成因與演化信息約束的辮狀河儲層地質(zhì)建模
——以委內(nèi)瑞拉奧里諾科重油帶M 區(qū)塊為例

陳仕臻 林承焰 任麗華 張憲國 黃文松

（①中國石油大學（華東）地球科學與技術(shù)學院，山東青島266580；②山東省油藏地質(zhì)重點實驗室，山東青島266580；③中國石油勘探開發(fā)研究院，北京100083）

0 引言

辮狀河砂體分布廣泛，是一種重要的碎屑巖儲層類型。眾多學者針對辮狀河開展研究，如：分析現(xiàn)代沉積和野外露頭，建立研究區(qū)辮狀河特征資料庫［1-4］；總結(jié)辮狀河發(fā)育模式，刻畫辮狀河平面和剖面形態(tài)［5-7］；利用水槽模擬和數(shù)值模擬方法探討辮狀河水動力條件變化及響應特征［8-9］；研究儲層隔夾層成因及分布，落實其對滲流和油氣開采的影響［10-11］。

以上述研究作為基礎(chǔ)，李海燕等［11］運用平面相控方法建立辮狀河三維地質(zhì)模型，分析儲集層內(nèi)部的非滲透層發(fā)育規(guī)律，預測夾層的分布。但是，由于辮狀河為游蕩性河流，河道遷移、擺動頻繁，儲層內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜［12-13］。因此，在縱向上僅有一套地層單元的平面相并不能完全反映一段時期內(nèi)各個時間點的沉積特征。傳統(tǒng)的平面相控建模方法缺乏來自成因與演化方面的約束信息，難以滿足開發(fā)階段油藏地質(zhì)模型的預測精度要求。

本文以委內(nèi)瑞拉奧里諾科重油帶M 區(qū)塊為例，針對辮狀河儲層具有非均質(zhì)性強、沉積變化快的特點，重點研究辮狀河儲層成因與演化過程，并將這些沉積信息作為建模的約束條件，以期降低建模過程中的不確定性。

1 研究區(qū)概況

奧里諾科重油帶位于東委內(nèi)瑞拉盆地南緣、奧里諾科河以北，為一向北傾斜的區(qū)域性單斜構(gòu)造，是全球地質(zhì)儲量最大、開發(fā)程度低的重油富集區(qū)［14-15］。

奧里諾科重油帶自東向西共劃分為Carabobo、Ayacucho、Junin和Boyaca等四個油區(qū)。M 區(qū)塊位于Carabobo油區(qū)西部，面積達115km2（圖1）。主要含油層為下中新統(tǒng)Oficina組（圖2），發(fā)育辮狀河三角洲沉積體系。其中主力儲層Morichal段為順南西—北東向分布的砂質(zhì)辮狀河沉積，由多期河道擺動、疊加而成，砂體在橫向上呈連片狀分布，在縱向上疊置。儲層物性好，屬于高孔、特高滲類型，平均孔隙度為30.2%，平均滲透率為5000mD。區(qū)塊內(nèi)發(fā)育少量規(guī)模較小的正斷層，對油藏基本無影響。

圖1 M 區(qū)塊位置

圖2 Morichal段沉積特征（據(jù)Q-2-0井）

M 區(qū)塊共有水平井372 口，采用叢式平行布井，水平段呈東西方向，平均長度為1000m，水平井平面間隔為300～600m。全區(qū)直井僅27口。區(qū)內(nèi)地震資料品質(zhì)較高，儲層段地震頻率為15～120Hz，主頻為60Hz左右。眾多鉆井及高品質(zhì)地震資料為研究提供了良好的資料基礎(chǔ)。

M 區(qū)塊目前處于泡沫油冷采階段，仍有大量可動剩余油。Morichal段砂體雖然物性整體較好，但是局部發(fā)育的泥質(zhì)夾層導致儲層內(nèi)部非均質(zhì)性變強，制約了后續(xù)的開發(fā)方案實施。因此，開展儲層成因和演化過程分析，構(gòu)建反映地下實際情況的三維地質(zhì)模型，可更好地指導剩余油開采。

2 主要成因單元識別

Oficina組發(fā)育辮狀河三角洲平原和前緣亞相，其中Morichal段下部為主要儲層，發(fā)育大套連片分布的砂質(zhì)辮狀河沉積，具有“滿盆皆砂”和“砂包泥”的特點，沉積期次多，疊置關(guān)系和砂體連通樣式復雜。為了研究砂體發(fā)育期次，刻畫砂體的疊置樣式，首先從靜態(tài)角度開展巖相分析，根據(jù)巖心、測井、地震響應等特征，識別、確定主要成因單元特征。

