蘇里格氣田盒8氣層組厚層辮狀河道砂體構型分析

盧海嬌，趙紅格，李文厚

（1.西北大學 地質學系，陜西 西安 710069； 2.西北大學 大陸動力學國家重點實驗室，陜西 西安 710069）

0 引言

隨著油氣開發的持續深入，儲層內部剩余油氣分布狀況變得更為零散與復雜[1］，油氣分布與儲層內部結構的密切關系推動沉積、儲層研究的不斷細化與深化，使儲層研究由砂體成因、特征及展布深入到砂體內部，進而提出儲層構型概念及相應分析技術.

國外的儲層構型研究最早基于古代露頭，20世紀70年代，Miall A D、Bristow C S等針對河流相儲層提出儲層構型（reservoir architecture，亦稱儲層建筑結構）概念[2-4］，認為河流相儲層構型主要包括20種巖石相、13類構型要素和9級界面.

20世紀80年代以來，國內進行基于古代露頭和現代沉積的儲層構型研究[5-8］.薛培華建立拒馬河現代曲流點壩構型模式[5］；賈愛林等分析灤平露頭扇三角洲構成[6］；張昌民研究青海油砂山露頭辮狀河三角洲和分流河道構成[7］；趙澄林等研究現代三角洲構成[8］.21世紀初，開展地下儲層構型研究[9-14］.馬世忠等提出曲流點壩沉積模式、地下曲流河道單砂體內部薄夾層建筑結構（構型）參數3類13種提取方法[9-10］；吳勝和等提出地下古河道儲層構型層次建模方法[11］；束青林研究河道正韻律厚油層剩余油分布模式[12］；盧虎勝等研究三角洲相儲層構型及剩余油分布[1］；尹太舉等研究地下儲層建筑結構預測模型建立方法[13］.目前，人們已開展曲流河、辮狀河、水下分流河道、河口壩和沖積扇等類型儲層構型研究，但是僅對曲流河道砂體構型模式和形成機制研究較為成熟[5，7，9-12］，針對辮狀河儲層構型研究較少[15-16］；此外，儲層構型研究多針對中高滲儲層開發后期剩余油分析，針對氣田、特別是超低滲氣田開發初期儲層構型對井位優選和水平井軌跡的影響研究更少[17-18］.

文中基于儲層構型分析方法，以基于古代露頭的辮狀河道內部構型模式為指導，采用層次分析方法，縱向層序由中期→短期→超短期基準面旋回層序；平面展布由相→亞相→微相；儲層研究由厚層復合砂體→單砂體→單砂體內部構成；研究內容由復合砂體的層序細分與對比→辮狀河道亞相和心灘微相識別→砂體構型→有效儲層疊置模式，研究蘇里格氣田二疊系下石盒子組盒8氣層組厚砂層辮狀河道砂體構型，為該區水平井部署及水平段地質導向提供依據.

1 研究區概況

蘇里格氣田位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡帶一級構造單元的中北部（見圖1），行政區劃屬于內蒙古自治區鄂爾多斯市和陜西省榆林市境內，勘探面積約為5.0×104km2.該區油氣預測儲量豐富，近年來天然氣勘探、開發取得關鍵性突破，基本探明儲量3.0×104億m3以上，具備年產天然氣200億m3能力，成為我國目前陸上儲量規模巨大、產能快速上升的氣田.

研究區自下而上發育奧陶系下統馬家溝組，石炭系中統本溪組和上統太原組，二疊系下統山西組、中統下石盒子組、上石盒子組和上統石千峰組，以及三疊系、侏羅系、白堊系等地層.其中，上石盒子組自上而下分為盒1、盒2、盒3和盒4段；下石盒子組自上而下分為盒5、盒6、盒7和盒8段；山西組分為山1和山2段（見圖2）.

