基準(zhǔn)面旋回對河口壩儲集層微觀非均質(zhì)性影響——以勝坨油田三區(qū)沙二段9砂層組河口壩儲集層為例

梁宏偉 ，吳勝和 ，王軍，岳大力 ，李宇鵬 ，印森林 ，喻宸 ，王夏斌

（1.中國石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院；2. 中國石油勘探開發(fā)研究院；3. 中國石化勝利油田地質(zhì)科學(xué)研究院）

0 引言

儲集層微觀非均質(zhì)性是影響流體運移、剩余油分布和油氣開發(fā)[1-4]的重要因素，主要包括孔隙、顆粒和填隙物非均質(zhì)性3個方面[5]。近年來，在儲集層非均質(zhì)性按級次分類研究的基礎(chǔ)上[6]，國內(nèi)外眾多學(xué)者對儲集層物性分布特征及主控因素進行了分析，認(rèn)為儲集層微觀非均質(zhì)性不但受控于構(gòu)造運動和成巖改造作用[7-10]，同時還受到沉積因素的影響。其中，在基準(zhǔn)面旋回方面，前人主要研究其對儲集層宏觀非均質(zhì)性的影響及作用機理[11-13]，對不同旋回階段同類微相儲集層微觀非均質(zhì)性差異的影響因素及控制機理探討較少。因此，本文以勝坨油田三區(qū)（以下簡稱勝三區(qū)）沙二段 9砂層組河口壩儲集層為例，在應(yīng)用密井網(wǎng)（平均井距120 m）建立高精度層序地層格架的基礎(chǔ)上，分析 500余口開發(fā)井的儲集層物性參數(shù)，探討基準(zhǔn)面旋回對河口壩儲集層微觀非均質(zhì)性的影響及作用機理。

1 研究區(qū)概況

勝坨油田位于渤海灣盆地濟陽坳陷東營凹陷北部，是一個明顯受近東西向陳南鏟式正斷層派生分支斷層控制而形成的逆牽引背斜構(gòu)造油藏（見圖1）。勝三區(qū)位于勝利村構(gòu)造主體部位，物源、油源豐富，發(fā)育震旦系、寒武系花崗巖基底和上覆第三系、第四系碎屑巖。其中第三系由古近系沙河街組（包括沙四段、沙三段、沙二段和沙一段）、東營組和新近系館陶組、明化鎮(zhèn)組組成。沙二段為一套完整的河流—三角洲沉積體系，共可分為15個砂層組，本次研究重點為9砂層組，其為典型的三角洲前緣沉積[14]。

圖1 勝坨油田構(gòu)造位置[15]

勝三區(qū)沙二段 9砂層組孔隙類型以原生砂巖粒間孔為主，次生孔隙不發(fā)育，喉道形態(tài)較為復(fù)雜；孔隙度為25%～32%，平均30.05%，屬高孔儲集層；滲透率變化范圍較大，為 0.5×10?3～8 980×10?3μm2，平均1 823.17×10?3μm2。儲集層以石英砂巖為主，主要為泥質(zhì)和鈣質(zhì)膠結(jié)，巖石成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度較高；巖石固結(jié)程度低到中等，顆粒以點接觸和點-線接觸為主，整體處于早成巖階段[15]。由于埋深跨度較小（2 100～2 200 m），故成巖作用對9砂層組儲集層微觀非均質(zhì)性影響較弱。

2 高分辨率層序地層格架

根據(jù)前人研究成果[15]，可將勝三區(qū)沙二段 9砂層組劃分為 91和 92共 2個小層、6個單層。結(jié)合前人對基準(zhǔn)面旋回級次的研究成果[16-19]，若將三級層序?qū)?yīng)為長期基準(zhǔn)面旋回，則可將 9砂層組作為一個長期基準(zhǔn)面旋回下降半旋回。在 9砂層組內(nèi)部，根據(jù)巖心及測井曲線變化特征（見表 1，據(jù)鄭榮才等[16]修改），可進一步劃分為3個中期基準(zhǔn)面旋回、6個短期旋回（見圖2）。在此基礎(chǔ)上，可根據(jù)地層沉積特點和砂體發(fā)育規(guī)律，在剖面上進行旋回識別和對比（見圖 3）。

