盧志遠(yuǎn),馬世忠,何宇,牛東亮,王龍,李建偉

(1.東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,黑龍江 大慶 163318;2.中國石油吉林油田分公司勘探開發(fā)研究院,吉林 松原 138000;3.中國石油長慶油田分公司蘇里格氣田研究中心,陜西 西安 710018;4.中國石油大慶油田有限責(zé)任公司天然氣分公司,黑龍江 大慶 163318)

0 引言

地下單砂體是油氣儲集和滲流的基本單元,單砂體內(nèi)部非均質(zhì)性是控制注入劑驅(qū)油、剩余油形成與分布的關(guān)鍵地質(zhì)因素,也是油氣田開發(fā)地質(zhì)研究的核心內(nèi)容之一.單砂體內(nèi)部儲層建筑結(jié)構(gòu)分析是對單砂體三維非均質(zhì)性認(rèn)識的重要手段,不但可以從單砂體成因及沉積微過程角度揭示單砂體內(nèi)部各級界面與結(jié)構(gòu),而且能詳盡、客觀地揭示單砂體內(nèi)部不滲透薄夾層及物性的空間分布[1].蘇里格東區(qū)二疊系下石盒子組盒8下亞段屬于辮狀河-三角洲沉積[2-6],儲層非均質(zhì)性較強(qiáng).為了充分認(rèn)識地下儲層、構(gòu)造和天然氣分布規(guī)律,需要建立精細(xì)的地層格架,研究不同微相的儲層構(gòu)型模式、單砂體規(guī)模、有效砂體疊合模式,以及側(cè)向連續(xù)性、主力小層層間和層內(nèi)隔夾層的分布規(guī)律.而夾層研究是儲層構(gòu)型研究的主要內(nèi)容之一.

盡管不同學(xué)者從多方面對蘇里格地區(qū)儲層進(jìn)行過研究[7-9],但缺乏對辮狀河儲層內(nèi)部夾層的精細(xì)描述.隨著蘇里格氣田整體勘探開發(fā)的不斷推進(jìn),基于儲層構(gòu)型理論的砂體內(nèi)部精細(xì)解剖逐漸成為增儲上產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)需求.夾層是儲層非均質(zhì)性的重要成因,夾層描述與預(yù)測是剩余油氣研究的重要技術(shù)手段之一[10-11].密井網(wǎng)為研究儲層構(gòu)型提供了充分的資料基礎(chǔ),也是充分認(rèn)識物源、刻畫單砂體規(guī)模及確定微相平面組合關(guān)系的可靠保證.本次研究以蘇東27-36密井網(wǎng)區(qū)盒8下亞段為例,在充分認(rèn)識沉積環(huán)境背景前提下,以辮狀河構(gòu)型理論為指導(dǎo)劃分夾層類型,在分析夾層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上刻畫夾層特征,為氣田合理開發(fā)提供參考.

1 區(qū)域地質(zhì)特征

蘇里格地區(qū)位于鄂爾多斯盆地西北部,區(qū)域構(gòu)造隸屬于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡中北部,勘探面積約4X 104km2,地勢相對平坦,整體為一西傾的大型平緩斜坡,斷層不發(fā)育,平均坡降4～7 m/km(見圖1).

圖1 蘇里格區(qū)域位置及盒8下亞段綜合柱狀圖

蘇里格氣田東區(qū)上古生界自下而上發(fā)育石炭系本溪組,二疊系太原組、山西組、下石盒子組、上石盒子組和石千峰組;主力含氣層段為盒8段、山1段,沉積背景是河流沉積體系.砂體較發(fā)育,河道內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜,隔夾層發(fā)育,儲層非均質(zhì)強(qiáng),氣藏具典型的低豐度、低滲透、低壓特點[4,12].盒8段巖性以巖屑石英砂巖和巖屑砂巖為主,少見石英砂巖.砂巖顆粒粗,顆粒分選多表現(xiàn)為中等,磨圓度以次棱角狀為主,膠結(jié)類型以孔隙式為主.盒8段孔隙度為5.02%～16.50%,平均值為9.24%,滲透率為0.08X10-3～27.65X10-3μm2,平均值為0.65X10-3μm2,儲層物性較差[13-14].

