儲層非均質(zhì)性與基準(zhǔn)面旋回的關(guān)系——以惠民凹陷商三區(qū)沙河街組三段上亞段為例

姜昭琛 （中國石油大學(xué) （北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京102200）

儲層宏觀非均質(zhì)性是油田開發(fā)中后期的重要研究內(nèi)容，對于提高采收率有著重要意義［1～5］。高分辨率層序地層學(xué)從沉積動力學(xué)角度分析不同可容納空間內(nèi)各基準(zhǔn)面旋回的體積分配和相分異［6～8］，可以更好地解釋儲層宏觀非均質(zhì)性的成因。研究表明，基準(zhǔn)面旋回過程決定了儲層的巖性、物性、幾何形態(tài)以及連續(xù)性，從而控制了儲層非均質(zhì)性。對基準(zhǔn)面旋回充填動力學(xué)特征的研究已成為認(rèn)識儲層非均質(zhì)性的重要途徑［9～14］。

惠民凹陷商河油田商三區(qū)沙河街組三段上亞段 （Esu3）是區(qū)內(nèi)的主力產(chǎn)油層位，隨著開采程度的提高，注采矛盾突出，開發(fā)難度不斷增大。因此，筆者嘗試從基準(zhǔn)面旋回的角度入手對儲層宏觀非均質(zhì)性進(jìn)行研究，掌握儲層物性變化規(guī)律，以期能為油田開發(fā)層系的劃分等綜合調(diào)整提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

商河油田商三區(qū)位于渤海灣盆地濟(jì)陽坳陷惠民凹陷中央隆起帶臨商帚狀斷裂體系［15］。研究區(qū)古近紀(jì)地層包括孔店組、沙河街組 （Es）和東營組，其中Es自上而下可分為4段 （Es1、Es2、Es3、Es4），Es3又可分為上、中、下（Esu3、Esm3、EsL3）3個亞段。該次研的目的層位為Esu3，厚200m 左右，主要為灰色粉、細(xì)砂巖與灰色泥巖的互層，依據(jù)傳統(tǒng)的小層劃分方法，Esu3可分為6 個砂組，26 個小層。Esu3主要發(fā)育濁積扇沉積［16］，平面上呈扇形展布，沉積微相可進(jìn)一步劃分為辮狀溝道、溝道間、溝道側(cè)緣以及外扇泥等。

2 基準(zhǔn)面旋回的識別

對研究區(qū)內(nèi)基準(zhǔn)面旋回的識別主要依據(jù)鉆井巖心和測井曲線，識別標(biāo)志包括地層剖面中的沖刷面、砂泥厚度的旋回性變化、巖相類型和相組合在垂向上的變化以及旋回疊加樣式的改變。在研究區(qū)識別出短期、中期和長期三級基準(zhǔn)面旋回，劃分了20個短期旋回、6個中期旋回和1個長期旋回 （圖1），識別出以下3種短期基準(zhǔn)面旋回基本類型：

圖1 S13－351井高分辨率層序地層劃分

2．1 向上變深非對稱型

該類型主要分布于中扇辮狀溝道，以上升半旋回為主，下降半旋回則表現(xiàn)為沖刷間斷面，砂巖底部常具侵蝕面。向上沉積物粒度變細(xì)，代表水體變深，測井曲線呈現(xiàn)箱形或者鐘形。根據(jù)巖性組合和沉積序列特征，又可分為低可容納空間型和高可容納空間型。2 種類型均形成于RA－S（沉積物可容納空間與沉積物補給量之比）＜1 的沉積條件下，但低可容納空間型是在基準(zhǔn)面緩慢上升的過程中，沉積速率大于基準(zhǔn)面上升速率，造成辮狀溝道砂體的切割疊置，從而僅保留了下部的粗粒物質(zhì)。相比于前者，高可容納空間型基準(zhǔn)面旋回的頂部則保留了細(xì)粒沉積物，表現(xiàn)為辮狀溝道頂部的泥質(zhì)粉砂巖或者泥巖。

