基于辮狀河儲層特征控制的地震反演砂體刻畫——以蘇里格氣田盒8 下段為例

摘 要 【目的】干擾試井顯示蘇里格氣田主力產氣層盒8下段砂體連通性差，SD27-36區塊密井網（500 m×600 m）條件下砂體展布特征仍不明確。亟需探索砂體規模及疊置方式的刻畫方法，以明確井間砂體的連通性。【方法】將現代河流和野外露頭觀測結果與地質統計學反演結合，以觀測結果優化反演參數并建立刻畫模型，精細識別砂體邊界及其疊置關系，實現砂體三維空間定量刻畫。【結果與結論】觀測顯示盒8下段辮狀河單心灘砂體縱橫向剖面上呈孤立、對接、切疊等多種接觸關系，單砂體平面規模小（長200～600 m，寬50～250 m），以疊置、復合方式形成特定形態的復合心灘砂體。地質統計學反演獲得的砂體三維刻畫結果邊界清晰，井間砂體與井點巖性過渡自然，砂體規模與沉積觀測結果相似，砂體連通性認識與干擾試井試驗結果符合率達87%。本次砂體刻畫結果及方法不僅能指導蘇里格氣田的勘探和開發部署，也可以為其他辮狀河砂體認識提供借鑒。

關鍵詞 蘇里格氣田；盒8下段；辮狀河沉積；地質統計學反演；砂體刻畫

第一作者簡介 翟羽佳，女，1984年出生，工程師，油氣田開發，E-mail： zyjia1_cq@petrochina.com.cn

通信作者 馬君霞，女，油氣藏精細描述、儲層預測，E-mail： 305171516@qq.com

中圖分類號 P618.13 文獻標志碼 A

0 引言

上古生界的大中型氣田均是以巖性圈閉為主的致密砂巖氣藏，鄂爾多斯盆地中二疊統下石盒子組8段（盒8段）為上古生界高產致密砂巖氣藏的典型代表，位于鄂爾多斯盆地東北緣的蘇里格氣田為中國陸上目前最大整裝天然氣田[1?2]。研究顯示蘇里格氣田盒8段砂體形成機理和分布規律主要受控于沉積相帶，盒8下段主要為辮狀河沉積儲層[3?5]，有效儲集砂體厚度及性質變化大、連續性差。這導致砂體分布規律仍不明確，進而對生產井部署和天然氣開采造成影響。因此，亟需對鄂爾多斯盆地蘇里格氣田盒8下段進一步展開精細砂體刻畫。

前人對于辮狀河砂體儲層已展開大量研究[6?8]，總結辮狀河沉積具有單砂體分布范圍小、泥巖夾層發育、多個砂體疊置的特點。而夾層、多成因的滲流屏障是導致砂體連通性變差的主要成因，識別單期河道是解釋砂體空間疊置關系的關鍵，也是目前生產中面臨的難點之一。

砂體精細刻畫重點強調儲層性質和空間變化兩大核心特征[9]。地質學家通過對野外露頭剖面的測量獲得砂體展布規模和接觸關系的認識，并將觀測結果與層序地層學、沉積相相結合，形成了砂體表征的理論和方法，主要有劃分地層的層序地層學方法、研究儲層成因模式的沉積學方法、分析儲層非均質性的成巖作用方法[10?12]等。地球物理學家依據不同巖性之間物理性質的差異，通過測井、地震等特征差異分析實現對砂體的定量刻畫，常用方法有地震反演、井間模擬、地質建模等[13?14]。不同方法均以儲層特征為出發點，在儲層性質的空間變化刻畫方面各有優缺點。儲層地質方法對砂體縱向空間變化認識清晰，但對平面砂體邊界難以精準識別；地球物理方法中地震資料對砂體平面空間變化認識更為精細，但縱向刻畫精度欠缺。

