劉 偉,趙 峰,李曉革,李?yuàn)檴?,趙崇志,何雄坤
(1.中國石油冀東油田分公司南堡油田作業(yè)區(qū),河北唐山063200;2.中國石油冀東油田分公司開發(fā)技術(shù)公司,河北唐山063200)
層次結(jié)構(gòu)分析方法在中國儲(chǔ)層研究中已得到廣泛運(yùn)用,但僅對曲流河儲(chǔ)層層次結(jié)構(gòu)的劃分方案較為統(tǒng)一[1-4],針對其他類型儲(chǔ)層的層次結(jié)構(gòu)劃分方案則存在較大差異[5-6]。目前儲(chǔ)層層次結(jié)構(gòu)研究中采用的分級方案主要有3類,分別為根據(jù)Miall提出的從0級紋層界面到8級盆地充填復(fù)合體的分級方案[4,7-8],將層序地層學(xué)或高分辨率層序地層學(xué)與Mi?all的構(gòu)型分級方案相結(jié)合提出的層次分級方案[9]以及將中國傳統(tǒng)地層對比分級方案與Miall的構(gòu)型分級方案相結(jié)合提出的層次分級方案[10]。由于各種分級方案存在一定差異,因此張昌民指出儲(chǔ)層層次結(jié)構(gòu)分析過程中,層次編號是一個(gè)開放的可變系統(tǒng),依據(jù)研究對象可以自行確定[11]。
前人已完成對南堡凹陷南堡1-5區(qū)小層級別儲(chǔ)層的研究[12-13],但由于其主力開發(fā)層系為淺水環(huán)境下的辮狀河三角洲前緣沉積,發(fā)育砂體的層數(shù)多、接觸關(guān)系復(fù)雜,導(dǎo)致目前基于小層級別的儲(chǔ)層連通關(guān)系認(rèn)識與油水井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)情況不吻合。為此,筆者在前人研究的基礎(chǔ)上[12-13],開展針對南堡1-5區(qū)東一段的儲(chǔ)層層次結(jié)構(gòu)分析,研究成果對揭示研究區(qū)儲(chǔ)層的非均質(zhì)性、明確注水開發(fā)過程中的油水運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及制定具有針對性的治理措施均有重要意義。
南堡1-5區(qū)位于南堡凹陷1號構(gòu)造的東南翼,是被斷層復(fù)雜化的潛山披覆背斜構(gòu)造。其主力含油儲(chǔ)層發(fā)育于古近系東一段,為典型的淺水環(huán)境下辮狀河三角洲前緣沉積。東一段儲(chǔ)層以淺灰色—灰白色粉砂巖、細(xì)砂巖為主,整體呈中薄—中厚層狀,單砂層厚度主要為3~12 m,最大厚度為36 m。砂層之間以泥質(zhì)沉積為主要隔層,但井間泥質(zhì)隔層的厚度變化較大。東一段儲(chǔ)層在深側(cè)向和自然電位曲線上均表現(xiàn)為較明顯的箱形、鐘形和漏斗形。研究區(qū)于2010年投入注水開發(fā),目前處于注水開發(fā)早期階段,注采井網(wǎng)較完善,平均井距約為150 m,且主力小層均有取心資料,具備進(jìn)行儲(chǔ)層層次結(jié)構(gòu)分析的條件。
