饒陽凹陷蠡縣斜坡油藏單元劃分及其地質意義

呂傳炳, 吳卓雅, 梁星如,4, 付亮亮,4, 龐 宏, 李 琪,5, 呂曉偉,4

(1. 中國石油華北油田分公司，任丘 062552;2. 中國石油大學(北京)油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249;3. 中國石油大學(北京)地球科學學院，北京 102249;4.中國石油華北油田勘探開發研究院，任丘 062552;5. 中國石油華北油田第一采油廠，任丘 062552)

蠡縣斜坡位于饒陽凹陷的西部，古高陽低凸起的東翼。北起雁翎潛山構造帶，南至深澤低凸起，西起高陽大斷層，東至肅寧—大王莊潛山構造帶，北東向展布，總面積約1 500 km2[1]。作為勘探老區，該地區已探明雁翎、劉李莊、高陽、西柳等4個油田，主要發育沙三上亞段、沙二段和沙一下亞段等含油層系。

該地區在早期勘探形勢嚴峻，原油產量持續下降，僅憑借構造油藏增產上儲難度增大，對于逆斜坡方向發育的鼻狀構造-巖性油氣藏及巖性油氣藏等復雜油藏的勘探開發日趨重要[2-3]。為解決相關問題，形成“三重一整體”為核心的整體再評價方法和配套技術并取得顯著成效?！叭匾徽w”的核心思想是提出了復式油氣聚集帶“油藏單元”研究方法。該概念及研究方法是在“流動單元”的概念基礎上基于石油地質理論進行的定義升華及應用。

“流動單元”首次由Hearn等[4]于1984年提出，定義為砂體內部橫向和縱向上連續的，滲透率、孔隙度、層理等巖石物理特征相似的儲集帶。在Hearn的概念基礎上，Amaefule等[5]提出流動單元的劃分方法并建立模型，隨著地下地質研究手段的進步，熊文濤等[6]、陳志強等[7]、王清輝等[8]在模型的基礎上通過動態資料分析、利用地質統計學聚類分析等方法應用于常規非均質儲層的油氣開發中，并逐步拓展應用于致密砂巖儲層，低孔、低滲儲層等復雜儲層研究中。

“流動單元”是針對油氣田開發階段的一種開發方法，而“油藏單元”概念的提出和研究方法是對于經典石油地質理論的挑戰和補充。經典的石油地質理論將油氣聚集場所從大到小依次可劃分為含油氣盆地-油氣系統-油氣聚集帶-油氣田-油氣藏[9-11]。認為圈閉中聚集了油氣就形成了油氣藏，油氣藏是地殼上油氣聚集的基本單元，是油氣在單一圈閉中的聚集，一個油氣藏具有統一的壓力系統和油水界面[11]。但是隨著勘探的逐步發展[12]，發現圈閉內部砂體具有強烈的非均質性，對于單一圈閉油藏來說，可能并沒有統一的油水界面，經典的石油地質理論在勘探開發的過程中受到了挑戰。因此，對于高勘探程度地區來說，開展油藏單元研究具有重要的地質意義。以蠡縣斜坡高30斷塊ES2上為例，通過“三圖四步原則”開展油藏單元研究，以期對該地區乃至相似地質區的油氣勘探提供重要的借鑒。

1 區域地質概況

蠡縣斜坡為位于饒陽凹陷西部的一個西抬東傾、北東走向的繼承性斜坡，地處渤海灣盆地冀中坳陷中部(圖1[13])。主要生油層段為沙河街組沙三中、上亞段和沙一下亞段，主要含油層位集中在沙三上亞段、沙二段和沙一下亞段(表1)。油藏主要發育才鼻狀構造帶上，其中研究地區高30斷塊位于蠡縣斜坡西部，緊鄰高陽斷層，為典型逆斜坡方向發育的鼻狀構造-巖性油氣藏，主要含油層位為沙二上亞段，沙一下、沙一上亞段零星分布。