鄂爾多斯蘇里格氣田SD27-36密井網區盒8下段砂巖發育，厚度介于1～20 m，縱向上由1～8套砂體組成，平面上分布范圍廣，鉆遇率在96%以上。前人認為盒8下段砂巖表現出“普遍連通、局部通而不暢乃至連而不通”的“泛連通體”特征[15]。但干擾試井試驗顯示，7個井組共30口井中只有3口觀察井與激動井之間出現干擾現象，說明井間砂體連通性差，存在隔夾層、滲流屏障。前人多基于沉積相、層序地層學等方法對盒8段辮狀河沉積開展砂體構型，井間砂體邊界只能依據地質特征推測，部分構型結果與生產動態存在偏差[7]。

井震結合地質統計學反演方法在砂體精細刻畫中可以實現地質和地球物理等多學科融合，具有橫向上地震高預測性和縱向上測井高分辨率的特點[16?17]。合理的初始框架采樣率和符合地質條件的地質統計學參數是實現精細刻畫的前提，前人多采用地震擬合手段獲取地質統計學參數[18?19]，這忽略了實際地質信息。

本文通過觀測現代沉積和古代露頭剖面，認識砂體的長、寬、厚等規模參數以及砂體形狀、接觸關系等空間特征。將砂體規模參數作為地質統計學反演的空間約束條件，獲取地質和地震一體化的反演結果；基于砂體空間特征解析三維空間砂體形態、邊界和疊置關系，實現盒8段辮狀河砂體的精細刻畫，指導氣田井網部署和儲量挖潛。

1 地質背景

鄂爾多斯盆地位于華北地臺西部，根據現今構造格局可劃分為六個主要一級構造單元，分別為伊陜斜坡、伊盟隆起、渭北隆起、晉西撓褶帶、天環坳陷及西緣逆沖帶等（圖1a）。蘇里格氣田位于鄂爾多斯盆地西北部，構造上屬伊陜斜坡二級構造單元，總體表現為一西傾的平緩單斜，斷層不發育。蘇里格氣田主力含氣層為上古生界二疊系下石盒子組8段、山西組1段（山1段），沉積厚度約為120 m。下石盒子組盒8段地層可劃分為盒8下段（盒8下段）和盒8上段（盒8上段）（表1）。其中盒8下段厚度約40 m，為高能砂質辮狀河沉積，以底負載搬運形式為主，河道“游蕩性”特征明顯，頻繁擺動。砂體整體呈南北向展布，平面上大面積分布，縱向上多期疊置，儲層具有極強的空間非均質性[20?21]。盒8下段巖性主要為石英砂巖、巖屑砂巖、石英質巖屑砂巖，孔隙度主要分布在3%～13%，滲透率主要分布在（0.05～0.7）×10-3 μm2，屬于低孔低滲儲層。

研究區SD27-36區塊位于蘇里格氣田東區中部，總面積約100 km2（圖1a）。自2009年投入開發，初期井網井距為600 m×800 m，至2017—2018 年作為蘇里格東區密井網試驗區，井網井距加密至500 m×600 m（圖1b）。

2 砂體刻畫參數

2.1 氣田動態對砂體的限定

鄂爾多斯盆地蘇東氣田的干擾試井試驗可以對井間連通狀況和儲層非均質情況等進行識別。7個井組共30口井的干擾試井試驗中只有3口觀察井與激動井之間存在干擾現象。這說明井間砂體連通性差，500 m×600 m井網密度無法對砂體儲層識別進行有效控制。

以SD374干擾井組為例，激動井SD374與周邊5口觀察井開展的195天干擾試井試驗均未見干擾現象。激動井SD374與觀察井SD375和SD384的距離分別為500 m和600 m。盡管蘇里格氣田SD27-36密井網區盒8下段測井曲線具有明顯相似性（圖2），但干擾試井結果與砂體規模的常規認識不一致。這種現象在7個井組的干擾試井試驗中普遍存在。因此，7個井組的干擾試井試驗可能指示SD27-36區塊盒8下段單心灘規模小，多心灘互相疊置的特點，造成了井間的天然不連通，進而使得500 m×600 m的井網井距無法有效覆蓋單心灘砂體，無法在觀察井與激動井之間識別干擾現象。

2.2 現代砂體參數

針對現代辮狀河沉積的野外考察和數值三維模擬明確辮狀河心灘壩在河流分叉過程中存在復雜的遷移合并、復合加積、分裂重組的演化過程，最終形成長條狀縱向砂壩、斜列砂壩、橫向砂壩[22?23]。

