基于水平井信息的辮狀河儲層構型單元空間展布研究*

權 勃 侯東梅 牟松茹 楊建民 張文童 黃 奇

（1.中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海石油研究院 天津 300459； 2.武漢時代地智科技股份有限公司 湖北武漢 430000）

近年來，國內外學者對河流相儲層內部構型開展了大量深入研究，并逐步由儲層建筑結構的定性描述向不同儲層構型單元規模的定量表征發展。前人基于露頭和現代沉積總結了大量經驗公式與地質知識庫，為地下儲層構型表征提供了規模約束的定量依據，特別在采用密井網開發的陸上油田儲層構型精細解剖中取得顯著效果。該方法主要利用直井信息并在定量規模約束下開展井間對比與預測，而海上油田主要采用水平井開發，井距一般大于300 m，受限于井網密度和井間對比預測的多解性，導致對不同構型單元定量規模及其空間展布特征的認識仍存在較大的不確定性。利用水平井豐富的橫向信息開展地下儲層構型解剖，可較大程度地降低儲層構型單元井間對比預測與定量表征的不確定性，該方法對海上油田稀井網條件下儲層構型單元空間展布研究具有一定的借鑒意義。

1 油藏地質概況

研究區位于渤海西部海域，構造上位于渤海灣盆地埕寧隆起區沙壘田凸起東塊東部，自古生代以來，該凸起長期處于繼承性抬升狀態，至晚第三紀，凸起整體沉降，大面積接受館陶組和明化鎮組河流相沉積。油田主力含油層系館陶組Ⅲ油組下段發育砂質辮狀河沉積，河道砂體疊合連片分布，呈現“滿目皆河”的沉積特征，多期疊置的河道砂體使得儲層內部結構復雜，呈現出一種迷宮狀的砂體內部結構特征［1］。研究區目的層段全部采用水平井開發，目前包括探井、評價井15口，水平生產井30口，水平段長度400～1 000 m。砂質辮狀河復雜的儲層內部結構及不同級次構型單元界面間的滲流屏障導致生產井開發效果差異大，剩余油分布認識不清。因此，需要開展儲層構型精細解剖，弄清砂質辮狀河儲層構型單元空間展布特征，從而指導剩余油挖潛。

2 構型單元劃分

儲層構型也稱為儲層建筑結構，是指不同級次儲層構成單元的形態、規模、方向及其疊置關系［2］。辮狀河儲層構型研究通常采用層次分析的思路［3］，按復合河道砂體、單一河道砂體、心灘壩與辮狀水道砂體、心灘內落淤層與增生體等4個構型級次進行精細解剖，其界面分別相當于Miall［4-5］的6～3級界面。研究區主要采用水平井開發，缺少儲層中下部資料，因此主要開展心灘壩、辮狀水道等四級構型單元空間展布研究。

通過巖心觀察與直井測井相分析，研究區砂質辮狀河沉積主要發育心灘壩、辮狀水道、廢棄河道、泛濫平原等四級構型單元。心灘壩是館陶組Ⅲ油組下段辮狀河儲層中最主要的構型單元，砂體厚度5～11 m，以淺灰色含礫粗—中砂巖為主，主要發育塊狀構造，垂向韻律性不明顯；測井曲線呈高幅箱形，頂底部突變，反映強水動力條件沉積特征。心灘壩內落淤層是洪水水退期由于能量衰減形成的懸浮細粒沉積，以泥質粉砂巖為主，測井曲線有低幅回返，厚度0.3～0.5 m，縱向上平均3 m左右發育一期（圖1）。辮狀水道以灰白色細砂巖為主，粒度較心灘壩明顯變細，砂體厚度3～6 m，發育中大型槽狀、板狀交錯層理，底部可見沖刷面。測井曲線具有正序列結構，反映了水動力逐漸減弱和物源減少的沉積特征。由于砂質辮狀河沉積中心灘壩與辮狀水道呈交互鑲嵌的格局，這種構型單元配置方式對于沉積水動力條件和沉積物供給的變化非常敏感，容易導致新河道的不斷產生和舊河道的廢棄，因而辮狀河又被稱作游蕩性河流［6-8］。研究區廢棄河道主要表現為半泥質填充，底部沉積1～3 m細砂巖，頂部沉積泥質粉砂巖或粉砂質泥巖，測井曲線呈中低幅鐘形或指形，反映水動力較弱且快速變化的沉積特征。研究區整體為1個單一辮流帶，泛濫平原沉積主要發育于兩期河道砂體間，為兩期河道間洪泛期形成的含鈣質泥巖或泥質粉砂巖等細粒沉積，測井曲線表現為高阻特征（圖1）。由于受后期河道不同程度下切沖刷侵蝕改造，因此橫向分布極不穩定。

