英臺油田薩爾圖油層高分辨率層序地層與單砂體特征

劉桂珍 鮑志東 周新茂 孫 敏

(1.中國石油大學“油氣資源與探測”國家重點實驗室,北京 102249;

2.中國石油勘探開發(fā)研究院,北京 100083;

3.中原油田井下作業(yè)處,河南濮陽 457146)

高分辨率層序地層學自20世紀80年代末提出以來,在中國陸相盆地得到了廣泛的應(yīng)用和推廣,并在湖盆層序地層劃分、地層巖性油氣藏勘探等方面取得了較大的進展[1～6]。其基于基準面旋回原理的層序劃分和旋回等時對比方法,在砂體等時對比[7～9]和儲層精細描述[10,11]、儲層非均質(zhì)分析中也得到廣泛應(yīng)用,對于油氣藏的開發(fā)調(diào)整和剩余油的挖潛起到很大的指導作用。

本文擬以英臺油田白堊系姚家組第二和第三段(簡稱“姚二三段”,薩爾圖油層)為例,以Cross的高分辨率層序地層學理論為指導[12],運用巖心、鉆井與測井資料,建立了該區(qū)姚二三段的高分辨率層序地層格架;并在高頻層序旋回的基礎(chǔ)上,研究單砂體的空間展布規(guī)律與沉積演化特征。目前研究區(qū)內(nèi)存在的主要問題是綜合含水高,單砂體連通復(fù)雜,因此,這一研究對于指導油田二次開發(fā)具有一定的實用價值。

1 區(qū)域概況

英臺油田位于松遼盆地南部,在構(gòu)造上屬于中央坳陷區(qū)紅崗-大安階地上的一個局部構(gòu)造,劃屬紅崗階地英臺-龍虎泡背斜構(gòu)造帶。該構(gòu)造的主要含油層位為姚二三段的薩爾圖油層和青山口組的高臺子油層。薩爾圖油層(姚二三段)埋深在1.4 km左右,劃分為2個油組和6個小層。油氣藏類型主要是構(gòu)造-巖性油藏。單砂層厚度一般小于6 m。

研究區(qū)姚二三段整體為一套細砂巖、粉砂巖,厚度50～70 m,自下而上粒度由粗變細。總體上碎屑粒度細、分選好、磨圓中等,主要為長石巖屑砂巖。重礦物分析表明沉積物具有近源堆積特征。研究區(qū)鄰近盆地邊緣,物源來自西部,碎屑物質(zhì)沿盆地短軸方向流入,沉積變化快,相帶比較窄。沉積環(huán)境為辮狀河三角洲沉積[13],發(fā)育三角洲前緣水下分流河道、河口壩、遠砂壩、席狀砂等沉積微相。

2 高分辨率層序的劃分及旋回特征

高分辨率層序地層格架的建立是在基準面旋回變化分析的基礎(chǔ)上,通過不同級次地層旋回劃分與對比來實現(xiàn)的。因此,正確識別多級次地層旋回是建立高分辨率層序地層格架的基礎(chǔ)。關(guān)于基準面旋回,前人研究很多[14～17],根據(jù)前人對基準面旋回級次的認識[14],三級層序相當于長期旋回,準層序組相當于中期旋回,準層序相當于短期旋回。短期旋回是高頻層序旋回劃分的基礎(chǔ),中期旋回由一系列具有進積、加積和退積疊加樣式的短期旋回疊加組成,因而了解短期旋回的結(jié)構(gòu)類型、疊加樣式及其在中期旋回過程中的分布規(guī)律至關(guān)重要。

