曲流河片狀沉積砂體精細刻畫方法

馬佳國 王建立 周卿 王騰

（中海石油（中國）有限公司天津分公司 天津 300459）

油田開發中后期，砂體水淹嚴重，尋找隔夾層遮擋的剩余油發育區是油田穩產的重點，也是研究的難點。復合曲流河河道頻繁改道、側向遷移，點壩多次疊切沉積，造成砂體內部結構復雜，對砂體精細解剖難度很大。海上油田以大井網生產為主，井數據相對不足，嚴重制約對復合砂體各沉積單元的刻畫，如廢棄河道、點壩等，以及砂體期次、砂體切疊關系的認識［1-2］。胡光義等［3-4］將復合砂體構型分為十個級次，在油田開發尺度下，主要研究單一河道帶、復合點壩、點壩、側積體四個級次；根據沉積物供給與可容納空間的關系，砂體切面形態可分為孤立型、側疊型、堆疊型；其提出的地震敏感屬性蛛網圖從一定程度上能區分不同級次構型砂體，但油田實踐中，操作較為復雜。趙曉明等［5］對平移型點壩形成機理與沉積特征進行了詳細研究，對點壩砂體的精細解剖提供了較好的研究思路，但理論研究與實際應用存在一定的差距，特別是大井距生產的油田，如果缺少可靠平面屬性指導砂體精細解剖，則砂體的構型可能與地下地質存在偏差，這種偏差在油田實際開發生產中具有較大影響。

本文以渤海海域曹妃甸油田明下段M砂體為例，以高分辨率地震資料為基礎，借用高清晰度邊緣檢測屬性切片，宏觀上展示河道遷移過程，再結合地震剖面相和連井剖面相，分析各井區所屬點壩及點壩間的關系。利用井震結合的方法，結合河道遷移沉積原理，對曲流河片狀砂體進行精細解剖。

1 砂體概況及資料情況

研究區位于渤海灣盆地沙壘田凸起，研究對象為新近系明化鎮組下段M砂體。鉆井證實明下段沉積以單一曲流河為主，明上段沉積以極淺水三角洲為主，目標砂體屬于過渡時期沉積，以曲流河連片沉積為主。砂體構造幅度為30 m，平均油柱高度9 m，局部發育純油區，為構造巖性邊水油藏類型。經過15年的開采，目前采出程度達到10%，綜合含水率高達90%，為中低采出、高含水油田。開發早期認為砂體為片狀沉積、全連通狀態。隨著開發的深入，暴露出許多問題，主要表現為：①部分鄰井生產動態差異較大，累產和后期含水上升率差別大；②不同位置過路井證實砂體存在多個油水系統，并非為泛連通狀態。生產動態證實由于河道多次側向遷移及疊切沉積，砂體形成鱗片狀沉積，并非泛連通片狀。為挖潛剩余油，需要對砂體內部結構進行精細研究［6］。

為了能夠使地震資料更清楚地反映砂體的微小變化，有針對性地設計采集參數，以獲得高質量的高分辨率地震資料。資料處理用采樣點密度速度建模方法，使同向軸準確歸位，達到高信噪比和高分辨率，處理后目標研究區地震資料有效頻寬為8～100 Hz，為刻畫儲層內部細節提供了良好資料基礎。

2 井震結合研究方法

2.1 高精度邊緣檢測

邊緣檢測屬性是一種突顯地震數據空間不連續性的數學變化方法，該方法在斷裂系統的解釋中是一種非常成熟的技術方法。巖性變化帶、河道、特殊巖性體等沉積單元反應在三維地震數據體上也是不連續的，因此物探工作者嘗試利用邊緣檢測方法對河道進行刻畫，但由于大部分地震資料不具備高分辨率能力，要達到清楚刻畫巖性邊界，或者河道等沉積要素，難度非常大［7-8］。

采用帶傾角校正的振幅對比屬性來進行數據體內不連續性檢測。該方法分為3步，首先求取研究范圍內的傾角體，然后求取地震數據體3個方向的變化梯度，最后通過自適應的方式為3個維度進行加權，以此來刻畫微小差異［9］。圖1為該方法與常規方法應用效果對比。

