王 昊，李大維，王海慶，吳 簡(jiǎn)，梅安鑫，王嘉妮

(1.中國石油川慶鉆探工程有限公司，四川 成都 610051； 2.中國石油長(zhǎng)慶油田分公司，陜西 西安 710021)

引 言

高含水致密砂巖氣藏在鄂爾多斯盆地蘇里格氣田西區(qū)廣泛分布，有較大的油氣資源量和儲(chǔ)量[1-3]，但由于儲(chǔ)層發(fā)育零散、氣水關(guān)系復(fù)雜、井位部署難度大且儲(chǔ)層致密，國內(nèi)外研究少有關(guān)注[4-6]。國外針對(duì)北美加拿大阿爾伯達(dá)盆地、美國大綠河盆地等致密砂巖天然氣藏的研究主要集中在氣藏效益開發(fā)技術(shù)研究、氣藏優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層篩選及分布等領(lǐng)域[7-9]。國內(nèi)研究熱點(diǎn)集中在高含水致密砂巖氣藏氣水分布規(guī)律、三維砂體構(gòu)型及成藏模式研究3個(gè)方面[10-12]。目前，學(xué)者對(duì)鄂爾多斯盆地蘇里格氣田西區(qū)高含水致密砂巖沉積特征及分布規(guī)律尚缺乏系統(tǒng)認(rèn)識(shí)及深入研究。

1 研究區(qū)生產(chǎn)地質(zhì)概況

蘇里格氣田是典型的致密砂巖氣田，年產(chǎn)氣量達(dá) 2.5×1010m3，二疊系下石盒子組盒8段與山西組山1段是氣田的主力開發(fā)層系，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)及低壓、低滲、低豐度是其典型特征[13-15]，氣田主要?jiǎng)澐譃闁|區(qū)、中區(qū)、西區(qū)3個(gè)部分[16-18]。其中，中區(qū)、東區(qū)均已實(shí)現(xiàn)規(guī)模效益開發(fā)并逐步進(jìn)入井網(wǎng)加密部署提高采收率階段；西區(qū)是氣田未來穩(wěn)產(chǎn)的重要后備儲(chǔ)量接替區(qū)[19-23]，但由于儲(chǔ)層氣水關(guān)系復(fù)雜，投產(chǎn)氣井普遍產(chǎn)水及存在井筒積液，生產(chǎn)過程中壓力和產(chǎn)氣量下降快，單井產(chǎn)能與動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量遠(yuǎn)低于氣田平均水平，制約了超過萬億立方米地質(zhì)儲(chǔ)量的有效動(dòng)用[24-31]。截至 2021年底，蘇里格氣田日產(chǎn)氣量小于5 000 m3的低產(chǎn)井占總井?dāng)?shù)比例已高達(dá)67%，其中57%的低產(chǎn)井由井筒積液所致，且多數(shù)分布在氣田西區(qū)[32-33]。為使西區(qū)高含水致密砂巖氣藏增加儲(chǔ)量動(dòng)用，實(shí)現(xiàn)有效開發(fā)，研究可行的技術(shù)對(duì)策十分迫切。

研究區(qū)位于蘇里格氣田西區(qū)西部，行政區(qū)屬鄂托克前旗管轄，面積200 km2。區(qū)域構(gòu)造屬于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡西北部(圖1)。

2 高含水致密砂巖沉積特征分析

2.1 巖心相特征

研究區(qū)泥巖的顏色多見雜色、灰綠色、褐色、灰色和棕色，灰黑色、深灰色次之。棕色、褐色和雜色多見于盒8下、盒8上的中、上部，并且雜色或棕色(褐色)泥巖往往與灰色、灰綠色泥巖呈互層， 反映其沉積環(huán)境水位變化頻繁，水體常在氧化環(huán)境與還原環(huán)境之間變化，沉積物可能經(jīng)常暴露(圖2)，結(jié)合其區(qū)域沉積背景，推測(cè)盒8下段、盒8上段沉積環(huán)境早期可能為季節(jié)性干旱氣候環(huán)境，沉積水體的流量變化大。砂巖多呈灰白色、灰綠色和灰色。山西組山1段氣層組的泥巖為深灰色、灰黑色，砂巖多呈灰白色和淺灰色，反映其沉積時(shí)氣候?yàn)槌睗駳夂颍练e環(huán)境為弱還原-還原環(huán)境。

圖1 鄂爾多斯盆地構(gòu)造區(qū)劃分及研究區(qū)位Fig.1 Structural zone division in Ordos Basin and location of the study area

圖2 不同巖石巖心相特征Fig.2 Facies characteristics of different types of rock cores

研究區(qū)探井僅24口，巖心較少，通過對(duì)已有巖心資料鑒定，本區(qū)巖石類型主要有泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖、中砂巖、粗砂巖、含礫粗砂巖和細(xì)礫巖等。砂巖成分成熟度中等偏好，主要為石英砂巖、巖屑石英砂巖和巖屑砂巖。盒8段石英含量高、粒度粗(含礫)、分選中等偏差、磨圓差，結(jié)構(gòu)成熟度低，距離物源偏近。山1段石英含量高、粒度中-粗，部分含礫，分選中等、磨圓差，結(jié)構(gòu)成熟度中-低，距離物源有一定距離。