早石盒子期，鄂爾多斯盆地北緣隆起帶阿拉善、陰山和大青山持續隆升，北部和西北部物源供給充分。盒8下段沉積環境為季節性干旱氣候環境，水體深度淺，古地形平坦，高能砂質辮狀河河道擺動頻繁[24?25]。雅魯藏布江中游拉薩—林芝、沱沱河、美國阿拉斯加克尼克（Knik）河、坎迪克（Kandik）河和塔納諾（Tanana）河中游蕩型辮狀河河段與盒8下沉積相似，均為高能砂質辮狀河沉積。雅魯藏布江中游拉薩—林芝和沱沱河位于青藏高原，物源豐富，水量受季節性降水和冰川、融雪等影響，部分河段游蕩型辮狀河特征明顯[26?28]。阿拉斯加中南部大山環繞、水量充沛，多條河流匯集，屬內陸和科珀河（銅河）流域氣候區，大多數河流在冬季流量極小，而當春末融雪時流量就會大幅度增加，季節性特征明顯[29?30]。因此，基于衛星影像圖觀測雅魯藏布江和阿拉斯加地區的心灘砂體規模形態，可以有效指導對盒8下段地下辮狀河沉積特征認識。

5條現代辮狀河心灘壩多為順河流流向分布的長條梭形、長橢圓形，多個心灘復合后，單個心灘砂體邊界為清晰的廢棄河道沉積（圖3）。273個測量結果顯示單心灘長度介于100～800 m、寬度介于50～400 m，其中80% 的單心灘長度集中在200～600 m，86%的單心灘寬度集中在50～250 m。復合心灘長度介于300～1 500 m、寬度介于100～600 m。數據表明單心灘砂體的規模較小，復合心灘的規模相對較大。但是受辮狀河流機理影響，復合心灘的規模有限，長度大于1 500 m寬度大于400 m的大規模復合心灘僅占復合心灘的4.7%。

現代辮狀河心灘砂體寬度與長度關系圖顯示，當心灘砂體寬度小于200 m，不同河流的砂體長寬比數值高度接近，砂體寬度大于200 m后，數據點比較分散（圖4）。對每條河的測試點進行單獨回歸，結果顯示不同辮狀河的心灘長寬比介于2.2～3.2（表2），與前人水槽實驗中地形坡度適中的限制—開闊型辮狀河心灘長寬比2～5[31]相似，且符合目前蘇里格砂體長寬比1.5～4.0[32]的基本認識。

2.3 野外露頭辮狀河砂體參數

野外露頭觀測是認識特定地層的砂體長、寬和厚度，砂體上下泥巖夾層的厚度和砂泥組合形式，以及不同砂體橫縱向接觸關系的一種方法，這種方法可以建立砂體在三維空間的展布模型[33]。砂體邊界的精確界定，影響反演縱向單元上下控制界面的解釋精度和單心灘砂體厚度的最小值，也決定了縱向單元的步長參數取值。同時，泥巖夾層的精細定義和刻畫，決定砂泥比參數的精確取值以及反演結果中砂體空間的接觸關系及復合模式。

鄂爾多斯盆地東緣出露準格爾黑岱溝、府谷縣城、保德橋頭、保德扒樓溝、興縣關家崖和柳林成家莊等一系列上古生界露頭剖面，其中盒8下段在山西保德橋頭鎮剖面和陜西府谷天生橋剖面有非常好的出露（圖1a）。前人認為山西保德橋頭鎮剖面和陜西府谷天生橋剖面盒8下段為來自北部物源的辮狀河沉積體系，保德盒8下段主要為灰色、灰綠色中砂巖，府谷天生橋剖面盒8段厚度約59.9 m，其中盒8下段主要為灰綠色和黃綠色含礫粗砂巖—中砂巖[34?36]。山西保德橋頭鎮剖面和陜西府谷天生橋剖面出露的盒8下段沉積與SD27-36區塊的沉積時空、沉積環境以及物源一致，利用野外露頭的砂體沉積規模、形態和接觸關系可以為地震反演提供參數。

