準噶爾阜康東部斜坡區(qū)中侏羅統(tǒng)頭屯河組高分辨層序地層格架內(nèi)儲集層宏觀非均質(zhì)性研究

柳妮, 文華國, 于景維, 祁利祺

1) 成都理工大學油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室，成都，610059； 2) 新疆油田實驗地質(zhì)中心，新疆克拉瑪依，834000

內(nèi)容提要: 應(yīng)用高分辨層序地層對準噶爾東部阜康東部斜坡區(qū)中侏羅統(tǒng)頭屯河組進行層序的劃分，共劃分出1個長期基準面旋回、三個中期基準面旋回和10個短期基準面旋回。在中期層序地層格架下，按照層內(nèi)非均質(zhì)性、層間和平面三個級次對各層序進行非均質(zhì)性剖析，發(fā)現(xiàn)儲層宏觀非均質(zhì)性具有一定的規(guī)律性，主要在MSC2層序內(nèi)表現(xiàn)明顯。MSC2儲集砂體的非均質(zhì)程度最高，基準面上升初期及下降末期，儲集砂體厚度較大，物性較好，是勘探開發(fā)有利區(qū)域。各層序的非均質(zhì)性主要受到A/S值變化所影響。

儲集層非均質(zhì)性是儲集層描述和表征的核心內(nèi)容，是制定油田勘探、開發(fā)方案的基礎(chǔ)，也是評價油藏、發(fā)現(xiàn)產(chǎn)能潛力以及預(yù)測最終采收率的重要地質(zhì)依據(jù)(于興河，2007)。近年來，國內(nèi)學者從非均質(zhì)性同沉積相關(guān)系，非均質(zhì)性與流動單元關(guān)系方面做過研究(林承焰，1993；張秀萍等，2014；房利利，2013)。

針對新疆準噶爾東部阜康斜坡區(qū)東部勘探開發(fā)的需要，相繼進行了構(gòu)造、地層以及沉積相等多方面的研究工作，取得了大量的研究成果(方世虎等，2007；魯兵等，2008；鮑志東等，2005；商琳等，2001；朱筱敏等，2008；胡宗全等，2002)。但是由于頭屯河組三角洲前緣河道砂體側(cè)向遷移頻繁，導致砂體大多為多期河道疊置而成，厚度差異大，因而對砂體的連通性和連續(xù)性缺乏深刻的認識，嚴重影響了該地區(qū)的開發(fā)。高分辨層序地層往往是從沉積動力學的角度去解決沉積相分異及砂體疊置問題，在高分辨層序格架內(nèi)部，砂體發(fā)育位置及層次性會非常明顯，是研究儲集非均質(zhì)性成因的重要手段(龍國清等，2007；屈紅軍等，2003；靳松等，2007；柯光明等，2007；倪新鋒等，2007)。因此，有必要對該區(qū)高分辨層序地層格架內(nèi)儲集層非均質(zhì)性研究，為后期綜合調(diào)整提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

阜東斜坡區(qū)位于準噶爾東部阜康凹陷東部緩坡之上，北臨奇臺凸起，東為北三臺凸起，南靠阜康斷裂帶(圖1)。研究區(qū)構(gòu)造簡單，中侏羅統(tǒng)頭屯河組地層埋深為1500m～3500m，不發(fā)育斷裂。本區(qū)頭屯河組主要發(fā)育辮狀河三角洲前緣沉積，巖石類型以細粒巖屑砂巖為主，是主要的油氣儲集巖。儲集層的孔隙度為4.2%～23.89%，平均為16.08%；滲透率為(0.01～185.41)×10-3μm2，平均為34.3×10-3μm2，屬于中孔—中低滲類型儲層。

圖1 準噶爾東部阜康東部斜坡區(qū)構(gòu)造示意圖Fig. 1 Location and tectonic sketch of the East Fukang area, eastern Junggar Basin

2 層序劃分

利用33口取芯井資料以及50余口非取芯井、測井和三維地震資料，對研究區(qū)塊進行了高分辨層序地層的劃分與對比，在分析控制可容納空間變化因素的基礎(chǔ)上，識別追蹤各級次層序界面，共劃分出一個長期旋回，3個中期旋回和10個短期旋回。其中長、中期旋回與巖性地層的組和段有很好的對應(yīng)關(guān)系(圖2)。

圖2 準噶爾東部阜康東部斜坡區(qū)中侏羅統(tǒng)頭屯河組層序的劃分與地層對應(yīng)關(guān)系Fig. 2 Sequence stratigraphy and division of the Middle Jurassic Toutunhe Formatiom in the East Fukang slope area, eastern Junggar Basin