2.2 沉積構(gòu)造特征

沉積構(gòu)造是沉積物在沉積過程中由沉積物的成分、結(jié)構(gòu)、顏色等在層內(nèi)的分布和排列方式所反映出來的特殊構(gòu)造，研究區(qū)沉積構(gòu)造類型多樣，多以河道特征為主(圖3)，根據(jù)巖心觀察的結(jié)果，主要有以下構(gòu)造。

塊狀層理：層內(nèi)物質(zhì)組分、結(jié)構(gòu)較均一，在垂向分布與排列上無明顯變化，塊狀層理與流水快速的堆積和無分選沉積有關(guān)，塊狀層理在中粗粒砂巖及泥巖中較發(fā)育。

粒序?qū)永恚簩觾?nèi)物質(zhì)組分、結(jié)構(gòu)，甚至顏色等在垂向分布與排列有明顯變化，從下向上粒度由粗變細(xì)。遞變粒序?qū)永碇饕霈F(xiàn)在含礫粗砂巖或粗粒砂巖夾含礫粗砂巖中。

平行層理：由水動(dòng)力強(qiáng)，牽移載荷平坦床沙形成，主要出現(xiàn)在砂巖中。

水平層理：主要為懸浮載荷形成，多出現(xiàn)在粉砂巖或泥巖中，反映靜水環(huán)境。

板狀交錯(cuò)層理：屬斜交錯(cuò)層理的一種，細(xì)層與層系界相交，上下層系界面平行，像板狀。它也是在水動(dòng)力較強(qiáng)的條件下牽移載荷形成，主要出現(xiàn)在砂巖中，根據(jù)層系厚度大小不同，分大型(>10 cm)、中型(5～10 cm)及小型(<5 cm)。

波紋層理：主要出現(xiàn)在細(xì)砂巖及粉砂巖中，可分為與流水有關(guān)的流水沙紋層理，與波浪成因有關(guān)的浪成沙紋層理及波狀層理。

沖刷面：是高流態(tài)下產(chǎn)生的一種層面構(gòu)造，因巖心體積有限，在巖心上只能看到起伏狀平緩的沖刷面，沖刷面大都出現(xiàn)于研究區(qū)的河床滯留沉積環(huán)境中，在其上常見大量再沉積的泥礫。

圖3 研究區(qū)盒8段、山1段沉積構(gòu)造Fig.3 Sedimentary structure of He 8 member and Shan 1 member in the study area

根據(jù)研究區(qū)盒8段和山1段巖心沉積構(gòu)造特征分析，該區(qū)主要為河流相沉積。

2.3 測(cè)井相特征

通過分析不同沉積微相的測(cè)井響應(yīng)，研究區(qū)不同沉積微相的測(cè)井響應(yīng)特征如下(參見圖4、圖5)。

平滑箱形曲線：底、頂部呈突變關(guān)系和略顯正韻律變化特征，反映沉積物源豐富和水動(dòng)力條件穩(wěn)定，多由中—粗粒等砂巖粗粒物質(zhì)組成，較均勻，其典型的代表相帶為心、邊灘及分流河道砂，具有多韻律疊置的辮狀河特征。

齒化箱形曲線：齒化箱形以鋸齒狀箱形曲線為特征，代表了水動(dòng)力能量的快速變化，內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻，可能發(fā)育有泥質(zhì)夾層，主要反映多期河道充填的沉積環(huán)境。

鐘形曲線：底部呈突變和頂部呈漸變關(guān)系，反映了由中—粗粒砂巖組成的、由粗變細(xì)的河道側(cè)向遷移的沉積序列及正粒序結(jié)構(gòu)特征。沖刷面、疊置的邊灘或心灘與薄泥巖夾層組合在一起，因?yàn)槊總€(gè)疊置砂體含泥量的規(guī)律性變化，可使鐘形曲線多次疊加而呈宏觀的圣誕樹形；主要反映河道沉積環(huán)境。

漏斗形曲線：大多數(shù)電測(cè)曲線幅值從頂部至底部呈減小趨勢(shì)，頂部漸變，底部突變，巖性主要為反韻律的薄層砂巖、粉砂巖、泥巖互層，砂巖主要發(fā)育在反映前積砂體的反粒序結(jié)構(gòu)頂部，代表了決口扇或決口河道的沉積特征。

平滑或齒化線形：平滑—齒化線形的高伽瑪值曲線，反映較連續(xù)的泥巖沉積為泛濫平原等低能環(huán)境。

指形曲線：指形曲線，表明物源少，以高伽瑪值曲線為背景的指形曲線，是決口扇和決口河道的典型曲線特征。

除上述常見的幾種曲線類型外，還有多種組合類型。因?yàn)槊恳环N沉積環(huán)境都具有特有的巖性和層序組合，與之相關(guān)的反映也必然有特定的形態(tài)組合。