兩個露頭剖面的盒8下段砂體形態具有一致性，心灘形態主要為透鏡狀、板狀、楔狀，其中板狀、楔狀則是透鏡狀砂體或部分砂體在不同角度下的剖面顯示（圖5）。單敬福等[28]將河道砂體的接觸關系分為孤立式、對接式、切疊式、疊加式和復合式。這五種接觸方式在兩個露頭剖面盒8下段辮狀河心灘砂體露頭中均有明顯表征，其中孤立式、對接式接觸中不同砂體之間都存在巖性變化或泥巖夾層導致砂體不連通，而切疊式、疊加式、復合式因沖刷作用可不存在泥巖夾層，形成多個砂體間的連通。

由于自然條件限制，野外露頭往往無法觀測到同一砂體的兩側邊界。盒8下段心灘砂體整體呈南北向展布，野外測量剖面多以東西向為主，根據剖面觀測的方向、砂體傾向及辮狀河心灘砂體透鏡狀形態，對砂體寬度進行測定。本次測量中府谷剖面實測參數點多，且寬厚比相對集中，保德剖面參數點少且相對離散。因此，本研究優選觀測條件較好的府谷剖面砂體數據，統計透鏡狀砂體的厚度與寬度關系并解剖砂體規模特征（表3、圖6）。結果顯示，心灘砂體的厚度主要為1～5 m，寬度介于30～200 m，寬度與厚度間的相關公式為L=35.724×H-4.085 1，寬厚比為35.7。野外露頭測量的砂體寬度范圍與現代辮狀河單心灘砂體寬度相對一致，均指示盒8下段單心灘砂體規模小，多心灘互相疊置的特點。

3 砂體定量刻畫

3.1 地質統計學反演

地震反演要求足夠的精度以及可區分目的層段的砂泥巖分布狀況。野外露頭和測井資料顯示盒8下段心灘砂體厚度介于1～5 m，對應地震波反射時間介于0.25～1.30 ms，通常地震數據縱向采樣率為2 ms，橫向采樣率為15 m，井震結合的地質統計學反演以井點的實際巖性作為統計學計算的“種子點”，變差函數為計算步長，地震數據為空間約束條件，可以實現縱向高分辨率和空間高精度的砂體刻畫。120口井的井點波阻抗數據統計顯示，砂巖和泥巖波阻抗分布范圍分別為（1.0～1.5）×107 kg·（m2·s）-1、（0.7～1.3）×10 kg·（m2·s）-1，砂泥巖主體在縱波阻抗單參數范圍內可區分（圖7），滿足疊后反演的基本條件。

變差函數用來定量描述巖性空間變化，是反演最關鍵的參數之一。通常情況下水平變差函數是基于地震確定性反演的波阻抗屬性結果試錯尋找的最優值，縱向變差函數基于井點數據統計，二者缺乏明確的地質含義[37]。復合心灘砂代表了空間上砂體的最大分布范圍，將現代和古代辮狀河沉積觀測的復合砂體長、寬等參數范圍賦予水平變差函數（表4），代表反演時巖性平面上搜索的最大范圍，該賦值方法不僅優化地震統計結果，同時使得變差函數具有特定的地質含義。單心灘砂代表縱向砂體疊置的最小單元以及砂體空間變化的最小范圍，將單心灘砂的測量結果賦予縱向變差函數，在保證井點統計精度的同時賦予縱向砂體空間上連續變化的特性。通過巖性空間模擬，預設多個單砂體在空間上復合、疊置后形成復合砂體的規模，并將此預設結果用于反演約束。

基于地震資料回歸水平變差函數長、寬分別為1 920 m和960 m，遠大于現代河流和古代剖面的觀測結果，以此參數作為反演變差函數，必然形成大范圍分布的砂體。因此，本文優選辮狀河復合心灘長寬分布頻率最高的600 m和300 m作為水平變差函數。實際井點統計的縱向變差函數，剔除了泥質夾層，縱向厚度1.2 ms代表4.5 m砂巖厚度，符合野外露頭測量結果。此外，平面參數（長360 m和寬180 m）與單心灘砂體的統計結果接近。但考慮井點數據與觀測數據的協調，選取長寬觀測結果頻率最高的300 m和150 m作為縱向變差。優化后的反演控制函數，不僅具有清晰的地質含義，同時體現辮狀河的沉積特點。