2.1 短期旋回結(jié)構(gòu)及特征

通過對研究區(qū)巖心分析,短期旋回特征主要有三種類型(圖1)。

2.1.1 向上“變深”的非對稱型

此類型分布于水下分流河道沉積區(qū),層序中僅保存基準面上升半旋回沉積記錄,下降半旋回則處于侵蝕沖刷狀態(tài),因而具有向上“變深”的非對稱型結(jié)構(gòu)。按層序內(nèi)沉積相組合特征,可分為低可容納空間和高可容納空間兩種亞類型：前者由底部沖刷與單一向上變細的分流河道厚層塊狀砂巖組成(圖1中A-1),形成于水淺流急、緩慢湖進且A/S?1的沉積條件下[9],主要出現(xiàn)在水下分流河道彼此疊置和側(cè)向遷移非?；钴S的三角洲前緣上游部位;砂體間為大型沖刷面,厚度大、粒度粗、分選好、泥質(zhì)含量低,為一類最有利于儲層發(fā)育的砂體。高可容納類型由底部沖刷→水下分流河道厚層塊狀砂巖→水下天然堤薄層粉砂巖→分流間灣泥巖組成向上加深變細的層序(圖1中A-2),形成于水較深且流較急、緩慢湖進快速湖退和A/S＜1的沉積條件下[9],此類沉積主要分布在水下分流河道下切作用較弱和河道相對較穩(wěn)定的三角洲前緣中部。而砂體主要發(fā)育在各個短期層序下部,厚度較大,為一類有利于儲層發(fā)育的砂體,但粒度要細一些,泥質(zhì)含量要高一些,夾層發(fā)育,因而儲集物性通常也要差一些,儲層非均質(zhì)性較強。這兩類結(jié)構(gòu)主要分布在Ⅱ6-1,Ⅱ6-2,Ⅱ5-1,Ⅱ5-2等單砂體中。

2.1.2 向上“變淺”的非對稱型

圖1 短期旋回層序結(jié)構(gòu)Fig.1 Several profiles of the sequence structures of a short-term base-level cycle

此類型分布于水下河口壩和遠砂壩沉積區(qū),層序中僅保存基準面下降半旋回沉積記錄,上升半旋回則為未沉積狀態(tài)或水進的沖刷,因而具有向上“變淺”的非對稱型結(jié)構(gòu)。按層序內(nèi)沉積相組合和界面特征,亦可分為低可容納空間和高可容納空間兩種亞類型。前者由水進沖刷面與單一向上變粗的河口壩中厚層狀砂巖組成(圖 1中B-2),形成于水較淺流較急、快速湖進緩慢湖退和A/S＜1的沉積條件下[9],主要出現(xiàn)在沉積速率較高的近河口部位。該類型的砂體疊置嚴重,厚度大、粒度粗、分選好、泥質(zhì)含量低,為一類最有利于儲層發(fā)育的砂體。后者由欠補償沉積間斷面→遠砂壩薄互層泥、粉砂巖→河口壩薄層砂巖夾泥巖組成向上變淺和略趨加粗的層序(圖 1中B-1),形成于水深流緩、快速湖進緩慢湖退和 A/S＞1的沉積條件下[9],主要出現(xiàn)在沉積速率較低,且遠離河口的部位。該類型砂體和泥巖組成互層,泥質(zhì)含量高,夾層發(fā)育,儲集物性也要差一些,為次一類有利于儲層發(fā)育的砂體。這兩類結(jié)構(gòu)的短期旋回主要分布在Ⅰ3-1和Ⅰ3-2單砂體中。

2.1.3 向上變深復(fù)變淺的對稱型

此類型發(fā)育于水下分流河道與河口壩交替作用的河口附近,以層序中同時保存有基準面上升和下降半旋回沉積記錄而具有向上變深后復(fù)變淺的對稱型結(jié)構(gòu)。大致可分為三種基本亞類型：(1)上升半旋回厚度大于下降半旋回的不完全對稱型,自下而上由沖刷面→水下分流河道砂-水下天然堤薄層粉砂巖與泥巖互層→分流間灣泥巖→決口扇(或決口河道)中-薄層砂巖組成層序(圖1中C-1)。(2)上升與下降半旋回厚度近于相等的完全對稱型,自下而上由弱沖刷面(或砂、泥巖性突變面)→水下分流河道中層狀細砂巖→河口壩中厚層細砂巖組成層序(圖1中C-2),常見于河口部位。(3)下降半旋回厚度大于上升半旋回的不完全對稱型,自下而上由水下分流河道薄-中層細砂巖→分流間灣或前三角洲泥巖→河口壩中厚層細砂巖組成層序(圖1中C-3)。需指出的是,此三種亞類型都形成于水較深流較緩、緩慢湖進和湖退,以及 A/S≥1的中等-高可容納空間沉積條件下[9]。該類型位于各個短期層序下部,河道砂體較薄、粒度細、分選中等至較差、泥質(zhì)含量高,大多數(shù)薄砂體儲集物性差。而層序的中、上部主體主要由溢岸沉積的泥質(zhì)粉砂巖和泥巖組成,為隔層主要發(fā)育位置,不利于儲層的發(fā)育。這三類結(jié)構(gòu)的短期旋回主要分布在Ⅰ4-1和Ⅰ4-2單砂體中。