圖1 邊緣檢測效果對比Fig.1 Edge detection effect comparison

2.2 砂體期次研究

等時切片技術是研究斷裂發育體系或河道發育演化的重要工具。使用較為廣泛的方法有3種：時間切片、沿層切片和地層切片。時間切片是對地震數據體沿某一固定時間進行切片顯示，該方法在構造解釋中應用較為廣泛。沿層切片和地層切片都需要沿反射軸追蹤的解釋層進行約束，得到具有地質意義的屬性切片［10-11］。

本次研究采用沿層切片技術，對河道及砂體的發育演化過程進行研究。圖2a為河道發育早期，發育中等彎度曲流河，河道特征清晰，河道外圍發育泥巖。圖2b為河道發育中期，以側向遷移，多次改道為主，砂體不斷側向沉積，疊切沉積，最終形成較大規模連片沉積砂。圖2c為河道發育末期，河道邊界清晰，鉆井證實河道里填充為泥質粉砂巖［12-13］。圖2b中河道多次遷移過程中廢棄河道充填泥巖，局部區塊具有分隔流體系統的作用，而圖2c中末期河道較窄，下切較淺，充填泥質粉砂巖或粉砂質泥巖，一般不具備分隔流體系統作用。

圖2 河道及砂體發育演化Fig.2 Development and evolution of channel and sand body

2.3 沉積微相井震特征研究

曲流河片狀砂體主要的沉積單元包括河床點壩、天然堤、泛濫平原、河床底部滯留沉積、末期河道和廢棄河道等，理清測井曲線上的各沉積要素的響應特征，結合地震平面切片屬性，即可對曲流河片狀砂體精細解剖。點壩巖性以中砂巖、細砂巖為主，正韻律，發育槽狀交錯層理，孔滲性較好，GR曲線呈鐘形、箱形（圖3a）。天然堤巖性主要為細砂巖、粉砂巖，比較多見的有水平層理、小型槽狀交錯層理，GR曲線上呈現出指型特征，厚度較薄（圖3b）。泛濫平原巖性以泥巖、粉砂巖為主，顏色上多呈現出灰色、灰黑色、黑色，GR曲線表現為低幅度線形（圖3c）。河道滯留沉積以含礫砂巖為主，正韻律，GR曲線一般呈鐘形（圖3d）。末期河道或廢棄河道發育粉砂質泥巖或泥質粉砂巖，末期河道為河道最晚期水線。廢棄河道為河流改道或截彎取直形成的，兩種河道GR曲線值界于泥巖基線和砂巖基線之間，一般厚度較薄，與下覆砂巖連通或通而不暢狀態（圖3e）。

圖3 各沉積單元井曲線及地震剖面特征Fig.3 Well curve and seismic profile characteristics of each sedimentary unit

2.4 砂體接觸關系研究

利用砂體宏觀的切片屬性，對砂體的沉積過程有大概了解，再借助實鉆井的曲線及地震剖面，對砂體進一步精細解剖。過砂體的主要井位，切近東西方向和近南北方向兩條地震剖面，看出砂體振幅響應差異較大，鉆井證實砂體厚度分布不均，連續性也不完全一致，說明砂體切割疊置關系復雜，借助砂體平面屬性、連井柱狀圖及地震剖面進行精細研究（圖4、5）。圖4a為西南-東北向連井線地震切片屬性，從屬性上可以看到多個點壩砂體、末期河道及廢棄河道。圖4b是對應井的連井柱狀圖，圖4c是對應井的連井地震剖面。從圖4c展示的連井地震剖面上清楚看出，A井鉆遇早期點壩，其地震反射軸連續性好，反射強，GR曲線呈箱形。B井鉆遇一期廢棄河道，屬性圖上顯示為灰色條帶狀不完整河道沉積，地震反射軸較弱，為兩期點壩間的弱沉積體，從GR曲線上看其為鐘形，即底部為砂巖或粉砂巖，向上漸變為泥巖。C井和D井鉆遇晚期點壩，切片屬性上為明顯的點壩特征，其地震反射軸明顯變胖，GR曲線呈標準箱形。E井和F井在切片屬性上表現為點壩間沉積，從地震剖面上表現為弱連續性反射，與早期點壩期次一致，GR曲線上表現為指狀或含有泥質夾層，因此推測為河床底部沉積。G井從切片屬性和地震剖面上看，表現為另一期點壩沉積。

