決口扇對三角洲平原亞相砂體連通性的影響

摘 要 決口扇是河流三角洲沉積體系重要的組成部分，有利于剩余油氣富集，但目前關于決口扇沉積在三角洲平原亞相中的砂體連通方式及連通程度研究薄弱。以松遼盆地衛星油田下白堊統姚家組葡萄花油層為研究對象，利用5處密井網開發區塊巖心、測井及生產動態資料，首先開展了決口扇沉積結構定量表征，重點對沉積相標志識別、砂體幾何學參數刻畫、砂體鉆遇比例分析和砂體連通方式進行了研究，并以此為數據基礎，采用三維隨機地質建模技術進行了三角洲平原亞相砂體連通性定量表征，定量分析了決口扇沉積在三角洲平原亞相中對砂體連通性的影響程度。結果表明：（1）決口扇砂體長50～3 000 m，寬50～2 500 m，厚0.2～5.0 m，且決口扇與分流河道鉆遇比例呈負相關；（2）決口扇與分流河道之間連通關系可劃分為5類：孤立型決口扇、成因連通單河道、非成因連通單河道、連通同期不同河道和連通非同期不同河道；（3）決口扇沉積對砂地比低于30%的中小型三角洲平原亞相砂體連通影響程度最為顯著。該研究對油田井網設計和剩余油氣高效開發有重要指導意義。

關鍵詞 決口扇；砂體連通性；三角洲平原亞相；衛星油田；松遼盆地

第一作者簡介 張云峰，男，1988年出生，博士，講師，儲層沉積學，E-mail： 756948048@qq.com

通信作者 劉宗堡，男，教授，E-mail： lzbdqpi@163.com

中圖分類號 P618.13 文獻標志碼 A

0 引言

決口扇沉積作為河流沉積體系中的一種典型沉積微相，通常形成相對多孔隙和滲透性的砂體，可作為油氣藏的生產單元[1?3]。諸多油氣田開發后期的實踐表明[4?5]，決口扇砂體往往是剩余油氣分布的有利儲集空間，對決口扇沉積進行深入研究有利于老油田挖潛增儲并延長衰竭性老油井的開采壽命。近年來，國外學者[6?9]逐漸加大了對決口扇沉積的研究力度，研究方向主要側重于決口扇沉積特征、演化模式、露頭砂體疊置關系以及定性識別標準，極大地豐富了決口扇沉積理論；國內學者[10?12]對于決口扇沉積的研究相對較晚，早期主要集中于決口扇砂體沉積模式及定量識別方法，但隨著剩余油注水開發的迫切需求，后期關注的重點逐漸轉向決口扇砂體與其鄰近河道之間的連通關系。

盡管國內外學者在決口扇沉積開展了諸多方面的研究，但決口扇沉積對以分流河道為主的三角洲平原亞相砂體連通性的影響程度尚未開展定量化研究，相關地質認識存在不足。砂體連通性又稱幾何連通性，是指不同砂體之間幾何接觸的程度，一般不考慮其流體連通性。學者們普遍認為[13?14]，決口扇沉積物將增加砂體的橫向連通性，可作為“橋梁”連通同一水系分支內不同的分流河道砂體，在一定程度上能夠提高油藏性能，然而在特殊情況下也可能形成孤立型決口扇砂體（如洪水期過后河道廢棄，被后續泥質沉積物充填），需要設計水平井穿透這些區域才可能生產油氣。因此，決口扇沉積物在控制河流沉積體系砂體連通性方面的重要性已經成為油氣田開發后期研究的主要難題之一。

基于此，本文以松遼盆地三肇凹陷衛星油田葡萄花油層為例，利用密井網區精細解剖，實現決口扇沉積在三角洲平原亞相中砂體連通性的定量表征，明確決口扇沉積對三角洲平原亞相砂體連通性的影響程度。

1 地質概況

衛星油田構造位置處于松遼盆地北部的三肇凹陷向大慶長垣過渡的斜坡帶上，總面積約150 km2，地形坡度小于0.2°，目前共有鉆井1 200余口且整體分布疏密不均，其主要開發層系下白堊統姚一段葡萄花油層為一套典型的曲流河三角洲沉積體系，其中PⅠ3～PⅠ6小層作為油氣主力開發層主要發育三角洲平原亞相（圖1），沉積微相類型主要為分流河道和決口扇[15]。目前，衛星油田整體進入了高含水開發后期，為延續油田持續穩產，儲層研究的重點逐漸由勘探早期的三角洲分流河道砂體轉向開發后期有利于剩余油氣富集的決口扇砂體。

