《隔、夹层研究》PPT课件

第三节 隔、夹层研究,我国东部老油田多已进入高含水期采油阶段。剩余油主要分布于河流泛滥或三角洲前缘相水动力变弱形成的低或特低渗透率薄砂层中。因此搞好隔夹层研究是提高薄层开采潜力的关键。 Zeito认为泥岩夹层是最重要的油层非均质因素，泥岩夹层的交织以及由它引起砂体的不连续性是河道砂岩的普遍特征。这种不连续性是杂乱分布的，注水开发中夹层交织处会形成局部封闭的条件，影响采收率。,夹层指在主体储层内部存在的相对较薄、延伸较短且岩性或物性与上、下岩层有较大差异的低（非）渗透层段。 隔层则指垂向基本不具有渗透性的岩层，它能将上、下储层分隔开来，一般厚度较大，侧向连续性好。 隔夹层研究的内容基本包括： 夹层类型； 夹层岩电关系； 夹层成因及分布模式； 夹层对油气田开发的影响。,一、夹层类型及特征,1、岩性分类 泥粉砂岩夹层 钙质砂岩夹层 砾岩夹层,泥粉砂岩夹层,岩性类型:主要泥岩、粉砂质泥岩、炭质泥岩、含泥粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂岩等组成 成因有两种：一是半深湖或深湖正常沉积条件下形成，二是由高能向低能转换过程形成 分布特征:与湖相有关的夹层常常分布稳定，侧向连续好，而与高能向低能转换过程形成的夹层常常夹层稳定性很差。 电性特征：深侧向电阻率低，一般小于3.m；微电极曲线平稳幅度低，声波时差高值，一般在325s/m以上；中子伽马平稳低值，一般小于0.88API；井径曲线明显扩径。,钙质砂岩夹层,成因特征:储层内碳酸盐胶结物沉淀不均一作用而形成致密非渗透砂岩层。 分布特征:一般出现于砂层顶部和底部，俗称为“顶板”、“底板”。而与古环境有关的早期钙质夹层则通常形成于河道内具有原始高孔渗地区，呈板状或球状。 电性特征：深侧向电阻率高于或接近油层电阻率，微电极曲线为尖峰且幅度差小；声波时差明显低值，一般小于220s/m。,砾岩夹层,岩性特征:泥砾岩夹层、泥质砾岩夹层等。泥砾岩夹层指由定向或非定向排列的泥砾在砂岩中构成的夹层，属于河道的滞留沉积物。 分布特征:此类夹层通常沿冲刷面向河道边缘变薄尖灭，其厚度随河道古水流能量的变化而变化，一般为570cm不等。由于泥砾具有定向性，且其依附的砂岩通常为块状，因而储层具有各向异性的特征。 泥质砾岩夹层:泥质含量高、组构杂乱、物性差、微观非均质性强的混杂砾岩，与泥石流沉积有关。主要分布在冲积扇、浊积扇辫状河道内。 电性特征：微电极曲线介于泥岩和钙质层之间，有一定幅度差；深侧向电阻率较底，一般为3.513.m；声波时差为中值270s/m左右；中子伽马中等，范围为0.951.1API。,夹层岩性类型及电性特征,夹层岩性类型及电性特征,夹层岩性类型及电性特征,2、产状分类,由于古地貌和沉积方式差异，夹层产状表现出多种形式。根据夹层与储层顶面及夹层与夹层之间的产状关系，可以把夹层划分如下3类： 平板式 斜列式 紊乱式,1)平板式,夹层倾角与储层顶面倾角几乎一致，夹层与夹层之间的倾角也大致相同的一系列夹层的排列形式。 该类夹层主要出现在加积作用形成的储层内，如辫状河道砂体内。,辫状河砂体储层模式,2）斜列式,夹层与储层顶面呈一夹角，夹层的倾向相同、倾角相近的一系列夹层的排列形式。 这种夹层一般出现于侧积和前积作用形成的砂体内，如曲流河点砂坝和三角洲前缘的河口坝。,曲流砂体储层模式,3）紊乱式,夹层倾向和倾角变化没有规律的一系列夹层的排列形式。 