在巖心觀察的基礎(chǔ)上,結(jié)合南堡1-5區(qū)實(shí)際的地質(zhì)情況和研究基礎(chǔ),完成對其東一段儲(chǔ)層層次結(jié)構(gòu)的劃分,共劃分為9級層次:①1級層次為盆地充填砂體,對應(yīng)地層單元為段,屬于構(gòu)造控制下的盆地級砂體疊合體,在研究區(qū)為主要目的層?xùn)|一段。②2級層次為體系域砂體,對應(yīng)地層單元為油層組,代表盆地范圍內(nèi)一次湖平面升降所形成的疊合砂體;研究區(qū)東一段(Ed1)可劃分為Ed1Ⅰ,Ed1Ⅱ和Ed1Ⅲ共3個(gè)油層組,各油層組間的層次界面為厚度為10~30 m的泥巖。③3級層次為疊置的三角洲前緣砂體,為不同時(shí)期三角洲前緣砂體的疊合,對應(yīng)地層單元為砂層組;研究區(qū)Ed1Ⅱ油層組可進(jìn)一步分為Ed1Ⅱ①,Ed1Ⅱ②和Ed1Ⅱ③共3個(gè)砂層組,其中Ed1Ⅱ②砂層組為主要含油層系,各砂層組之間的層次界面為厚度約為10 m的泥巖隔層。④4級層次為三角洲前緣砂體,對應(yīng)地層單元為小層,代表水動(dòng)力相對穩(wěn)定時(shí)期形成的一套平面上相對連續(xù)的砂體,剖面上表現(xiàn)為典型的河流相沉積的二元結(jié)構(gòu),以厚度約為3~5 m的隔層作為小層之間的層次界面,研究區(qū)Ed1Ⅱ②砂層組可進(jìn)一步劃分為Ed1Ⅱ②1—Ed1Ⅱ②9共9個(gè)小層。⑤5級層次為單期三角洲前緣疊合砂體,對應(yīng)地層單元為單砂層,代表一期河流作用過程中一次較大范圍的水動(dòng)力變化;單砂層之間一般以厚度較小且發(fā)育不穩(wěn)定的泥巖、含礫砂巖和鈣質(zhì)夾層作為層次界面;一個(gè)單砂層在垂向上只有一種成因,但在平面上可以是水下分流河道砂體、水下分流河道間砂體和席狀砂體等不同成因砂體的連片。⑥6級層次為單成因砂體,相當(dāng)于水下分流河道砂體、水下分流河道間砂體和河口壩砂體等成因類型,其層次界面為水下分流河道沉積間歇時(shí)期形成的泥質(zhì)披覆。⑦7級層次為單成因砂體內(nèi)的單河道砂體,其層次界面為水下分流河道砂體內(nèi)部發(fā)育的一系列小型沖刷面,代表河道形成過程中的一期擺動(dòng)。⑧8級層次為單河道砂體內(nèi)部發(fā)育的交錯(cuò)層系組,其層次界面為交錯(cuò)層系組的界面。⑨9級層次為單一的交錯(cuò)層系,其層次界面為交錯(cuò)層系的界面。
在南堡1-5區(qū)儲(chǔ)層層次結(jié)構(gòu)劃分方案中,1級和2級層次為區(qū)域地層對比,3級和4級層次為油層對比。對5級層次儲(chǔ)層的研究借鑒儲(chǔ)層構(gòu)型研究方法,根據(jù)對層次界面的識別與組合,在剖面上識別出相對一致的沉積時(shí)間單元;對6級層次主要進(jìn)行沉積微相研究,劃分出同一沉積時(shí)期砂體在平面上不同的成因類型。5級和6級層次儲(chǔ)層研究分別從剖面和平面上對砂體的形成時(shí)間和成因進(jìn)行判識,使儲(chǔ)層研究真正具備“體”的概念。7級層次儲(chǔ)層研究利用砂體的高程差異、厚度差異以及不同級別層次界面的組合,在單成因砂體(水下分流河道砂體)中刻畫單河道砂體的展布范圍及其空間接觸關(guān)系。8級和9級層次主要根據(jù)露頭和巖心資料進(jìn)行識別和對比。
根據(jù)南堡1-5區(qū)的井網(wǎng)條件及開發(fā)階段,確定1級至7級層次儲(chǔ)層為目前的研究重點(diǎn)。其中,1級至4級層次儲(chǔ)層的旋回對比和層序地層研究已形成相對統(tǒng)一的認(rèn)識[14-16];因此,重點(diǎn)對5級至7級層次儲(chǔ)層進(jìn)行劃分及研究。