表1 勝三區(qū)沙二段9砂層組高分辨率層序地層格架特征和識別標(biāo)志

圖2 勝三區(qū)沙二段9砂層組基準(zhǔn)面旋回綜合模式（SP—自然電位；GR—自然伽馬；R1，R2—微梯度、微電位電阻率）

3 沉積微相特征與儲集層非均質(zhì)性定量評價參數(shù)

3.1 沉積微相特征

在高分辨率層序地層格架基礎(chǔ)上，根據(jù)不同類型沉積微相的巖性和測井曲線特征（重點識別單一河口壩[20]）等識別標(biāo)志，在 9砂層組識別了分流河道、河口壩等主要微相類型（見表 2）。其中，短期旋回發(fā)育單一河口壩級次砂體，中期旋回對應(yīng)復(fù)合河口壩級次砂體，長期旋回發(fā)育多期復(fù)合河口壩。

3.2 儲集層微觀非均質(zhì)性定量評價參數(shù)

儲集層微觀非均質(zhì)性包含孔隙非均質(zhì)性、顆粒非均質(zhì)性和填隙物非均質(zhì)性 3部分，其中孔隙非均質(zhì)性可通過孔喉半徑、孔喉分選和孔喉連通性表征，顆粒非均質(zhì)性可通過巖石碎屑結(jié)構(gòu)和巖石礦物學(xué)參數(shù)表征，而填隙物非均質(zhì)性則受顆粒之間沉積基質(zhì)（泥質(zhì)雜基）及膠結(jié)物控制。

本文重點探討基準(zhǔn)面旋回對單一微相儲集層微觀非均質(zhì)性的控制，統(tǒng)計了 500余口開發(fā)井單一河口壩儲集層非均質(zhì)性定量評價參數(shù)。由于短期旋回內(nèi)部單一河口壩受自旋回影響較大，而水動力強弱條件等自旋回因素受古地形及古水流等條件影響而存在較大差異，故本次研究主要對開發(fā)階段相同、與物源距離相近且古地形相似的單一河口壩主體儲集層微觀非均質(zhì)性參數(shù)進行分析。

4 各基準(zhǔn)面旋回與儲集層微觀非均質(zhì)性的關(guān)系

4.1 短期基準(zhǔn)面旋回與單一河口壩儲集層微觀非均質(zhì)性關(guān)系

圖3 基準(zhǔn)面旋回關(guān)鍵界面識別標(biāo)志及密井網(wǎng)層序地層對比

表2 勝三區(qū)沙二段9砂層組不同類型儲集體特征

基準(zhǔn)面旋回對沉積作用的影響主要可分為自旋回因素和異旋回因素[21]。分析研究區(qū)目的層 6個短期基準(zhǔn)面旋回發(fā)現(xiàn)（見圖4），單一河口壩主體自下而上顆粒非均質(zhì)性變化相對較小，這是因為短期旋回發(fā)育時間相對較短，構(gòu)造運動等異旋回因素處于相對靜止?fàn)顟B(tài)，表現(xiàn)為短期基準(zhǔn)面旋回發(fā)育期間，可容納空間減少速率與沉積物供給速率的比值基本相同，且沉積物物源不變，故砂巖儲集層剛性顆粒等礦物組分和含量相近，且碎屑顆粒的搬運距離變化較小，使砂巖儲集層的分選相近，磨圓度基本相同，因而儲集層的成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度整體變化不大，使顆粒非均質(zhì)性對短期旋回中單一河口壩主體的儲集層微觀非均質(zhì)性影響相對較小。而單一河口壩主體的填隙物非均質(zhì)性則呈向上減弱的分布特征，這是由于隨著短期基準(zhǔn)面不斷下降，沉積水體水動力不斷增強，泥質(zhì)填隙物含量不斷降低；同時，單一河口壩主體由下向上砂巖儲集層與濱淺湖泥巖（為膠結(jié)作用提供物源[22-23]）的距離不斷增加，且短期旋回埋深跨度較小，地溫對黏土礦物及碳酸鹽膠結(jié)物的分布影響較小，故短期旋回中單一河口壩主體的填隙物非均質(zhì)性主要受自旋回因素影響而呈向上不斷變?nèi)踮厔?。同樣，在沉積水動力條件不斷增強等自旋回因素影響下，河口壩主體的粒度不斷變粗，儲集層孔隙體積相應(yīng)增加，使儲集層喉道半徑不斷變大；且隨著泥質(zhì)雜基等填隙物的含量持續(xù)減少，砂巖儲集層孔喉分選性持續(xù)變好，使儲集層孔喉連通性不斷改善、物性持續(xù)變好，最終導(dǎo)致孔隙非均質(zhì)性表現(xiàn)為底強頂弱分布特征。