这种夹层形成时的沉积方式比较复杂，在形成过程中既有侧积作用，也有加积作用发生，而且方向不稳定，主要在季节性变化较大的河流砂体中出现。,3、分布形式分类,夹层分布形式是指夹层分布连续性和形态。不同环境下隔夹层的分布特征差异很大。 小型河流沉积作用下，由于碎屑物质供给不足，砂体一般呈透镜状，河道切割能力差；在河流经过的地方隔层相对较薄，河道未经过的地方，隔夹层厚度大。 大中型河流沉积物中，砂体错综复杂，隔夹层分布连续性较差。 三角洲环境下，由于叶体分布面积大，整体废弃时湖侵范围广，所以隔夹层分布一般较为稳定，但在水下分流河道及砂坝发育的条件下，上下砂体迭合在一起，使隔夹层不完全连续。,大庆油田依据不同沉积环境下隔夹层分布特点的，可将其划分为4种分布类型,1）连续分布的隔夹层,主要分布于三角洲分流平原碎屑物供给不足的小型河流及枝状三角洲地区。砂质沉积不发育，由紫红、绿色或杂色块状的泥质隔层组成，岩性致密。 平面上连续但不稳定，井点钻遇率大于85。平均厚度1.5-3.5m，钻遇井点的平均厚度达3m以上。 如大庆油田北部的萨葡油层，这类隔夹层占单砂层间隔层的25左右。,连续分布的隔层图,2）局部分布的隔夹层,分布于泛滥一分流平原地区，由大中型河流泛滥沉积作用形成。 主要由泥质组成，分布范围被限制在河间地区。 遭受河道的迭加和切割作用，分布极不稳定，厚度变化大，侧向上不易追踪对比，只在小范围内起到阻隔作用。 井点钻遇率一般为40%-50%，平均厚度1m左右。,局部分布的隔层图,3）均匀分布的隔夹层,分布于外前缘相水动力条件稳定的地区，由三角洲整体废弃形成。 层位分布稳定，平面上连续好，厚度变化不大，平均1-2m，分布均匀，钻遇率一般在85以上。 隔层主要由具水平层理的灰色或灰黑色泥质层及坚硬的钙质层组成。 由于平面分布范围广，岩性致密，所以此种分布类型的隔层虽然厚度相对较薄，但抗压性和阻渗效果较好。,均匀分布的隔层图,4）条带状分布的隔层,分布于水动力变化相对频繁的内前缘地区，由于靠近湖岸线，受水下分流河道和湖盆波浪的共同作用，隔层平面分布不稳定。 井点钻遇率一般50%-60%，厚度变化也较大，平均1-3m，是均匀分布的隔层和局部分布的隔层的过渡类型。 主要由灰绿色泥质隔层和细岩性隔层组成，呈现波状或不规则水平层理；由于其中细岩性比例相对较大且平面分布不稳定，所以隔层的阻渗作用和抗压能力都较差。,条带状分布的隔层图,辽河曙二区缓坡浊积岩储层夹层时，将夹层的分布形式分为3类,1）连续分布的隔夹层,钻遇率一般大于80%，连续厚度大（平均15-30m），平面分布稳定连续性好。 这种隔层主要为泥质隔层，多形成于半深湖或深湖的正常沉积，质纯致密，垂向阻挡效果好，厚度在1.5m以上即可作为大套开发层系的隔层。,2）条带状分布的隔夹层,钻遇率一般为30-50%，平面上呈带状分布，厚度不大，一般在1-5m之间， 主要分布于沟道间或扇中前端； 这种隔层可作为小范围注采井网发层系的隔层。,3）零星分布的隔夹层,钻遇率小于30，平面上分布零散，呈土豆状。 单层厚度较小，一般在0.22.5m之间。主要为钙质隔夹层，少部分为泥质隔夹层。 纵向上一般与储层呈互层分布或夹于厚储层中，横向延伸不远，连续性差，主要分布于辫状沟道之中。 这类隔层一般不能作为开发层系的隔层。,根据泥岩的分布范围，Richardson等总结了泥岩连续性特征，把其划分为确定型泥岩和随机型泥岩。,1)确定型泥岩,是指其大小和空间位置具有确定性的页岩。具体讲应满足下列条件： a、位于储层单元的边界； b、泥质含量大于40； c、井间可对比追踪； d、在压力-深度图上与压力跳跃相关。