饒陽凹陷古近系發生多期幕式構造作用，經歷了斷陷分割填充期、斷陷擴張深陷期、斷陷萎縮期、斷拗擴展期及斷陷抬升消亡期5個演化階段[14-16]，由于構造運動頻發，蠡縣斜坡在地層上表現出較強的差異性，形成不同的疊置樣式。前人研究認為研究區主要存在三套烴源巖[17-18]：遍布在整個研究區的而后者對斜坡貢獻的地質資源量僅占總資源量的0.78%。深灰色泥巖、白云質灰巖和油頁巖組成的“特殊巖性段”、任西洼槽中北部以及較遠的肅寧洼槽沙三段暗色泥巖、淀北洼槽Es4-Ek的暗色泥巖。其中沙一下亞段烴源巖分布廣泛，是蠡縣斜坡最為重要的烴源巖，貢獻地質資源量最大，可達到總資源量的74.22%，而沙三段和Es4-Ek烴源巖遠離斜坡主體，供油范圍有限，僅是斜坡的次要烴源巖，沙三段貢獻資源量占總資源量的25%；而后者對斜坡貢獻的地質資源量僅占總資源量的0.78%。

圖1 蠡縣斜坡位置及研究區平面圖[13]Fig.1 Lixian Slope location and research area plan[13]

表1 饒陽凹陷古近系地層系統Table 1 Paleogene stratigraphic system of Raoyang Sag

2 油藏單元概念

油藏單元概念主要是針對經典石油地質理論中油氣藏概念在勘探開發過程中遇到的挑戰而提出的。油氣藏的研究對象主要是圈閉，圈閉可以通過地震及測井等資料進行解釋和預測，圈閉具有統一的遮擋條件和封蓋條件，儲層主要是油組級別及以上[圖2(a)]。而油藏單元主要是以單一圈閉內的砂體和小層為研究對象，在空間上相連的儲集體的油氣聚集，具有統一的油水界面和壓力系統，是油氣聚集的最小可分單元[圖2(b)]。

圖2 油藏單元研究開展前后油藏剖面圖Fig.2 The profile pictures before and after the research of reservoir unit

3 油藏單元的劃分方法

3.1 方法步驟

油藏單元劃分主要遵循“三圖四步原則”，“三圖”為圈閉平面分布圖、有效砂體平面展布圖、精細小層劃分對比后油藏剖面圖，“四步”在“三圖”基礎上完成，技術路線如圖3所示。

圖3 油藏單元劃分技術路線Fig.3 The technological route of reservoir unit division

第1步通過高精度三維地震采集和連片處理后得到的圈閉平面分布圖，可以明確圈閉類型、范圍，初步確定進行勘探開發的圈閉。第2步在圈閉內開展有效砂體特征研究，通過測井資料進行全區精細小層劃分，并在全區范圍內宏觀沉積相研究基礎上結合井區小層劃分和測井相特征進行沉積微相研究，將沉積微相結果與測井資料砂體分析結合，完成有效砂體平面展布特征。第3步將精細劃分小層后的井建立連井剖面，在油藏剖面中判識砂體連通性并確定油水邊界。最后結合油藏剖面及砂體平面分布特征綜合確定油藏分布范圍。

3.2 結果

在油藏單元劃分步驟方法指導下，以蠡縣斜坡高30斷塊為例，對其主要含油層系沙二上亞段進行油藏單元的劃分方法和結果的詳細說明。

3.2.1 圈閉分布特征

勘探早期對于該地區主要認識的油藏包括雁68、雁63、高30、西柳10、高103、高30、高29等15個斷塊，認為其均為構造圈閉。

以油藏單元劃分方法指導勘探開發過程中，針對蠡縣斜坡中北部高陽—博士莊地區，華北油田進行了高精度三維地震采集和連片處理。根據精細地震資料，明確識別小斷層、微幅度構造，以及層間巖性地層圈閉[8,12]，為蠡縣斜坡精細地質研究評價奠定了可靠的資料基礎。通過精細地震勘探確定蠡縣斜坡地區圈閉范圍，進一步明確了研究區并不發育單一構造控制的圈閉，而主要發育巖性油藏、構造-巖性復合油藏及巖性-構造復合油藏[8,19]。結果表明位于研究區東北部的如高29、高46、雁53、雁68斷塊為構造-巖性復合油藏，中部和西南部構造更發育，淀21、雁63、高44、高36、西柳10、高30斷塊為巖性-構造復合油藏，高9斷塊為巖性油藏。選取以高陽斷裂控制的高30巖性-構造油藏進行進一步油藏單元劃分。

