主流線疊合法在分流河道演化特征分析中的應用

李曉慧

(1.中國石油大學(華東)，山東 青島 266580；2.中國石化華北油氣分公司，河南 鄭州 450000)

0 引 言

單砂體是指時間單元等時的地層中，垂向上和平面上連續，但與上下砂體間有泥巖或不滲透夾層分隔的砂體。單砂體刻畫是油氣藏精細描述的重點與難點，通過對儲層內部單元要素的解剖與非均質性的描述，可以為剩余油氣定量刻畫奠定基礎。前人基于單砂體尺度開展了大量研究，自1986年砂體構型要素分析技術引入中國以來，形成了“層次分析”、“模式擬合”和“多維互動”砂體解剖思路[1-3]，并綜合利用現代沉積、野外露頭觀察、室內室外物理實驗及河流數值模擬等研究手段[4-11]，提出了多種沉積模式。面對開發不斷深入與挖潛的需求，單砂體表征開始逐步向精細化和定量化發展，形成了“單井識別、側向劃界、平面組合”[12-16]為主導的研究方法，在單一砂體的形態、規模、疊置關系等方面有了突破。同時隨著高密度地震資料的大量應用，在沉積模式指導下，結合井震結合的手段，利用波幅變化、復波等目的層相關性高的反演體，大大提高了分流河道砂體的識別率[17-20]。

三角洲平原分流河道分支多、遷移快、河道窄，前人較多的研究了分流河道內部結構及邊界刻畫方法，但對河道疊置關系及動態演化特征的深入研究較少。選取鄂爾多斯盆地大牛地氣田大17井區山西組山21層作為研究對象，在單砂體識別與刻畫的基礎上，利用GR典型曲線特征提出“主流線疊合法”，對主流線遷移擺動規律進行研究，從成因上對多期河道砂體疊置特征進行解釋，實現了Miall四級界面儲層構型的刻畫。

1 單砂體精細描述思路

大牛地氣田二疊系下統山西組主體位于三角洲平原環境，分流河道砂體的物質組成受沉積時期水動力和物源性質的共同控制。研究區內分流河道砂泥巖側向相變迅速，河道規模較小，明確單砂體疊置關系、延伸特征及連通性，是提高單砂體刻畫精度的保障，也是提高調整方案及井位部署質量的關鍵。

單砂體精細描述技術路線：在建立等時地層格架的基礎上，利用巖心觀察、垂向層序和沉積微相特征等手段，分析取心井沉積微相與對應的測井相響應特征，并以此為指導，進行垂向單砂體識別及期次劃分；應用密井網連井對比、水平井實鉆對比及小井距連井對比等技術，綜合分析單期河道砂體的側向邊界及規模；結合單期分流河道疊置構型與平面展布特征，揭示多期分流河道砂體疊置改造關系及遷移特征，形成了適用于大牛地氣田的以“垂向分期、曲線定位、側向劃界、主流線疊合”為核心的單砂體刻畫方法與分流河道演化過程重建方法，為井位部署和后期加密調整提供可靠的技術支撐(圖1)。

圖1 單砂體精細描述技術路線

2 巖心與測井相特征

山西組山21層發育以灰或灰白色為主的砂礫巖、含礫粗砂巖、粗砂巖、中—細砂巖。河道底部常見底礫巖，與泥巖或炭質泥巖突變接觸，向上由粗砂巖相過渡為泥巖相；砂巖單層厚度從幾十厘米到幾米，垂向上相互疊加，砂體內部夾有泥巖、粉砂巖夾層，向上發育有大型交錯層理、平行層理等；少見植物化石碎片，代表局部位置沉積穩定，水動力弱。

基于山21層三角洲平原沉積環境，對標準井段地層剖面進行沉積微相類型的判別，識別出分流河道、分流間灣、分流間洼地、決口扇等多種沉積微相，建立了巖心相及測井相響應模式(圖2)，巖心相及測井相是區域單砂體識別及沉積微相分析的基礎。

分流河道的砂巖GR曲線呈齒化箱形、微齒箱形及鐘形。根據多井測井資料的統計，齒化箱形及微齒箱形是山21層最常見的測井相類型，位于分流河道的中心位置，GR值為25～50 API，GR測井曲線頂部和底部呈突變接觸，巖性多為含礫粗砂巖—中砂巖，構成分流河道的主體，齒化的嚴重程度反映水動力的穩定性及強弱交替的特征(圖2a、b)。河道邊緣的GR曲線為指狀或梳狀，砂體與河漫灘呈指狀穿插，如圖2c的決口扇微相，巖性為細—中砂巖，厚度一般小于2 m，與上下泥巖突變接觸。研究區內較少見大型鐘形曲線，代表河道的逐漸遷移，水動力變弱，巖性由底部粗砂巖過渡至細砂巖，GR測井曲線值略高于箱形，發育有交錯層理、平行層理(圖2d)。

