伊拉克W油田白堊系生物碎屑灰?guī)r儲(chǔ)層高滲層成因及分布規(guī)律

韓海英，田中元，徐振永，姚子修，衣英杰，李峰峰

中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院

0 前言

高滲層通常是指具有高滲流能力、側(cè)向連續(xù)、厚度較薄、產(chǎn)液和吸水速度高、滲流性質(zhì)明顯高于圍巖［1-5］的一類(lèi)流動(dòng)單元。高滲層在碳酸鹽巖油藏開(kāi)發(fā)中起到雙重作用：一方面，開(kāi)發(fā)初期，高滲層的高滲流能力使得單井產(chǎn)量較高，對(duì)油田上產(chǎn)起到促進(jìn)作用；另一方面，在注水過(guò)程中，注入水沿高滲層快速突進(jìn)，造成油田含水快速上升，制約了油田的開(kāi)發(fā)效益。

中東地區(qū)石油產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量的31%［6］，其中碳酸鹽巖油氣產(chǎn)量占比達(dá)80%［7］，這類(lèi)儲(chǔ)層巖性以生物碎屑灰?guī)r為主，高滲層普遍存在，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)。伊拉克W油田上白堊統(tǒng)Mishrif組油藏為中東地區(qū)典型的生物碎屑灰?guī)r油藏，儲(chǔ)層中發(fā)育高滲層，注水開(kāi)發(fā)后水躥嚴(yán)重，高滲層是最為關(guān)鍵的影響因素。學(xué)者們對(duì)W油田的高滲層研究已有涉及：田中元等［8］建立了Mishrif組油藏高滲層定量識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)，厘定高滲層滲透率下限為30×10-3μm2；劉航宇等［9］針對(duì)潮道內(nèi)高滲層成因進(jìn)行分析，認(rèn)為高滲層是由三級(jí)和四級(jí)相對(duì)海平面升降過(guò)程中的疊加溶蝕所產(chǎn)生的。以上認(rèn)識(shí)對(duì)于W油田高滲層的研究提供了重要參考，但是隨著注水開(kāi)發(fā)的深入，這些認(rèn)識(shí)尚不足以很好地指導(dǎo)油田開(kāi)發(fā)面臨問(wèn)題的解釋?zhuān)杂写钊胙芯俊?/p>

本文基于巖心、測(cè)井、鑄體薄片等資料對(duì)高滲層的類(lèi)型、成因及控制因素等進(jìn)行研究，厘清了高滲層的分布規(guī)律，對(duì)于Mishrif組生物碎屑灰?guī)r的開(kāi)發(fā)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 地質(zhì)概況

W油田位于伊拉克東南部，區(qū)域構(gòu)造上位于阿拉伯板塊北緣，現(xiàn)今的扎格羅斯山前前陸盆地，即美索不達(dá)米亞盆地的南部（圖1a）。研究區(qū)位于西古爾納—魯邁拉構(gòu)造的北翼，呈南北走向?qū)捑彵承毙螒B(tài)（圖1b），兩翼白堊系地層傾角約為2.1°～3.2°，西翼較東翼陡。構(gòu)造的西翼斷層較發(fā)育，斷層的走向主要為北西—南東向，斷層性質(zhì)為正斷層，平均斷距為20 m，最大斷距為40 m。

Mishrif組位于上白堊統(tǒng)塞諾曼階—土倫階下部，分為4個(gè)三級(jí)層序［10-12］（圖1c）：層序1為下部的MC段，發(fā)育中緩坡—外緩坡沉積，巖石類(lèi)型以泥?；?guī)r與粒泥灰?guī)r為主。層序2為中部的MB2L段和MB2U段。MB2L段自下而上為外緩坡—內(nèi)緩坡的向上變淺的沉積序列；MB2U段主要為臺(tái)地邊緣灘顆粒灰?guī)r，頂部為暴露面。層序3為中上部的MB1段，為局限臺(tái)地—開(kāi)闊臺(tái)地沉積，內(nèi)部發(fā)育潮道。層序4為上部的CRII、MA、CRI段。其中CRII段為水體較深的生物碎屑泥晶灰?guī)r；MA段以局限臺(tái)地為主，巖性主要為泥粒灰?guī)r和含灰泥顆?；?guī)r；CRI段為潮坪環(huán)境，頂部發(fā)育風(fēng)化角礫巖段。