3.2.2 有效砂體特征

在油組級別研究基礎之上，開展有效砂體特征研究。精細小層對比為油藏單元劃分有效砂體范圍的基礎。在傳統開發地質中常用的小層對比方法主要有識別標志層、沉積旋回及巖性組合[18,20]，其原理都主要依托測井響應特征進行對比。然而在實際工作中由于測井曲線的精細程度無法滿足對儲層變化復雜的地區進行油藏精細描述及開發過程中生產井措施調整，所以常常采用多種方式結合進行小層劃分[21-22]。進一步顯示不同小層沉積微相范圍及類型不同。作者結合生產實際，針對蠡縣斜坡地區已進入開發中后期提出了測井分層標志、合理分析油水關系相結合。該方法不僅考慮了在測井響應曲線中的標志層等特征，同時兼顧了在已有測井解釋的基礎上進行油水關系的分析，在一定程度上提高了細分層的精度及合理性。

測井曲線最主要的應用就是識別較為明顯的地層沉積旋回，洪泛面及水下沉積的洪泛泥巖層都可以作為沉積旋回劃分的標志層。對于精細劃分小層而言，主要就是尋找洪泛面和穩定發育的泥巖段。洪泛面在測井曲線上一般表現為自然伽馬曲線有明顯尖峰，低電阻，低電位，低聲波時差；泥巖夾層一般表現出高伽瑪、低電位、尖峰狀高阻的特點(圖4)[22]。

從研究區井的實際情況出發，沙二上亞段主要可以分為Ⅰ油組、Ⅱ油組(①②③小層)、Ⅲ油組、Ⅳ油組。

圖4 高30斷塊單井分層圖Fig.4 Layered map of the G30 single well

3.2.2.1 單井沉積微相

研究區沉積微相的識別有利于輔助精細預測砂體展布范圍，預測儲層物性，在精細小層對比的基礎上為劃分油藏單元提供依據。

蠡縣斜坡地區主要發育由西北和西南兩個物源方向的辮狀河三角洲沉積[23-24]，高陽斷層東翼的高陽油田主要發育三角洲前緣亞相[25]。高30斷塊位于蠡縣斜坡三角洲發育時期入湖較遠的地區，以末梢分流河道為主，砂體規模小，分布有限，但垂向上發育的層數很多，疊加起來面積很大，但單一砂體規模較小。

在明確研究區域的沉積相、沉積亞相基礎上，結合巖心宏觀特征描述、沉積構造及測井響應特征分析，對高30斷塊沙二上亞段進行沉積微相特征劃分，總結出沉積微相特征劃分表(表2[23,26])。對有取心資料的關鍵井進行單井沉積相劃分，以G30井為例，研究區沙二上亞段主要發育水下分流河道、支流間灣和遠砂壩3個沉積微相，其中水下分流河道和支流間灣為優勢沉積微相(圖5)。

通過沉積微相劃分表及相關測井資料，結合關鍵井分析對該全區沙二上亞段沉積微相進行識別。

圖5 高30斷塊單井沉積微相綜合圖Fig.5 Single well sedimentary microfacies

3.2.2.2 連井沉積微相

處于開發中后期的井區具備大量的測井解釋資料，對于主要目的層位的砂體分布及其含油氣性已有較為精確的解釋，因此在豐富的解釋資料基礎上可通過對已識別沉積微相的井進行連井對比，分析連井沉積微相。

建立G30-G30-45-G30-44-G30-56連井剖面，在已精細劃分小層的基礎上進行連井沉積相的劃分，Ⅰ油組、Ⅱ油組①和②小層主要發育水下分流河道微相，Ⅱ油組③小層發育支流間灣、Ⅲ油組發育水下分流河道和支流間灣，其中水下分流河道為優勢微相，在Ⅳ油組主要發育河口壩(圖6)。

3.2.2.3 沉積微相平面特征

研究區高30斷塊沙二上時期主要經歷了水退的過程，水深逐漸變小。沉積物為一套60 m的水下分流河道、支流間灣沉積，巖性主要從粉砂巖和泥巖互層過渡到泥質粉砂巖，再到細砂巖，表明了湖平面逐漸下降、暴露逐漸變強的沉積過程。

表2 高30斷塊沉積微相特征劃分表[23,26]Table 2 Classification of sedimentary microfacies by feature in G30 fault block[23,26]