圖4 3-4J111井SSC4短期基準(zhǔn)面旋回儲集層微觀非均質(zhì)模式

通過以上分析可知，由于短期旋回發(fā)育時間相對較短，構(gòu)造運動等異旋回因素相對穩(wěn)定，可容納空間減少速率與沉積物供給速率的比值保持不變，使單一河口壩主體儲集層微觀非均質(zhì)性主要受自旋回因素影響，整體表現(xiàn)為底強頂弱分布特征。

4.2 中期基準(zhǔn)面旋回與復(fù)合河口壩儲集層微觀非均質(zhì)性關(guān)系

研究區(qū)目的層段中期基準(zhǔn)面旋回對應(yīng)復(fù)合河口壩主體級次砂體，由多期單一河口壩復(fù)合而成。雖然微相類型相同，但發(fā)育在不同短期旋回內(nèi)的單一河口壩主體的儲集層微觀非均質(zhì)性差異明顯。這是因為隨著中期基準(zhǔn)面下降，湖盆萎縮，河流攜帶沉積物不斷向湖盆方向進積，使可容納空間減少速率與物源供給速率的比值不斷降低，故表現(xiàn)為在整個中期旋回發(fā)育過程中，沉積物搬運距離持續(xù)增加且增加速度越來越快，使后期沉積的單一河口壩主體中剛性顆粒含量和成分成熟度更高（見圖 5a）、儲集層分選程度更好（見圖5b）、顆粒非均質(zhì)性更弱。同時，由于湖盆基底持續(xù)抬升、沉積水體不斷變淺，可容納空間逐漸減少、沉積物供給速率增加，黏土礦物和泥質(zhì)雜基的含量隨著砂泥比的增加及水動力條件變強而相應(yīng)減少（見圖 5c、5d），由于靠近濱淺湖泥巖的砂巖儲集層更易形成碳酸鹽膠結(jié)物[22]，且攜帶碳酸根離子的成巖流體通常沿儲集層物性相對較好的部位運移，故碳酸鹽膠結(jié)物的發(fā)育程度也隨著與濱淺湖泥巖的距離增加而不斷減弱（見圖5e），最終使后期沉積的單一河口壩主體的填隙物非均質(zhì)性不斷變?nèi)?。同樣，在異旋回因素?dǎo)致的可容納空間減少速率與物源供給速率比值降低和沉積水動力條件不斷變強等自旋回因素的共同影響下，后沉積的單一河口壩主體的粒徑相對增加（見圖5f），使儲集層孔隙體積擴大、喉道半徑增加、沉積物粒度分選性變好，而剛性顆粒含量增加與填隙物含量減少使喉道受到保護且不易被堵塞，增加了孔喉的連通性，使復(fù)合河口壩自下而上表現(xiàn)為物性變好（見圖5g、5h）、孔隙非均質(zhì)性變?nèi)醯奶卣鳎ㄒ妶D6）。

圖5 河口壩主體顆粒及填隙物非均質(zhì)性參數(shù)與基準(zhǔn)面旋回的關(guān)系

由上述分析可知，中期旋回由于發(fā)育時間相對較長而更易受構(gòu)造運動等異旋回因素影響，導(dǎo)致可容納空間減小速率與沉積物供給速率比值發(fā)生改變，其與自旋回因素共同作用，使中期基準(zhǔn)面旋回不同時期發(fā)育的單一河口壩沉積環(huán)境有差異，導(dǎo)致不同短期旋回中發(fā)育的同類沉積微相的儲集層微觀非均質(zhì)性出現(xiàn)差異。同時，由于研究區(qū)目的層中期旋回發(fā)育過程中構(gòu)造運動等異旋回因素持續(xù)變化，可容納空間減少速率與沉積物供給速率的比值持續(xù)減小，且水動力條件等自旋回因素處于不斷增強的狀態(tài)，使多期單一河口壩主體有序組合，最終導(dǎo)致復(fù)合河口壩主體的儲集層微觀非均質(zhì)性總體表現(xiàn)為底部較強、頂部較弱分布特征。