圖1 研究區心灘壩內部落淤層Fig.1 Fall silt inside the channel bar in the study area

3 水平井測井相分析

由于廢棄河道、道壩轉換夾層等橫向滲流屏障與不同期次河道間發育的泛濫平原細粒沉積形成的縱向滲流屏障，共同影響了流體滲流特征，使得辮狀河“泛連通體”儲層呈整體連通、內部復雜的結構特征，生產動態特征表明儲層內部非均質性強，因此，需弄清儲層內部建筑結構特征，從而指導油田綜合調整與剩余油挖潛。研究區井距較大，平均350 m左右，地震品質一般，主頻約35 Hz，需充分挖掘水平井豐富的橫向信息開展儲層構型精細解剖，明確砂質辮狀河儲層構型單元空間展布。利用成像探邊資料標定水平井測井相，綜合考慮構造、水平井井軌跡位置、圍巖影響等因素，在構型單元的類型和特征總結的基礎上，針對水平井構型單元響應特征展開研究，厘清砂質辮狀河不同構型單元水平井測井響應特征，為儲層構型精細解剖與井間砂體預測提供依據。

3.1 水平井水平段信息選取

基于水平井測井信息開展構型單元測井相特征分析，首先應排除因砂體局部微構造起伏、水平井井眼軌跡參數變化等造成的影響，排除因水平段井眼軌跡出層造成的干擾信息，確保采用位于目的層段砂體內部的水平段信息進行分析。具體做法是沿著水平井軌跡走向切過井剖面，并將目的層段構造面與沿井剖面的交線投在該剖面上；結合水平段測井曲線響應特征、井眼軌跡、探邊資料、圍巖、微構造等信息綜合判斷水平段是否出層，將不位于目的層單期次河道砂體內部的水平段剔除，構型單元識別中不予考慮。同時可利用水平井水平段信息校正目的層微構造，為儲層表征與地質建模提供更加精確的構造模型。

3.2 不同構型單元水平井測井響應特征

因無法通過巖心標定水平井測井相模式，也不能將直井測井相模式直接應用于水平井測井相解釋，因此，采用水平井成像探邊資料標定水平段測井相的思路，構建不同構型單元水平井測井相模式，進而將解釋模式應用推廣到無探邊資料的水平井，分析全區水平井測井相。然而，由于水平段井眼軌跡呈近水平的狀態，測井儀器存在一定探測范圍半徑，測井曲線可能受上下鄰層或巖性界面的影響，因此應首先分析圍巖的影響。在水平井測井中，儀器一般靠近井眼下方，對下方地層較敏感。通常自然伽馬測井響應90%來自距離井壁15 cm以內的地層中［9］。對比發現，水平井方位電阻率成像探邊解釋成果與自然伽馬等反映巖性的常規測井曲線響應特征具有較好的一致性（圖2），因此認為水平井自然伽馬測井曲線能較好反映水平段軌跡井壁附近巖性特征，其受圍巖的影響較小，可以定性判斷巖性的橫向變化。