,确定型泥岩可以是连续的或不连续的，连续的泥岩层延伸较长（300m），其垂向渗透率极小，相邻两砂层表现为独立的储层。 不连续的泥岩只在局部地区对流体的流动起屏蔽作用。 用确定沉积环境的方法可以定性评价确定型泥岩的连续性。,2)随机型泥岩,这些夹层厚度薄（0.3m-0.6m），测井信息反映不出来，一般通过岩心分析确定。 泥岩夹层的厚度仅与沉积期占优势的局部地形有关，而与夹层长度无关。 因此，在井间不存在任何关系，似乎是随机地分布在砂岩中。 可用其垂向上的密度（每米砂层厚度中的夹层厚度）以及频率（每米砂层厚度中的夹层数）来表示页岩夹层的特征。 尽管夹层分布是随机的,但密度分布不是随机的，其等值线很有规律性。 这些不渗透夹层的影响主要是限制渗流能力。,4、出现位置分类,油层划分的重要依据是油层单元之间的隔夹层分布，小层是油层的基本单元。 根据隔夹层出现的位置与小层之间的关系，可以把夹层划分为层内夹层和层间夹层。,1）层内夹层,也叫旋回层内夹层。 是小层内部的夹层，是在河流、三角洲连续沉积过程中各种不同水动力条件下形成的，种类多、形态复杂。 大都为各种形式的透镜体，分布范围极其有限，厚度亦有变化，除废弃河道充填物外，一般都很薄。300m井距条件下难于或根本不能对比。一般也只起局部渗透性遮挡作用，其中规模较小者对宏观油水运动影响不大。,河道砂体层内夹层类型,曲流点坝间的废弃河道充填物， 点坝内侧积体间的夹层， 河床底部透镜状滞留沉积物， 河口砂坝和顺直分流中水平状充填的薄夹层， 交错层组底部的泥砾层， 各种层理和纹理间纹层状薄夹层等都属于层内夹层。,2）层间夹层,也叫旋回层间夹层,是小层之间的夹层（隔层） 是河流泛滥时期或三角洲叶体废弃时期形成的泥质、粉砂质等细粒沉积物， 往往具有较广泛的分布范围、相对稳定的层位、大致水平的原始产状和良好的垂向渗透性遮挡作用。 300m井距条件下一般可以追溯对比。 在河流环境中，砂体呈强烈的透镜状，层位错综复杂，砂体间互相切割，使得这类夹层保留程度较差，层位也起伏不平。 三角洲叶体分布面积广阔，分流水道切割能力较弱，废弃时湖泊侵入范围较广，因而层间夹层广而稳定，保留程度亦好，尤其在前缘相中，基本上呈平板式分布。,层间夹层分布特征 （a）河流环境；（b）三角洲环境,5、成因分类,夹层的成因不仅控制着夹层的岩性、物性，而且也控制着其平面分布特征。 夹层成因复杂，不仅与水动力能量有关，而且与碎屑物供给、搬运方式及成岩作用有关 。 研究者可以根据研究区的储层沉积成因和成岩作用特点提出本地区夹层成因分类。,G.M.Geehan等在研究Prudheo bay油田Ivishak组时提出了6种泥岩夹层成因类型。 Ivishak组是一个厚90-190m的大型三角洲、河流相复合体。,1）厚层状前三角洲粉砂岩和泥岩，具有常见的滑塌构造，偶见薄层极细砂岩，富含碳质碎屑； 2）薄层点砂坝粉砂岩和泥岩，具有滑塌构造并富含碳质碎屑； 3）沼泽或海湾厚层泥岩，薄纹层状、含极细的砂岩夹层； 4）废弃河道泥岩，厚0.6-2.5m，常有滑塌构造并与砂岩和小砾石混合； 5）厚层斑状洪泛平原粉砂岩、偶见泥裂泥岩和致密胶结的砂岩互层； 6）滞留、披覆和坍塌泥岩。常见波痕和纹理，厚度小于0.6m。,普鲁德霍湾油田东部两口井内第1层和第2层微相与有关成因泥岩相,普鲁德霍湾油田东部两口井内第2层微相和有关的成因泥岩相,A.C.MacDonald等研究北海Statfjord油田Statfjord组河流相泥质夹层后提出4种成因类型的夹层。