3.2 反演結果驗證

以砂巖概率大于30%作為截止值，獲取地質統計學反演砂巖概率體，反演成果剖面砂體邊界清晰，井間砂體與井點巖性過渡自然，其規模與現代、古代辮狀河沉積觀測結果吻合，砂體間孤立、切疊、疊加等接觸關系清晰，符合實際地質特征（圖8），與7個井組的干擾試井試驗結果相吻合。

“盲井”檢查技術即通過預留10%的后驗井（“盲井”）對空間預測的砂體進行驗證，12口后驗井盒8下段共發育103套砂體，其中地震反演預測145套準確，28套砂體無顯示，另多預測4套砂體，錯誤率為19.5%，總體符合率為80.5%，部分井符合率可達100%，反演結果與井點吻合度較好，達到反演精度要求。

反演砂體長度主要分布范圍為200～1 400 m，寬度范圍為100～700 m，其中尤以長度在200～800 m范圍和寬度在100～400 m 范圍的砂體最為集中，與盒8下段復合砂體和單心灘砂體規模相一致。對比SD27-36區塊的5個干擾井組射孔開采同一小層的砂體連通情況，多數未干擾井之間的砂體以孤立式存在，部分砂體為切疊關系，而干擾井間砂體則均為切疊或疊加關系，21對井的30套砂體刻畫結果與干擾試井試驗吻合的有26 套砂體，總體符合率達87%。

以地質統計學反演獲得的砂巖概率體（圖9a）作為空間砂體約束條件，結合現代和古代沉積特征認識，建立地質解析后的氣藏剖面（圖9b），可以清晰識別空間氣藏的分布狀態。SD280井組干擾試井總試驗269天，觀察井SD30井存在壓力波動受到干擾，而其他3口觀察井未受到干擾。氣藏剖面顯示，激動井SD280與觀察井SD30盒8下段的生產層位均為氣層，砂體空間接觸關系為切疊關系，二者呈明顯連通關系，干擾試井結果與砂體空間狀態一致。

3.3 基于三維數據體的砂體定量刻畫

基于現代和古代辮狀河沉積觀測砂體空間特征，開展井震結合地質統計學反演砂巖概率體三維地質解析，獲取砂體三維空間長寬厚、井間連通性和接觸關系等參數。過井點作三維數據體不同方向的3～6條過井剖面，根據砂巖概率體的概率趨勢、厚度和邊界變化分析砂體接觸關系和接觸界面，確定不同方向砂體的長（L’）寬（W’）邊界點，進而獲取砂體的長度和寬度參數；以井點砂巖厚度（H）和地震預測厚度（H’）確定砂體厚度參數。盒 18下、盒 28下縱向上可分別細化為3個沉積單元[38]。以盒 28下中部沉積單元為例，其砂體平面分布圖中清晰顯示出辮狀河砂體雖然大面積分布，但是單個心灘砂體的規模較小，砂體展布存在兩個優勢方向，分別為北偏西15°～35°和北偏東15°～35°（圖10）。

4 結論

（1） 辮狀河現代沉積觀測心灘多為順河流流向分布的長條梭形、長橢圓形，單心灘砂規模相對較小（長：200～600 m，寬：50～250 m），平面上多個單砂體疊置、復合，形成空間廣泛分布的復合砂體（長：300～1 500 m、寬：100～600 m），不同辮狀河的心灘長寬比介于2.2～3.2；野外露頭心灘砂體的厚度主要分布在1～5 m，寬厚比為35.7，砂體之間呈孤立、對接、切疊等多種接觸關系；氣田動態顯示目前井網條件下，井間砂體連通關系難以精確界定。

（2） 將精細地質認識作為地質統計學反演的控制參數，可以實現辮狀河沉積砂體的定量刻畫，其砂體特征與現代、古代沉積觀測結果一致，干擾試井試驗結果符合率達87%，與氣田動態特征相吻合。該方法不僅能指導蘇里格氣田的勘探和開采井的部署，也可以為其他辮狀河砂體的三維刻畫提供借鑒。

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