一種辮狀河心灘砂體構(gòu)型解剖新方法

馬志欣 張 吉 薛 雯 付 斌 白玉奇 彭雪花 蘇文杰

1. 低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室 2. 中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司勘探開發(fā)研究院3. 中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司第三采氣廠

自1985年Miall[1]首次提出河流相儲(chǔ)層構(gòu)型分析方法以來，該理論受到國(guó)內(nèi)外沉積地質(zhì)學(xué)家的廣泛關(guān)注并不斷發(fā)展完善，儲(chǔ)層構(gòu)型分析方法迅速成為儲(chǔ)層精細(xì)描述（尤其是油氣藏開發(fā)后期）的重要手段。儲(chǔ)層構(gòu)型是指不同級(jí)次儲(chǔ)層構(gòu)成單元與隔夾層的形態(tài)、規(guī)模、方向及其空間疊置關(guān)系[2-4]。其本質(zhì)是通過重建不同構(gòu)型單元沉積歷史，研究沉積環(huán)境演化的過程（包括沉積過程、侵蝕過程）與沉積產(chǎn)物關(guān)系[5-7]，系統(tǒng)地揭示沉積體結(jié)構(gòu)特征及三維空間分布，從而達(dá)到刻畫其內(nèi)部宏觀非均質(zhì)性的目的。

儲(chǔ)層構(gòu)型分析始于對(duì)近地表河流相露頭及現(xiàn)代沉積的觀測(cè)[8-10]，而地下儲(chǔ)層構(gòu)型研究則相對(duì)滯后。近十幾年來隨著探地雷達(dá)、地表松散沉積物取心及大型水槽實(shí)驗(yàn)等技術(shù)的廣泛應(yīng)用，逐漸實(shí)現(xiàn)了對(duì)近地表沉積體立體化精細(xì)解剖[11-13]，總結(jié)了很多原型模型[5,11-15]及經(jīng)驗(yàn)公式[16-19]，并建立相關(guān)的儲(chǔ)層定量地質(zhì)知識(shí)庫。近地表沉積體構(gòu)型的進(jìn)步極大地推動(dòng)了地下儲(chǔ)層構(gòu)型分析的發(fā)展，特別是在密井網(wǎng)區(qū)，以儲(chǔ)層原型模型為指導(dǎo)，參考儲(chǔ)層定量地質(zhì)知識(shí)庫，動(dòng)、靜態(tài)資料綜合運(yùn)用，開展地下儲(chǔ)層構(gòu)型研究的技術(shù)方法日臻完善，相關(guān)研究成果[2-4,20-25]層出不窮。儲(chǔ)層構(gòu)型研究對(duì)象已涵蓋河流相、三角洲、沖積扇等沉積體系[26-29]，其中河流相尤其是曲流河儲(chǔ)層構(gòu)型研究技術(shù)與方法最為成熟，關(guān)于辮狀河地下儲(chǔ)層構(gòu)型也開展了大量嘗試性的研究工作，并取得了一定的研究成果[5-7,10-13,30-31]。然而因受井網(wǎng)井距限制，在辮狀河地下儲(chǔ)層構(gòu)型中一般注重心灘砂體單井識(shí)別，而平面組合則存在較大的隨意性，往往無法準(zhǔn)確識(shí)別單井在心灘砂體平面上的分布位置，造成辮狀河儲(chǔ)層構(gòu)型可靠性降低，進(jìn)一步影響了構(gòu)型結(jié)果在開發(fā)調(diào)整中的作用。本文以鄂爾多斯盆地蘇里格氣田蘇X加密井區(qū)中二疊統(tǒng)石盒子組8段下亞段（以下簡(jiǎn)稱盒8下亞段）為例，通過心灘砂體空間精確識(shí)別，對(duì)地下辮狀河儲(chǔ)層構(gòu)型表征方法進(jìn)行了探討，以期深化辮狀河儲(chǔ)層構(gòu)型理論并指導(dǎo)鄰區(qū)井網(wǎng)加密部署。

1 研究區(qū)概況

蘇里格氣田位于內(nèi)蒙古自治區(qū)境內(nèi)，構(gòu)造屬鄂爾多斯盆地伊陜斜坡，是發(fā)育在上古生界煤系烴源層之上的大型巖性圈閉氣田[32]。氣田上古生界地層自下而上發(fā)育了上石炭統(tǒng)本溪組、二疊系太原組、山西組、石盒子組及石千峰組 。其中，石盒子組自上而下可劃分為盒1至盒8共8個(gè)層段，盒8段自上而下分為盒8上和盒8下兩個(gè)亞段，盒8下亞段大面積厚層辮狀河道砂體是主要的含氣層段[33-36]，砂體平均厚度介于30～40 m，是由多期河道疊置拼接而成，該亞段進(jìn)一步劃分為盒8下1、盒 8下2兩個(gè)小層。