,1）泛滥平原泥岩 ：通常在1到10米厚，但厚达20米的泥岩也存在。较厚层段具有彻底成壤作用的证据，这表明河间地区正常情况陆上是暴露的，只在洪水期才被淹没。 2）黑色层状泥岩 ：与河床砂岩层序有密切关系，有时它直接以突然接触方式覆盖在一个粗粒砂岩上面。这些泥岩被解释是在废弃河道沉积环境中形成。多数层状泥岩在井间不能相互关联，这也支持了废弃河道解释的说法。,3）河心砂坝顶部的小洼地泥岩：是Statfjord油田最主要的夹层，在靠近一些向上变细的河道砂岩顶部有1米厚的粉质泥岩层。 4）泥屑角砾岩 ：是潜在的渗透率隔夹层。它们是由粗粒砂岩骨架上紧密压缩的带棱角的泥岩碎屑组成，这种紧密压缩的碎屑能形成重要的垂向渗透率阻挡层。这些层通常厚度小于50cm，代表由侧向河道偏移和泛滥平原侵蚀导致的河道滞留沉积，存在于砂体内不同层位。,二、夹层电性识别,应用取心资料研究隔夹层无疑是直接和可靠的手段，但取心井数量毕竟有限。 为此通过取心检查井组合测井图和岩心柱状图研究岩电关系，确定隔夹层不同岩性的电性标志，从而运用电性资料划分不同岩性组成的隔夹层，为精细描述隔夹层的分布状况提供基础。,大庆油田选用微梯度、三侧向、0.25m视电阻率3条电测曲线 由岩心柱状图确定隔夹层不同岩性，并在组合曲线图上读取相对应的电性值。 在此基础上做3条曲线隔夹层电性值的两两交会图，由此可以获得隔夹层不同岩性的电性特征,双河油田在大量的取芯、试油、化验分析资料研究基础上，认为形成夹层的主要因素是储层中泥粉质或钙质含量增加或岩石颗粒变细，导致储层内局部岩石物性变差。 在目前测井系列中，能较好地反映储层物性好坏的主要是自然电位和微电极曲线。因此利用自然电位的异常幅度和微电极幅度差来判别夹层和油层。,三、夹层规模与分布模式,对于陆相沉积，河道点砂坝砂体上的侧积泥岩（亦称落淤层）的宽度常受河道宽度的限制，垂向上一般不超过河深的2/3，这种河道砂内部的夹层常使砂体成为半连通体； 废弃河道沉积、牛轭湖沉积形成的夹层则基本上等于河道宽度 河道间洼地（或溢岸沉积）的宽度基本不受河道限制,1、夹层规模,夹层规模与成因有关,三角洲、扇三角洲、水下扇储集层内部的夹层分布也主要受水道的控制，同时还受较大规模水进水退的控制，大规模的水进可形成大面积泥岩披覆层，而水退环境下，原先沉积的夹层很可能受后期河道沉积的冲刷侵蚀，从而使夹层的分布有不同程度的改变 对于海相沉积，海滩砂内部夹层的分布受沿岸砂坝规模的影响控制，夹层多分布在沿岸砂坝的底积层，及水体能量低的部位 在洪泛期（海平面上升）可形成大范围的海进泥岩披覆层；潮坪沉积中的夹层除受潮坪的性质影响外，还受潮道的影响,不同沉积环境中泥岩夹层长度特征 （据Richardson）,Wadman等应用17个现代辫状河和直流河沉积的研究结果预测了普鲁德霍湾单元体（辫状河流环境）Sadlerochit砂层中泥岩的平面分布，结果表明河道宽/深为40，泥岩的平均长/宽为3 假定Sadlerochit砂层中的泥岩的平均厚度等于沉积时河道深度（0.55m）。那么，预计泥岩宽度为22m，长度为66m。,夹岩的规模可用沉积环境类比法预测,点坝中的泥岩夹层是呈斜列式分布的，每一个侧积体间的夹层在空间上都为一倾斜的微微上凸的新月形曲面（其平面投影亦为新月形）。 一系列这样的曲面向同一方向有规律地排列构成了点坝内部的夹层骨架。 每一个侧积体间弯月形夹层的规模可以依据沉积时河流的规模来估算。 