通過統計分析成像探邊解釋成果發現，當井眼軌跡進入儲層便探測到距頂邊界下方2～4 m發育一套相對連續的近乎水平的泥質夾層，而目的層發育砂質辮狀河沉積，心灘壩平均砂厚8 m，辮狀水道平均砂厚5 m，顯然，這套泥質夾層并非兩期河道間發育的泛濫平原泥沉積，而與前述心灘壩內部縱向上3 m左右發育一期落淤層比較吻合，分析認為為心灘壩沉積。而成像探邊資料顯示辮狀水道內部泥質夾層發育相對較少且不連續。常規測井曲線也顯示兩者具有明顯的差異（圖2）。因此，通過成像探邊資料識別與標定不同構型單元水平井測井相，然后對測井曲線多井一致性處理后進行交會分析，建立不同構型單元水平井測井響應特征與解釋圖版，發現自然伽馬、電阻率、密度均具有較好的區分效果（圖3）。一般心灘壩自然伽馬小于80 gAPI，密度為2.0～2.4 g／cm3，電阻率大于15Ω·m；辮狀水道自然伽馬60～90 gAPI，密度為2.1～2.5 g／cm3，電阻率為3～15Ω·m；廢棄河道自然伽馬大于90 gAPI，密度大于2.3 g／cm3，電阻率為5～20Ω·m。

圖2 成像探邊資料標定研究區水平井測井相Fig.2 Imaging edge data calibration horizontal well logging facies

圖3 研究區砂質辮狀河儲層不同構型單元水平井測井交會圖Fig.3 Logging intersection diagram of horizontal wells of different architecture units in sandy braided river reservoir in the study area

4 構型單元空間展布

4.1 構型單元空間組合模式

厘清不同構型單元縱、橫向空間組合模式可為構型單元空間展布研究提供模式指導。基于直井、大斜度井構型單元對比分析總結發現，研究區砂質辮狀河儲層內部不同構型單元垂向空間組合模式主要有心灘壩-辮狀水道、心灘壩-廢棄河道和辮狀水道-廢棄河道等3種（圖4）。

通過分析砂質辮狀河儲層不同構型單元水平井測井響應特征，并結合鄰近直井或過路井信息開展水平井構型單元對比分析，弄清了砂質辮狀河儲層內部不同構型單元橫向空間組合模式，主要包括心灘壩-辮狀水道、心灘壩-廢棄河道、心灘壩-廢棄河道-心灘壩和心灘壩-辮狀水道-心灘壩等4種構型單元橫向空間組合模式（圖5）。

圖4 研究區砂質辮狀河儲層構型單元垂向組合模式Fig.4 Vertical combination models of sandy braided river reservoir architecture units in the study area

4.2 構型單元定量知識庫

Kelly［10］、孫天建等［11］和Bridge等［12］利用現代辮狀河沉積、水槽實驗和野外露頭大量實測數據建立了辮狀河心灘壩寬度Wp與單河道滿岸深度hd、心灘壩長度Lp與心灘壩寬度Wp、單一辮狀河道寬度Wc與心灘壩寬度Wp、單一辮狀河道寬度Wc與單河道滿岸深度hd之間的關系式（表1），均具有較好的正相關關系。根據現代沉積調研結果［8-10］，單河道滿岸深度與心灘的厚度基本相當，考慮成巖壓實作用影響，認為河道滿岸深度等于心灘壩砂厚／0.9。因此，首先利用測井資料解釋成果，得到地下心灘壩砂體厚度，經去壓實校正后近似相等于河道滿岸深度hd，進而利用表1中經驗公式獲得研究區館陶組Ⅲ油組下段各單期次河道砂體內部不同構型單元定量規模（表2）。

采用“將今論古”的思路，旨在利用現代沉積建立的經驗公式應用于地下儲層構型研究，為地下儲層構型單元的定量表征提供地質知識庫。利用水平井豐富的橫向信息驗證其合理性，進而為下步井間構型單元空間展布預測提供規模控制。以研究區D30H和D13H兩口水平井為例，兩口井水平段分別位于NgⅢ下-1和NgⅢ下-3單砂體，其水平段橫切或斜交辮狀河道，實測單一辮狀河道寬度分別為80、152 m（圖5），與經驗公式計算得到單一辮狀河道寬度規模范圍66～168 m基本相當。因此，基于現代沉積統計分析建立的地質知識庫可為地下儲層構型定量表征提供重要指導意義。

