含油饱和度43.1%，下部1m油层平均含油饱和度40.9%。
2. 夹层夹层自动划分方法
通过岩电匹配分析发现自然伽玛曲线（GR）、微电极（微梯度RLML、微电位RNML）曲线、声波时差曲线（AC）以及井径曲线（CAL）等对夹层反应比较敏感，因此只要能够自动识别出储层发育段上述电测曲线的突变位置，就能够自动化分出夹层来。

2.1储层电测曲线趋势值确定
储层电测曲线趋势值是指纯储层发育段各类电测曲线的稳定变化值，若无夹层发育而仅仅是储层内细微的粒度及物性变化时，该趋势值应是一条平滑的曲线，也就是说若是观测到剧烈偏离趋势值的情况即可以判定出现了夹层。
由于夹层的发育，储层段部分电测数值出现较大偏差，为了能够准确获得储层电测曲线趋势值应当剔除异常值，进行电测曲线重构。
2.1.1电测曲线重构
首先要分析储层段电测数值的分布，制定出奇异值界限，建议将偏离主体的10-15%的数据作为奇异值，例如图2中微电位奇异值界限为<1.4Ω·m和>2.2Ω·m；微梯度奇异值界限为<1.5Ω·m和>2.0Ω·m。

图2 微电位、微梯度数据分布直方图
Fig. 2 Distribution Histograms of Micronormal And Microinverse Data

将电测曲线奇异值重新赋值为就近的界限值，例如将储层段所有微电位小于1.4Ω·m的微电位数据赋值为1.4Ω·m；将储层段所有微电位大于2.2Ω·m的微电位数据赋值为2.2Ω·m，于是就得到了一条重构的微电位曲线（图3）。
2.1.2趋势值曲线确定
将重构的电测曲线采用算术平均滤波法进行平滑，滤波窗口为0.5m，研究发现滤波窗口宽度过大和过小均会影响研究的准确性。滤波窗口宽度过大夹层边界取值不准确；滤波窗口宽度过小则影响夹层识别精度。经过滤波后的电测曲线就是储层段的电测曲线趋势值（图3）。

图3埕7-检9井夹层分析柱状图
Fig. 3 Column Section of Interbedded Distribution of Well Cheng7-Jian9

2.2夹层自动化分
通过计算自然伽玛曲线、微电极（微梯度、微电位）曲线、声波时差曲线以及井径曲线与其各自曲线趋势值的差可以得到一条差值曲线（图3），这条差值曲线就反映了储层内岩性及物性的变化程度，变化剧烈的部分就是夹层的位置。为了能够实现自动化划分，需要进行数值分析，制定自然伽玛、微电极（图4）、声波时差以及井径的夹层划分界限，例如微电位差值小于-0.1Ω·m和大于0.1Ω·m的部分就是夹层，进而就得到了储层内部夹层的发育状况（图3）。

图4 微电位差值分布直方图 图5 微电位变化梯度计算参数选取示意图
Fig. 4 Histograms of Micronormal Difference Fig. 5 Sketch map of parameters selected
of Variation Gradient of Micronormal
3. 夹层类型识别方法
通过上述方法可以自动划分出夹层，但是还不能确定出夹层的类型。因此，本次研究提出了利用自然伽玛变化梯度、微梯度变化梯度、微电位变化梯度、微电极幅度差、声波时差变化梯度、井径变化梯度来识别夹层的性质，其优点在于这6个参数在反应夹层的性质方面更加灵敏。
3.1 微电位变化梯度计算
微电位变化梯度是指单位距离内微电位偏离储层微电位趋势值（图5）的多少，计算公式如下：
（1）
（2）
式中：—微电位变化梯度，Ω；
—微电位最大变化量，Ω·m；
—储层微电位趋势值，Ω·m；
—夹层导致储层微电位增加或减小的峰值或谷值，Ω·m；
—参数最大变化量对应厚度，m。
3.2 微梯度变化梯度计算
微梯度变化梯度是指单位距离内微梯度偏离储层微梯度趋势值的多少，计算公式如下：
（3）
（4）
式中：—微梯度变化梯度，Ω；
—微梯度最大变化量，Ω·m；
—储层微梯度趋势值，Ω·m；
—夹层导致储层微梯度增加或减小的峰值或谷值，Ω·m。
3.3 自然伽玛变化梯度计算
自然伽玛变化梯度是指单位距离内微梯度偏离储层自然伽玛趋势值的多少，计算公式如下：
（5）
（6）
式中：—自然伽玛变化梯度，API/m；
—自然伽玛最大变化量，API；
—储层自然伽玛趋势值，API；
—夹层导致储层自然伽玛增加或减小的峰值或谷值，API。
3.4 微电极幅度差计算
（7）
式中：—微电极幅度差，Ω。
3.5 声波时差变化梯度计算
声波时差变化梯度是指单位距离内声波时差偏离储层声波时差趋势值的多少，计算公式如下：
（8）
（9）
式中：—声波时差变化梯度，s/m2；
—声波时差最大变化量，s/m；
—储层声波时差趋势值，s/m；
—夹层导致储层声波时差增加或减小的峰值或谷值，s/m。
3.6 井径变化梯度计算
井径变化梯度是指单位距离内井径偏离储层井径趋势值的多少，计算公式如下：
（10）
（11）
式中：—井径变化梯度；
—井径最大变化量，cm；
—储层井径趋势值，cm；
—夹层导致储层井径增加或减小的峰值或谷值，cm。
3.7 夹层类型划分
将岩心中划分的不同类型夹层按照式（1）-（11）计算各自自然伽玛变化梯度、微梯度变化梯度、微电位变化梯度、微电极幅度差、声波时差变化梯度、井径变化梯度等参数，将各类夹层的各识别参数进行归一化处理后绘制了不同类型夹层的雷达图（图6）。