2.2 中期旋回特征

根據(jù)短期旋回的結(jié)構(gòu)和疊加樣式,薩爾圖油層(姚二三段)為一個完整的中期旋回和一個中期上升半旋回。在縱向剖面上,中期旋回的上升半旋回主要由一系列代表水體逐漸向上加深的非對稱型短期旋回層序疊加組成,上部局部出現(xiàn)上升半旋回為主的不完全對稱型或?qū)ΨQ型;而下降半旋回主要由一系列代表水體向上變淺的非對稱型短期旋回疊加組成,下部局部出現(xiàn)對稱型和下降半旋回為主的不完全對稱型(圖 2)。下面以Y102井為例探討中期旋回內(nèi)砂體的發(fā)育特征。

a.下部中期上升半旋回特征(對應(yīng)于Ⅱ4～Ⅱ6小層)：為一套細砂巖、粉砂巖夾薄層泥沉積。旋回底部為河道底部的沉積,頂部為細粒沉積(泥巖和泥質(zhì)粉砂巖等),總厚約30 m。在該中期旋回中,短期旋回自下向上呈進積-加積-退積式疊置。砂體由下部的切割疊置向上表現(xiàn)為孤立分布,砂體厚度變小,泥質(zhì)夾層從無到有,厚度增加。

b.中部中期下降半旋回特征(對應(yīng)于Ⅰ3小層)：為一套細砂巖、粉砂巖與泥質(zhì)粉砂巖互層的沉積。旋回底部為較細粒的沉積,主要為泥質(zhì)粉砂巖,頂部為細砂巖沉積,總厚約10～12 m。該旋回分為2個向上變淺的短期旋回,短期旋回呈進積式疊加,砂體由下部的孤立向上變化切割疊置。泥質(zhì)夾隔層由多變少,厚度由大變小。

圖2 英102井姚二三段基準面旋回劃分綜合圖Fig.2 The subdivision of the base-level cycles of Member 2-3 of Yaojia Formation in Well Y102

c.上部中期上升半旋回特征(對應(yīng)于Ⅰ2和Ⅰ1小層)：為一套粉砂巖與泥質(zhì)沉積互層的沉積,由下向上粉砂巖減少,泥質(zhì)沉積增多,頂部有一套廣泛分布的泥巖,為一個基準面上升的半旋回,總厚約8～10 m。與下部的中期旋回相比,巖性變細,厚度變小。

上述各級基準面旋回的巖性在縱向上具有規(guī)律性的變化。其中,姚二三段長期旋回整體上具有自下而上巖性從底部的厚層細砂巖、細砂巖夾泥巖變?yōu)轫敳康姆凵皫r與泥巖的互層,總體上是一個水體變深的過程;在中期上升半旋回內(nèi)部,巖性亦具有向上變細的特征,旋回間具有較穩(wěn)定分布的泥巖-粉砂質(zhì)泥巖[18]。

在基準面上升的不同階段,由于A/S值的不同,水下分流河道砂體和河口壩砂體的發(fā)育程度也有差別。通過以短期旋回(單砂體)為作圖單元,利用密井網(wǎng)測井資料和對單一期次河道的刻畫,編制多幅砂體分布圖及若干聯(lián)井砂體剖面圖(如圖3,圖4)。分析研究不同 A/S值條件下的水下分流河道砂體與河口壩砂體分布特征。

從圖3和圖4可以看出,不同單層的縱向上砂體特征不同,隨著基準面的上升,砂體變薄,連通性變差。從圖上還可以看出,隨著中期基準面的上升,A/S值變大,平面上單砂體的形態(tài)發(fā)生變化,Ⅱ5-1單砂體連片分布,Ⅱ4-2單砂體呈寬條帶狀分布,Ⅱ4-1單砂體呈短細的條帶分布;砂體規(guī)模變小;水下分流河道砂體和河口壩砂體隨著基準面的變化在平面上遷移。