圖3 準噶爾東部阜康東部斜坡區(qū)中侏羅統(tǒng)頭屯河組砂體粒度與滲透率韻律變化Fig. 3 Variation of permeability rhythmic and grain-size of sand of the Middle Jurassic Toutunhe Formatiom in the East Fukang slope area, eastern Junggar Basin (a)阜東5井，正韻律; (b)阜東7井，反韻律; (c)阜東2井，復(fù)合韻律; (d)阜東7井，均勻韻律 (a)Positive rhythm,FD5; (b)Negative rhythm,FD7; (c)Composite rhythm,FD2; (d)Homogeneous rhythm,FD7

3 宏觀非均質(zhì)性

3.1 層內(nèi)非均質(zhì)性3.1.1 粒度韻律

粒度韻律一般分為正韻律、反韻律、復(fù)合韻律和均質(zhì)韻律四類(圖3)，這些旋回在本區(qū)廣泛存在，其孔滲也表現(xiàn)出類似的縱向變化特征(圖3)。

3.1.2 滲透率韻律

本區(qū)比較常見的有正韻律、復(fù)合正韻律、均質(zhì)韻律(圖3)，其中正韻律和復(fù)合正韻律主要出現(xiàn)在水下分流河道沉積微相中。

3.1.3 滲透率非均質(zhì)程度

圖4 準噶爾東部阜康東部斜坡區(qū)中侏羅統(tǒng)頭屯河組MSC2內(nèi)夾層示意圖(阜東10井)Fig. 4 Schematic diagram of interlayers in MSC2 of the Middle Jurassic Toutunhe Formation (well FD10) in the East Fukang slope area, eastern Junggar Basin

目前對儲集層宏觀非均質(zhì)性表征常用的方法為統(tǒng)計學方法以及嚴科法(勞倫茲曲線法的修正)。嚴科法適用于任何油藏，并且其計算的值理論在有界(0～1)，這要比以往統(tǒng)計學方法有優(yōu)勢，因此本次研究主要用嚴科法(郭宇航，2007；嚴科等，2008)。

表1 嚴科法所得準噶爾東部阜康東部斜坡區(qū)中侏羅統(tǒng)頭屯河組各中期層序多井非均質(zhì)系數(shù)Table 1 StatisticTable of poly-wells heterogeneitic coefficients of the medium-term sequences of the Middle Jurassic Toutunhe Formation in the East Fukang slope area, eastern Junggar Basin with Yanke's method

嚴科法簡單來說就是計算每一塊巖樣相對應(yīng)的滲透率貢獻百分數(shù)并求和，得出累計滲透率貢獻值，與每塊巖樣所對應(yīng)的序數(shù)百分數(shù)在平面直角坐標系上繪制出滲透率累計分布曲線。然后將滲透率貢獻率及其對應(yīng)的序數(shù)百分數(shù)分別進行倒數(shù)變換，并在直角坐標下作圖，將不同形態(tài)的滲透率累積分布曲線轉(zhuǎn)換成斜率不同的直線，利用斜率來反映儲集層宏觀非均質(zhì)程度，要說明的是斜率值與儲集層非均質(zhì)程度成反比。

通過對研究區(qū)頭屯河組中期層序中多井非均質(zhì)系數(shù)k的統(tǒng)計，結(jié)果如表1。從表中可以看出，研究區(qū)儲集層有較強的非均質(zhì)性。具體表現(xiàn)在MSC1k值小于0.1的約占38%，k值在0.3～0.6約占38%，k最大值為0.488，表明MSC1儲集層的非均質(zhì)性較強；MSC2k值小于0.1的約占20%，k最大值為0.622，說明MSC2儲集層的非均質(zhì)性相比較更加強；MSC3由于樣品較少，不具有對比性，但就目前結(jié)果來看，其非均質(zhì)性同MSC1相似。

圖5 準噶爾東部阜康東部斜坡區(qū)北42—阜東6—北27—阜東052井中侏羅統(tǒng)頭屯河組等時地層格架對比圖Fig. 5 Sequence stratigraphic comparison of the Middle Jurassic Toutunhe Formation in the wells B42—FD6—B27—FD052, the East Fukang slope area, eastern Junggar Basin

3.1.4 層內(nèi)夾層

研究區(qū)識別出的夾層以泥巖和粉砂質(zhì)泥巖為主，鈣質(zhì)泥巖較少。夾層分布的形式從巖芯上看主要是泥質(zhì)條帶或者薄層泥巖，從測井曲線上看主要是齒形高伽馬段(圖4)，主要分布于水下分流河道砂體上部或河口壩砂體的周圍。平面上夾層主要以兩種方式分布。其一分布于水下分流河道與分流間灣之間的區(qū)帶，這是由于該區(qū)域中水動力既能維持較厚砂體的沉積，又能使泥質(zhì)夾層不被砂體沖刷掉；其二是以前三角洲泥的形式覆蓋于河口壩上部，起到局部蓋層作用。