2.1 巖相分析

Morichal段下部可劃分出O11、O12s、O12i和O13等四個含油層。根據(jù)區(qū)內(nèi)Q-2-0井、W-1-0井2口井巖心（圖3）的顏色、粒度、沉積構(gòu)造、含油性等特征［15］，可劃分出10種巖相類型（表1）。

2.2 主要成因單元特征

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)背景和研究區(qū)實際資料，從靜態(tài)角度分析辮狀河儲層的巖心、測井、地震響應等特征，識別出4種主要成因單元類型（表2）。

2.2.1 復合心灘壩

復合心灘壩是砂質(zhì)辮狀河中最主要的成因單元，也是儲層物性最好的部分。心灘壩往往巖性較粗，以中細砂巖為主，厚度大，垂向上一般以復合切割、疊置的方式出現(xiàn)，最大疊加厚度可達30m。主要發(fā)育槽狀交錯層理、塊狀層理、平行層理等沉積構(gòu)造，巖相組合以St、Smm、Smf為主。由于后期心灘壩往往對前期沉積進行改造，復合而成的心灘壩一般韻律不明顯。

圖3 取心井巖心照片（左為自然光，右為紫外線）

表1 Morichal段下部巖相類型

表2 Morichal段下部辮狀河成因單元響應特征

心灘壩自然伽馬曲線形態(tài)為典型箱形，部分井表現(xiàn)為微齒化箱形或鐘形，頂?shù)壮尸F(xiàn)突變接觸。密度為低值，電阻率為高值。含油飽和度高。

心灘壩為串珠狀強振幅的地震反射特征，頻率高，連續(xù)性較好，地震反射外形多為丘狀或板狀。

2.2.2 辮狀河道

辮狀河道沉積單元在剖面上一般與復合心灘壩交錯、疊置，沉積物粒度較復合心灘壩更細，以細砂巖和粉砂巖為主。巖相組合以St、Smm、Smc、Smf、Smvf為主。河道底部偶爾存在滯留泥礫，反映出河道內(nèi)部復雜的沖刷、充填作用。發(fā)育有槽狀交錯層理等指示高能水動力環(huán)境成因的沉積構(gòu)造，代表靠近物源區(qū)、沉積物供應充足、水流能量強的沉積環(huán)境。

自然伽馬曲線表現(xiàn)為正粒序的鐘形和箱形，中子和密度為低值，電阻率呈中到高值。具有較高的含油飽和度。

地震剖面上可見頂平底凸的下切侵蝕特點，內(nèi)部反射雜亂，說明其以沖刷、充填成因為主。

2.2.3 廢棄河道

廢棄河道是水動力較弱時期，沉積于原辮狀水道負向地形中的偏泥質(zhì)沉積單元，往往發(fā)育于兩期小規(guī)模辮狀沉積的間歇期。按照河道的廢棄程度，可分為半廢棄和完全廢棄兩種狀態(tài)。前者沉積過程中受新的水流擾動，可夾雜部分細粒砂質(zhì)碎屑沉積物，后者水流平緩，一般存在于辮狀河道帶的邊部。巖相組合包括Slw、Ml、Mh等。

自然伽馬曲線表現(xiàn)為低幅度微齒化，聲波、中子、密度呈高值，電阻率呈低值。含油飽和度低。廢棄河道可通過水平井進行識別，其寬度不超過辮狀河道的最大寬度，在儲層中作為夾層存在。由于這類泥質(zhì)夾層對水平井冷采產(chǎn)量影響很大，鉆井過程中需要盡量予以規(guī)避。但是，若水平井位于這類夾層的下部，會對原始的重力泄油路徑產(chǎn)生遮擋，夾層上部在開采后期富集剩余油，可作為后續(xù)局部挖潛的潛力區(qū)。

地震剖面上亦可見頂平底凸的特點，但是其內(nèi)部反射振幅值較弱，代表水動力相對較弱的河道充填特點。

2.2.4 殘余洪泛泥巖

洪泛泥巖沉積代表洪水泛濫后，水動力能量微弱且相對安靜的沉積環(huán)境，但經(jīng)常受到后期沉積的改造，保存并不完整。厚度大、分布范圍穩(wěn)定的部分作為區(qū)域隔層存在，厚度小、分布局限的部分可作為局部井組的隔層，稱之為殘余洪泛泥巖沉積。巖性以泥巖為主，夾薄層細粒粉砂巖條帶，可見鈣質(zhì)結(jié)核。巖相組合包括Swf、Ml、Mh等。發(fā)育水平層理、沙紋層理，為洪水季節(jié)河床泛濫漫溢沉積所形成。

