辮狀河砂巖儲層內部結構解剖方法及其應用
——以鄂爾多斯盆地蘇里格氣田為例

李柱正 李開建 李 波 王家輝 鐘金銀 王海峰 姚武君

中國石油川慶鉆探工程公司地質勘探開發研究院

0 引言

關于辮狀河沉積及辮狀河儲層構型，前人已經做了大量的研究工作[1-9]。Bridge等[1-2]基于大量實測數據建立了單一辮流帶最小寬度和最大寬度與平均單河道滿岸深度的關系式；金振奎等[3]利用阜康、柳林和延安地區辮狀河露頭建立了山西柳林地區二疊系辮狀河單河道砂體厚度與寬度關系；季春輝等[4]利用千家店盆地硅化木公園露頭建立了小型斷陷盆地辮狀河河道砂體寬深比關系；Kelly[5]利用22個現代辮狀河（或水槽實驗數據）和34個古代辮狀河露頭數據建立了砂質辮狀河道單一心灘寬度和單河道滿岸深度、單一心灘長度與其寬度之間的關系式；孫天建等[6-7]應用Google Earth軟件測量了Jamuna River、Prudhoe River、雅魯藏布江等15個常年流水較深的現代砂質辮狀河道的單一心灘寬度及其長度、單河道寬度、單一溝道寬度及其長度，建立了辮狀水道寬度與心灘寬度、心灘長度與心灘寬度的關系式；何宇航等[8]、何維領等[9]利用辮狀河砂體物理模擬實驗數據建立了辮狀河心灘砂體長度與寬度、寬度與厚度的關系式。目前，辮狀河儲層構型研究主要以露頭和現代沉積為主，對地下辮狀河儲層構型研究尚處于探索階段，尚未形成統一的研究思路和方法。因此，筆者以鄂爾多斯盆地蘇里格氣田北部加密區中二疊統石盒子組8段下亞段（以下簡稱盒8下亞段）為例，開展了砂礫質辮狀河儲層構型定量參數預測和儲層構型表征方法的研究，定量確定辮狀河水道、心灘的規模、分布規律和內部結構，研究了有效砂體分布規律，建立了有效砂體富集模式，形成了分層次定量識別和內部結構解剖的砂礫質辮狀河儲層構型研究方法，以期為該氣田水平井的優化設計提供地質依據、為水平井的高效開發提供技術支撐。

1 氣藏地質概況

蘇里格氣田位于鄂爾多斯盆地靖邊氣田西北側的蘇里格廟地區，橫跨陜北斜坡、伊盟隆起及天環坳陷3個構造單元，勘探面積約36 000 km2，天然氣地質資源量為3.8h1012m3，已累計探明天然氣地質儲量約6 000h108m3。該氣田北部盒8下亞段屬于辮狀河三角洲平原亞相辮狀河沉積[10]，儲層巖性以中—粗粒巖屑石英砂巖和細—中粒巖屑砂巖為主，孔隙類型以巖屑溶孔、晶間孔等次生孔隙為主，平均孔隙度為9.6%，平均滲透率為0.71 mD，屬于罕見的低滲、低壓、低豐度“三低”致密砂巖氣田。多期次辮狀河河道砂巖疊置，大面積連片分布[11-13]，但儲層物性差，以非有效砂體為主，有效砂巖薄而分散，多呈窄條帶狀、孤立狀局限分布[14-16]，連續性和連通性差，非均質性強，很難識別，水平井有效砂體鉆遇低，開發風險大。

2 辮狀河構型要素

辮狀河形成于地形坡度較大、水流較急的地區，發育河道、溢岸、泛濫平原等亞相。河道是辮狀河體系中砂、礫巖沉積的主要相帶，其內發育心灘以及心灘之間的辮狀水道兩種主要的構型要素。