圖2 山21層典型沉積微相類型

3 儲層單砂體期次劃分與定量研究

3.1 單砂體垂向期次劃分

單砂體期次劃分采用“垂向分期、側向劃界”的思路，由點到線，識別出目的層共有3種典型界面特征，發育2期單砂體。山21層底部為炭質泥巖或煤層，向上發育2個沉積旋回，泥巖是單期河道結束的標志，從泥巖隔層的識別入手，結合單井內部砂體發育位置及沉積旋回特征，分析單井期次劃分的界面。研究區存在3種隔層分布模式：①有明顯的泥巖隔層，泥巖厚度一般大于3 m，分隔砂體形成獨立的氣藏單元，這種模式在全區可以對比追蹤，符合該模式的井比例為59%(圖3a)；②隔層不明顯，厚砂中存在的泥質隔層，切疊程度中等，隔層厚度較小，一般為1 m，GR曲線有回返，符合該模式的井比例為23%，可采用旋回韻律特征劃分砂層期次(圖3b)；③多期疊置無隔層，巨厚砂(厚度大于15 m)，河道切疊較為嚴重，界面已難以識別，符合該模式的井比例為18%。

圖3 單砂體垂向期次劃分

側向劃界是研究單砂體平面展布特征的關鍵。在連井剖面上，根據泥巖發育特征、砂體高程差異、測井曲線形態及韻律變化特征等，尋找單期河道砂體延伸的邊界，主要從4個方面進行綜合研究，形成河道砂體期次劃分方法：①井間存在不連續的河間砂或廢棄河道，是存在單期河道邊界最可靠的證據，如圖3a所示，由于DPS-209井第2期砂體尖滅，判斷在該井附近存在河道邊界；②砂體厚度由厚到薄再變厚的過程中，可能存在不同單期河道邊界；③同一沉積環境下，在無構造突變地質條件下，同一河道砂體與層面距離應近似，相鄰井間的砂體高程差異大，可能存在不同單期河道邊界，如圖3a中DP63H與DPS-220井第2期砂體砂頂高程差近3 m，可判斷2口井不屬于同一河道，井間存在河道邊界；④測井曲線組合形態、韻律變化較大，可能存在不同單期河道邊界。

3.2 同一分流河道的識別

以山西組山21層第1期河道展布為例。研究區構造平緩，大致呈東北高、西南低的地勢，物源方向近南北向。對比近井距的連井剖面，結合厚度差異法、等高程法，通過巖性、夾層分布及測井曲線形態的相似性分析，判斷所處河道位置及初步河道形態，再利用“串珠法”追蹤井間分流河道砂體的同期性。“串珠法”指將GR曲線投至井位圖上，統計代表砂體處于河道中部的箱形曲線的單井，非河道中心的砂體不作統計，然后將河道中部的砂體依次連接起來，其延伸軌跡指示了河道的延伸方向。根據同一河道曲線齒化程度、巖性差異及厚度特征，判斷主次分流河道及分流間灣，山21層第1期砂層組由4～5條分流河道，由北向南呈條帶狀分布，并有多級次分流匯合的特點。

3.3 單期河道展布規模的定量化研究

綜合應用下述3種方法預測研究區地下井間砂體規模：①對比井網較密處的連井剖面，判斷和估計砂體寬度和長度；②應用水平井水平段揭示的沉積微相和砂體剖面上的特征，推算儲集層砂體的寬度和長度；③應用GR曲線顯示某一段地層中河道砂體垂向上位置和曲線的相似性，輔助判斷河道砂體走向和連通性。在研究區存在局部密井網(井距小于150 m)，采用方法①進行解剖，其他區域利用垂直河道或順河道方向的水平井資料及小井距連井對比，從而量化全區單砂體發育規模。

在井區選取井距較小的密井網(圖4a)，根據DPS-209、DPH-207微齒箱形測井曲線特征，判斷2口井位于同一河道的中心部位，河道側向延伸時出現砂體厚度由厚到薄直至尖滅的過程，可確定在井間存在單一河道邊界，河道中心部位砂體厚度約為6 m，結合井距及砂體厚度判斷主河道寬度大約為1 100 m。圖4b為DPS-224井水平井實鉆軌跡，入靶點后向南約408 m，鉆遇河道間泥巖，繼續向側下方鉆進392 m，鉆遇砂巖，DPS-224井向北、井距為263 m處的DPF-201井，箱形砂體厚度約為15 m，根據在橫向剖面上砂體厚度的變化趨勢判斷，河流從中心到邊部砂體厚度和物性逐漸變薄、變差，推斷河道半幅寬度約為650 m。在井區選取小井距進行連井剖面對比(圖4c)，DPT-116井水平段沿順河道方向向南延伸1 300 m，鉆遇砂巖長度為1 266 m，砂體連續性好，其導眼段砂體厚度為7 m，測井曲線呈光滑箱形，位于分流河道的中心部位，在側向向北延伸過程中，距離528 m的鄰井大56井河道變窄，曲線呈現決口扇的特征，推斷在DPT-116與大56井間存在主河道邊界，由此判斷主河道半幅寬度約為530 m。結合水平井實鉆資料，在研究區繪制大量連井剖面，單期河道寬度約為1 000～1 500 m,厚度約為3～7 m。