2 數據及方法

本文以衛星油田葡萄花油層5處密井網區（衛12井區、衛21井區、太25井區、太109井區及衛214井區）內4口井巖心、552口測井及生產動態資料為數據基礎。其中，衛12井區面積13.5 km2，共有鉆井75口，平均井距220 m，最小井距為110 m；衛211井區面積7.2 km2，共有鉆井60口，平均井距220 m，最小井距為110 m；太25井區面積12.5 km2，共有鉆井168口，平均井距100 m，最小井距70 m；太109井區面積12.5 km2，共有鉆井121口，平均井距150 m，最小井距70 m；衛214井區面積15 km2，共有鉆井128口，平均井距150 m，最小井距50 m。

研究主要采用了巖心觀測、測井識別、井間連通性分析及三維地質建模等方法（圖2）。

（1） 利用巖心資料描述決口扇砂體典型沉積特征，并建立測井相識別標志。

（2） 以測井微相模式為指導，識別開發區各小層和時間單元井點處沉積微相，并繪制小層和時間單元的沉積微相圖。沉積微相圖繪制過程中，注采井之間利用生產動態資料中注采曲線形態相似性來判斷井間砂體連通性；非注采井之間由于開發區內古地形坡度和井距均較小，利用砂體頂面等高程和測井曲線形態相似性原理來判別井點之間砂體連通性，進而繪制5處開發區內PⅠ3～PⅠ6小層或時間單元沉積微相圖。

（3） 以小層或時間單元沉積微相圖為依據，刻畫決口扇砂體幾何學參數（長度、寬度、厚度），統計決口扇砂體在三角洲平原亞相砂體中的比例，分析分流河道與決口扇的砂體幾何學參數之間的定量關系及砂體連通方式。

（4） 利用河流系統隨機模擬軟件FLUMY進行三維地質建模，并定量輸出各建模結果的砂體連通概率。由于FLUMY軟件是以基于過程的方式來隨機模擬河流的時間演化，無法直接量化輸入決口扇砂體幾何學參數和砂體比例等參數，只能依托于河流體系，通過控制輸入分流河道砂體寬度、厚度及分流河道砂體比例的方式間接實現模擬功能，具體包括：①在明確河道砂體幾何學參數及河流坡度條件下，實現河道中心線隨兩岸水流速度的遷移變化；②可能發生在模擬區域內的決口河道，并且優先發生在最大水流速度擾動的位置；③通過調整砂地比、河道砂體比例、河道寬度等參數來控制地質過程和因素，進而模擬出與河道有成因關系的沉積物規模，如決口扇；④利用最大砂體網格數與砂體總網格數的比值，輸出建模區域范圍內砂體連通概率。

（5） 分別統計含決口扇和不含決口扇條件下三角洲平原亞相砂體連通性變化，分析決口扇沉積對三角洲平原亞相砂體連通性的定量影響。

3 決口扇沉積結構定量表征

地層層序中各砂體之間的連通性是其規模、形狀、比例及空間組合的綜合響應結果[16]。為精細刻畫決口扇砂體的上述沉積結構要素，本文基于5處密井區沉積微相精細解剖來實現決口扇沉積結構的定量表征。

3.1 決口扇沉積相識別標識

取心井巖心相特征識別是研究決口扇沉積的重要手段。根據研究區4口取心井巖心資料，決口扇沉積底部常見弱沖刷面，一般發育小型交錯層理、平行層理、水平層理和塊狀層理（圖3a），巖性以細粉砂巖、粉砂巖和泥質粉砂巖為主，孔隙度7.3%～27.9%，滲透率（0.92～25.65）×10-3 μm，整體表現為低孔低滲儲層。

以取心井巖心資料為基礎，結合測井曲線響應特征建立測井相識別標志，可有助于決口扇微相砂體的測井識別。研究區分流河道與決口扇在測井微相上具有顯著差別，分流河道砂體在測井曲線表現為鐘形或箱形，整體高幅度差，電阻率25～35 Ω?m，自然伽馬一般小于50 API，單期河道厚度2.0～5.0 m，復合河道可達10.1 m；決口扇砂體在測井曲線上則一般表現為鐘形或手指狀，頂部漸變底部突變，中等幅度差，電阻率15～25 Ω?m，自然伽馬一般為50～100API，單期扇體厚度一般小于2.0 m，復合扇體一般具1～2期疊置（圖3b），厚度2.0～4.0 m，局部坡度較大方向可形成3期疊置，厚度可達5.0 m。