研究區為下生上儲式生儲蓋組合，下部本溪組—山西組的“廣覆型”煤系地層為主要氣源巖；下石盒子組底部的盒8段下切河道砂巖及山1段三角洲平原分流河道為主要儲集層；上石盒子組穩定的河漫湖相泥巖為區域蓋層，下石盒子組泥巖為直接蓋層[19-20］.主要目的層盒8段因上、下砂體厚度、寬度和空間疊置程度不同，分為盒8上段和盒8下段（見圖2）.其中，盒8下段為主要含氣層，由于河流相沉積環境受河道形態、規模、遷移和水動力強弱等因素控制，使其砂體空間變化大、非均質強，為低孔、超低滲儲層，氣井產量較低，給氣田穩產、增產帶來較大難度.2007～2011年在該區實施水平井試驗取得一定效果，但試驗中發現該區儲層橫向變化大、內部結構復雜、有效儲層鉆遇率較低，制約水平氣井產量潛力發揮.

圖1 鄂爾多斯盆地構造分區及研究區位置（據長慶油田，2010年）Fig.1 The tectonic location area and study area map of Ordos basin（According to the Changqing oilfield，2010）

2 沉積類型及特征

沉積類型不僅控制砂體展布模式及特征，而且決定儲層內部構型模式.利用巖心、測井及實驗室分析等資料，分析盒8氣層組沉積類型及特征.

2.1 沉積體系及沉積相類型

研究區本溪組沉積時期為海相沉積，至太原組沉積時期海域不斷擴大.因盆地北和北西部逐漸抬升，在山西組沉積時期，海域向東南方向退卻.盒8下段沉積時期，達到最大海退，基準面下降至最低，可容空間最小，河流下切作用最強，形成厚層、寬廣、粒粗的大型河道復合砂體，底面表現為明顯的河道下切侵蝕面；盒8上段沉積時期，基準面上升，河流能量降低，下切能力減弱，使砂體規模減小、粒度變細；盒7段沉積時期，形成湖相泥巖沉積.由此，盒8段底面構成超長期基準面下降—上升轉換面，成為典型的層序界面，并自盒8段開始形成一套陸相地層.

盒8段沉積時期，盆地北部古地貌呈北高南低趨勢，進而形成大型北部物源沉積體系，即大型河流—三角洲沉積體系.自北向南，盒8下段沉積相依次為沖積扇相→辮狀河相→辮狀河分流平原亞相→辮狀河三角洲前緣亞相→前三角洲亞相；盒8上段沉積相依次為沖積扇相→辮狀河相→曲流河相→三角洲分流平原亞相→三角洲前緣亞相→前三角洲亞相.

圖2 蘇里格氣田地層綜合柱狀圖（據王繼平，2011年；略有修正）Fig.2 Integrated histogram of Sulige gasfield（According to Wang Jiping，2011；slightly amended）

研究區盒8上段主要沉積特征為：粒度較細，以含礫中細砂巖為主；具有典型河道底部沖刷突變面；塊狀層理砂礫巖底部滯留沉積；含大型板狀交錯層理、槽狀交錯層理等；砂體厚度相對薄，寬度相對較窄，為0.5～3.0km，多為1.0～1.5km，砂體呈北南條帶狀分布，平面、垂向多呈孤立狀，構成“泥包砂”特征，表現為典型砂質曲流河沉積特征.

研究區盒8下段主要沉積特征為：粒度較粗，以含礫中粗砂巖夾細礫巖為主；具有典型大型河道底部沖刷突變面；塊狀層理砂礫巖底部滯留沉積；含反映水淺流急條件的平行層理、大型板狀交錯層理等；砂體厚度大、約占盒8儲層厚度的80%以上；寬度大，為3.0～10.0km；疊置復雜；細粒沉積相對薄且不發育，構成“砂包泥”特征，表現為典型砂質辮狀河沉積特征.