現代沉積表明，坡降不同，辮狀河內部結構差異較大。其中高坡降、窄的辮狀河易形成辮狀水道和單一心灘的簡單組合（圖1-a），易識別；低坡降、寬的辮狀河易形成辮狀水道和心灘的復雜組合（圖1-b），較難識別。為了便于研究，根據辮狀河內辮狀水道和心灘規模，又將辮狀水道分為主水道、輔助水道和水溝（或水槽）3種類型，心灘分為復合心灘、單個心灘2種類型（圖1-b）。

圖1 辮狀河構型要素照片

3 儲層內部結構

研究區盒8下亞段發育辮狀河三角洲平原亞相，以低坡降、寬的辮狀河段沉積為主，辮狀河內部結構復雜，辮狀水道有主水道、輔助水道和水溝（或水槽），心灘有復合心灘和單個心灘。該區辮狀河厚層砂巖儲層內部結構復雜，筆者分層次、由大到小逐一解剖[17-18]，精細刻畫出砂體內部結構。

3.1 單一辮狀河道

單一辮狀河道規模識別主要采用的方法有現代沉積、野外露頭、三維地震解釋，三維地震相解釋、經驗公式、井間對比等方法。Bridge等[1-2]基于大量實測數據建立了單一辮狀河道砂體寬度與平均滿岸深度關系：

式中WCbmin表示單一辮狀河道最小寬度，m；WCbmax表示單一辮狀河道最大寬度，m；h表示平均單水道滿岸深度，m。

由于辮狀河道寬度受多因素影響，應用公式（1）和（2）計算僅能確定單一辮狀河道寬度控制范圍，不能精確定辮狀河道規模。因此，筆者在單一辮狀河道組合模式（表1、圖2-a）基礎上，建立了4種單一辮狀河道識別模式：河道頂部高程差異模式、河道砂體規模差異模式、測井曲線差異模式和不連續相變模式（表1、圖2-b）。

在垂直辮狀河道水流方向上，建立多條連井剖面。以估算的單一辮狀河道寬度為參考，以4種單一辮狀河道識別模式為指導，在每一條多井對比剖面上確定單一辮狀河道位置，再根據辮狀河沉積模式，進行單一辮狀河道界面組合，確定單層內單一辮狀河道分布。統計結果表明，研究區單一辮狀河道寬度介于600～3 500 m，平均寬度為2 500 m。

3.2 復合心灘

3.2.1 公式法估算主河道和復合心灘

筆者應用Google Earth軟件對我國西藏拉薩河、新疆開都河、東北松花江、西南金沙江和甘肅涇水以及非洲、俄羅斯、阿根廷等常年流水的現代砂質辮狀河道段的單一辮狀河道、復合心灘的寬度與長度、主水道寬度進行了測量，并對塔里木盆地庫車坳陷、新疆阜康天山北麓的三疊系和侏羅系、山西柳林地區的二疊系、陜西延安地區的三疊系和侏羅系等辮狀河沉積露頭進行了測量。根據65個樣品點，建立了單一辮狀河道寬度與主水道寬度、復合心灘長度和寬度之間關系式，其相關系數均超過95%。

式中W表示主水道寬度，m；WC表示單一辮狀河道寬度，m；LX表示復合心灘長度，m；WX表示復合心灘寬度，m。

利用式（3）～（6）計算研究區盒8下亞段單一辮狀河道寬度介于600～4 000 m，主水道寬度介于130～950 m，復合心灘長度介于1 200～7 500 m，寬度介于450～2 500 m，長寬比介于2.70～2.98。

3.2.2 水平井判別復合心灘

表1 單一辮狀河道組合模式及模式識別特征表

研究區辮狀河落淤層垂厚介于0.2～0.6 m[11-13]，水平井軌跡與地層傾角約3°～5°，水平段鉆遇落淤層厚度介于7～35 m。通過水平井砂體內部解剖（圖3），結果表明：研究區在鉆水平段長為150～280 m時，將鉆遇10～20 m長的高伽馬泥巖段，該高伽馬泥巖段是水平井鉆遇辮狀河砂體內部泥巖夾層（主要為心灘內落淤層），而不是廢棄辮狀水道（辮狀水道規模更大）。該區水平井水平段長度一般介于1 000～1 200 m，水平井剖面解析結果表明，研究區盒8下亞段辮狀河發育區復合心灘規模大于1 000 m。