圖3 高頻旋回內(nèi)砂體對比聯(lián)井剖面Fig.3 The interwell distribution profile of sand bodies within base-level cycles

圖4 中期基準面上升半旋回不同A/S條件下單砂體平面分布圖Fig.4 The planar distribution of sandbodies for different A/S ratios in the middle-term base-level's ascending cycle

中期基準面上升的早期,砂體疊置嚴重,單砂體多以連片分布(圖4-C),主要是河道砂的分布。由于此時A/S值較小,所以河道側(cè)向遷移快,沖刷嚴重,導致細粒的物質(zhì)被流水帶走,只保留了比較粗粒的物質(zhì)。該類型的砂體主要分布在Ⅱ6～Ⅱ5單砂體中。

中期基準面上升的中期,隨著 A/S值變大,可容納空間的增長量和沉積物的供給量基本相當時,砂體以寬條帶狀分布(圖4-B),且疊置嚴重;但河道的下切不明顯,出現(xiàn)河口壩砂體的分布。同中期上升旋回的早期相比(Ⅱ6～Ⅱ5),砂體垂向上連通性變差,河口壩與河道砂體垂向上疊置,砂體中會出現(xiàn)鈣質(zhì)夾層,導致砂體垂向上連通性也變差。

中期基準面上升的晚期,隨著A/S值進一步增大,可容納空間的增長量大于沉積物的供給量,砂體以孤立狀態(tài)分布(圖4-A),主要以河道與河口壩砂體孤立分布;垂向上泥質(zhì)夾隔層穩(wěn)定分布,砂體連通性差。

同樣,伴隨著中期基準面下降,單砂體表現(xiàn)出規(guī)律性分布。中期基準面下降的早期,A/S值減小,Ⅰ3-2主要是河口壩單砂體的分布,平面上單砂體也以窄條帶狀分布,砂體連通性差;中期基準面下降的晚期,A/S值進一步減小,Ⅰ2-2主要是河口壩與水下分流河道單砂體的分布,平面上單砂體也以寬條帶狀分布,砂體連通性好。

綜合以上分析,在不同級次基準面上升的不同階段,砂體分布具有很大的差異,中期基準面旋回及A/S值變化控制著砂體的分布模式。隨著中期基準面上升,A/S值變大,垂向上砂體的疊加程度變小。厚度變小,泥質(zhì)沉積增多且變厚,單砂體的連通性變差;平面上,單砂體寬度變小;隨著中期基準面下降,A/S值變小,垂向上砂體的疊加程度變大,單砂體的連通性變好;平面上,砂體寬度變大。

3 結(jié)論

a.研究區(qū)姚二三段發(fā)育一個長期基準面上升半旋回,其中包括1個半中期旋回,10個短期旋回及若干超短期旋回,反映了可容納空間與沉積物補給速率比值(A/S值)在縱向上的多級變化,總體表現(xiàn)為在A/S值總體向上變大的背景上,有多個次級A/S值向上變大的旋回。

b.在中期沉積基準面上升的不同階段,砂體分布具一定的規(guī)律性：中期基準面上升階段,隨著A/S值的增加,平面上單砂體從下部的連片狀過渡到寬帶狀,再變?yōu)檎瓗睢？v向上砂體寬度和厚度變小,由相互疊置變?yōu)楣铝⒎植?。中期基準面下降階段,隨著A/S比值的減小,單砂體由窄條帶狀變成寬條帶狀。同時,中期基準面的旋回變化控制水下分流河道與河口壩砂體的遷移,隨著中期基準面的上升,河口壩、河道向盆地邊緣遷移;隨著中期基準面的下降,河道、河口壩向盆地內(nèi)遷移。

c.宏觀上儲層的分布受到中期基準面旋回的控制,中期基準面上升的早期和中期基準面下降的晚期最有利于儲層發(fā)育,而中期基準面上升的晚期和中期基準面下降的早期不利于于儲層發(fā)育。而這些都受控于中期基準面旋回中A/S比值的變化。

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