圖1 伊拉克W油田地理位置及上白堊統(tǒng)Mishrif組綜合柱狀圖Fig.1 Location of W Oilfield in Iraq and comprehensive column of the Upper Cretaceous Mishrif Formation

Mishrif組平均氣測(cè)孔隙度為19.3%，平均氣測(cè)滲透率為（10～38）×10-3μm2，總體屬于中孔中低滲儲(chǔ)層，儲(chǔ)層內(nèi)部發(fā)育多套高滲層，其氣測(cè)滲透率可達(dá)1.6 μm2以上。

2 高滲層的類(lèi)型及特征

生物碎屑灰?guī)r儲(chǔ)層主要受構(gòu)造作用、沉積作用和成巖作用的綜合影響［13-16］。就儲(chǔ)層改造的有利性而言，沉積作用影響顆粒大小和基質(zhì)含量，高能環(huán)境顆粒含量高，易形成粒間孔隙，增加儲(chǔ)層的物性；溶蝕作用不僅可以增加孔隙度，而且可以增大喉道，改善孔隙的連通性，從而使得儲(chǔ)層質(zhì)量變好；構(gòu)造作用可形成斷裂或裂縫，酸性流體沿?cái)嗔鸦蛄芽p侵入溶蝕，增加孔隙度，改善滲透性。根據(jù)這些作用的相互關(guān)系及對(duì)高滲層形成及分布的控制程度，可將Mishrif組高滲層劃分為沉積主控型、成巖主控型和構(gòu)造主控型等3種成因類(lèi)型。

2.1 沉積主控型高滲層

沉積主控型高滲層以MB1段的潮道高滲層和MB2L段內(nèi)緩坡灘高滲層為代表。

（1）潮道高滲層

高滲層發(fā)育于潮道中，分布受潮道展布的控制，高滲層的巖性以顆粒灰?guī)r、礫屑灰?guī)r為主。巖心上，完整的潮道底部為粗粒沉積，向上顆粒變細(xì)，縱向上體現(xiàn)出水體變淺的特征（圖2a），與伊拉克南部哈法亞油田的潮道“二元結(jié)構(gòu)”一致［16］?？v向上單期或多期潮道疊置，部分潮道頂部發(fā)育硬底及方解石膠結(jié)。較強(qiáng)的水動(dòng)力條件下的潮道主干道多發(fā)育粒序?qū)永砗蛪K狀層理（圖2a），單期厚度較大，在1～3 m之間，高滲層在潮道中下部及頂部均可發(fā)育。弱水動(dòng)力條件下的潮道的支流多發(fā)育雙向交錯(cuò)層理，夾泥?；?guī)r或粒泥灰?guī)r的紋層（圖2b），單期厚度較小，在0.3～1 m之間，高滲層往往發(fā)育在中下部。潮道高滲層孔隙類(lèi)型以粒間孔隙和粒間溶孔為主（圖2c，2d）；孔隙度為10%～33.2%，平均孔隙度為23.5%；滲透率為（40～1 667）×10-3μm2，平均滲透率為173×10-3μm2。單期潮道高滲層測(cè)井曲線呈現(xiàn)出低自然伽馬、高深探測(cè)電阻率、低密度、高聲波時(shí)差和高中子孔隙度的特征，形態(tài)表現(xiàn)為鐘形，多期疊加的則表現(xiàn)為箱形特點(diǎn)（圖3a）。

圖2 伊拉克W油田Mishrif組沉積主控型高滲層巖心及鑄體薄片照片F(xiàn)ig.2 Photos of cores and cast thin sections showing sedimentation-dominated high permeable streak of Mishirf Formation in W Oilfield,Iraq