点坝的宽度大约等于满岸河宽的2/3，长度近似于1/2曲流波长。 由于夹层仅分布在常年水位以上的边滩表面，那么弯月形夹层的宽度应小于2/3河宽，长度也小于1/2曲流波长。,美国学者GAZeito 1965年调查了美国3个州内13条河流剖面，其中8条剖面中只有粉砂岩夹层，5个剖面中页岩夹层的延伸长度小于76.2m的数量占66.4，大于76.2m的占33.6，其中大于152.4m只有17.3。,2、分布模式,在研究双河油田扇三角洲厚油层内夹层分布时，指出由于扇三角洲前缘不同部位的沉积条件的差异，常常使厚油层内出现不同的夹层分布模式。 根据夹层的纵向、横向和平面分布的特征，可以把双河油田厚油层层内夹层分布模式划分为3种类型：随机型、过渡型、连续型。,1）随机型,在扇三角洲前缘水下河道部位，河道砂体迁移频繁，冲刷能量强，所以在厚油层内部主要出现厚度薄、密度低、横向和平面展布范围小的泥粉砂质岩夹层。 另外，还出现随机性更强的钙质砂砾岩和泥粉质砂砾夹层。这种类型的夹层分布模式的主要特征,（1）夹层厚度薄，平均厚度为0.6m。厚度在横向上变化不稳定，时厚时薄，反映该部位是沉积能量变化频繁的沉积环境。 （2）纵向上，泥粉质岩夹层出现在河道砂体的顶部或河道砂体内正韵律顶部，其它两类夹层一般出现在河道砂体底部。夹层密度为18%，夹层频率为0.20个/m。 （3）泥粉质岩夹层横向延伸长度为102-305m，但钙质砂砾岩和泥粉质砂砾岩夹层横向分布范围更小，分别为98m和105m。 （4）平面上，泥粉质岩夹层呈长条状，其延伸长度般不超过350m，钻遇率为2%，单个夹层的面积不到含油面积的5%。钙质砂砾岩和泥粉质砂砾岩夹层呈园状或椭园状，常常为单井钻遇。 一般地，对这类夹层分布进行确定性对比的井距至少小于100m。,随机型特点,2）过渡型,过渡型夹层分布模式主要位于扇三角洲前缘水下河道到前缘席状砂体的过渡部位。由于河道的冲刷和迁移能力明显减弱，从而出现了连续性相对较强的夹层分布。 成因上，夹层主要是与湖相沉积有关的泥粉砂质岩，特别是泥质成分明显偏多，颜色也由灰色变成深灰色。,过渡型特点,（1）与随机型夹层相比，本类型的夹层厚度变厚，平均为0.81m，厚度在横向上变化较稳定。 （2）纵向上，夹层主要出现在河道砂体或河口坝砂体的底部。夹层密度为25%，夹层频率为0.25个/m。 （3）横向上，夹层展布相对较稳定，延伸长度一般大于319m。 （4）平面上，呈片状或不规则状。由于河道冲刷，而出现多个“天窗”。单个夹层的面积占含油面积的36%，钻遇率达40%。 这类夹层分布连续性较好。一般地，进行确定性夹层对比所要求的井距起码小于300m。,3）连续型,这种类型的夹层分布模式位于扇三角洲前缘河口坝和前缘席状砂体发育部位。夹层大多为连续稳定分布的湖相灰黑色泥岩。 由于夹层稳定，所以能够把整个油层划分成多个互不连通的分隔单元。,连续型特点,（1）夹层厚度明显比前两者厚，平均厚度达1.10m。 （2）夹层密度为29%,夹层频率为0.27个/m。 （3）横向上，夹层展布稳定，延伸长度一般大于600m。 （4）平面上，呈连续的席状。单个夹层的面积占含油面积的80%以上，钻遇率达90%。 这类夹层分布在横向上对比性很好，即使在井距大于600m的井网中也能确定地对比。,双河油田厚油层内夹层分布模式,连续型的夹层分布模式可以通过井间对比来描述，而随机型的夹层分布模式可用随机方法来确定。 为了描述泥岩夹层在垂向上的随机分布，可以应用垂向上所观察到的分布和产生随机数的方法确定泥岩夹层在垂向上的位置及侧向上的展布。