图6 不同类型夹层特征雷达图
Fig. 6 Radar map of dissimilar interbeds characters
从图6左泥质夹层雷达图中可发现，泥质夹层相对具有高微梯度变化梯度、高微电位变化梯度、高井径变化梯度以及中等自然伽玛变化梯度、中等微电极幅度差、中等声波时差变化梯度的特征。
从图6中灰质夹层雷达图上可发现，灰质夹层相对具有高自然伽玛变化梯度、高声波时差变化梯度以及低微梯度变化梯度、低微电位变化梯度、低井径变化梯度、低微电极幅度差的特征，特别是微电极幅度差出现了较多负值。
从图6右物性夹层雷达图上可发现，物性夹层相对具有高微电极幅度差、中等自然伽玛变化梯度、中等微梯度变化梯度、中等电位变化梯度、中等井径变化梯度以及低声波时差变化梯度的特征。
4. 应用效果
目前，隔夹层上部剩余油比较富集已经是尽人皆知的事实，利用水平井挖潜这一部分剩余油已是提高采收率的常规手段，因而如何寻找夹层，尤其是能形成有效遮挡的夹层是非常重要的环节。在孤岛油田利用水平井挖潜的过程中，我们将上述夹层自动识别的方法进行了应用。首先在研究区内划分夹层类型，优先在泥质夹层连片发育的区域设计实施水平井，取得了很好的生产效果。中一区Ng53共设计实施水平井15口，平均日油29.5t/d，是周围直井的4.2倍，平均综合含水40.3%，比周围直井低41.5%，新增年产油能力7.5×104t，预计增加可采储量33×104t，提高采收率4.0％。
5. 结论
（1）本次研究形成了一套夹层自动划分的方法。通过对储层段电测曲线重构、趋势值拟合及电测数据偏离趋势值程度分析，即可自动划分出夹层。
（2）通过计算夹层的自然伽玛变化梯度、微梯度变化梯度、微电位变化梯度、微电极幅度差、声波时差变化梯度、井径变化梯度，并归一化后绘制雷达图，即可较为灵敏地识别出夹层的性质。