圖3 伊拉克W油田Mishrif組三種類(lèi)型高滲層的測(cè)井響應(yīng)特征Fig.3 Logging characteristics of three types of high permeable streaks of Mishrif Formation in W Oilfield,Iraq

（2）內(nèi)緩坡灘高滲層

內(nèi)緩坡灘高滲層發(fā)育于灘體中上部，巖性以生物碎屑泥?；?guī)r為主（圖2e）。單期灘體縱向上為水體變淺的旋回，巖心上發(fā)育粒序?qū)永恚瑸w周?chē)牧Ｄ嗷規(guī)r中可見(jiàn)頻繁的生物擾動(dòng)現(xiàn)象（圖2f）。內(nèi)緩坡灘高滲層孔隙類(lèi)型以粒間溶孔和鑄?？诪橹鳎▓D2g，2h），顆粒間泥晶基質(zhì)含量較高；孔隙度為12.6%～38.4%，平均孔隙度為26.7%；滲透率為（43～562）×10-3μm2，平均滲透率為103×10-3μm2。測(cè)井曲線表現(xiàn)為漏斗形（圖3b）。

2.2 成巖主控型高滲層

這類(lèi)高滲層主要發(fā)育在MB2U段的臺(tái)地邊緣灘中，巖性以礫屑灰?guī)r、顆粒灰?guī)r和泥?；?guī)r為主。強(qiáng)水動(dòng)力條件下的生物碎屑灘縱向上由單期或多期灘體疊置組成，發(fā)育交錯(cuò)層理和粒序?qū)永?。部分單期灘體自下而上存在顆粒粒度增大、灰泥含量減少、分選變好的變化，體現(xiàn)了灘體生長(zhǎng)與流水搬運(yùn)改造的特點(diǎn)；部分單期灘體則整體上顆粒粒度差異較大，分選與磨圓較差，反映了流水破碎顆粒及近源沉積的特點(diǎn)。臺(tái)緣灘高滲層主要發(fā)育在臺(tái)緣灘的上部及頂部，在強(qiáng)溶蝕作用改造下，部分膠結(jié)物和難溶解的顆粒逐步溶解，原生粒間孔隙進(jìn)一步溶蝕擴(kuò)大（圖4a，4b），局部可見(jiàn)到溶洞（圖4c），儲(chǔ)層的滲透性增強(qiáng)。高滲層孔隙度為16.9%～33.8%，平均孔隙度為27.0%；滲透率為（45～3 700）×10-3μm2，平均滲透率為216×10-3μm2。含高滲層的單期灘體測(cè)井曲線表現(xiàn)為漏斗形，含高滲層的多期疊置的灘體測(cè)井曲線則表現(xiàn)為箱形+漏斗形的特征（圖3b）。

2.3 構(gòu)造主控型高滲層

這類(lèi)高滲層主要發(fā)育在MA段生物丘和生物碎屑灘的上部及頂部，巖性以礫屑灰?guī)r、顆?；?guī)r和泥?；?guī)r為主。生物丘巖性以含珊瑚-海綿的泥?；?guī)r、顆?；?guī)r為主，厚度為1～3 m不等，橫向展布范圍為100～1 000 m，這些生物丘之間由橫向延伸的淺灘連接。生物碎屑灘以單期或多期灘體疊置的形式存在，厚度在0.4～6 m之間，發(fā)育塊狀層理和粒序?qū)永?，交錯(cuò)層理少見(jiàn)，反映了中等的水動(dòng)力強(qiáng)度。高滲層孔隙類(lèi)型局部發(fā)育微裂縫和溶洞（圖4d，4e），但以粒間溶孔、粒內(nèi)孔和鑄?？诪橹鳎▓D4f，4g）。在高滲層內(nèi)，越靠近斷層的單井產(chǎn)量越高，反之越低。高滲層孔隙度為10%～33.2%，平均孔隙度為23.6%；滲透率為（47～562）×10-3μm2，平均滲透率為108×10-3μm2。高滲層測(cè)井曲線表現(xiàn)為略偏低的自然伽馬、低密度和高聲波時(shí)差的特征（圖3c）