2 砂質(zhì)辮狀河特征

2.1 沉積特征

沉積特征分析是研究儲層構(gòu)型的基礎(chǔ),沉積環(huán)境是決定儲層夾層分布形態(tài)的主要因素之一.通過巖心觀察,根據(jù)巖石類型、沉積構(gòu)造、沉積旋回以及測井響應(yīng)等特征,對取心井巖心進(jìn)行精細(xì)研究(見圖2).盒8下亞段巖性以粗砂巖為主,礫石含量高,灰色、灰黑色為主,巖性整體較疏松;泥巖中可見植物莖葉、云母和炭屑.溢岸細(xì)粒沉積以細(xì)砂巖、粉砂巖、含泥細(xì)砂巖、泥巖等為主.該亞段總體反映了坡降大、水淺流急、水量變化大、沉積物粗、礫砂含量高、載荷量大、河床極其發(fā)育的三角洲平原辮狀河道沉積特征.

圖2 蘇東27-36密井網(wǎng)區(qū)巖心主要沉積相標(biāo)志

盒8下亞段沉積時期,氣候干旱,季節(jié)性降雨使得河流流量變化大,低可容納條件(即可容納空間增長速率A低于沉積物供給速率S,A/S<1)下,河道快速遷移,砂體側(cè)向加積,切疊作用明顯.決口扇和泛濫平原發(fā)育,決口扇和泛濫平原細(xì)粒沉積使得河道砂體連通性變差[15],保存下的細(xì)粒沉積在垂向上和側(cè)向上形成夾層.側(cè)積薄夾層雖在油田開發(fā)初、中期作用不明顯,但開發(fā)后期、高含水期對非均質(zhì)性、注入劑驅(qū)油的影響逐漸顯現(xiàn),且其作用或不亞于滲透率宏觀分布的影響[1].

2.2 儲層構(gòu)型特征

儲層構(gòu)型亦稱儲層建筑結(jié)構(gòu),指不同級次儲層構(gòu)成單元的形態(tài)、規(guī)模、方向及其疊置關(guān)系.儲層構(gòu)型分析對于深化認(rèn)識儲層地質(zhì)和砂體內(nèi)部結(jié)構(gòu)有著重要的理論及現(xiàn)實意義[16].辮狀河沉積不僅包括宏觀上的不同期次、不同級次的廣泛疊加,且在其內(nèi)部,夾層的存在使得辮狀河砂體"連而不通""通而不暢",即砂體廣泛分布,儲層非均質(zhì)性強(qiáng).

Mail[17]在1985年提出的河流相沉積界面級別分析方法為后來的大多數(shù)學(xué)者所接受.Mail將河流相看成一個整體,從河谷沉積頂?shù)捉缑骈_始,將其劃分為6級,構(gòu)型單元從大到小,界面也隨之減小,直到最小的紋層間沉積界面(見圖3).將研究區(qū)河谷頂?shù)捉缑鎰潪樽罡呒墶?級,底部沖刷作用明顯,起伏較大,可見淺灰色、灰色中粗砂巖及暗色礫巖;將河谷內(nèi)單一期次河道砂體頂?shù)酌鎰潪?級,也可見沖刷作用形成的界面,暗色礫石,磨圓度相對較好;將心灘壩頂?shù)捉缑鎰潪?級,3級主要是心灘壩內(nèi)部增生體之間的界面,而2級、1級界面相當(dāng)于紋層組間、紋層間的層級界面.2,3,4級界面是辮狀河砂體非均質(zhì)性的主要成因,也是本次夾層研究的主要內(nèi)容.

圖3 分流辮狀河道帶內(nèi)部構(gòu)型模式、夾層分布模式

3 辮狀河河道砂體夾層類型及分布

研究區(qū)辮狀河河道砂巖具有縱向上厚度大、砂層相互疊置,橫向交錯連片發(fā)育的特點[15,18].取心井能詳實、直觀、系統(tǒng)地揭示單砂體垂向上巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造序列及層面特征[19],是研究單砂體內(nèi)部建筑結(jié)構(gòu)的主要資料之一.結(jié)合密井網(wǎng)、巖心可以較真實地刻畫單砂體內(nèi)部建筑結(jié)構(gòu)要素、巖相類型、沉積垂向序列.