2.2.1 單砂層劃分
單砂層劃分的關(guān)鍵是對于夾層的識別和組合[4,6,8,17-19]。巖心特征和測井解釋結(jié)果表明,研究區(qū)的5級層次界面類型主要有3種,分別為泥質(zhì)層、含礫砂巖層和鈣質(zhì)層。這3種5級層次界面類型均出現(xiàn)于砂體的頂、底部,在單井上常表現(xiàn)為多種類型同時(shí)出現(xiàn),因此在單砂層劃分時(shí)須綜合各種類型層次界面的空間位置及接觸關(guān)系來進(jìn)行識別。
泥質(zhì)層 泥質(zhì)層是研究區(qū)最主要的5級層次界面類型。隨著水動(dòng)力作用的減弱,單期水下分流河道沉積結(jié)束時(shí),在河道砂質(zhì)沉積物之上會(huì)形成一套泥質(zhì)沉積,巖性剖面上具有河流相沉積的二元結(jié)構(gòu)特征;但后期發(fā)育的水下分流河道常會(huì)對前一期河道頂部的泥質(zhì)沉積物下切侵蝕,進(jìn)而破壞泥質(zhì)層的連續(xù)性。根據(jù)巖心觀察和測井曲線資料均較易于識別出泥質(zhì)層(圖1),若在研究區(qū)的同一小層中,有超過50%的已鉆井可識別出泥質(zhì)層,則可將其作為2期水下分流河道的分界面。
圖1 南堡1-7井不同類型5級層次界面測井響應(yīng)特征
含礫砂巖層 由于河流對早期沉積物的沖刷—充填作用,導(dǎo)致在一期水下分流河道砂體的底部易形成一套滯留沉積,在巖性上通常表現(xiàn)為含礫砂巖。該層次界面在巖心上易于識別,但由于南堡1-5區(qū)大部分含礫砂巖層含油,其電阻率曲線回返特征不明顯,因此根據(jù)測井曲線特征進(jìn)行識別的難度較大。
鈣質(zhì)層 水下分流河道沉積一般呈正韻律,其下部的儲(chǔ)層物性較好,為孔隙水的優(yōu)勢滲流部位,也是鈣質(zhì)的優(yōu)先沉積場所,易在晚期河道砂體底部或早期河道砂體頂部形成鈣質(zhì)層。鈣質(zhì)層的厚度一般較薄,在巖心上不易于識別,但其電阻率曲線具有突然增大的特征,可根據(jù)測井曲線特征進(jìn)行識別。
2.2.2 單成因砂體劃分
雖然依據(jù)中國傳統(tǒng)沉積微相分析方法劃分的沉積微相類型[20-22]與Miall提出的儲(chǔ)層構(gòu)型要素之間的對應(yīng)關(guān)系較為復(fù)雜,但在平面上沉積微相單元一般可作為儲(chǔ)層構(gòu)型單元[5]。因此,采用傳統(tǒng)沉積微相分析方法來確定研究區(qū)的成因砂體類型,主要發(fā)育水下分流河道砂體、水下分流河道邊緣砂體、河口壩砂體和水下分流河道間砂體共4種類型。
水下分流河道砂體 水下分流河道砂體是研究區(qū)最重要的成因砂體類型。其巖性較粗,以灰色、灰白色、褐灰色的含礫砂巖、粗砂巖、中砂巖和細(xì)砂巖為主,局部見深灰色和灰色泥巖等細(xì)粒沉積物;整體呈典型的正韻律,厚度為0.5~3.2 m;發(fā)育平行層理、大—中型板狀交錯(cuò)層理以及槽狀交錯(cuò)層理。水下分流河道砂體的自然電位曲線具有明顯的負(fù)異常特征,呈箱形、微齒化箱形或鐘形,電阻率曲線表現(xiàn)為高值特征。
水下分流河道邊緣砂體 水下分流河道邊緣砂體多位于河道側(cè)緣。其巖性主要由粉砂巖、含泥細(xì)砂巖和含泥粉砂巖組成。受波浪改造作用的影響,砂體多呈復(fù)合旋回,發(fā)育水平層理、不明顯的波狀層理和波狀交錯(cuò)層理以及韻律層理等。電阻率曲線表現(xiàn)為中低幅單峰形,部分電阻率和自然伽馬曲線表現(xiàn)為低幅度的微齒化短指形。