圖4 伊拉克W油田Mishrif組成巖主控型和構(gòu)造主控型高滲層巖心及鑄體薄片照片F(xiàn)ig.4 Photos of cores and cast thin sections showing diagenesis-dominated and tectonism-dominated high permeable streaks of Mishrif Formation in W Oilfield,Iraq

3 高滲層的成因

高滲層的形成與沉積作用、成巖作用及構(gòu)造作用關(guān)系密切，但不同沉積環(huán)境下不同類(lèi)型高滲層的成因有所不同。

3.1 沉積主控型高滲層成因

潮道高滲層由潮道高能沉積體疊加同生-準(zhǔn)同生期淡水溶蝕而形成。漲潮時(shí)潮水的沖擊將原有的灘體沉積物打碎并帶入潮道中，輸送到臺(tái)地內(nèi)部，退潮時(shí)沉積物沉積于潮道中。潮道內(nèi)顆粒成分復(fù)雜，既有打碎的生物碎屑，又有搬運(yùn)產(chǎn)生的內(nèi)碎屑，以及沉積的藻類(lèi)及灰泥等，水動(dòng)力越強(qiáng)，泥質(zhì)含量越少。在顆粒堆積的過(guò)程中，存在大量連通的粒間孔隙。在同生-準(zhǔn)同生期大氣淡水作用下，原先的粒間孔隙成為大氣淡水的淋濾通道，不穩(wěn)定的礦物逐漸溶解，粒間孔隙進(jìn)一步擴(kuò)大，儲(chǔ)層的孔滲性進(jìn)一步提高，經(jīng)過(guò)溶蝕改造后的潮道最終演化形成高滲層（圖5）。

內(nèi)緩坡灘高滲層是由相對(duì)高能的內(nèi)緩坡灘疊加同生-準(zhǔn)同生期淡水溶蝕而形成。內(nèi)緩坡環(huán)境下在局部高地沉積了相對(duì)高能的生物碎屑灘；中緩坡水體加深，沉積能量減弱，整體以泥質(zhì)碳酸鹽沉積為主。同生-準(zhǔn)同生期在相對(duì)海平面下降過(guò)程中，內(nèi)緩坡灘發(fā)生暴露，在短時(shí)期大氣淡水淋濾作用下灘體物性獲得了一定改善，并與細(xì)粒圍巖的物性形成鮮明對(duì)比，從而形成高滲層（圖5）。

3.2 成巖主控型高滲層成因

這種成因的高滲層主要為臺(tái)緣灘高滲層。臺(tái)緣灘高能沉積體經(jīng)受同生-準(zhǔn)同生期和表生期淡水溶蝕而形成高滲層。由于臺(tái)地邊緣高能顆粒灘體沉積物顆粒較粗，泥晶基質(zhì)充填少，因此粒間孔隙發(fā)育，原始儲(chǔ)層物性較好。同生-準(zhǔn)同生期在海平面波動(dòng)過(guò)程中，臺(tái)緣灘體極易暴露于海平面之上接受大氣淡水的淋濾作用；另外在早成巖階段，MB2U段頂部（三級(jí)層序界面）經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間的暴露和強(qiáng)烈的表生大氣淡水溶蝕作用，形成大量的連通的粒間溶孔，孔隙結(jié)構(gòu)有大幅改善，滲透率有極大提高（圖5）。在埋藏環(huán)境中，壓實(shí)作用會(huì)降低巖石物性，但由于臺(tái)緣灘內(nèi)的生物碎屑抗壓實(shí)能力較高，粒間溶孔得以保存，巖石依舊能保持較高的滲透率。