3.2 層間非均質(zhì)性

層間非均質(zhì)性一般以分層系數(shù)和砂巖密度來刻畫。分層系數(shù)為一套層系或者一個油藏內(nèi)砂層的層數(shù)，一般情況下，單位厚度上鉆遇的砂層越多，代表層間的非均質(zhì)性越強。在油氣開發(fā)領(lǐng)域，砂巖密度同砂地比是一個概念，趙虹(2004)總結(jié)出當砂巖密度大于50%時，砂體為大面積連片分布，且砂體的連通性好，在垂向上砂體連續(xù)疊置；當砂體密度為30%～50%時，為局部連通的帶狀分布砂體；小于30%時為連通性差的孤立性砂體。

表2準噶爾東部阜康東部斜坡區(qū)中侏羅統(tǒng)頭屯河組砂厚與砂巖密度統(tǒng)計表

Table2Statistic
TableofsandstonethicknessandsandstonedensityintheMiddleJurassicToutunheFormationintheEastFukangslopearea,easternJunggarBasin

層序鉆遇砂層井數(shù)砂巖厚度(m)砂巖密度最小值最大值平均值最小值最大值平均值MSC1441360450.1410.30MSC24314115610.1110.36MSC34008033.72010.38

透過研究區(qū)砂體對比剖面(圖5)可看出研究區(qū)MSC2的分層系數(shù)要大于研究區(qū)的其他區(qū)域，說明MSC2的非均質(zhì)性要強，結(jié)合沉積背景可推測當時中部沉積環(huán)境以頻繁的湖進湖退為特征，導致砂泥混雜堆積，沖刷頻現(xiàn)，這說明單層砂體物性要好。

通過對工區(qū)44口井的砂厚及砂巖密度進行統(tǒng)計(表2)，可知MSC3與MSC2砂巖很發(fā)育，砂巖密度大于30%，尤其是MSC2砂體厚度平均值也較高，砂體局部連片分布，且砂體的連通性好，在垂向上砂體連續(xù)疊置。

3.3 平面非均質(zhì)性

平面非均質(zhì)性主要受沉積相帶的控制，平面上沉積微相的差異，會導致平面上非均質(zhì)變化，主要是通過砂體幾何形態(tài)與連通性以及砂體滲透率非均質(zhì)系數(shù)平面展布來表征。

3.3.1 砂體的幾何形態(tài)及連通性

砂體幾何形態(tài)和連續(xù)性受控于沉積相，不同沉積環(huán)境形成的砂體具有各自不同的特點，主要通過砂體等值線圖來表示。

從圖6中可以看出，MSC1和MSC2中砂巖的厚度普遍較大，多含厚度>50m以上的砂體，比較而言，MSC2的砂體總體要厚些，基本分布在研究區(qū)的中北部和南部。而且MSC2和MSC3平面上砂體的分布要比MSC1要廣，順物源方向砂體厚度慢慢減薄。在MSC2和MSC3的南部地區(qū)，不同方向的物源提供的沉積物堆積于此，砂體延伸較遠，連續(xù)性很好。

砂體的橫向連通性主要依賴于同時期砂體之間的對比，圖3是選取代表性的砂體對比剖面，對高分辨層序格架內(nèi)砂體進行了精細的劃分與對比，很明顯的反映出砂體之間的連通狀況：MSC2和MSC3砂體的連通性要好于MSC1，MSC2砂體連通性為最好。

3.3.2 砂體滲透率非均質(zhì)系數(shù)平面展布

本文應(yīng)用的是非均質(zhì)性系數(shù)k的平面等值線圖表征平面非均質(zhì)性(圖7)。

將14口井結(jié)合新疆油田地質(zhì)實驗中心所提供的數(shù)據(jù)，對阜東斜坡區(qū)頭屯河組的平面非均質(zhì)性進行研究，由于頭三段的樣品較少，不具有很強的規(guī)律性，因此在這不討論，只討論頭一段與頭二段的平面非均質(zhì)性。頭一段的平面非均質(zhì)性特征如下：北部和中部的非均質(zhì)性變化方向同研究區(qū)的物源方向基本一致，隨著物源方向非均質(zhì)性逐漸減弱；頭二段的平面非均質(zhì)性對同頭一段相比而言，非均質(zhì)性弱的區(qū)域有所減小，中—強的區(qū)域有很大程度增加，整體的非均質(zhì)性要強于頭一段。

4 層序地層學同非均質(zhì)性強度關(guān)系探討

不難看出，上述儲集層宏觀非均質(zhì)性同高分辨層序密切相關(guān)，尤其是A/S值(可容納空間與沉積物補給量之比)。因為A/S值變化是諸多控制沉積作用因素的綜合響應(yīng)，能夠決定可容納空間沉積物堆積速度、保存程度和內(nèi)部結(jié)構(gòu)(如堆積樣式)(鄭榮才等，2010)。隨著A/S值的變化，造成沉積物沉積過程中儲集層的厚度、砂巖的粒度、分選性和泥質(zhì)含量等變化，從而在基準面變化過程中所形成的儲集砂體的孔隙度及滲透率發(fā)生規(guī)律性變化，從而影響儲集層非均質(zhì)性。