2.2 辮狀河相微相及沉積特征

盒8下段主要發育辮狀河相，是蘇里格氣田致密砂巖氣藏的主體.根據現代沉積及古代露頭模式，結合蘇里格氣田盒8氣層組巖心、測井、密井網開發區精細解剖，分析盒8下段辮狀河沉積微相類型，識別出4類亞相和7類微相：辮狀河床亞相（底部滯留、心灘、河道充填微相）、廢棄河道亞相、堤岸亞相（天然堤、決口扇微相）、泛濫平原亞相（溢岸薄層砂、泛濫平原泥微相）；并在復合辮狀河道內識別出底部滯留、心灘、河道充填微相、廢棄河道亞相及落淤層等沉積類型，為復合辮狀河道砂體內部構型研究提供重要依據.

2.2.1 辮狀河床亞相

（1）底部滯留微相：以含泥礫砂礫巖、含砂礫巖為主；塊狀層理為主；與下伏地層呈明顯的侵蝕沖刷突變接觸.蘇里格氣田南北跨度大，北部靠近物源，水動力較強，河道的下切侵蝕能量較強，底部滯留微相發育，但沉積物中分選差，含有泥礫，GR為50～70API，錄井全烴均值多小于1%；南部遠離物源區，底部滯留沉積厚度薄，沉積物以分選中等的細礫巖為主，GR為20～50API，錄井全烴均值多小于5%.底部滯留微相對河流期次劃分具有重要指示作用.

（2）心灘微相：以灰色、灰白色含礫粗砂巖、粗砂巖為主；平行層理、大型板狀、槽狀交錯層理為主；儲層分選相對較好；自然伽馬曲線多為低值平滑箱形，GR為30～60API，錄井氣測異常明顯，全烴均值大于10%.

（3）河道充填微相：以含泥或泥質中細砂巖為主，為辮狀水道逐漸廢棄過程中沉積而成，其形成環境明顯比心灘微相的水體能量小.自然伽馬曲線多為圣誕樹型、齒箱型，GR為70～120API，錄井全烴均值小于1%.

2.2.2 廢棄河道亞相

以粉砂巖、深灰色泥巖等細粒沉積為主；小型交錯層理、塊狀層理、水平層理為主；橫剖面呈U字型淺河槽狀、平面呈辮狀.廢棄河道為條帶狀、相對封閉、低能、還原環境，多形成暗色細粒沉積.自然伽馬曲線為高值齒型，GR大于180API，錄井全烴均值小于0.1%.

2.2.3 堤岸亞相

（1）天然堤微相：以細砂巖、粉砂巖為主；中小型槽狀、攀升交錯層理為主.天然堤位于河道兩側近頂部，因辮狀河道發育及遷移，在單井垂向層序上多位于心灘之上，而夾于泛濫平原中的天然堤較少見.自然伽馬曲線呈中值齒型，GR為120～180API.

（2）決口扇微相：以中細砂巖為主；中小型槽狀交錯層理為主；小型正韻律；平面呈扇形或舌形，厚度為0.3～2.0m.自然伽馬曲線呈中值鐘型，GR為100～160API.

2.2.4 泛濫平原亞相

為洪水期河水溢出河道，將懸浮于水流中的細粒物質沉積于河道外形成，沉積特征為厚度薄，分布范圍較大.

（1）溢岸薄層砂微相：以細砂巖、粉砂巖、泥質粉砂巖為主；小型交錯層理、塊狀層理為主；GR為120～180API.

（2）泛濫平原泥微相：以粉砂質泥巖、泥巖為主；塊狀層理為主；GR為120～200API.

3 砂體構型

3.1 河道單元劃分及精細對比

對于河流相地層，垂向層序的單期河道單元識別與劃分是復合河道砂體內部構型研究的基礎.單期河道劃分的主要標志為：（1）明顯的底部滯留沉積及大型沖刷侵蝕面；（2）泛濫平原細粒沉積的殘留薄層；（3）心灘頂部落淤層；（4）河道的巖性、層理和層面構造等垂向序列標志.通過巖電對應分析，建立單期河道的測井識別標志.河道單元的劃分以研究區域為依據，如部分井兩期河道垂向切割疊置，落淤層被后期河道侵蝕，需要辨識底部滯留沉積，并結合鄰近井分析結果予以劃分.