3.1 夾層類型

盒8下亞段為辮狀河-三角洲沉積,河流是主要的沉積營力.在考慮原劃分方案的基礎(chǔ)上,結(jié)合測井曲線、巖心等資料,利用高分辨率層序地層學(xué)理論技術(shù)方法,將盒8下亞段細(xì)分為6個沉積時間單元,分別為盒8下1-1、盒 8下1-2、盒 8下1-3、盒 8下2-1、盒 8下2-2、盒 8下2-3,垂向上達(dá)單砂體級別.在精細(xì)劃分的基礎(chǔ)上,研究砂體內(nèi)部夾層特征.由于沉積成巖等地質(zhì)作用的不同,導(dǎo)致夾層的類型、形態(tài)等特征存在差異.夾層是砂巖內(nèi)所分布的相對非滲透層,其面積小于流動單元面積的1/2,厚度變化小,從幾厘米到幾十厘米,延伸較小,分布不穩(wěn)定[20].

不同的研究者在研究某一特定地區(qū)時,對夾層的分類會有差別[21].沉積方式的差異會導(dǎo)致沉積砂體的形態(tài)、結(jié)構(gòu)不同,進(jìn)而使得砂體內(nèi)部夾層成因各異.根據(jù)工區(qū)取心井觀察結(jié)果和夾層巖性、物性等不同特征,依據(jù)砂質(zhì)辮狀河沉積特征的差異,在合理劃分單砂體的基礎(chǔ)上,將夾層分為河道間薄夾層、心灘壩內(nèi)夾層、心灘壩間夾層及河道底部滯留沉積等4類(見表1).

表1 夾層主要類型及成因

3.1.1 河道間薄夾層

該類夾層主要是高水位時期洪水沖出堤岸形成的泛濫平原和溢岸砂沉積,沉積物粒度較細(xì),以泥質(zhì)、粉砂質(zhì)泥巖為主,巖心觀察可見波狀層理.后期雖然會經(jīng)歷河道頻繁改道的破壞,但保留下的細(xì)粒沉積依然會形成砂體間的夾層.此類夾層對應(yīng)于Mail的2級界面.

3.1.2 心灘壩內(nèi)夾層

該類夾層主要指落淤泥質(zhì)夾層,發(fā)育于心灘壩內(nèi)部,是成層發(fā)育的泥質(zhì)或粉砂質(zhì)沉積,也是研究區(qū)主要的夾層類型之一,對應(yīng)于Mail的3級界面.該類夾層主要形成于洪峰波動過程中,是憩水期懸浮物質(zhì)落淤加積的產(chǎn)物,泥質(zhì)含量高,孔隙度、滲透率較低,物性較差.測井曲線特征為:伽馬曲線表現(xiàn)為高值,自然電位靠近基線,微電極曲線幅度明顯下降,微電位曲線和微梯度曲線幅度差幾乎為0.

3.1.3 心灘壩間夾層

該類夾層主要形成于心灘壩背水流一側(cè).洪水過后,水流較緩,當(dāng)心灘壩出露于水面時,其上部高于水面,背水面的區(qū)域水體環(huán)境較平靜,一些粉砂質(zhì)、泥質(zhì)的細(xì)粒物質(zhì)在此沉積,能保存下來的便會形成夾層.該類夾層主要對應(yīng)于Mail的4級界面.

3.1.4 河道底部滯留沉積

河道在頻繁改道過程中,如果河道底部滯留沉積物沒有被沖刷,在后期保留下來,經(jīng)過埋藏壓實,流體膠結(jié),孔滲下降,就會在砂體內(nèi)部形成以粗粒物為主的夾層.此類夾層一般為物性夾層,主要對應(yīng)于Mail的5級構(gòu)型界面,相對較少.

3.2 夾層分布

宏觀上分析夾層特征是整體認(rèn)識研究區(qū)沉積環(huán)境、儲層非均質(zhì)性的重要手段,還可為后期加密井部署提供參考.為定量描述盒8下亞段的6個沉積時間單元層內(nèi)夾層分布情況,引入夾層厚度、夾層密度、夾層頻率等參數(shù).夾層密度定義為夾層總厚度占所統(tǒng)計砂巖(包括夾層)總厚度的比例;夾層頻率定義為單位厚度砂巖的夾層數(shù).