蘇X加密井區(qū)位于蘇里格氣田中北部，面積61.8 km2，2008年投入開發(fā)，已完鉆井68口，井距介于350～500 m，是蘇里格氣田目前井網(wǎng)密度最大的井區(qū)，同時(shí)具有豐富的動(dòng)態(tài)資料，適合開展儲(chǔ)層構(gòu)型研究。

2 辮狀河原型模型特征

辮狀河原型模型來源主要有野外露頭、現(xiàn)代河流沉積、水槽物理模擬等。本次研究選取具有代表性的山西省大同市吳官屯辮狀河露頭及加拿大的南薩斯喀徹溫河（South Saskatchewan River）為辮狀河原型模型研究對(duì)象。

2.1 吳官屯辮狀河露頭剖面

山西省大同市吳官屯辮狀河露頭剖面出露層位為中侏羅統(tǒng)云崗組石窟段（圖1），垂向發(fā)育3期單河道沉積（3個(gè)單層），巖性以含礫中粗粒砂巖為主，夾少量的細(xì)砂巖和粉砂巖，層理類型以大—中型槽狀交錯(cuò)層理和板狀交錯(cuò)層理為主，局部可見平行層理。沉積微相有心灘、辮流水道、泛濫平原3種[37]。

觀測(cè)結(jié)果表明單一河道內(nèi)部，砂體發(fā)育具有以下特征：①在心灘邊部（靠近辮狀水道部位）自上而下垂向微相疊置特征為辮流水道—心灘（如圖1的A所示）或者泛濫平原—辮流水道—心灘（如圖1的B所示）；②在心灘主體部位，自上而下發(fā)育泛濫平原—心灘，有時(shí)僅發(fā)育心灘，如圖1的C、D所示；③心灘主體部位橫向厚度變化較小，心灘邊部厚度急劇變小，心灘主體寬度大于心灘邊部寬度；④橫向上，心灘與辮流水道相間分布，呈現(xiàn)出“灘道相間、寬灘窄道”的特征。

2.2 南薩斯喀徹溫現(xiàn)代辮狀河

南薩斯喀徹溫河位于加拿大薩斯喀徹溫省南部[7]，流向自南向北，河道寬度介于800～1 200 m，河道內(nèi)部發(fā)育大量心灘，心灘長(zhǎng)介于600～800 m，寬度約300 m。

利用Google地圖軟件對(duì)其進(jìn)行觀察。結(jié)果表明，因水動(dòng)力強(qiáng)，沉積砂體粒度較粗，心灘砂體迎流面海拔相對(duì)較高，該部位只有在洪水期才發(fā)生沉積作用，平水期和枯水期露出水面。背水面存在一些海拔較低的區(qū)域，在平水期和枯水期，該部位水動(dòng)力較弱，沉積物粒度細(xì)，是落淤層發(fā)育的主要位置（圖2）。落淤層是指心灘內(nèi)部增生體之間發(fā)育的厚度較薄的泥質(zhì)—粉砂質(zhì)沉積物。

圖1 山西省大同市吳官屯辮狀河露頭剖面圖

圖2 加拿大南薩斯喀徹溫河心灘衛(wèi)星照片

露頭剖面、現(xiàn)代河流沉積所揭示的河道內(nèi)部不同微相規(guī)模及垂向疊置特征、心灘內(nèi)部落淤層發(fā)育位置特征，可以作為地下辮狀河儲(chǔ)層構(gòu)型解剖的重要參考。

3 構(gòu)型級(jí)次劃分方案及構(gòu)型單元特征

3.1 構(gòu)型級(jí)次劃分方案

本次研究參照Miall的構(gòu)型分級(jí)方案[1-2,8,38]：0級(jí)界面為紋層間界面，1級(jí)界面為紋層界面，2級(jí)界面為交錯(cuò)層系組界面，3級(jí)界面為大型底形內(nèi)部的大規(guī)模再作用面或增生面，4級(jí)界面相當(dāng)于大型底形（單一心灘壩或邊灘）的頂、底界面，5級(jí)界面是大型河道充填復(fù)合砂體的界面，以河道底部滯留沉積底部沖刷面為代表。0～5級(jí)界面屬于巖性體構(gòu)型分級(jí)的范疇；6級(jí)界面為單層界面，代表一期洪泛事件的開始或結(jié)束。本文重點(diǎn)表征5、4級(jí)構(gòu)型單元的分布。