圖2 單一辮狀河道模式圖

圖3 研究區水平井剖面圖

3.2.3 相對深度法判別復合心灘

心灘位置常用測井相解釋成果和砂體等厚圖分布特征來確定，但識別精度低，誤差大。由于心灘底平頂凸，砂體厚度一般比水道厚度大，頂面相對深度比水道砂體淺（圖4-a）。因此，筆者建立了砂體頂面相對深度識別心灘位置的方法。利用單層頂構造與砂體頂面構造的深度差計算砂體頂面相對深度（圖4-b）。

綜合單井構型要素解釋結果、砂體頂面相對深度和砂體厚度，以辮狀水道與復合心灘定量估算結果為約束，并結合辮狀河水動力規律，確定復合心灘和辮狀水道的幾何形態，繪制復合心灘和主水道平面分布圖（圖4-c）。結果表明，研究區復合心灘長度介于1 500～2 500 m，平均長度為2 250 m，寬度介于800～1 400 m，平均寬度為1 140 m。

3.3 單個心灘

由于低坡降辮狀河內水體能量比高坡降辮狀河的水體能量弱，且輔助水道的水體能量比主水道弱，所以整體上輔助水道的水體能量一般較弱，輔助水道對單個心灘形態、大小控制作用較弱，單個心灘的大小和形態差異較大，其規模很難定量估算。因此單個心灘的識別主要利用井資料豐富的小井距的加密區進行研究。通過加密區實鉆井建立多條多井剖面解剖復合心灘，確定輔助水道、單個心灘的位置和幾何形態（圖5）。結果表明，研究區單個心灘長度介于1 000～1 750 m，平均長度為1 320 m，寬度介于300～1 050 m，平均寬度為680 m。

圖4 復合心灘解釋原理與實例圖

3.4 心灘內部結構

圖5 加密區辮狀河精細解剖圖

心灘是多期洪泛時期多次垂向加積形成的，而兩期洪泛沉積間的枯水期細粒沉積，順層發育落淤層[19-21]。心灘內部解剖重點識別心灘內部落淤層的分布以及落淤層和增生體間的組合關系。由于落淤層是枯水期的細粒沉積，以泥巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂巖為主，電測曲線表現為高伽馬、高尖峰狀微電極等特征，易于識別，所以首先利用單井電測曲線對加密區內單井的落淤層進行解釋，再建立多井連井剖面對心灘內部結構進行解剖。研究區心灘內部解剖結果（圖6）表明：該區心灘內一般發育3～4個增生體，落淤層在心灘內順層發育，但在長軸方向（順水流方向）上，迎水面落淤層稍陡，背水面較平緩（圖6-a），在短軸方向（垂向水流方向）上兩翼端傾斜（圖6-b）。在受辮狀水道改道或水槽（水溝）破壞后，落淤層被破壞，連續性變差。

圖6 研究區心灘內部結構解剖多井剖面圖

4 有效砂體分布規律

4.1 有效砂體規模

研究區盒8下亞段某層為厚層砂巖，根據沉積旋回和巖性組合，細分為3個單層。各單層內單砂體以成片分布為主，局部呈條帶狀分布。單井鉆遇單砂體厚度一般介于2.0～12.5 m，平均值介于3.4～5.1 m，單砂體鉆遇率介于61.3%～91.9%；有效單砂體厚度一般介于2.0～8.1 m，平均值介于2.2～4.3 m，有效砂體鉆遇率介于11.3%～62.9%，有效砂體鉆遇率較低（表2）。

對研究區盒8下亞段各單層內有效砂體厚度、長度和寬度進行統計，各層有效砂體長度主要介于700～1 500 m，平均值為1 050 m，寬度主要介于500～900 m，平均值為570 m。