數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn):盒8下1-1時間單元夾層平均厚度為1.18 m,頻率和密度平均值在6個沉積時間單元中較高;盒8下2-3時間單元夾層平均厚度為1.29 m,夾層頻率平均值為0.19層/m,密度平均值為0.22;其他沉積時間單元夾層平均厚度、頻率、密度大致介于這兩者之間.就夾層對于儲層非均質(zhì)性的影響而言,盒8下1-1時間單元非均質(zhì)性相較于其他沉積時間單元更強(qiáng),物性差;盒8下2-3時間單元夾層厚度大,但非均質(zhì)性較低;另外4個沉積時間單元非均質(zhì)性中等(見表2).

表2 夾層主要特征參數(shù)

夾層分布特征(見圖4、圖5)表明,研究區(qū)南部夾層分布范圍較北部、東部大,西部夾層呈零散分布.針對這一特征,后期開發(fā)中需作出相應(yīng)的調(diào)整部署.

圖4 研究區(qū)不同時間單元夾層平面分布

從沉積環(huán)境來看,研究區(qū)山1亞段末期由水退向水進(jìn)轉(zhuǎn)變,這一時間段,也是曲流河向辮狀河轉(zhuǎn)換的時期.進(jìn)入盒8下亞段,辮狀河開始發(fā)育,河流能量最大,洪水多次發(fā)育,北部物源供給充分,多次泛濫的河水?dāng)y帶細(xì)粒物質(zhì),在間洪期河水動力減弱時緩慢沉積下來,形成砂體內(nèi)部夾層.隨著基準(zhǔn)面下降,湖平面進(jìn)一步上升,河水動力逐漸減弱,可容納條件由A/S≤1向A/S<1轉(zhuǎn)變,夾層出現(xiàn)的頻率增加,密度也有所增大;之后水進(jìn)、水退交替出現(xiàn),但湖平面整體上升,到了盒8下亞段末期,湖平面達(dá)到了最高點.交替變化的水動力是夾層發(fā)育的動力來源,河流自旋回是夾層形成的另一個重要因素,而整體的水進(jìn)使得盒8下亞段末期細(xì)粒沉積物不斷增加.

圖5 研究區(qū)夾層縱向分布特征

4 砂體構(gòu)型解剖

以密井網(wǎng)條件下砂體解剖(見圖5)為基礎(chǔ),通過對巖心、測井等資料分析,認(rèn)為研究區(qū)主要的河道接觸關(guān)系類型有獨立式、接觸式、切疊式、多期切疊式.切疊式和多期切疊式較多,河道與心灘壩在橫向上的連續(xù)變化,形成了空間廣泛展布的"疊覆泛連通體"[22].錄井資料研究表明,辮狀水道砂體含氣性明顯好于心灘壩,心灘壩下部含氣性好于心灘壩上部.這也說明心灘壩砂體的非均質(zhì)性要強(qiáng)于河道砂體,心灘壩上部非均質(zhì)性強(qiáng)于心灘壩下部.平面上砂體大面積連片展布,看似連通,實際上,夾層的存在使得砂體在垂向并不連通.儲層非均質(zhì)性是研究區(qū)氣藏分布的主控因素之一.

5 結(jié)論

1)研究區(qū)盒8下亞段沉積時期,低可容納條件下,發(fā)育辮狀河-三角洲沉積,砂體頻繁疊置,發(fā)育辮狀河、心灘壩、泛濫平原、決口扇等沉積微相,砂體內(nèi)部保存下來的細(xì)粒物質(zhì)依然會形成以夾層形式存在的滲流屏障.

2)研究區(qū)夾層類型有河道間夾層、心灘壩內(nèi)夾層、心灘壩間夾層和河道底部滯留沉積.心灘壩內(nèi)夾層對應(yīng)于Mail的3級界面.夾層平面上主要分布在研究區(qū)南部,北部相對較少;垂向上,向上夾層頻率和密度有增大的趨勢.

3)辮狀河砂體大面積連片分布,夾層的存在使得砂體垂向上連通性變差.心灘壩砂體非均質(zhì)性強(qiáng)于河道砂體,心灘壩上部非均質(zhì)性強(qiáng)于心灘壩下部.