3.2 構(gòu)型單元特征

根據(jù)構(gòu)型級(jí)次劃分方案，利用取心資料分析，研究區(qū)盒8下亞段主要發(fā)育心灘、辮流水道、泛濫平原等3種構(gòu)型單元（圖3）。

3.2.1 心灘

心灘是辮狀河沉積的主要構(gòu)成單元[32]，是多次洪水事件砂體垂向疊加形成的，巖性以粗砂巖—中砂巖為主，內(nèi)部發(fā)育槽狀交錯(cuò)層理、板狀交錯(cuò)層理。測(cè)井曲線呈箱型。

3.2.2 辮流水道

辮流水道是辮狀河中常年流水的通道，巖性以中砂巖—細(xì)砂巖為主，小型槽狀交錯(cuò)層理發(fā)育。平面形態(tài)呈交織窄條帶狀，剖面呈底凹頂平狀。辮狀水道充填類型有3類：砂質(zhì)充填、半砂質(zhì)充填和泥質(zhì)充填[35]。測(cè)井曲線多呈鐘齒化鐘型。

3.2.3 泛濫平原

泛濫平原分布于河道頂部，巖性以灰色、棕色、褐色或黑色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖為主，沉積構(gòu)造以水平層理為主。厚度變化大，從數(shù)厘米到幾十厘米不等，局部缺失。測(cè)井曲線表現(xiàn)為高自然伽馬特征。

4 心灘砂體構(gòu)型解剖及應(yīng)用

心灘內(nèi)部發(fā)育泥質(zhì)夾層（落淤層）、垂向上正韻律不明顯，自然電位和自然伽馬曲線為箱型；辮流水道大多為鐘型，反映出明顯的正韻律特征，內(nèi)部一般沒有夾層。

4.1 心灘精確構(gòu)型解剖

結(jié)合心灘測(cè)井曲線特征，參考野外露頭剖面及現(xiàn)代辮狀河沉積觀察所得到的原型模型特征，以“測(cè)井響應(yīng)特征、落淤層發(fā)育位置以及垂向微相疊置模式”為識(shí)別標(biāo)志的辮狀河心灘單砂體構(gòu)型解剖方法，可以精準(zhǔn)確定心灘砂體平面分布位置，提高心灘砂體構(gòu)型表征的可靠度。

4.1.1 測(cè)井響應(yīng)特征

心灘沉積作用以垂向加積、順流加積為主。迎水面水動(dòng)力強(qiáng)，背水面則水動(dòng)力弱，造成了單一增生體沉積物粒度前粗后細(xì)，但由于順流加積作用，后期沉積的增生體不斷向下游推移。因此，心灘迎水面垂向粒度變化不大，曲線以箱型為主，而背水面則有向上變粗的趨勢(shì)，測(cè)井曲線形態(tài)以漏斗形為主，據(jù)此可以判斷單井所處在心灘的大致位置（圖4）。

4.1.2 落淤層發(fā)育位置法

根據(jù)現(xiàn)代辮狀河心灘衛(wèi)星照片觀測(cè)到的辮狀河心灘內(nèi)部落淤層發(fā)育位置特征，為心灘位置確定提供了直接證據(jù)。若單井鉆遇明顯落淤層，則可判斷該井位于心灘尾部（圖5）。

4.1.3 微相疊置特征法

野外露頭觀察表明：心灘邊部上面疊置辮流水道，心灘主體部位上面往往疊置泛濫平原，根據(jù)這一特征，可判斷單井位于心灘的大致位置（圖6）。

4.2 心灘構(gòu)型識(shí)別結(jié)果及特征

在單井精確識(shí)別心灘砂體位置的基礎(chǔ)上，結(jié)合單層砂體厚度平面圖，實(shí)現(xiàn)辮狀河心灘砂體構(gòu)型表征（圖7）。表征結(jié)果表明，研究區(qū)盒8下2-2、盒 8下

2-3儲(chǔ)層心灘砂體厚度介于3～5 m，寬度介于250～300 m，長(zhǎng)度介于500～900 m；辮流水道寬度通常小于300 m。平面上，河道呈現(xiàn)出“灘道相間、寬灘窄道”的沉積格局。