針對蘇里格氣田蘇147水平井開發區，在單期河流沉積期次巖心、測井精細分析基礎上，將盒8下段原有2個小層（、）細分為6個超短期基準面旋回層序；、），每個超短期基準面旋回相當于單期河道，厚度為5.0～7.0m，平均為5.8m.其中，、、頂部存在明顯的落淤層沉積；、頂部雖然未見落淤層沉積，但通過蘇47-9-60、蘇47-12-60井GR曲線可以準確劃分單期河道單元（見圖3）.

河流相地層、尤其是厚層疊置型河流相地層，因缺乏對比標志、疊置砂體內單砂體垂向識別困難、河道不等深下切等因素，增加對比難度，也使河流相地層統一精細對比成為疊置厚砂體內部解剖、單砂體識別的關鍵內容.根據蘇里格氣田地層發育特征，對比時應做到骨架封閉剖面控制、兼顧旋回與厚度，逐級精細對比和閉合驗證.

圖3 蘇47-7-59井～蘇47-15-60井盒8下厚層辮狀河道砂體內部構型Fig.3 The internal architecture analysis diagram about thick braided channel sandbody in lower part of member 8of Shihezi formation from S47-7-59to S47-15-60well

3.2 平面微相識別

在區域沉積背景及超短期基準面旋回層序巖心相類型控制下，利用沉積微相及測井微相模式，逐井進行沉積微相識別；結合現代沉積、古代露頭細化沉積模式，在確定相、亞相及河道發育帶等宏觀展布基礎上，通過密井網開發區精細解剖，識別并組合平面微相.以超短期基準面旋回層序為例（見圖4），該層為高能辮狀河相沉積，平面上識別出辮狀河道充填、心灘、天然堤、溢岸薄層砂和泛濫平原泥等5類微相和廢棄河道亞相，以及3支辮狀河道，其間為溢岸薄層砂和泛濫平原泥沉積微相，以辮狀河道沉積為主，泛濫平原亞相不發育.辮狀河道呈北南向展布，反映出北南向物源；自西而東，辮狀河道砂體寬約為8.0、5.0和4.5km，辮狀河床亞相內發育辮狀河道充填、心灘微相和廢棄河道亞相等.

圖4 超短期基準面旋回層序平面沉積微相Fig.4 The plane sedimentary microfacies of ultra short base level cycle sequence

3.3 心灘微相沉積特征及發育規模

心灘是辮狀河沉積重要的微相類型與沉積主體，是辮狀河道內最發育、最有利的儲層.對于超低—致密儲層，心灘規模不僅決定相對優質儲層的規模，也決定辮狀河道砂體內部構型參數，并影響開發區優選、井位部署和水平井軌跡設計等.黃河三角洲勝利Ⅰ號現代辮狀河心灘微相研究結果表明：平面上，心灘微相呈兩頭窄、中部寬的菱形；縱、橫（平行、垂直河流方向）剖面上，心灘微相呈底平、頂凸的透鏡狀，頂部窄、底部寬[16］.

不同河流或同一河流、不同區域心灘規模存在較大差異.蘇里格氣田加密井網區沉積儲層精細解剖揭示辮狀河心灘規模：單一辮狀河心灘厚度為1.0～8.0m，多為2.0～6.0m；心灘寬度為0.3～1.0km，多為0.4～0.8km；心灘長度為0.4～1.6km，多為0.9～1.2km（見圖5）.