致谢 在研究过程中得到了胜利油田高级专家王军教授级高工、胜利油田地质科学研究院贾俊山高级工程师和王延忠高级工程师的大力支持与帮助，在此一并致谢！

参 考 文 献
［1］ Haldorsen H H，Chang D M. Notes on stochastic shales：from out-crop to simulation model. In：Reservoir Characterization[J]. Orlando，Florida：Academic Press Inc，1986.
［2］ Miall A D. Architecture element and bounding surface in fluvial：anatomy of the Kayente Formation（Lower Jurassic）southwest Colorado[J]. Sedimentary Geology，1988，55：233-262.
［3］ 裘怿楠，陈子琪. 油藏描述[M]. 北京：石油工业出版社，1996：188-189.
Qiu Yinan, Chen Ziqi. Reservoir Description[M]. Beijing: Petroleum Industry Press, 1996：188-189.
［4］ 束青林. 孤岛油田馆陶组河流相储层隔夹层成因研究[J]. 石油学报，2006，27（3）：100-103.
Su Qinglin. Interlayer characterization of fluvial reservoir in Guantao Formation of Gudao Oilfield [J]. Acta Petroleisinica, 2006，27（3）：100-103.
［5］ Shizhong Ma，Jing zhang，Ning de Jin，et al. The 3-D architecture of point bar and the forming and distribution of remaining oil[J]. SPE 57308. 1999，1-7.
［6］ Hongmei Li，Christopher D. Geostatistical models for shales in distributary channel point bars（Ferron sandstone，Uath）：From ground-penetrating radar data to three-dimensional flow modeling[J]. AAPG Bulletin，2003，87（12）：1851-1868.
［7］ 刘建民，徐守余. 河流相储层沉积模式及对剩余油分布的控制[J]. 石油学报，2003，24（1）：58-62.
Liu Jianmin, Xu Shouyu. Reservoir sedimentary model of fluvial facies and it’s control to remaining oil distribution [J]. Acta Petroleisinica, 2003，24（1）：58-62.
［8］ 陈程，孙义梅. 厚油层内部夹层分布模式及对开发效果的影响[J]. 大庆石油地质与开发，2003，22（2）：24-28.
Chen Cheng, SUN Yimei. The Distribution Patterns of the Interlayers within Thick Pays and Their Impact on Recovery Efficiency,Shuanghe Oilfield[J]. Petroleum Geology & Oilfield Development in Daqing，2003，22（2）：24-28.
［9］ 李阳. 储层流动单元模式及剩余油分布规律研究[J]. 石油学报，2003，24（3）：52-55.
Li Yang. Flow unit mode and remaining oil distribution in reservoir [J]. Acta Petroleisinica, 2003，24（3）：52-55.
［10］ 王延章，林承焰，温长云，等. 夹层分布模式及其对剩余油的控制作用[J]. 西南石油学院学报，2006，28（5）：6-11.
Wang Yanzhang, Lin Chengyan,Wen Changyun, et al. The Distribution Pattern Of Interlayer And Its Controlling Function On Remaining-Oil[J]. Journal of Southwest Petroleum Institute, 2006，28（5）：6-11.
［11］ 李阳，王端平，刘建民. 陆相水驱油藏剩余油富集区研究[J]. 石油勘探与开发，2005，32（3）：91-96.
Li Yang, Wang Duanping, Liu Jianmin. Remaining Oil Enrichment Areas In Continental Waterflooding Reservoirs[J]. Petroleum Exploration and Development，2005，32（3）：91-96.
［12］ 阎海龙，孙卫. 水下分流河道砂体中夹层的识别及定量分析-以靖安油田盘古梁长6油层为例[J]. 西北大学学报（自然科学版），2006，36（1）：133-136.
Yan Hailong, SUN Wei. Quantitative Analysis Of Interlayer In Underwater Distributary Channel: Analyzing The Interlayers Of Chang 6 Reservoir In Jing’An Oilfield [J]. Journal of Northwest University (Natural Science Edition), 2006，36（1）：133-136.
［13］ 张吉，张烈辉，胡书勇. 陆相碎屑岩储层隔夹层成因-特征及其识别[J]. 大庆石油地质与开发，2003，22（4）：1-3.
Zhang Ji, Zhang Liehui, Hu Shuyong, The Genesis and Characteristics and Identification of Interca- lations in Reservoir of Clastic Rock[J]. Petroleum Geology & Oilfield Development in Daqing，2003，22（4）：1-3.
［14］ 郭长春，李阳. 河流相储层中夹层的发育规律及预测[J]. 石油天然气学报（江汉石油学院学报），2006，28（4）：200-203.
Guo Changchun, Li Yang. Distribution and Prediction of the interbed of river facies reservior [J]. Journal of Jianghan Petroleum Institute[J]. 2006，28（4）：200-203.
［15］ 林博，戴俊生，陆先亮，等. 孤岛油田中一区馆5段隔夹层划分与展布[J]. 西安石油大学学报（自然科学版），2006，21（4）：11-14.
Lin Bo, Dai Junsheng, Lu Xianliang, et al. Division and distribution of the barrier beds and interbeds in Guantao-5 member of Zhongyi area,Gudao Oilfield[J]. Journal of Xi'an Shiyou University (Naturnal Science Edition) ，2006，21（4）：11-14.

作者简介：辛治国（1977-），男，汉族，山东济南人， 2002年毕业于石油大学（华东）矿产普查与勘探专业，现为中国地质大学（北京）矿产普查与勘探专业在读博士研究生，工程师，主要从事油田开发地质研究。地址：山东省东营市胜利油田地质科学研究院，邮政编码：257015。联系电话：[phone]，E-mail：xinzg@。

项目来源：国家重大科技专项“大型油气田及煤层气开发”子课题“高温高盐油藏精细三维地质建模及开发优化调控技术”，项目号：2008ZX05011-03。