3.3 構(gòu)造主控型高滲層成因

這種成因的高滲層主要為MA段丘灘高滲層。丘灘體在斷裂作用下經(jīng)歷多期成巖改造，滲透率明顯高于圍巖而形成高滲層。丘灘沉積顆粒組分含量相對(duì)較高，存在大量的粒間孔隙，同生-準(zhǔn)同生時(shí)期在海平面短期的升降過(guò)程中，丘灘暴露并接受大氣淡水的淋濾，文石質(zhì)珊瑚藻及不穩(wěn)定的有孔蟲(chóng)溶解，增大了孔隙空間。晚白堊世土倫期末，在地層抬升形成不整合面的同時(shí)，還在MA段內(nèi)形成了斷距較小的斷層，斷層附近發(fā)育微裂縫，長(zhǎng)期的暴露使得大氣淡水沿?cái)鄬舆M(jìn)入丘灘體內(nèi)，對(duì)丘灘體進(jìn)一步溶蝕。地層中的酸性流體也可沿?cái)鄬舆M(jìn)入儲(chǔ)層，對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)一步溶蝕改造。在多期溶蝕作用之下，MA段斷層附近的丘灘體滲透性得到極大的改善，形成了高滲層?？傮w來(lái)看，丘灘環(huán)境奠定了高滲層發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)，構(gòu)造作用為后期的流體溶蝕提供了運(yùn)移通道（圖5）。

圖5 伊拉克W油田Mishrif組各類(lèi)型高滲層成因示意圖Fig.5 Genetic diagram of three types of high permeable streaks of Mishrif Formation in W Oilfield,Iraq

4 高滲層發(fā)育模式與分布規(guī)律

3類(lèi)高滲層由于其控制因素和成因機(jī)理不同，因而呈現(xiàn)出不同的發(fā)育模式和分布特征，下文分別論述。

4.1 沉積主控型高滲層

（1）潮道高滲層

潮道亞相發(fā)育在MB1段富泥晶基質(zhì)的潟湖環(huán)境中，壓力傳導(dǎo)困難，且兩者滲透率存在巨大的級(jí)差，故潮道亞相與背景相形成鮮明對(duì)比。單期潮道橫剖面呈上寬下窄的漏斗狀，垂直物源方向連通性較差，呈孤立狀分布于潟湖中。但由于潮道的遷移擺動(dòng)比較頻繁，多期潮道可疊加，發(fā)育垂向疊置和側(cè)向疊置兩種樣式。高滲層發(fā)育在潮道的底部、頂部或整個(gè)潮道，隨著潮道的側(cè)向遷移與疊置而在剖面上呈現(xiàn)出孤立、垂向疊置和側(cè)向疊置的模式（圖6a）。

潮道高滲層在縱向上分布比較分散，呈薄層狀或土豆?fàn)?，主要發(fā)育在高位體系域中期—晚期，在海侵體系域早期也小規(guī)模發(fā)育。潮道高滲層在平面上的分布受潮道控制而呈現(xiàn)特定方向的連通性，單期潮道呈窄條帶狀，延伸范圍達(dá)十幾千米甚至幾十千米，呈北東—南西向展布。主干潮道寬度相對(duì)較大，滲透率最高；分支潮道寬度較窄。各潮道擺動(dòng)導(dǎo)致互相連通，平面上呈網(wǎng)狀特征（圖7a，表1）。

（2）內(nèi)緩坡灘高滲層

此類(lèi)高滲層主要發(fā)育在MB2L段灘體的上部，高滲層分布受灘體分布的控制。高滲層剖面上呈丘狀分布（圖6b），側(cè)向和垂向疊置程度較低，空間連通性較差，單期高滲層通常比較薄，厚度介于1～3 m，主要發(fā)育于高位體系域晚期。高滲層平面上呈片狀分布，橫向連續(xù)性差，展布范圍較小，主要受生物碎屑灘分布控制，位于工區(qū)的中西部靠近海岸線一側(cè)呈片分布（圖7b，表1）。

表1 伊拉克W油田Mishrif組不同類(lèi)型高滲層特征Table 1 The characteristics of three types of high permeable streaks of Mishrif Formation in W Oilfield,Iraq

圖6 伊拉克W油田Mishrif組高滲層發(fā)育模式（剖面位置見(jiàn)圖1b）Fig.6 Development patterns of the high permeable streak of Mishrif Formation in W Oilfield,Iraq(location is shown in Fig.1b)