圖7 準噶爾東部阜康東部斜坡區(qū)中侏羅統(tǒng)頭屯河組一段(a)和二段(b)非均質(zhì)性系數(shù)K等值線圖Fig. 7 Contour map of coefficient of anisotropy in the First Member(a) and the Second Member (b) of the Toutunhe Formation in the East Fukang slope area, eastern Junggar Basin

MSC1時期，研究區(qū)基準面總體大幅上升，A/S>1，水下分流河道的側(cè)向遷移活動范圍擴大，區(qū)內(nèi)發(fā)育退積型辮狀河三角洲，由于物源供給影響三角洲前緣河道砂體以及河口壩砂體厚度中等，粒度變細、泥質(zhì)含量增高，其孔隙度和滲透率減小，前積范圍較局限。MSC2時期，基準面上升與下降頻繁交替，A/S值在約為1，物源補給基本可填充湖平面升高創(chuàng)造出的可容空間，地層疊加樣式以加積—進積為主，使得三角洲發(fā)育的范圍相對擴大，前緣河道砂與砂壩雖然厚度相對較小，但連通性很好，不同期儲集砂體之間相互疊置與切割，同時細粒物質(zhì)在湖平面升高時期充填粗粒之中，堵塞孔隙，是連通性發(fā)生變化，物性條件變復(fù)雜，造成該時期砂體非均質(zhì)性最強。MSC3時期，基準面開始下降，可容納空間急劇降低，A/S<1使得研究區(qū)發(fā)育大型進積型三角洲，范圍要大于MSC2時期所形成的三角洲，但由于后期構(gòu)造運動的剝蝕使得砂體厚度總體不大。

圖8 準噶爾東部阜康東部斜坡帶頭屯河組短期旋回試油結(jié)果統(tǒng)計圖Fig. 8 Statistical graph of oil production test data of the short-term cycles in the Middle Jurassic Toutunhe Formation in the East Fukang slope area, eastern Junggar Basin (a)短期層序含油層段統(tǒng)計 ; (b)短期層序產(chǎn)液量(油+水)統(tǒng)計; (c)短期層序有效儲層統(tǒng)計 (a)Statistics of oil-bearing bed in short-term sequences ；(b)statistics of liquid(oil and water) producing capacity in short-term sequences；(c)statistics of effective reservoirs in short-term sequences

重點要說明的是MSC2時期形成的儲集層非均質(zhì)性最強，油田勘探結(jié)果表明頭屯河組絕大部分油層都分布在頭二段，應(yīng)探討其內(nèi)部有利儲集層砂體的分布，為油田今后設(shè)計開發(fā)方案設(shè)計提供基礎(chǔ)地質(zhì)信息。通過A/S值變化同儲集砂體的關(guān)系，認為本研究區(qū)在MSC2基準面上升初期(SSC4)，沉積動力以強烈充填進積為主，極易形成沖刷面，儲集層砂體沉積速度快且厚度較大，粒度粗，成分成熟度與結(jié)構(gòu)成熟度較好，物性較好，垂向上砂體疊置，平面上砂體連片；MSC2基準面下降早中期(SSC7)，沉積動力以退積為主，逐漸過渡為加積，儲集層單砂體沉積厚度不均一，粒度細，物性中等，在垂向以及橫向上多以透鏡狀產(chǎn)出，總體厚度較大。因此SSC4與SSC7應(yīng)為頭二段中有利儲集層發(fā)育區(qū)，這與精細油層勘探結(jié)果相一致(圖8)。

5 結(jié)論

研究區(qū)頭屯河組共劃分一個長期旋回，3個中期旋回和10個短期旋回。在中期層序地層格架中，三個層序中的儲集層層內(nèi)、層間、平面均有較強非均質(zhì)性。A/S值控制研究區(qū)儲集層宏觀非均質(zhì)性強度，由于A/S值在1處上下浮動，儲集層非均質(zhì)性具有一定規(guī)律性。中期旋回在基準面上升初期及下降末期，砂體分布范圍較大，連通性較好，垂向厚度大，易形成有利儲集層。MSC2儲集層非均質(zhì)性最強，其上升初期及下降末期分別對應(yīng)SSC4與SSC7，經(jīng)油田勘探后認為識有利儲集層發(fā)育區(qū)。這種強非均質(zhì)性儲集層對于優(yōu)化開發(fā)方案設(shè)計、提高油田采收率等具重要意義。