圖4 單一河道規模的定量識別

4 單砂體的展布及演化特征

基于“串珠法”的原理及分析結果，提出利用“主流線疊合法”研究多期河道的改造、遷移關系及歷史演化過程。主流線是指表示主河道延伸方向的指示線，以單期河道平面展布規律為基礎，沿古水流方向將厚度大、GR測井曲線形態為箱形的砂體依次連接起來，將河道主流線提取出來，按時間發育先后順序疊合在一起，來分析晚期河道對早期河道砂體切疊改造關系，研究主流線平面遷移規律，重建復合河道的沉積演化過程。在山21層內識別出2期單一河道的主流線，主流線在區內表現為自北西向南東延伸，且單期河道帶在研究區出現匯聚、分支的特征。

第1期與第2期河道疊置的區域主要分布在研究區的中東部DP20、PG23井及西部DPS-220井，疊置區域砂體富集，但早期砂體較晚期砂體更為發育，反映出河道遷移或消亡的現象。

第1期河道主要發育5條分流河道，在DP20井附近，分支Ⅲ號主流線向西擺動，與Ⅱ號主流線交匯；第2期河道主要發育2條分流河道，Ⅵ號主流線是早期Ⅰ號河道向西遷移的產物，在DPT-116井區與Ⅶ號主流線交匯。總體來看，疊置區集中在研究區的中東部，主流線在2期河道切疊嚴重，從測井曲線整體來看，疊置區域的2期河道隔層不發育，交匯處河道能量由于碰撞而消減,淘洗能力逐漸變弱,呈現砂體厚度大但齒化較嚴重的特征,如DP20井區。局部區域可清晰看出，早期河道中心部位的箱形砂體逐漸遷移到達晚期河道的邊部，如DPS-206井區，這是造成單井縱向砂體強非均質性的主控因素，早期河道Ⅱ號主流線在遷移過程中逐漸消亡，河道整體規模變小，且在平面上呈現出向西南方向逐漸遷移的演化過程(圖5)。

圖5 山21層內2期河道主流線分布

利用多期河道砂體遷移演化與疊置特征的準確刻畫，在研究區部署加密水平井KPS-1(圖5)，該井以D17井第1期箱形砂體為入靶目標，水平段延伸軌跡的設計以2期河道遷移特征為地質導向，第1期砂體逐漸消亡，第2期砂體因Ⅵ、Ⅶ 2條河道的交匯而發育，因此，設計水平段沿第2期河道方向躍層鉆進(圖6)，該井實鉆水平段長為1 200 m，砂巖鉆遇率達83.42%,含氣顯示鉆遇率達67.67%，較該類儲層平均顯示鉆遇率高4%，試氣無阻日產氣量達8×104m3/d。井眼軌跡的準確導向，提高了鉆井的成功率，也為實現薄窄分流河道儲層的有效開發提供了技術指導。

5 研究意義

分流河道曲率變化大、分支多，水動力強弱不一，河道灘壩規模小、形狀多樣，砂體定量關系復雜，同時由于河道遷移快，造成了灘壩疊置構型復雜。通過對主流線遷移擺動規律的研究，依據區域河道展布方向，并結合測井曲線特征、上下游河道寬度、砂體厚度變化、灘壩形態，判斷河道的延伸、分流及并流，進而刻畫出沉積骨架，實現從成因機理的角度，明確分流河道寬度、不同位置的灘壩形態、規模、定量比例關系以及內部構型特征等。研究方法不僅可以為多期河道砂體疊置特征進行可靠的解釋，還可明確有利儲層的分布位置，指導分流河道儲層的綜合調整，提高油氣田采收率。

圖6 加密水平井KPS-1水平段實鉆效果

6 結 論

(1) 通過巖心觀察，識別出研究區分流河道、分流間灣、分流間洼地、決口扇等多種沉積微相，并建立了對應的測井相模型，明確了GR曲線齒化箱形及微齒箱形是山21層砂體最有利的測井相類型。

(2) 單井點處小層級河道縱向接觸關系，存在3種模式，分別是有明顯的泥巖隔層型、隔層不明顯型和多期疊置無隔層型，是單井垂向期次識別的重要標志，結合連井對比，明確山21層砂層組發育2期單砂體。通過密井網、水平井資料及測井曲線形態的解剖，明確單砂體側向邊界，單期河道寬度約為100～1 500 m，厚度約為3～7 m,指導了復合砂體的解剖及單期河道的精確刻畫。

(3) 利用主流線疊合法研究主流線遷移擺動規律，分析晚期河道對早期河道的切疊關系，晚期河道規模變小，在平面上呈現出向西南方向逐漸遷移的演化過程，研究結果可為多期河道砂體疊置特征的解釋提供依據。