圖4 西南—東北向實鉆井切片屬性圖、連井柱狀圖、地震剖面圖Fig.4 Southwest—northeast actual drilling slice attribute map，well-connected histogram，seismic profile map

圖5a為北西-南東向連井線地震切片屬性，圖5b是對應井的連井柱狀圖，圖5c是對應井的連井地震剖面。從地震剖面上清楚看出M井鉆遇早期點壩，實鉆GR曲線呈箱形，其地震反射軸連續性好，反射強。N井鉆遇廢棄河道，僅河道底充填砂巖，向上漸變為泥巖，GR曲線呈鐘形。O井P井鉆遇晚期點壩中部，地震反射強，連續性好，GR曲線為箱形。從屬性切片上看Q井和R井鉆遇點壩邊部，地震反射軸連續性較好，反射強度一般，GR曲線表現為砂泥夾雜沉積，因此推測這兩口井鉆遇點壩疊切沉積體，其側積夾層發育。

圖5 北西—南東向實鉆井切片屬性圖、連井柱狀圖、地震剖面圖Fig.5 Northwest—southeast actual drilling slice attribute map，well-connected histogram，seismic profile map

3 砂體精細解剖

3.1 曲流河片狀砂體發育過程

在低可容納空間且沉積物供給充足的條件下，曲流河易形成片狀砂體沉積［2-14］，其河道發育演化及砂體沉積過程分為四個階段［15-16］。第一階段以河道側向遷移為主，即彎道水流受到重力和離心力的共同作用，使彎道水流呈螺旋流運動，不斷侵蝕凹岸并在凸岸堆積，多個洪水期過程使河道彎度增加，凸岸形成多期側積體（圖6a）。第二階段以河道截彎取直為主，即側向遷移到一定階段，同一側的兩個河彎之間形成狹頸，某期洪水將其沖開形成新河道的過程，此過程形成單一點壩及廢棄河道（圖6b）。第三階段以新河道下切早期點壩形成新點壩的過程為主要特征，以垂向加積為主要特征，此過程易形成曲流帶，甚至形成較大規模的鱗片狀連片疊置砂，砂體整體呈泛連通狀態，局部存在夾層遮擋的不連通點壩砂（圖6c）。第四階段以末期河道發育為主要特征，此過程以弱下切為主，形成較小點壩或無點壩形成（圖6d）。

圖6 曲流河發育演化過程Fig.6 Development and evolution of meandering river

3.2 點壩的識別

點壩是曲流河沉積形成的重要沉積單元，在地震反射剖面上表現為強反射軸或透鏡狀反射，其有效儲層厚，物性好。研究區中有多口井鉆遇點壩砂體，單一點壩砂體在測井曲線上表現為箱形特征，復合點壩砂體中間含有泥質夾層［17-18］。研究區中S水平井，水平段長250 m，其從點壩邊部入層，鉆穿整個點壩，尾端鉆遇點壩邊部廢棄河道。圖7a為S井平面屬性圖，可以看出，S井的GR曲線表現為標準箱型特征，曲線紅色充填色代表泥質含量高，箭頭位置為點壩邊部。圖7b為實鉆井的地震剖面，點壩呈透鏡狀，可能為兩期疊置點壩，但水平井僅鉆穿早期點壩，未鉆遇晚期點壩，整個水平段物性非常好，平面屬性刻畫砂體的砂體物性與實鉆井證實的砂體物性完全吻合。

圖7 點壩識別Fig.7 Identification of point bar

3.3 廢棄河道的識別

廢棄河道是河道截彎取直過程中早期河道被粉砂質泥或泥巖充填形成的，在地震剖面上表現為弱振幅響應或泥巖響應特征，鉆井揭示儲層缺失或者減薄。早期廢棄河道可能被晚期河道切割并沉積點壩砂，只有最晚期廢棄河道能被保存，且規模較小，連續性差，因此利用地震屬性較難刻畫。但利用井震結合的方法，結合地質沉積模式，廢棄河道是可以刻畫的［11-19］。圖8a為T井鉆遇廢棄河道的地震切片屬性特征，為牛軛特征或月牙特征，與現代野外沉積觀察特征一致，較易識別。圖8b為該井的地震剖面特征，表現為弱反射或無反射特征，反射軸連續性差。