4.2 有效砂體平面分布規律

表2 研究區各層單砂體及有效砂體統計表

在辮狀河儲層構型研究基礎上，對各單層的單一辮狀河道內心灘和辮狀水道有效砂體鉆遇率（表3）分析結果表明：研究區H8x1-1層西部辮狀河道內心灘含氣性較好，未鉆井的心灘也有較好含氣性；H8x1-2層多條辮狀河道內的心灘含氣性均較好，未鉆井的心灘也有較好的含氣性；H8x1-3層的辮狀河道由3條單一辮狀河道復合而成，辮狀水道和心灘的含氣性均較好，該單層整體含氣，僅局部為非有效砂體。根據郭智等[14]、 費世祥等[15]、 衡勇[16]及筆者研究成果，蘇里格氣田北部盒8下亞段有效砂體較分散，主要分布在心灘內，平面上以“孤島狀”分布為主。

4.3 有效砂體剖面分布規律

研究區內有效砂體多呈小薄層分散分布，縱向上多個單層含氣，縱向疊置分布，分布樣式主要有孤立型、縱向疊置型和側向搭接型。

根據過S36-3-17井—S36-3-18井—S36-2-19井—S36-J1井—S36-2-21井—S36-J2井—S36-J20井的有效砂體剖面圖（圖7）分析表明，盒8下亞段有效砂體主要位于辮狀河心灘內，順地層分布，呈“透鏡狀”或多個不同級別的有效砂體疊合連片分布。

4.4 有效砂體在構型剖面內分布規律

為了研究有效砂體在儲層構型要素內的分布規律，筆者優選加密區的心灘進行精細解剖。根據心灘內部結構，建立心灘迎水面剖面（圖8-a）、心灘中部剖面（圖8-b）、心灘背水面剖面（圖8-c）和心灘長軸方向剖面（圖8-d）。

根據心灘內部結構與有效砂體疊合分布研究結果，研究區心灘含氣性好，心灘基本控制了有效砂體分布。在心灘迎水面，水動力強，落淤層和較細顆粒的沉積物難以沉積，巖性較粗，泥質含量低，儲層物性較好，心灘迎水面砂體含氣性好，整體含氣（圖8-a）；在心灘中部，水動力中等，單砂體含氣性中等，以有效砂體為主，成片分布，非有效砂體局部分布（圖8-b）；在心灘背水面，水動力相對較弱，落淤層和較細顆粒的沉積物沉積，巖性相對較細，泥質含量較高，儲層物性較差，單砂體含氣性相對較差，僅在單砂體的中下部可能發育有效砂體，或均為非有效砂體（圖8-c）。

表3 研究區各構型要素砂體鉆遇率統計表

圖7 蘇里格氣田部分井有效砂體連井剖面圖

圖8 心灘內部有效砂體分布剖面圖

5 結論

1）根據研究區辮狀河三角洲平原內辮狀河沉積特點，建立了從單一河道、單一微相、復合心灘、單個心灘和心灘內部結構解剖的多層次辮狀河厚層砂巖儲層內部結構解剖方法。

2）通過構型解剖，定量確定研究區單一辮狀河道寬度介于600～3 500 m，平均值為2 500 m；復合心灘長度介于1 500～2 500 m，平均值為2 250 m，寬度介于800～1 400 m，平均值為1 140 m；單個心灘長度介于1 000～1 750 m，平均值為1 320 m，寬度介于300～1 050 m，平均值為680 m。心灘內一般發育3～4個增生體，落淤層在心灘內順層發育，但受辮狀水道改道或水槽（水溝）破壞、改造后，落淤層遭到破壞，連續性變差。在長軸方向上，迎水面落淤層稍陡，背水面較平緩。

3）研究區有效砂體主要受心灘分布控制，有效砂體在縱向上呈“透鏡狀”分布，平面上呈“孤島狀”分布。

4）研究區心灘內迎水面單砂體含氣性好，中部含氣性中等，背水面含氣性最差，僅在單砂體的中下部可能有有效砂體，從而建立了該區有效砂體富集模式。