3.2 決口扇砂體幾何學參數定量表征

基于測井微相模式，針對5處密井區6個時間單元552口開展了逐井逐層的微相識別，刻畫了時間單元沉積微相平面圖。沉積微相平面圖繪制過程中，針對注采井之間，根據水井注水量曲線與采油井產液量曲線形態之間的相似性來判斷其井間連通性；而對于非注采井之間，由于分流河道和決口扇剖面形態分別表現為“頂平底凹”和片狀的特點，且開發區內井距和古地形坡度均較小，利用砂體頂面等高程原理，并結合測井曲線形態相似性，進行井間連通性判別。圖4展示了各密井區部分典型的沉積微相平面圖的刻畫結果，可以看出，決口扇主要分布于分流河道兩側或河道分叉處，整體呈朵葉形狀或受河道帶切疊而呈半月形。

基于5 處密井區30 個時間單元沉積微相平面圖，分別統計了85處決口扇砂體的最大長度、最大寬度和厚度，其中決口扇長度和寬度基于1/2井距來約束，厚度可由測井解釋數據直接統計得出。同時為分析決口扇砂體與其成因相聯系的分流河道在砂體幾何學參數之間的相關性，又分別統計了決口扇測井鉆遇厚度和其成因相關的分流河道砂體鉆遇厚度。

分析表明：（1）決口扇砂體長度范圍50～3 000 m，寬度范圍50～2 500 m，長寬比值約為1.2（圖5a）；（2）決口扇砂體井點鉆遇厚度0.2～5.0 m，寬厚比400～600，平均寬厚比約為500（圖5b）；（3）決口扇砂體厚度與其成因分流河道砂體厚度呈正相關，分流河道厚度與決口扇厚度比值為1.2～11.2，平均值為3.5（圖5c）；4）決口扇與分流河道砂體寬度比為1.6～12.5，平均值為5.4（圖5d）。

3.3 決口扇砂體鉆遇比例定量表征

決口扇沉積物與分流河道之間具有不同的砂體幾何學形態和規模，兩者之間的比例關系的不同必然會產生砂體連通性的差異[16?17]。由于密井區井網分布相對較為均勻，因此本文通過統計密井區鉆遇決口扇砂體井數與鉆遇分流河道砂體井數之間的比值來明確兩者之間的砂體比例。5處密井區30個時間單元沉積微相平面圖的統計結果表明，決口扇鉆遇比例為2%～38%，且鉆遇比例隨著三角洲相地層中分流河道規模增大或數量增加而降低（圖6a），兩者之間為線性負相關，線性關系式為：

A 決口扇=-0.272 3A 分流河道+0.261 3 （1）

式中：A 決口扇為決口扇的鉆遇比例，A 分流河道為分流河道的鉆遇比例，相關系數R2=0.43。

同樣采用上述方法，統計了決口扇鉆遇比例與地層平均砂地比之間的關系，從圖6b中可以看出，隨著三角洲相地層中砂地比增加，決口扇的比例逐漸減小，兩者之間的線性關系式為：

A 決口扇=-0.315 2R+0.284 7 （2）

式中：R 為地層平均砂地比，A 決口扇為決口扇鉆遇比例，相關系數R2=0.39。

沉積分析表明，當河道砂體比例較低時，一般河流規模相對較小，分流河道帶之間垂向疊置程度較弱，決口扇得以完整保存；而隨著河流規模的逐漸增大，砂地比變高，河流侵蝕性增強，對早期形成的決口扇沉積物進行改造和破壞，導致決口扇比例相對較低。

3.4 決口扇砂體連通方式定量表征

除決口扇砂體幾何學參數和沉積比例外，決口扇與分流河道砂體之間的連通方式也可能影響砂體連通性。一般而言，在構建地下河流層序模型時，決口扇沉積物與河道砂體之間連通的情況較為常見，然而兩者之間也存在不連通的情況，如河流決口處泥質含量豐富且河流能量持續減弱，導致決口處被后續細粒沉積物充填等。