圖7 伊拉克W油田Mishrif組不同類(lèi)型高滲層平面分布圖Fig.7 Distributions of different types of high permeable streaks of Mishrif Formation in W Oilfield,Iraq

4.2 成巖主控型高滲層

此類(lèi)高滲層主要分布在MB2U段，高滲層主要發(fā)育在臺(tái)緣灘體頂部或中上部（圖6c）。臺(tái)緣帶整體處于高能沉積環(huán)境，又經(jīng)歷了長(zhǎng)時(shí)間的暴露淋濾帶來(lái)的成巖改造，滲透率非常高，甚至形成超高滲層。高滲層主要位于三級(jí)層序高位體系域中上部，受大面積的表生溶蝕作用影響，平面上連續(xù)性好，延伸范圍可達(dá)幾十千米（圖7c，表1）。單期灘體呈席狀，厚度為3～4 m，側(cè)向延伸范圍較廣，不同期次灘體垂向疊合面積較大，造成高滲層垂向上連通性較高。

4.3 構(gòu)造主控型高滲層

此類(lèi)高滲層主要發(fā)育在MA段丘灘體中。單期丘灘體厚度較小，厚度介于2～4 m。局部丘灘體側(cè)向疊置，多期疊置厚度可達(dá)20 m（圖6d）?？v向上高滲層沿?cái)鄬痈浇那馂w分布，平面上主要受斷層分布控制，呈斑點(diǎn)狀分布，長(zhǎng)1～4 km，寬400～1 000 m（圖7d，表1）。

5 結(jié)論

（1）伊拉克W油田白堊系Mishrif組高滲層根據(jù)成因可分為沉積主控、成巖主控和構(gòu)造主控等3種類(lèi)型。沉積主控型主要發(fā)育在潮道和內(nèi)緩坡灘中，前者巖性以生物碎屑顆?；?guī)r和礫屑灰?guī)r為主，后者巖性以生物碎屑泥粒灰?guī)r為主，其形成受控于高能沉積疊加早期大氣淡水溶蝕；成巖主控型主要發(fā)育在臺(tái)緣灘中，巖性以生物碎屑礫屑灰?guī)r、顆?；?guī)r和泥?；?guī)r為主，其形成受控于高能沉積疊加多期大氣淡水溶蝕；構(gòu)造主控型主要發(fā)育在斷層兩側(cè)的丘灘中，巖性以礫屑灰?guī)r、顆?；?guī)r和泥?；?guī)r為主，其形成受控于構(gòu)造作用疊加多期溶蝕作用。

（2）伊拉克W油田白堊系Mishrif組高滲層具有高深探測(cè)電阻率、高聲波時(shí)差、低自然伽馬和低密度等測(cè)井響應(yīng)特征。沉積主控潮道高滲層測(cè)井曲線呈現(xiàn)為箱形和鐘形，沉積主控內(nèi)緩坡灘高滲層測(cè)井曲線呈現(xiàn)為漏斗形；成巖主控型高滲層測(cè)井曲線呈現(xiàn)為箱形+漏斗形；構(gòu)造主控型高滲層表現(xiàn)為略偏低的自然伽馬、低密度和高聲波時(shí)差。

（3）Mishrif組沉積主控潮道高滲層，平面上受潮道沉積相控制呈網(wǎng)狀分布，縱向上呈孤立、垂向疊置和側(cè)向疊置的模式；沉積主控內(nèi)緩坡灘高滲層，平面上受生物碎屑灘控制呈片狀分布，剖面呈丘狀，橫向連續(xù)性差，展布范圍較小。成巖主控臺(tái)緣灘高滲層，主要受暴露期的成巖作用控制，空間分布比較穩(wěn)定，平面上呈席狀廣泛分布，縱向上受三級(jí)層序控制，主要分布于MB2U段頂部三級(jí)層序界面之下，不同期次灘體疊合面積較大。構(gòu)造主控丘灘高滲層，平面上主要受斷層分布控制，呈斑點(diǎn)狀分布，縱向上沿?cái)鄬痈浇那馂w分布。