圖8 廢棄河道識別Fig.8 Identification of abandoned river

3.4 側積夾層的刻畫

通過野外露頭及巖心照片可以觀察到，側積泥巖層厚度在20～40 cm（圖9a、b）。圖9c為設計在點壩里的水平井，根據實鉆測井曲線，可以看到至少存在3期側積層，其伽馬曲線特征為短暫尖峰回返，與兩側點壩砂巖低伽馬值形成鮮明對比。根據伽馬曲線判斷水平鉆遇長度為2 m左右，以側積層傾角3°到10°計算，側積層厚度為10～30 cm，其在地震切片屬性及剖面上均無響應，因此側積夾層只能依據廢棄河道、點壩的位置，結合側井曲線和沉積模式進行刻畫。

圖9 觀察與實鉆側積層Fig.9 Observation and actual drilling of sidelay

3.5 末期河道的刻畫

末期河道是砂體沉積的最晚期，小型洪水期形成的小型河道，通常寬度在50 m以內，其下切早期砂體能力較為局限，下切深度在2 m以內，河道內充填物以泥質粉砂巖或粉砂質泥巖。因其與下覆砂巖粘連，在地震剖面上僅有微弱響應，常規地震屬性方法可能無法識別，砂體解釋過程中常被忽略，其主要影響水平井著陸深度，對低油柱底水油藏影響較大。兩口鉆遇末期河道井，從地震切片屬性圖直接測量河道寬度為30 m左右（圖10a）；從GR曲線上看（圖10b），垂厚在1.5～2.0 m，河道充填物巖性界于純砂巖和純泥巖之間，與早期砂巖連通好。

圖10 末期河道特征Fig.10 Characteristics of end stage river channel

4 砂體平面沉積微相研究

對稀井網沉積微相的研究，應該從井資料出發，無井控區以地震切片屬性為主要依據，因此切片屬性對沉積單元響應的可靠性至關重要［20-21］。為驗證切片屬性的正確性，選取4口井作為驗證（圖11）。H井鉆遇點壩邊部，實鉆證實為純砂巖，厚度為9.9 m，J井和K井分別鉆遇另一點壩的邊部和中部，實鉆證實均為純砂巖，且邊部的J井物性不如K井物性，J井砂巖厚度為5.7 m，K井砂巖厚度為11.7 m，I井鉆遇廢棄河道，實鉆證實物性為粉砂巖，厚度為1.2 m。4口井砂巖厚度、物性、井曲線顯示特征與井所在切片位置及地震剖面特征都相當吻合（圖11）。統計研究區內所有過路井曲線反映河、砂、泥分布規律與井點所在切片屬性平面位置反映地質情況，兩者吻合率超過90%，證實切片屬性能較真實反映沉積現象。

圖11 切片屬性沉積單元的驗證Fig.11 Verification of deposition unit on attribute slice

基于此認識，結合河道發育演化過程及點壩發育與疊切模式，刻畫出砂體準確的沉積微相圖（圖12）。圖中可以看到多期點壩砂體疊切發育，廢棄河道、末期河道等沉積微相。砂體疊切發育的復合點壩，由于側積泥巖的存在，容易造成儲層連通性差，是剩余油發育的富集區，也是開發生產挖潛的重點區域。

圖12 M砂體沉積微相圖Fig.12 Sedimentary microfacies of sand body M

5 結論

1）高精度連續地震屬性切片屬性能刻畫河道發育演化過程，結合地震剖面和測井數據，對片狀砂體沉積期次研究起到很好的支撐作用。高精度地震屬性切片較準確地反映沉積單元，通過比對過路井曲線形態和地震剖面特征，對無井控區沉積微相的研究和確定起到重要作用。

2）切片屬性、地震剖面及井曲線特征的聯合應用是復雜河流相片狀砂體精細研究的重要方法。本次借助該方法對砂體進行精細研究，對砂體有了更清楚的認識，找到局部油水界面差異的原因，并對后期尋找剩余油富集區指明了方向。

3）連續地震屬性切片對理清河道發育演化過程具有宏觀指導作用，地震剖面相和測井相對砂體疊切時期的精細解剖具有重要作用。本文通過對M砂體的精細解剖過程，證實高精度連續地震屬性切片、地震剖面相、測井相等資料相結合的方法對復雜片狀砂體的精細解剖是非常有效的方法。