2．2 向上變淺非對稱型

該類型僅發(fā)育基準(zhǔn)面下降半旋回沉積記錄，主要分布于辮狀溝道側(cè)緣等中扇與外扇的過渡區(qū)域，巖性組合上表現(xiàn)為泥巖、泥質(zhì)粉砂巖和粉砂巖組成的向上變粗的反韻律結(jié)構(gòu)。主要是由于基準(zhǔn)面下降期間，沉積物供應(yīng)量大于可容納空間，形成進(jìn)積序列，造成粗粒沉積物不斷覆蓋在細(xì)粒沉積物之上。

2．3 向上變深復(fù)變淺對稱型

該類型保留有完整的基準(zhǔn)面上升和基準(zhǔn)面下降半旋回沉積記錄，沉積序列具有向上變細(xì)再變粗的粒序性，研究區(qū)主要分布在中扇以及中扇前緣區(qū)域。上升半旋回主要為辮狀溝道砂體和溝道間組成的正韻律退積結(jié)構(gòu)；下降半旋回主要為溝道側(cè)緣砂體構(gòu)成的反韻律進(jìn)積序列。以湖泛面為界，其上下的沉積序列、微相組合以及沉積厚度可能會有所差異。例如，在中扇辮狀溝道與溝道側(cè)緣沉積區(qū)，上升半旋回大于下降半旋回；而在中扇前緣和外扇地區(qū)則發(fā)育上升半旋回小于下降半旋回的基準(zhǔn)面旋回類型。

3 層內(nèi)非均質(zhì)性

層內(nèi)非均質(zhì)性指的是單砂層在垂向上巖性、物性等儲層特征的變化情況，其主要受控于垂向上砂體粒度和沉積構(gòu)造等的變化，直接影響并控制單砂層內(nèi)注入水波及體積。

3．1 層內(nèi)非均質(zhì)模式

短期基準(zhǔn)面旋回中RA－S大小直接控制了砂體的成因類型，從而影響砂體物性發(fā)育。通過巖心觀察及分析化驗資料，結(jié)合測井曲線特征，根據(jù)短期基準(zhǔn)面旋回過程與儲集物性的關(guān)系，建立了5種物性非均質(zhì)模式。

3．1．1 物性向上變差的模式

主要發(fā)育于辮狀溝道向溝道間演變的正韻律砂體組合中 （圖2中A 型），其成因主要是由于隨著基準(zhǔn)面的上升，可容納空間變大，同時沉積物供應(yīng)量減少，水流沖刷作用減弱，帶走細(xì)粒沉積物質(zhì)的能量減弱，由此形成了分選變差、下粗上細(xì)、泥質(zhì)含量增多的正韻律組合。旋回中下部較粗粒物質(zhì)物性較好，向上物性變差。

3．1．2 物性均勻變化的模式

發(fā)育于疊置的辮狀溝道或溝道側(cè)緣砂體中 （圖2中B型），其成因主要為在低可容納空間下向上變深基準(zhǔn)面旋回的疊加發(fā)育，從而導(dǎo)致辮狀溝道砂體上部物性較差的細(xì)粒部分被侵蝕。砂體之間一般發(fā)育沖刷面，界面之上的砂體相對較粗、分選較好，物性也較好。單個砂體內(nèi)部物性向上有變好的趨勢，但變化幅度較小，因此當(dāng)多個物性較好的砂體疊加時，整體便呈現(xiàn)出物性均勻變化的相對均質(zhì)特征。

3．1．3 物性向上變差復(fù)變好的模式

主要發(fā)育于中扇辮狀溝道向溝道側(cè)緣轉(zhuǎn)化的向上變深復(fù)變淺的基準(zhǔn)面旋回中 （圖2中C 型），其主要是由于在高可容納空間下的基準(zhǔn)面上升期，發(fā)育向上變深和粒度變細(xì)的辮狀溝道沉積，隨后在基準(zhǔn)面下降期，發(fā)育向上變淺和粒度變粗的溝道側(cè)緣。該非均質(zhì)模式對應(yīng)于向上變深復(fù)變淺的對稱型基準(zhǔn)面旋回。位于旋回下部和上部的儲層物性較好，其中以上升半旋回下部砂體的物性更好一些。對應(yīng)于湖泛面及兩側(cè)，一般發(fā)育作為夾層或隔層的泥巖或粉砂質(zhì)泥巖。