圖5 蘇里格氣田加密區心灘規模分布頻率直方圖Fig.5 The Frequency distribution histogram of Batture bar development scale of infilled wellblock in the Sulige gasfield

3.4 沉積微相垂向序列

辮狀河各成因單元之間演化具有一定規律，垂向上（主要微相）自下而上為底部滯留→心灘→河道充填→廢棄河道→落淤層.與曲流河相比，辮狀河水流能量變化大，主河道變化頻繁，受間洪期與洪水期持續時間差異影響，各成因單元之間的演化關系變化較大，蘇里格氣田盒8下段常見4種類型：

（1）心灘微相→落淤層，出現在河床中部主心灘部位，間洪期泥質沉積直接覆蓋于洪泛期形成的心灘之上；

（2）心灘微相→河道充填微相，出現在河床側翼或心灘下游段部位，主水道變化造成部分河道逐步廢棄，已沉積心灘部位后期沉積物粒度變細形成；

（3）心灘微相→廢棄河道亞相，主水道改道造成心灘沉積物供應中斷，泥質長期淤積形成；

（4）河道充填微相→廢棄河道亞相，出現在河床邊部，遠離主水道，早期沉積物粒度細，后期河道淤積，沉積大量泥質沉積物而形成.

3.5 厚層復合辮狀河砂體構型

3.5.1 古代露頭

因辮狀河河水水動力強，河道變化大、切蝕強烈、疊加嚴重等，辮狀河道砂體內部構型復雜，給地下辮狀河道砂體內部構型研究帶來較大困難.

鄂爾多斯盆地延安北延長組露頭為典型辮狀河沉積，揭示厚層辮狀河道砂體是由多期辮狀河道垂向疊置形成的復合河道砂體，每期砂體為1個相對獨立的辮狀河沉積單元.該露頭由5個沉積單元（Ⅰ—Ⅴ）垂向疊加形成（見圖6），單個沉積單元厚度為3.5～4.5m.沉積單元具有典型的二元結構，自下而上依次發育底部滯留沉積、心灘沉積和頂部落淤層沉積.其中，心灘是沉積主體，粒度較粗、分選好，垂向上可進一步劃分為若干個垂向加積體；底部滯留沉積厚度薄，為0.2～0.5m，粒度粗，分選差；頂部落淤層沉積厚度為0.1～0.5m，以泥質砂巖和砂質泥巖為主.

厚層辮狀河道復合砂體內部構型特征為：單期河道間界面以近水平或近水平波狀為主；相鄰2期河道砂體間為厚度不等的薄夾層或低滲遮擋層；在上期河道深切部位，2期河道砂體直接切疊而無夾層；單期辮狀心灘砂體內落淤薄夾層呈近水平分布（見圖6）.

對比洪泛期和間洪期辮狀河的沉積特征，在洪泛期底部滯留和心灘沉積階段，沉積物粒度較粗；間洪期主要形成河道充填、廢棄河道和落淤層沉積，其中河道充填微相具有類似低彎度河的沉積特征，夾層具有近水平或極低角度加積特征.

3.5.2 砂體解剖

通過砂體解剖分析辮狀河河道中的夾層類型，蘇里格氣田盒8下段隔夾層按成因及分布特征可歸納為：（1）落淤層成因薄層泥巖；（2）廢棄河道泥巖透鏡體；（3）河道充填及近水平或低角度加積泥巖.

圖6 鄂爾多斯盆地延安地區延長組辮狀河道砂體露頭內部構型Fig.6 The internal architecture of braided channel sand body outcrop of Yanchang formation in Yan＇an area，Ordos basin

以沉積微相演化序列為指導，結合不同沉積微相的形態及發育規模，分析蘇147水平井整體開發區盒8下段辮狀河道復合砂體結構，以及不同期次河道單元沉積微相的橫向變化及垂向疊置關系（見圖3）.河道單元從北往南由心灘→河道充填→廢棄河道，河道單元從北向南由心灘→廢棄河道.蘇47-9-60井盒8下段砂巖發育，因為其主要位于復合河道中部，6期河道中的5期河道在該井位置發育心灘微相沉積，僅發育河道充填微相沉積.復合河道砂體雖然規模較大，但每個河道單元心灘微相規模有限.