4.3 長期基準(zhǔn)面旋回與多期復(fù)合河口壩儲集層微觀非均質(zhì)性關(guān)系

圖6 河口壩主體孔隙非均質(zhì)性參數(shù)與基準(zhǔn)面旋回的關(guān)系

勝三區(qū)沙二段 9砂層組對應(yīng)于長期基準(zhǔn)面旋回LSC1的下降半旋回，由MSC1，MSC2和MSC3共3個中期旋回組成。觀察發(fā)現(xiàn)，雖然單期復(fù)合河口壩的儲集層微觀非均質(zhì)性表現(xiàn)為較明顯的底部較強、頂部較弱分布特征，但多期復(fù)合河口壩的儲集層微觀非均質(zhì)性則表現(xiàn)為不明顯的向上變?nèi)踮厔?。這是因為長期旋回發(fā)育時間相對較長，盆地基底和湖平面經(jīng)歷多次升降，使可容納空間反復(fù)增減、沉積物供給速率不斷改變，最終導(dǎo)致可容納空間變化速率與沉積物供給速率的比值反復(fù)增減，多期復(fù)合河口壩沉積物搬運距離表現(xiàn)為多次增減的非持續(xù)性變化，使儲集層成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度總體變化趨勢不明顯，儲集層顆粒非均質(zhì)性分布規(guī)律性較弱；同時，沉積水體的水動力條件等自旋回因素也隨著可容納空間變化速率與沉積物供給速率比值反復(fù)增減而不斷改變，使自旋回因素受構(gòu)造等異旋回因素的制約，導(dǎo)致儲集層填隙物非均質(zhì)性和孔隙非均質(zhì)性規(guī)律性較弱（見圖 5、圖 6）。但由于該區(qū)目的層長期基準(zhǔn)面總體處于下降趨勢，使可容納空間變化速率與沉積物供給速率的比值雖然反復(fù)增減，但仍表現(xiàn)為總體減小趨勢，故多期復(fù)合河口壩主體儲集層微觀非均質(zhì)性呈后期弱于前期的規(guī)律，但趨勢不如短期及中期基準(zhǔn)面旋回明顯。

5 結(jié)論

勝三區(qū)沙二段 9砂層組埋藏較淺、埋深跨度相對較小，成巖作用對水下河口壩儲集層微觀非均質(zhì)性的影響整體差異較小，故多級次基準(zhǔn)面旋回及其伴隨的可容納空間變化速率與沉積物供給速率比值的改變所引起的沉積環(huán)境變化是研究區(qū)目的層不同級次河口壩儲集層微觀非均質(zhì)性的決定因素。

研究區(qū)目的層短期基準(zhǔn)面旋回在構(gòu)造等異旋回因素相對靜止條件下，可容納空間減小速率與沉積物供給速率比值基本不變，使短期基準(zhǔn)面旋回主要受自旋回因素影響，表現(xiàn)為單一河口壩儲集層自下而上粒度變粗、孔滲物性變好和填隙物含量減少，故儲集層微觀非均質(zhì)性表現(xiàn)為明顯反韻律特征；中期基準(zhǔn)面旋回在自旋回因素影響基礎(chǔ)上，同時受到構(gòu)造等異旋回因素的控制，可容納空間減小速率與沉積物供給速率比值減小，導(dǎo)致不同時期形成的單一河口壩主體的儲集層非均質(zhì)性產(chǎn)生差異，并表現(xiàn)為后發(fā)育單一河口壩主體整體粒徑相對增加、孔滲物性相對改善、填隙物含量相對減少，故儲集層微觀非均質(zhì)性相對減弱；長期基準(zhǔn)面旋回雖然同樣受控于自旋回因素，但由于發(fā)育時間相對較長，受構(gòu)造運動等異旋回因素主導(dǎo)，可容納空間變化速率與沉積物供給速率比值反復(fù)增減，同時由于本工區(qū)目的層長期基準(zhǔn)面呈總體下降趨勢，故多期復(fù)合河口壩儲集層微觀非均質(zhì)性表現(xiàn)為向上變?nèi)踮厔?，但?guī)律性不如短期及中期旋回明顯。

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