圖5 研究區砂質辮狀河儲層構型單元橫向組合模式Fig.5 Lateral combination models of sandy braided river reservoir architecture units in the study area

表1 辮狀河儲層構型單元定量關系Table 1 Q uantitative relationship of braided river reservoir architecture units

表2 研究區館陶組砂質辮狀河儲層不同構型單元規模Table 2 Scale of different architecture units of sandy braided river reservoir of Guantao Formation in the study area

4.3 構型單元空間展布

儲層構型表征的關鍵是垂向分期和側向劃界［13］，因此，首先對多期疊置的辮狀河儲層進行期次劃分，然后以現代沉積和野外露頭模式為指導，以構型單元定量知識庫作為規模約束，采用水平井測井約束的地震波阻抗反演預測砂體分布，綜合沉積背景與物源分析、砂體厚度分布、過路井和水平井測井相等信息，按照“井震結合、厚度控制、規模約束”的基本原則完成構型單元側向劃界［14］，明確砂質辮狀河儲層構型單元橫向空間展布（圖6）。

圖6 研究區館陶組Ⅲ油組下段1小層構型單元平面展布圖Fig.6 Horizontal distribution of reservoir architecture units of N1gⅢL-1 layer in the study area

4.4 動態驗證

通過油藏數值模擬進一步驗證和優化基于水平井信息的儲層內部構型單元空間展布研究成果的合理性與可靠性。首先在地震反演體約束下，采用序貫指示隨機模擬的方法進行儲層內部巖相橫向分布表征，然后將儲層內部橫、縱向不同構型單元界面間泥質夾層采用小尺度地質體等效表征技術精細表征到油藏模型中［15］，并開展數值模擬歷史擬合。以D43H井為例，該井及其鄰井D8H1井水平段測井均顯示西側水平段末端鉆遇廢棄河道，研究區目的層為邊底水油藏，水體能量強，整體呈不同程度水淹，綜合含水89%，但該井雖位于油藏邊部卻持續低含水生產（含水35%左右）且能量不足，生產動態表明儲層非均質性極強。分析認為是受該井南北面東西向斷層、東西面北北東向廢棄河道等橫向滲流屏障與底部河道期次間發育的泛濫平原泥質夾層縱向滲流屏障共同作用下，形成相對獨立的流動單元導致的（圖6）。對比不同方案歷史擬合結果表明，只有將縱向河道期次間泛濫平原泥質夾層與橫向廢棄河道泥質夾層同時表征到油藏模型中，模擬曲線才能與實際歷史生產曲線擬合較好（圖7）。因此，通過生產動態進一步驗證了儲層構型單元空間展布研究成果。數值模擬結果表明，全區單井歷史擬合符合率達到85%，水平井豐富的橫向信息大大提高了地震反演預測和儲層構型表征的精度和可靠性。

圖7 研究區D43H井生產歷史擬合驗證儲層內部構型單元空間展布Fig.7 Production history fitting verification spatial distribution of reservoir internal architecture units of Well D43H in the study area

5 結論

1）研究區砂質辮狀河儲層主要發育心灘壩、辮狀水道、廢棄河道、泛濫平原等4種四級構型單元。結合直井與水平井信息，弄清了單期次河道砂體內部不同構型單元3種垂向和4種橫向空間組合類型。

2）經研究區實際水平井資料驗證，基于現代沉積和露頭統計分析得到的辮狀河不同構型單元定量規模可為地下儲層預測和構型解剖提供規模約束信息。

3）利用水平井豐富的橫向信息開展儲層構型單元空間展布研究，大大提高了地震反演預測和儲層構型表征的精度和可靠性。