3．1．4 物性向上變好的模式

主要發(fā)育在向上變粗、砂巖含量增加的溝道側(cè)緣－辮狀溝道沉積序列中，具有反韻律的特征（圖2中D 型）。主要是由于基準(zhǔn)面下降至最低位置時，位于頂部的中扇前緣砂體被沖刷侵蝕，細(xì)粒泥質(zhì)沉積物被帶走。因此，自下而上沉積物粒度變粗、分選變好，短期基準(zhǔn)面旋回表現(xiàn)為向上變淺的非對稱型結(jié)構(gòu)，旋回上部近侵蝕沖刷面的砂體物性最好。

圖2 S13－107井儲層非均質(zhì)性與短期基準(zhǔn)面旋回之間的關(guān)系模式圖

3．1．5 物性變化復(fù)雜的非均質(zhì)模式

該模式由以上4種非均質(zhì)模式在垂向上以不同方式交替組合而成。例如辮狀溝道、溝道間以及溝道側(cè)緣可以形成物性向上變差和物性向上變好的組合；辮狀溝道疊置砂體間發(fā)育溝道側(cè)緣，可以形成向上物性變差、物性均勻變化模式的組合。

3．2 層內(nèi)夾層

研究區(qū)夾層主要發(fā)育于高可容納空間下的向上變深半旋回頂部以及向上變深復(fù)變淺的湖泛面附近。通過巖心觀察及測井解釋成果，研究區(qū)Esu3的夾層包括泥質(zhì)夾層和物性夾層。泥質(zhì)夾層最為常見，巖性主要為泥巖和粉砂質(zhì)泥巖，厚度一般為數(shù)十厘米。研究區(qū)也分布少量物性夾層，巖性以泥質(zhì)粉砂巖為主，具有較低的孔隙度和滲透率，可以起到隔絕流體滲流的作用。測井曲線上表現(xiàn)為自然電位的明顯回返，高聲波時差，較低電阻率。

結(jié)合該區(qū)砂體成因考慮，細(xì)粒沉積物主要沉積于辮狀溝道間、溝道側(cè)緣以及外扇等水動力較弱的區(qū)域，從而形成夾層。其分布可能會受到辮狀溝道的控制，形態(tài)展布與辮狀溝道的展布大體一致，但后期的溝道沉積可能會沖掉先前沉積的泥質(zhì)夾層，從而造成夾層厚度以及分布區(qū)域的不同。

基準(zhǔn)面旋回的類型決定了物性垂向非均質(zhì)模式以及夾層的分布。因此，層內(nèi)非均質(zhì)性受控于短期基準(zhǔn)面旋回，尤其是在向上變深非對稱型的底部、向上變淺非對稱型的頂部、向上變深復(fù)變淺的底部和頂部，由于可容納空間較小，沉積物供應(yīng)充分，砂體物性較好。

4 層間非均質(zhì)性

層間非均質(zhì)性是用來表征縱向上砂層之間的差異性，是形成層間干擾和單層突進(jìn)的主要原因。對層間非均質(zhì)性的研究可以用來劃分開發(fā)層系和確定開發(fā)方案。通常用分層系數(shù)、砂巖密度以及隔層分布來表述層間非均質(zhì)性。

4．1 分層系數(shù)與砂巖密度

分層系數(shù)是層系內(nèi)砂層的層數(shù)，分層系數(shù)越大代表層間非均質(zhì)性越嚴(yán)重；砂巖密度是垂向剖面上的砂巖累計厚度與地層總厚度之比，比值越大，砂體越發(fā)育，連續(xù)性就越好。例如，5砂組處于長期基準(zhǔn)面上升半旋回的晚期，可容納空間較大，分層系數(shù)為1．9，砂巖密度為33%，非均質(zhì)性較強。綜合來看，在中、長期基準(zhǔn)面旋回上升晚期，由于可容納空間增大，造成砂巖層數(shù)增多，但單層厚度不大；在中、長期基準(zhǔn)面旋回下降晚期，隨著碎屑物質(zhì)的充填，可容納空間越來越小，地層含砂率升高，砂巖層數(shù)增多，且厚度趨向于增大，有利于儲層的發(fā)育。