自然伽馬曲線表現(xiàn)為微齒化、低幅度，頂?shù)淄ǔ闈u變接觸。中子、聲波、密度值較高，電阻率曲線為低幅平直狀。含油飽和度低。

地震響應特征表現(xiàn)為中強振幅，連續(xù)性較好，呈現(xiàn)平行、亞平行的反射結(jié)構(gòu)。

3 成因與演化信息約束的儲層地質(zhì)建模

3.1 沉積模式建立

沉積模式中蘊含的地質(zhì)信息需要能夠反映地下儲層的實際特征，體現(xiàn)沉積單元的組成及其空間分布情況。建立沉積模式是開展地質(zhì)建模的前提條件。

鉆井和地震資料揭示，研究區(qū)辮狀河儲層基本以大套厚層砂質(zhì)沉積為主，分布范圍極廣，內(nèi)部夾雜著少量泥巖沉積物（圖4）。砂質(zhì)沉積部分主要由復合心灘壩和辮狀河道沉積構(gòu)成，二者在橫向上表現(xiàn)為拼接狀錯落疊置。廢棄河道分布則較為局限，僅在個別井鉆遇。殘余洪泛泥巖沉積形成于區(qū)域基準面快速上升階段，覆蓋于上述辮狀河沉積單元之上。據(jù)此，可建立如圖5所示的沉積模式。

3.2 成因演化分析及信息提取

3.2.1 成因演化分析

現(xiàn)有的儲層都是經(jīng)由多期沉積一步步塑造而成的，能夠保留下來的只有沉積后的最終狀態(tài)［16-18］。因此，在分析和建立沉積模式時，需要考慮沉積成因單元發(fā)育、演化過程，而這個演化過程一般并不直觀，需要根據(jù)沉積規(guī)律和約束條件加以恢復。

受控于基準面位置的相對升降，研究區(qū)辮狀河儲層段共發(fā)育四套砂質(zhì)碎屑沉積（對應于O11、O12s、O12i、O13層）和四期洪泛平原泥巖沉積（圖6）。由于后期砂質(zhì)碎屑沉積往往對前期上覆的洪泛泥巖進行侵蝕改造，造成保存下來的殘余洪泛泥巖分布不均勻，局部存在上、下小層間的砂巖連通現(xiàn)象，增加了儲層內(nèi)部流體滲流的復雜程度。因此，在地質(zhì)建模過程中必須考慮這種差異侵蝕過程導致的儲層成因單元演化特征。

圖4 O11層儲層沉積特征

圖5 研究區(qū)砂質(zhì)辮狀河沉積模式

所有直井和水平井井點成因單元經(jīng)模型網(wǎng)格粗化后的統(tǒng)計（圖6）揭示：四個層的含砂比例基本在95%左右，其中O11層儲層內(nèi)部非滲透層較少，砂質(zhì)成因單元占比最高；四個層都在地層邊界部位出現(xiàn)較高比例的洪泛泥巖沉積，最大比例達到了50%；砂、泥巖性單元的分布明顯受到基準面升降的控制。

3.2.2 信息提取與轉(zhuǎn)化

地震沉積學主要是利用地震資料開展巖性和地貌研究［19-22］。由于地震資料具有較高的橫向分辨率，能夠彌補僅使用井資料預測時所導致的井間信息不足，可顯著提高儲層的刻畫精度。本文提取地震地層等時切片（圖7），分析成因單元沉積演化過程，將切片所反映的演化信息轉(zhuǎn)化為地質(zhì)建模過程中可以使用的三維趨勢概率數(shù)據(jù)體，對成因單元空間分布的模擬起到約束和控制作用。

圖6 砂質(zhì)辮狀河成因演化期次分析

實際操作過程中，切片的數(shù)量主要依據(jù)各層的地層厚度和模型網(wǎng)格精度綜合確定，如本研究中將O11、O12s、O12i層各劃分出10 個切片，O13 層劃分出5個切片。研究中需要提取各個切片上的地震振幅信息并賦予沉積學意義（圖8）。經(jīng)過90°相位轉(zhuǎn)換之后，地層切片的振幅采樣值與測井解釋砂、泥巖有了較好的對應關(guān)系，用于控制砂、泥巖沉積單元在空間中的疊置及分布關(guān)系。建模結(jié)果的準確性和精度很大程度上受所調(diào)相位角度（將原始相位旋轉(zhuǎn)至90°）大小的影響，需要根據(jù)經(jīng)驗反復嘗試，以尋找最優(yōu)值。