4.3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

圖4 測(cè)井曲線形態(tài)法確定心灘位置示意圖

圖5 落淤層發(fā)育位置法確定心灘位置示意圖

圖6 垂向微相變化法確定心灘位置示意圖

圖7 單砂體構(gòu)型表征結(jié)果圖

2017年在加密井區(qū)南部共部署6口水平井，水平段長(zhǎng)1 000 m。利用上述地質(zhì)認(rèn)識(shí)，心灘沉積的砂巖粒度粗，儲(chǔ)集物性好，是天然氣聚集的有利場(chǎng)所，蘇里格氣田中部心灘長(zhǎng)度一般在500～900 m，水平井實(shí)施可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)心灘的儲(chǔ)量動(dòng)用，為提高水平井成功入靶率以及水平段實(shí)施效果，要求水平井兩端的控制井均位于心灘中部，水平段根據(jù)實(shí)時(shí)錄井對(duì)其調(diào)整，在鉆遇落淤層泥巖，可適當(dāng)降低角度，探下部高氣測(cè)心灘沉積，當(dāng)鉆遇河道細(xì)粒沉積，在構(gòu)造落實(shí)的背景下，水平井軌跡可不做調(diào)整，探至下一個(gè)心灘。6口水平井平均鉆遇砂巖921 m，有效儲(chǔ)層645 m，預(yù)測(cè)鉆遇心灘631 m，辮流水道325 m，落淤層44 m。較歷年該區(qū)水平井砂巖鉆遇率提升8%，有效儲(chǔ)層鉆遇率提升4%。

以SX-1井為例。該井的出發(fā)井及末端井目的層自然伽馬曲線均為箱狀，根據(jù)本文精確構(gòu)型解剖方法，水平井的兩口控制井均定位為心灘中部，相距2 500 m，參照上文心灘及辮流水道規(guī)模，心灘長(zhǎng)度500～900 m，辮流水道300 m，控制井間存在3～4個(gè)心灘，2～3個(gè)辮流水道。

從該井實(shí)鉆過程中的錄井、測(cè)井資料看，入靶點(diǎn)位于砂質(zhì)辮流水道，巖性為淺灰色中—細(xì)砂巖，含氣性較差，GR值介于60～80 API。后鉆遇1號(hào)心灘長(zhǎng)約500 m，巖性以灰白色中—粗砂巖為主，含氣性好，GR值介于40～60 API，心灘內(nèi)部存在落淤層，為灰色—深灰色泥質(zhì)粉砂巖，厚度較薄；2號(hào)心灘長(zhǎng)400 m，其巖性、含氣性及GR值與1號(hào)心灘類似。1號(hào)心灘與2號(hào)心灘之間鉆遇一個(gè)寬度約100 m的砂質(zhì)辮流水道。在該井末端也鉆遇一個(gè)辮流水道，巖性由中砂巖逐漸變細(xì)為泥巖。該井心灘的規(guī)模、辮流水道的規(guī)模以及心灘與辮流水道間隔分布特征，與本文構(gòu)型解剖結(jié)果相符（圖8）。

圖8 SX-1井心灘構(gòu)型表征結(jié)果與實(shí)鉆對(duì)比圖

5 結(jié)論

1）落淤層的發(fā)育與心灘的部位有密切關(guān)系，心灘不同部位垂向微相疊置也具有一定的規(guī)律性，可以作為地下辮狀河儲(chǔ)層構(gòu)型解剖的重要參考。

2）蘇里格氣田蘇X加密井區(qū)儲(chǔ)層構(gòu)型單元包括心灘、辮流水道和泛濫平原3類，心灘砂體是主要成藏單元；不同類型砂體規(guī)模存在差異，心灘砂體寬度介于250～300 m，長(zhǎng)度介于500～900 m；辮流水道寬度一般小于200 m。平面上呈現(xiàn)出“灘道相間、寬灘窄道”的沉積格局。

3）以“測(cè)井響應(yīng)特征、落淤層發(fā)育位置以及垂向微相疊置模式”為標(biāo)志實(shí)現(xiàn)心灘砂體空間定位的儲(chǔ)層構(gòu)型表征新方法，能夠精確確定心灘砂體平面分布位置，有助于揭示辮狀河心灘砂體空間展布規(guī)律，提高心灘砂體構(gòu)型表征結(jié)果的可靠度。