蘇里格氣田盒8氣層組辮狀河道砂體構型研究主要針對盒8下段厚層辮狀河砂體.巖心、測井等資料分析表明：盒8下段厚層辮狀河砂體為不同期數的單期辮狀河道砂體垂向切疊而成，不同位置河道砂體厚度不同、切疊的河道期位及期數不同、切疊程度不同.

（1）不同期河道間薄夾層呈近水平或水平波狀薄夾層構型模式，巖性多為上部被切蝕的泛濫平原殘留泥巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂巖，分布面積較大，可達幾百米至上千米，并延伸至幾個開發井距，如、辮狀河道間薄夾層；或夾層在某部位被上期河道切蝕而不連續，如、辮狀河道間薄夾層在47-7-59井處被切蝕（見圖3）.

（2）廢棄河道泥巖透鏡體遮擋上、下及左、右河道砂體：如47-15-60井處廢棄河道泥巖透鏡體遮擋、上、下河道砂體，遮擋左、右河道砂體（見圖6）.

（3）河道充填低滲砂體阻擋上、下河道砂體，如47-9-60井處河道充填低滲砂體遮擋、上、下河道砂體，遮擋左、右河道砂體（見圖3）.

（4）單期辮狀心灘砂體內落淤薄夾層呈近水平分布.

4 有效儲層空間疊置模式

盒8下段厚層辮狀河道復合砂體解剖分析表明，有效儲層空間模式主要分為孤立型、橫向局部連通型、堆積疊置型和切割疊置型等4類.（1）孤立型：為單一心灘沉積體，橫向分布局限，規模小，厚度為2.0～5.0m，寬度為0.3～0.5km，長度為0.4～0.7km（見圖7（a））.（2）橫向局部連通型：主要為心灘體橫向搭接形成，厚度薄，分布范圍較大，內部發育一定規模的巖性及物性夾層（見圖7（b））.（3）堆積疊置型：是由多個河道縱向堆積疊置形成的，砂體規模大，厚度可達10.0～20.0m，砂體間存在明顯的物性夾層（見圖7（c））.（4）切割疊置型：為后一期河道切割早期河道頂部細粒沉積物，使中粗粒的心灘相連.多個心灘橫向拼接垂向切割疊置可形成規模較大的有效砂體，厚度為5.0～10.0m，最厚超過15.0m；寬度為0.5～1.2 km，最寬達2.0km以上；長度為0.8～1.5km，局部延伸超過3.0km（見圖7（d））.

圖7 蘇里格氣田盒8下段厚層辮狀河道有效儲層空間疊置模式Fig.7 The stacking pattern of effective reservoir of thick braided channel in lower part of member8of Shihezi formation，Sulige gasfield

5 結論

（1）蘇里格氣田盒8氣層組為砂質辮狀河沉積相，辮狀河道砂體規模大，內部構型復雜.根據現代沉積及古代露頭模式，將該區辮狀河沉積分為4類亞相、7類微相，在復合辮狀河道內平面上識別出辮狀河道充填、心灘、天然堤、溢岸薄層砂和泛濫平原泥等5類微相及廢棄河道亞相，其中心灘是辮狀河沉積的最重要微相類型與沉積主體，是辮狀河道內最發育、最有利儲層；河道充填沉積是河道漸棄過程中的中細粒河道沉積；廢棄河道以廢棄后的低能、細粒懸浮沉積為主，在辮狀河道復合砂體內起遮擋作用；落淤層為洪水后期或間洪期低能環境下形成的薄層泥質沉積.

（2）蘇里格氣田盒8下段辮狀河砂體隔夾層按成因及分布特征劃分為落淤層成因薄層泥巖、廢棄河道泥巖透鏡體、河道充填及近水平或低角度加積泥巖3類.

（3）蘇里格氣田盒8下段辮狀河道復合砂體內部為近水平或水平波狀薄夾層構型模式，有效儲層空間疊置模式分為4類：孤立型、橫向局部連通型、堆積疊置型和切割疊置型.

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