筆者基于5處密井開發區的連井相剖面追蹤和平面微相識別，通過分析決口扇與分流河道砂體在測井微相上的垂向組合特征及平面接觸關系，總結出決口扇與分流河道之間的3 型5 類連通關系（圖7）。

1） 孤立型決口扇

決口扇砂體與分流河道砂體之間不連通，主要分布于地層平均砂地比小于30%的時間單元內，一般規模相對較小，僅占研究區決口扇整體數量的5%。

2） 決口扇與單河道之間連通

（1）成因連通：分流河道與其所形成的決口扇砂體之間相連通，主要分布于地層平均砂地比小于50% 的時間單元內，占研究區決口扇整體數量的70%，為研究區連通河道方式的主要類型。

（2）非成因連通：分流河道侵蝕其他分流河道所形成的決口扇而導致兩者之間的連通，主要分布于地層平均砂地比大于20%的時間單元內，尤其是地層平均砂地比大于50%時，決口扇與分流河道砂體之間以非成因連通為主。

3） 決口扇與兩河道之間連通

（1）決口扇連通同期分流河道：決口扇規模大于兩分流河道之間的距離，一般出現在河流規模大且與相鄰分流河道距離較近的決口河段附近。

（2）決口扇連通不同時期分流河道：表現為后期的分流河道切疊決口扇邊部或中部2種方式。

4 決口扇對三角洲平原亞相砂體連通性影響程度分析

4.1 建模原理及輸入參數

以測井解釋資料為基礎，利用FLUMY軟件開展了三角洲平原亞相的地層建模，在模擬過程中假設分流河道和決口扇均為滲透性砂巖，這些滲透性砂巖置身于非滲透性細粒沉積背景的三角洲平原之中。建模區域為長方體笛卡爾網格構建的區塊地層，設置區塊面積8 km2，地層厚度10～20 m，網格精度平面達到0.5 m，垂向精度0.1 m。分流河道和決口扇則分別被賦予不同類型的網格族群，每一處獨立砂體又分別賦予不同的代碼，砂體則是由一系列基于面接觸的網格構成。

建模過程中綜合考慮到了砂體幾何學參數和各沉積微相的比例。由于決口扇是由FLUMY軟件模擬河流形態動力學的結果，無法直接利用決口扇砂體幾何學參數和比例進行模擬，只能借助與決口扇有成因聯系的分流河道各項參數進行間接模擬。因此，決口扇微相的比例可根據式（2）通過輸入砂地比數值來調整，決口扇砂體幾何學參數則可通過其輸入成因河道帶的寬度和測井厚度進行調整，其輸入的變量參數主要包括：分流河道寬度和砂地比。其中河道寬度設置了3個參數值，分別為：100～300 m，300～500 m，300～1 000 m；砂地比則以10%為單元設置了6個參數值，共有18種不同的輸入參數組合。

4.2 輸出結果及連通性分析

FLUMY軟件建模過程中，決口扇沉積物的比例控制在2％和30％之間變化，平均值約為12％。一般而言，決口扇沉積物的比例隨著分流河道砂體比例或砂地比的增加而減少，在相同砂地比的前提下，意味著分流河道規模越大則分流河道數量就越少，砂體疊置程度越低；反之，分流河道規模越小則其數量就越多，砂體疊置程度越高。

在三維網格模型中，當砂體總網格數一定時，若砂體數量由少變多，則意味著原本連通在一起的砂體變得零散分布；反之，若砂體數量由多變少，則意味著砂體集中分布在一處，砂體之間趨于連通。因此，在給定砂地比的前提下，連通砂體的數量和大小可描述為3種情況：（1）三角洲平原亞相中砂體規模小，數量多，砂體之間分散，連通性差或不連通；（2）三角洲平原亞相砂體規模大，疊置砂體發育為主，數量較少，砂體連通性強；（3）三角洲平原亞相砂體完全連通，砂體數量為1。

基于此，利用FLUMY 軟件進行了三維地質建模。具體建模步驟為：

（1） 地層模型建立：設定地層厚度為10～20 m，其厚度大體接近研究區PⅠ3～PⅠ6小層的總厚度。

（2） 測井曲線離散化：井點數據離散化的目的在于給井曲線穿過的網格單元賦值，將井點信息作為輸入值，進而控制井間屬性分布。

（3） 變差函數分析：通過調節主變差函數方向控制沉積物源方向，在此設定物源方向為北部；調節次變差函數方向控制垂直物源方向，調節垂向變差函數控制砂體厚度變化趨勢。

（4） 沉積相建模：采用基于目標形成過程的隨機模擬方法，分別輸入不同砂地比數據及河道帶寬度數據。

圖8分別展示了不同河道寬度和砂地比條件下的部分典型三維隨機建模結果，可以看出在相同砂地比條件下，隨著河道規模增加，決口扇數量減少但規模增大，而在相同河道規模條件下，隨著砂地比增加，決口扇規模和數量逐漸減少。