圖6 高30斷塊連井沉積微相Fig.6 Sedimentary microfacies between wells in G30 fault block

在平面展布中水下分支河道范圍逐漸變小，支流間灣范圍變大。Ⅱ油組、Ⅲ油組砂體發育范圍大且物性較好(圖7)。

3.2.2.4 有效砂體平面分布

依據沉積微相平面展布特征及測井解釋、試油生產資料中單井砂體厚度的分析，在細分小層的基礎上對研究區進行有效砂體的特征分析。

高30斷塊沉積砂體與微相展布特征較為吻合，發育水下分流河道的位置砂體厚度普遍較大。其中Ⅰ油組砂體厚度范圍0～9 m，斷塊西南位置的砂體最為發育；Ⅱ油組①②小層砂體厚度0～6 m，厚度較小，主要發育在斷塊東北向；Ⅱ油組③小層厚度較Ⅱ油組其他兩小層厚度偏大；Ⅲ油組和Ⅳ油組由于油組厚度較大，砂體更為發育，厚度最大可達13 m(圖8)。

圖7 高30斷塊沙二上亞段典型油組、小層沉積微相圖Fig.7 Sedimentary microfacies of typical oil groups and layers of Es2上 in G30 fault block

圖8 高30斷塊沙二上亞段典型油組、小層有效砂體等厚圖Fig.8 Contour map of sand body of typical oil groups and layers of Es2上 in G30 fault block

3.2.3 油藏單元劃分及平面分布

由于饒陽凹陷地區圈閉形態較為復雜，根據構造形態、巖性圈閉形態判識各層砂體連通性，各層均不連通的位置劃定為油氣藏邊界，在此基礎上將初期判識的大范圍油氣藏分割為若干砂體連通的小油氣藏。

高30斷塊構造起伏小，地層中主要發育巖性圈閉。該斷塊在各層均不連通處劃分小范圍油氣藏，可劃分出A、B、C、D、E、F 6個小范圍油藏，以各小范圍油藏為研究對象進行油藏單元的劃分。油藏中選取主要剖面重新建立油藏剖面(圖9)確認油水邊界，具有統一油水邊界的砂體或砂體組合即為該油藏的油藏單元。在平面上可確定油藏范圍(圖10)。

圖9 高30斷塊沙二上亞段部分典型油藏剖面圖Fig.9 The profile figures of part of typical reservoirs of Es2上 in G30 fault block

圖10 高30斷塊沙二上亞段典型油組、小層油藏范圍Fig.10 Reservoir distribution of typical oil groups and layers of Es2上 in G30 fault block

A油藏構造起伏較大，形成背斜-巖性油藏，具備兩套油藏單元，油水邊界分別為-2 537 m和-2 575 m。B、C、D油藏構造起伏較大，油氣主要集中在構造高點，發育1～3套油藏單元不等。E、F油藏構造趨于平緩，形成油氣富集程度不高的油藏單元。

通過分析各油藏剖面發育的油藏單元，對于不同小層的油藏范圍有了更清晰的認識，同時可以在油藏單元的層面上對高30斷塊進行油水邊界的精細劃分，有利于進一步開發布井。

4 油藏單元劃分的意義

(1)采用油藏單元劃分方法能夠更客觀地反映地下儲量資源的分布情況，在蠡縣斜坡、大王莊等地區應用，儲量大幅度提升。

(2)油藏單元在不同沉積環境中應用具有普適意義。不僅在東部的渤海灣盆地，如華北油田蠡縣斜坡和大王莊等陸相砂巖中油氣聚集由多個油藏單元組成，西部的塔里木等海相砂巖中油氣聚集也是如此，如塔中11志留系油藏。

(3)完善了石油地質學理論。前人認為油氣藏是地殼上油氣聚集的基本單元，但通過實際深入勘探開發過程中認為油氣藏是由多個油藏單元組成的，油藏單元是以單一圈閉內的砂體和小層為研究對象，在空間上相連的儲集體的油氣聚集，具有統一的油水界面和壓力系統，是油氣聚集的最小可分單元。

5 結論

(1)依照“三圖四步原則”方法可以劃分油藏單元?！叭龍D”分別為圈閉平面分布圖、有效砂體平面展布圖、精細小層劃分對比后油藏剖面圖；“四步”為明確圈閉分布特征、有效砂體特征、建立油藏剖面劃分油藏單元、劃定油水邊界平面分布。

(2)油藏單元能夠更客觀地反映地下儲量資源的分布情況，在石油勘探過程中具有普適意義，該概念的提出完善了石油地質理論。