河口壩砂體 河口壩砂體在剖面上位于辮狀河三角洲沉積下部,平面上位于水下分流河道末端及其兩側(cè)。其巖性主要為灰色、灰白色細(xì)砂巖和粉砂巖,常具有向上粒度變粗和泥質(zhì)含量減少的反韻律遞變粒序性。河口壩砂體下部發(fā)育水平層理和沙紋層理,上部可出現(xiàn)平行層理和塊狀層理等。測井曲線以中幅漏斗形和指形為主,亦可出現(xiàn)箱形臺階狀疊合組成的復(fù)合體。
水下分流河道間砂體 水下分流河道間砂體形成的水動(dòng)力強(qiáng)度較弱,其巖性主要為深灰色、淺灰色泥巖和淺灰色含泥粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖,發(fā)育水平層理、小型交錯(cuò)層理和波狀層理。水下分流河道間砂體在垂向和平面分布上均夾于水下分流河道邊緣砂體與河口壩砂體之間。測井曲線表現(xiàn)為自然伽馬值較高,自然電位及電阻率曲線為低幅平直或低幅齒形。
2.2.3 單河道砂體劃分
根據(jù)沉積微相可識別出單河道砂體,而大面積分布的水下分流河道砂體多為同一沉積時(shí)期多條河道側(cè)向拼合的結(jié)果。目前對曲流河中單河道砂體的劃分方法已較為成熟,因此借鑒前人對曲流河儲(chǔ)層構(gòu)型的研究方法[1-4,23-24],確定研究區(qū)單河道砂體劃分的3類標(biāo)志:①水下分流河道砂體頂面存在高程差異。受沉積古地形、沉積能量或發(fā)育時(shí)間差異的影響,同一沉積時(shí)期(同一單砂層)不同的水下分流河道砂體的頂面距離標(biāo)準(zhǔn)層的相對高程會(huì)存在差異,因此砂體頂面的高程差異可成為單河道砂體劃分的標(biāo)志。②水下分流河道砂體存在厚度差異。野外露頭資料證實(shí),水下分流河道砂體的形態(tài)為頂平底凸,如果水下分流河道砂體存在較大范圍內(nèi)可追蹤的厚—薄—厚的厚度差異特征,則可認(rèn)為存在2條水下分流河道。③不連續(xù)的水下分流河道間砂體和河道間泥質(zhì)沉積的出現(xiàn)代表2條水下分流河道的邊界。若水下分流河道出現(xiàn)分岔,則在河道間會(huì)由于漫溢作用形成不連續(xù)的水下分流河道間砂體或由于缺乏砂質(zhì)沉積而僅有河道間泥質(zhì)沉積,因此沿河道不連續(xù)分布的水下分流河道間砂體或河道間泥質(zhì)沉積成為2條水下分流河道的分界標(biāo)志。
根據(jù)南堡1-5區(qū)儲(chǔ)層層次結(jié)構(gòu)劃分方案,將其主力開發(fā)層系Ed1Ⅱ②砂層組的9個(gè)小層劃分為16個(gè)單砂層。在每個(gè)單砂層中可進(jìn)一步識別出水下分流河道、水下分流河道邊緣、河口壩等成因砂體類型;其中,水下分流河道砂體為研究區(qū)東一段最主要的成因砂體類型,其次為水下分流河道邊緣砂體,而水下分流河道間砂體和河口壩砂體則零星發(fā)育。