研究區(qū)主要的測(cè)井相標(biāo)志揭示，盒8段測(cè)井曲線形態(tài)有(齒化)箱形、鐘形、齒化線形、疊置漏斗形，反映辮狀河沉積環(huán)境(圖4)；山1段測(cè)井曲線形態(tài)有箱形、鐘形、齒形，指形，反映曲流河沉積環(huán)境，如圖5所示。

圖4 研究區(qū)盒8段典型測(cè)井相標(biāo)志Fig.4 Typical electrofacies marks of He 8 member in the study area

圖5 研究區(qū)山1段典型測(cè)井相標(biāo)志Fig.5 Typical electrofacies marks of Shan 1 member in the study area

3 高含水致密砂巖沉積微相特征及分布規(guī)律

3.1 沉積微相劃分及特征

3.1.1 沉積微相劃分

早二疊世山西期河水由西北向東南逐漸退出鄂爾多斯盆地，山西組為曲流河沉積，盒8段主要為辮狀河沉積。由于沉積時(shí)水動(dòng)力條件不同，而形成不同沉積相及沉積微相(表1)。

3.1.2沉積微相特征

(1)心灘。心灘是辮狀河道內(nèi)主要的沉積單元之一，它位于河床的中心部位，枯水期時(shí)可露出水面，心灘沉積時(shí)具有較強(qiáng)的水動(dòng)力能量，只有在洪泛期末有少量的泥質(zhì)落淤沉積，而整體上是由粗碎屑組成，以砂巖、砂礫巖為主，含少量的細(xì)砂或泥質(zhì)；細(xì)粒層比例較小，成分復(fù)雜，成熟度低，具備由下至上粒級(jí)變細(xì)的正韻律變化，平面上這些心灘為呈條帶狀或帶狀透鏡體，剖面上表現(xiàn)為多個(gè)下凹頂平的砂礫巖體的不規(guī)則疊置，中間夾細(xì)條帶狀的泥質(zhì)沉積。心灘的沉積構(gòu)造有塊狀、粒序遞變層，槽狀交錯(cuò)層理、板狀交錯(cuò)層理、平行層理、沖刷充填構(gòu)造。

表1 研究區(qū)沉積相及沉積微相類型Tab.1 Types of sedimentary facies andsedimentary microfacies in the study area

(2)河道充填。以砂質(zhì)沉積為主，粒度比鄰近的微相稍粗，分選差，垂向上具下粗上細(xì)的間斷性正韻律，常發(fā)育有平行層理、小型板狀層理，一般厚度較小，巖性為中細(xì)粒砂巖和粉砂巖。測(cè)井曲線形態(tài)呈鐘形或疊置鐘形。

(3)邊灘。邊灘微相發(fā)育曲流河中常堆積凸岸，有從河床沉積到溢岸沉積，典型二元結(jié)構(gòu)剖面，下粗上細(xì)正粒序剖面結(jié)構(gòu)，沉積構(gòu)造從下向上為底侵蝕→塊狀層理→平行層理→大型板狀交錯(cuò)層理→小型板狀交錯(cuò)層理。測(cè)井曲線形態(tài)呈鐘形。

3.2 沉積微相平面展布及分布規(guī)律

河道主要沿南北向展布，平面上不斷分叉交匯，河道與河道間沉積交互分布，盒8段為辮狀河相，以發(fā)育辮狀河道微相為主，河道成南北向展布，平面上不斷交匯分叉，其中盒8下段河道和心灘微相最為發(fā)育；山1段、山2段為曲流河，河道非均質(zhì)性變強(qiáng)，河網(wǎng)密度變?。环至骱拥琅c河道間交互分布，如圖6所示。

圖6 研究區(qū)盒8段和山1、山2段的沉積微相Fig.6 Sedimentary microfacies of He 8,Shan 1 and Shan 2 members in the study area

4 結(jié) 論

(1)研究區(qū)巖石類型主要有泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖、中砂巖、粗砂巖、含礫粗砂巖和細(xì)礫巖等。砂巖成分成熟度中等偏好，主要為石英砂巖、巖屑石英砂巖和巖屑砂巖。泥巖的顏色多見雜色、灰綠色、褐色、灰色和棕色，灰黑色、深灰色次之。

(2)研究區(qū)沉積構(gòu)造類型多樣，多以河道特征為主，主要沉積構(gòu)造有：塊狀層理、粒序?qū)永怼⑵叫袑永?、水平層理、板狀交錯(cuò)層理、波紋層理、沖刷面。

(3)研究區(qū)主要的測(cè)井相標(biāo)志揭示，盒8段測(cè)井曲線形態(tài)有(齒化)箱形、鐘形、齒化線形、疊置漏斗形，反映辮狀河沉積環(huán)境；山1段測(cè)井曲線形態(tài)有箱形、鐘形、齒形，指形，反映曲流河沉積環(huán)境。

(4)盒8段為辮狀河相，以發(fā)育辮狀河道微相為主，河道成南北向展布，平面上不斷交匯分叉，其中盒8下段河道和心灘微相最為發(fā)育；山1段、山2段為曲流河，河道非均質(zhì)性變強(qiáng)，河網(wǎng)密度變稀；分流河道與河道間交互分布。