為厘清決口扇沉積在三角洲平原亞相砂體連通性中的影響程度，需分別對含決口扇沉積和不含決口扇沉積的三角洲平原亞相進行砂體連通概率統計，其中砂體連通概率采用了最大連通砂體體積與砂體總體積之間的比值來計算得出[18]，即FLUMY軟件中建模區域內的最大連通砂體網格數與砂體總網格數之間的比值。218次建模結果統計表明，隨著砂地比增加，三角洲平原亞相砂體連通性整體逐漸增強，但含決口扇沉積的三角洲平原亞相在砂地比低于30%條件下，其砂體連通性遠強于不含決口扇沉積的三角洲平原亞相，而當砂地比達到40%時，兩者之間砂體連通性差距極小，幾乎可以忽略不計（圖9），決口扇沉積對三角洲平原亞相砂體連通性的改善作用隨著砂地比增加而減少（表1）。分析認為，當地層平均砂地比高于30%時，河道帶數量多或規模大，砂體疊置程度較強，不同分支河道之間無需決口扇的“橋梁”作用仍可實現砂體之間連通，甚至在一定程度上破壞決口扇沉積物的保存，從而導致決口扇沉積影響權重的下降；當地層平均砂地比低于30%時，河道帶數量減少或規模變小，決口扇較為發育，能夠概率性連通兩條分流河道，從而起到改善三角洲平原亞相砂體連通性的重要作用。

4.3 不足及建議

決口扇沉積是地下河流層序的常見組成部分[19?20]，在各種油田開發實例中均需進行連通性評價，如地下油氣勘探、油氣生產、地熱開發等，其扇體規模、厚度、沉積比例、儲層物性、連通方式等都決定了其所在地層的砂體連通性。

決口扇是洪水期過量的河水在天然堤處決口或在天然堤低處溢出，從而在天然堤下坡及洪泛平原的外緣上形成的扇狀堆積物。一般而言，決口扇規模受河流類型、河流流量、決口處地形坡度、決口頻率等因素影響，尤其在三角洲地層中，低緩的地形條件和較穩定的物源供給條件，使得單個決口扇規模與分流河道規模表現出中—高度的正相關，但隨著河道帶寬度增加，沉積體系內的決口扇數量急劇減少，導致決口扇整體分布范圍縮小，降低了井點鉆遇的概率。因此，在利用FLUMY軟件進行模擬數據和建模輸出時，主要通過直接控制分流河道帶寬度和砂地比來間接控制決口扇砂體規模及比例。因受限于研究區塊井網密度，分流河道和決口扇砂體幾何學規模在刻畫過程中存在1/2井距誤差，在一定程度上可能影響建模結果的準確性，因此建模過程中分流河道寬度采用了范圍數值進行了約束，以此盡量減少井距誤差的影響。此外，砂體連通性是研究流體連通性的前提和依據，明確決口扇與分流河道砂體之間的連通關系，有助于刻畫剩余油氣潛在富集部位，為剩余油氣勘探提供理論依據，從而指導井網部署。然而，砂體之間連通未必就意味著流體連通，需要進一步考慮決口扇內部巖性和物性的非均質性才能分析出剩余油氣的優勢聚集部位，這是有待進一步研究的科學問題。

5 結論

（1） 衛星油田葡萄花油層決口扇砂體長50～3 000 m，寬50～2 500 m，厚度0.2～5.0 m，與分流河道在砂體幾何學參數呈中—高度正相關，砂體鉆遇比例呈負相關。

（2） 三角洲地層中決口扇與分流河道存在3型5類砂體連通關系：①孤立型決口扇；②決口扇與單河道連通（成因連通和非成因連通）；③決口扇與兩河道連通（連通同期次河道和連通不同期次河道）。

（3） 決口扇對三角洲平原亞相砂體連通性的影響程度隨著分流河道數量增多和規模增大而減少，主要改善了砂地比低于30%的中小型三角洲平原亞相砂體連通性。

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