4．2 隔層分布特征

研究區(qū)隔層主要由中、短期基準(zhǔn)面旋回上升期頂部的細(xì)粒沉積和中、短期基準(zhǔn)面旋回下降期底部的細(xì)粒沉積所組成。巖心觀察及測井解釋結(jié)果表明，層間隔層主要為泥巖或粉砂質(zhì)泥巖，平面上分布比較穩(wěn)定。下部與砂層呈漸變接觸，上部多與粗粒沉積物呈突變接觸。厚度變化范圍較大，從數(shù)十厘米至20m 不等，例如5砂組和6砂組之間的隔層在S13－39井處厚達(dá)19．4m，而在S13－9井處只有4．4m。自然電位曲線上以泥巖基線為主，高聲波時差，低電阻率。隔層一般為半深湖－深湖泥巖或者溝道間泥質(zhì)沉積，夾粉砂質(zhì)泥巖或泥質(zhì)粉砂巖，例如4砂組和5砂組的底部普遍發(fā)育較厚的半深湖－深湖相泥巖。研究區(qū)隔層的發(fā)育情況一定程度上取決于濁流發(fā)育間隔期的長短以及后期辮狀溝道的改造情況。

從各砂組滲透率數(shù)據(jù)可以看出，1～4砂組的滲透率明顯高于5、6砂組，結(jié)合其基準(zhǔn)面旋回的位置來看，5、6砂組位于長期基準(zhǔn)面上升半旋回，1～4砂組發(fā)育于長期基準(zhǔn)面下降半旋回，越接近下降半旋回頂部的砂體物性越好。中期基準(zhǔn)面旋回顯示同樣的規(guī)律，下降半旋回轉(zhuǎn)換點位置的砂體最為發(fā)育，物性最好。

5 平面非均質(zhì)性

儲層的物性受砂體發(fā)育程度和沉積微相分布的控制。研究區(qū)砂體沉積微相類型主要為辮狀溝道微相、溝道側(cè)緣微相以及溝道間微相，呈席狀或條帶狀展布。砂體基本沿西北－東南方向展布，由于辮狀溝道的遷移和相互疊置，形成大片連通的砂體。在長期基準(zhǔn)面上升期，可容納空間增大，沉積物供給減少，砂體面積減小，長期基準(zhǔn)面上升至最高位置時，砂體呈孤立狀分布。鉆遇率可以用來表征砂體的側(cè)向連續(xù)性，6砂組和2砂組分別位于長期基準(zhǔn)面上升半旋回的底部和下降半旋回的頂部，因此其砂體連片性較好，鉆遇率也相對較高，在60%以上。其中，3砂組3小層和4小層位于長期基準(zhǔn)面下降半旋回的中晚期，同時也位于中期基面下降半旋回的最低位置，砂體鉆遇率在80%以上，平面非均質(zhì)性較弱，表現(xiàn)出較好的儲集性能，也是主要的含油小層。

6 結(jié)論

1）惠民凹陷商河油田商三區(qū)沙河街組三段上亞段共識別出了3類短期基準(zhǔn)面旋回類型，分別為向上變深非對稱型、向上變淺非對稱型和向上變深復(fù)變淺對稱型。

2）短期基準(zhǔn)面旋回類型控制了層內(nèi)非均質(zhì)性，并發(fā)育5種層內(nèi)非均質(zhì)模式：物性向上變差的模式、物性均勻變化的模式、物性向上變差復(fù)變好的模式、物性向上變好的模式、物性變化復(fù)雜的非均質(zhì)模式。

3）中長期基準(zhǔn)面旋回及其位置決定了層間非均質(zhì)性與平面非均質(zhì)性。長期基準(zhǔn)面上升早期和下降晚期形成的中期旋回，可容納空間小，非均質(zhì)性相對較弱，砂體比較發(fā)育，連片性好；長期基準(zhǔn)面上升晚期到下降早期形成的中期旋回，可容納空間大，砂體厚度薄，薄層泥巖、粉砂巖夾層非常發(fā)育，儲層非均質(zhì)性強。

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