研究區(qū)水下分流河道砂體中均可識別出2~3條單河道砂體(圖2),其整體呈近北東向或南北向條帶狀展布;在平面上多與其他水下分流河道砂體交切,剖面上被上部的水下分流河道砂體頻繁下切侵蝕。單河道砂體的厚度為3~5 m,最大寬度為400 m,平均寬厚比為78.8;順河道方向砂體的延伸性較好,在整個(gè)研究區(qū)均有分布。不同沉積時(shí)期的單河道砂體發(fā)育區(qū)存在一定差異。在Ed1Ⅱ②砂層組沉積早期,研究區(qū)東部為主要的單河道砂體發(fā)育區(qū),且砂體厚度較大;在Ed1Ⅱ②5小層沉積早期,水體范圍變小,單河道砂體僅在研究區(qū)西部發(fā)育;在Ed1Ⅱ②砂層組沉積后期,水體范圍再次變大,研究區(qū)東部開始再次發(fā)育水下分流河道砂體,而西部則繼承性地成為水下分流河道砂體的主要發(fā)育區(qū)。
圖2 南堡1-5區(qū)Ed1Ⅱ②7-2單砂層展布特征
水下分流河道邊緣砂體主要發(fā)育于不同的水下分流河道砂體間,其砂體厚度為1~3 m,砂體形態(tài)變化較大。受水下分流河道砂體展布形態(tài)的控制,水下分流河道邊緣砂體整體呈條帶狀展布,但部分砂體受波浪作用改造呈片狀展布。此外,研究區(qū)部分區(qū)域的水下分流河道邊緣砂體受后期河道砂體的破壞,僅部分殘留,整體以Ed1Ⅱ②5-2單砂層的水下分流河道邊緣砂體的延伸范圍最大。
研究區(qū)Ed1Ⅱ②砂層組水下分流河道間砂體不發(fā)育,砂體厚度一般小于1 m,呈孤立的土豆?fàn)钫共?。受淺水沉積環(huán)境影響,Ed1Ⅱ②砂層組的河口壩砂體發(fā)育較少。在1期河道發(fā)育過程中,當(dāng)水動(dòng)力條件減弱時(shí),沉積物發(fā)生卸載,可形成一些具有河口壩沉積特征的砂體,使隨后的河道進(jìn)一步分流,但這種砂體發(fā)育范圍較小,且受后期河流的切割改造作用強(qiáng)烈,難以保留。因此,研究區(qū)Ed1Ⅱ②砂層組殘留的河口壩砂體厚度約為1~3 m,呈不規(guī)則狀零星分布(圖2)。
根據(jù)單河道砂體展布特征的分析認(rèn)為,南堡1-5區(qū)發(fā)育淺水環(huán)境的辮狀河三角洲沉積體系,在砂體沉積過程中受河流和湖泊的共同作用,以河流的建設(shè)作用為主,致使水下分流河道砂體相互頻繁切割,水下分流河道砂體的疊合厚度大、分布范圍廣。此外,被水下分流河道帶入湖盆的陸源碎屑顆粒也受到湖浪的改造,呈明顯的席狀化,在水下分流河道砂體兩側(cè)形成一定范圍的水下分流河道邊緣砂體。在水下分流河道末端,隨著水流強(qiáng)度變?nèi)鹾统练e物卸載,形成河口壩沉積,但由于后期水下分流河道砂體對河口壩砂體的下切或湖浪的改造作用,致使大部分河口壩砂體未保留或被席狀化。
根據(jù)層次結(jié)構(gòu)分析的原理,將南堡凹陷南堡1-5區(qū)東一段儲(chǔ)層劃分為9級層次,重點(diǎn)開展單砂層—單成因砂體—單河道砂體3級層次的儲(chǔ)層研究。結(jié)果表明,研究區(qū)以水下分流河道砂體為最重要的成因砂體類型,單河道砂體厚度為3~5 m,最大寬度為400 m,整體呈條帶狀展布。單河道砂體頻繁交切,形成廣泛分布的水下分流河道砂體發(fā)育區(qū);受波浪作用的改造和后期水下分流河道的破壞,研究區(qū)水下分流河道邊緣砂體呈席狀化展布,河口壩砂體不發(fā)育,僅在水下分流河道間和河道邊緣部位局部殘留。通過對剖面上單期三角洲前緣砂層及平面上單成因砂體和單河道砂體的層次結(jié)構(gòu)分析,實(shí)現(xiàn)了在疊合河道砂體中的單河道砂體劃分,對于準(zhǔn)確認(rèn)識砂體的非均質(zhì)性,進(jìn)而采取針對性的綜合治理措施奠定了基礎(chǔ)。
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