,a、根据实际资料统计泥岩夹层的厚度分布和延伸长度的分布； b、按一定比例作出待模拟剖面大小的框图，按下述步骤c-d生成夹层； c、在0-l之间生成两随机数，分别乘上b步所绘剖面的长度和厚度，得出的点(x，z)作 为某个夹层的中心点； d、利用夹层厚度和夹层延伸长度的经验分布，分别随机取样求得夹层的厚度和延伸长度； 一个夹层产生了。,不断重复c-d步骤直到剖面上的夹层面积之和与剖面面积之比Fg和实际值相等为止。,泥岩夹层生成程序,泥岩夹层的随机剖面,四、对油田开发的影响,夹层把厚油层划分成若干个段，减少了注水和产液的有效截面积和有效厚度， 同时在横向上和纵向上阻挡注入水驱替。夹层的出现减小了储层的纯总比，从而丧失了部分流体渗流的有效截面积和有效厚度，降低了油层动用程度。 夹层的存在使厚油层水淹状况变得复杂，水淹非均匀性增强，影响了厚油层纵向厚度波及系数。,1、对油层垂向渗透率的影响,水平泥岩夹层对油层垂向渗透率的作用有很大影响。Haldorsen、Lake和Chang用数学方法把泥岩和其它水平夹层的作用模拟出来， Marco A.S.Moraes等计算了巴西Potiguar盆地Sergi组的有效垂向渗透率：上Sergi储层平均垂向渗透率为75md，有效垂向渗透率为30.5md；下Sergi储层平均垂向渗透率为54md，有效垂向渗透率仅为5.7md。 由此可见，由于夹层的存在，大幅度地降低了油层垂向渗透率，从而阻碍了油水垂向流动，降低注水开发中注入水波及体积。,2、夹层稳定性,稳定分布的夹层： 往往容易把厚油层分隔成多个流动单元。 流动单元之间在封闭程度、储层物性和相构成方面存在明显差异，是层内流动单元间干扰的主要原因，影响层内动用的不均匀性。 对于稳定性差的夹层，尽管它也能阻挡注入水纵向窜流，影响波及体积系数，但它比稳定的夹层影响要小得多。 在稳定性差的夹层中，延伸长的夹层，更能阻挡注入水的波及，能形成一定数量的剩余油；相反，延伸短的夹层，阻挡注入水波及的能力要差一些。,双河油田414井组4小层夹层分布与油水运动,T428井的，小层对应注水井是414井， T428井中的4号与5号单层之间的夹层向414注水井方向消失。由于该夹层的遮挡，致使5号单层注水波及程度很低，1990年9月试油产油14.3t，含水率为2。 而2号与3号单层之间的夹层为钙质夹层，延伸有限，故很难遮挡注入水的波及，试油结果证实含水很高。 必须指出，由于稳定性差的夹层遮挡范围有限，利用夹层挖潜的稳产基础薄弱，大部分井投产后不到半年内含水率就高达90以上。,J.G.Richardson等利用数值模拟证实了夹层侧向宽度对原油采收率的影响。 说明注入2倍孔隙体积的气体时，无隔层、隔层宽度为18.29m、26.58m和73.15m模型的采收率分别为72.66、68.97、67.44和65.26。,夹层宽度对原油采收率的影响,3、挖潜,在注水开发油田，厚油层内的夹层遮挡注入水运动，阻碍注入水波及，降低油田开发效果。 但是，由于夹层遮挡，可以形成比较丰富的剩余油，因此可以利用夹层挖掘油田开发后期潜力。,(1)利用夹层进行选择性射孔。在油田开发后期，由于夹层和其它因素，厚油层层内呈现多段水淹，常常在总体强水淹背景中夹一或几段未弱水淹段。未弱水淹段上下一般由夹层与强水淹段分隔。因此，在油井投产射孔时，避射潜力段上下夹层，可以有效地挖掘剩余油。 (2)利用较稳定的夹层，局部细分层系，减弱层内干扰。 (3)利用夹层封堵高含水层，解放中低渗透段潜力。,