3.3 儲層地質(zhì)建模

圖8 地層切片的沉積學解釋

研究區(qū)物源來自于西南方向，地質(zhì)模型中網(wǎng)格延伸方向與之保持一致，本文以油層為模擬單元建立地層模型。為了涵蓋工區(qū)范圍且同時滿足砂體刻畫的非均質(zhì)性要求，在模型網(wǎng)格數(shù)量與網(wǎng)格精細尺度之間保持最佳平衡，決定采用25m×25m×0.8m的精度構(gòu)建模型網(wǎng)格。采用水平井和直井揭示的成因單元作為網(wǎng)格粗化的原始數(shù)據(jù)，得到各成因單元模擬時需要的變差函數(shù)。O11層的相關(guān)變差函數(shù)參數(shù)擬合結(jié)果如表3所示。

表3 O11層變差函數(shù)參數(shù)擬合表

選取序貫指示算法開展模擬，該算法適用于復雜的強各向異性儲層，且參數(shù)調(diào)整較為靈活，能夠有效利用三維趨勢概率體進行輔助控制。以前述成因單元的演化信息提取、轉(zhuǎn)化得到的趨勢概率體對模型模擬過程予以約束，可以建立成因單元地質(zhì)模型。模擬時將復合心灘壩、辮狀河道定義為富砂沉積單元，洪泛平原定義為富泥單元。將砂、泥巖發(fā)育概率體作為輔助變量趨勢，對富砂單元和富泥單元的空間分布分別進行約束，有效調(diào)整各個成因單元在平面和垂向上的展布趨勢，由此得到最終地質(zhì)模型（圖9）。

圖9 成因演化信息約束的地質(zhì)建模結(jié)果

與常規(guī)僅采用平面沉積相的約束建模不同，本文建模中采用的多切片數(shù)據(jù)包含更多的縱向儲層演化信息，而平面沉積相只是一段時間內(nèi)地層單元的平均信息，僅代表整體優(yōu)勢相，忽略了儲層內(nèi)部的細微變化。此外，與采用反演波阻抗數(shù)據(jù)體約束的方法相比，本文使用的多切片轉(zhuǎn)化信息約束建模更加快速、簡捷。

本文方法不需要反演數(shù)據(jù)體時深轉(zhuǎn)化，而是采用時間域和深度域頂、底層位對齊、層內(nèi)均勻內(nèi)插的方式，得到時間域地震地層切片同深度域地質(zhì)模型切片的精細對應關(guān)系，直接將時間地層切片信息經(jīng)組合、轉(zhuǎn)化后生成深度域的三維趨勢概率數(shù)據(jù)體，供后續(xù)約束地質(zhì)建模時使用。

約束后的模擬結(jié)果很好地體現(xiàn)了辮狀河沉積儲層的細節(jié)，砂體成因單元間的相互配置關(guān)系得以揭示。對比圖9a、圖9c的模擬結(jié)果與圖5代表的沉積模式，洪泛泥巖始終位于沉積邊界，且多表現(xiàn)為殘余沉積，儲層在空間上的發(fā)育模式很好地得到了還原。將經(jīng)過成因演化信息約束的辮狀河地質(zhì)模型應用于研究區(qū)新建平臺鉆井預測，水平井油層鉆遇率由原來的92%提高至95%以上。

4 結(jié)論與認識

Morichal段下部發(fā)育大套連片分布的砂質(zhì)辮狀河儲層，辮狀河具有河道游蕩性強、沉積演化迅速的特點。為此，本文運用成因與演化信息約束建立地質(zhì)模型。

（1）首先，根據(jù)巖心觀察劃分出10種巖相類型，綜合測井、地震響應特征，識別出復合心灘壩、辮狀河道、廢棄河道、殘余洪泛泥巖等四種成因單元。

（2）分析研究區(qū)的沉積模式，從井和地震資料提取成因與演化信息，對辮狀河儲層三維地質(zhì)模型進行約束，提高地質(zhì)模型的合理性。

（3）本文所提方法在實際應用中具有快速、直觀的優(yōu)點，可在研究初期就得到用于約束模型的三維數(shù)據(jù)體，但是也存在一定的適用條件。為保證處理后的數(shù)據(jù)能有效約束目的層砂體分布，要求相位調(diào)整后的地震數(shù)據(jù)體與測井解釋巖性具有良好的對應關(guān)系。因此，相位轉(zhuǎn)化角取值大小對最終模擬結(jié)果影響較大，調(diào)整過程需要根據(jù)經(jīng)驗反復嘗試，以期尋找到最優(yōu)值。