基于深水濁積水道構(gòu)型的流動單元分布規(guī)律

萬瓊?cè)A，吳勝和，陳 亮，林 煜，梁 杰，張佳佳，路 瑤

[1.中國石油大學(北京) 地球科學學院，北京 102249； 2.中海石油(中國)有限公司 深圳分公司，廣東 廣州 510240;3.中海石油研究總院，北京 100028]

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基于深水濁積水道構(gòu)型的流動單元分布規(guī)律

萬瓊?cè)A1，2，吳勝和1，陳 亮3，林 煜1，梁 杰2，張佳佳1，路 瑤1

[1.中國石油大學(北京) 地球科學學院，北京 102249； 2.中海石油(中國)有限公司 深圳分公司，廣東 廣州 510240;3.中海石油研究總院，北京 100028]

深水濁積水道發(fā)育位置與形成過程復雜，目前國內(nèi)外學者致力于其沉積機理和模式的研究。相對于陸上沉積，這些研究成果尚不能高效地運用到油氣田開發(fā)中。因此，將構(gòu)型模式與流動單元研究相結(jié)合的意義重大，表現(xiàn)為：①已有的構(gòu)型級次的劃分能夠有效地指導流動單元滲流屏障和連通體的層次分析；②已有的沉積模式研究能夠約束流動單元的分布規(guī)律；③二者的結(jié)合能將構(gòu)型模式研究成果運用到油氣田開發(fā)中。為此，以西非尼日爾三角洲深水濁積水道儲層為例，在儲層構(gòu)型級次劃分的基礎(chǔ)上，分級次識別了滲流屏障和連通體；并運用多參數(shù)流動單元的劃分方法，將儲層劃分為A，B，C，D 4類流動單元；最后，在構(gòu)型模式的指導下進行了流動單元的單井解釋及單一水道剖面與復合水道平面的流動單元分布特征研究，并以此指導油氣田開發(fā)。研究表明：在單一水道級次，不同類型的單一水道內(nèi)部流動單元發(fā)育類型和分布特征存在差異，流動單元的分布規(guī)律受控于不同單一水道類型的分布規(guī)律；在復合水道級次，水道體系不同時期水道遷移與疊置樣式的差異，造就了流動單元平面分布特征的差異性。

流動單元；滲流屏障；連通體；濁積水道；尼日爾三角洲

20世紀90年代以來，伴隨著深水低位扇巨型油氣田在北美墨西哥灣盆地、南美坎波斯盆地、西非尼日爾三角洲以及中國南海等地區(qū)被接連發(fā)現(xiàn)，深水海底扇油氣藏已成為當今油氣勘探開發(fā)的熱點之一[1-5]。同時，由于深水濁積水道發(fā)育位置的特殊性與沉積過程的復雜性，國內(nèi)外學者針對其沉積機理與構(gòu)型模式展開了大量研究，并取得了一系列研究成果[6-10]。但對于如何將該類研究成果高效運用到開發(fā)深水海底扇油氣田中尚待探索。

流動單元研究作為油氣田開發(fā)過程中油藏表征的關(guān)鍵，自Hearn 1984年首次提出流動單元的概念，國內(nèi)外學者不斷地更新流動單元的定義以及劃分方法[11-13]，并以流動單元的分布規(guī)律指導油氣田的后期開發(fā)與剩余油分布研究。但是，少有學者基于儲層構(gòu)型模式、結(jié)合動態(tài)資料來研究流動單元。精細的構(gòu)型分析對于流動單元研究有著顯著作用:首先，構(gòu)型的研究是確定滲流屏障和連通體的基礎(chǔ)；其次，由于不同構(gòu)型單元沉積環(huán)境、成巖作用不同，本身也存在滲流差異，即構(gòu)型單元的分布在一定程度上控制了流動單元的展布。

針對上述問題，本文以西非尼日爾三角洲深水濁積水道儲層為例，綜合利用研究區(qū)局部密井網(wǎng)資料、測井和取心資料、高品質(zhì)地震資料以及少量的開發(fā)動態(tài)資料，在儲層構(gòu)型模式研究[14]與流動單元劃分的基礎(chǔ)上，研究了流動單元的分布規(guī)律，以期指導油氣田開發(fā)。通過本文的研究，能將儲層構(gòu)型模式運用到油氣田開發(fā)中，不僅深化了流動單元的劃分方法，而且更有效地運用了儲層構(gòu)型研究成果。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)X油田位于西非尼日爾三角洲盆地南緣的下陸坡深水區(qū)，儲集體為整體海退背景下發(fā)育的深水濁積水道，工區(qū)北部距Harcourt港僅200 km(圖1)。尼日爾盆地是從早白堊世開始發(fā)育的被動大陸邊緣盆地，經(jīng)歷了裂谷期和漂移期兩個構(gòu)造演化階段。自始新世以來，長期的海退環(huán)境形成了當今的尼日爾三角洲。三角洲前積過程中，受大陸邊緣重力的影響，自北向南形成了伸展構(gòu)造帶、底辟構(gòu)造帶和逆沖推覆構(gòu)造帶[15]。2000年4月發(fā)現(xiàn)該油田，油田范圍內(nèi)水深1 300～1 450 m。據(jù)統(tǒng)計，至今為止已經(jīng)鉆井41口，平均井距2 500 m，最小井距能達167 m，其中有8口水平井和9口取心井，取心與分析化驗資料豐富。地震資料頻帶寬度為5～70 Hz，主頻32 Hz。主力研究A油組：其中AL油組目前是五采三注，合采合注，邊部注水，采出程度13.4%，開發(fā)狀況一般，井網(wǎng)不完善，儲量動用程度不均衡；井組間壓力維持差別大。因此，儲層滲流屏障識別、連通體劃分和流動單元研究對于改善油田開發(fā)效果意義重大。

圖1 X油田地理位置及構(gòu)造背景Fig.1 Location and tectonic settings of the study area in the X field

2 基于儲層構(gòu)型模式的滲流屏障與連通體級次分析

2.1 滲流屏障與連通體的概念

滲流屏障包括3種類型，即泥巖屏障、膠結(jié)帶屏障和封閉性斷層屏障[16]。其中較為常見的為泥巖屏障，它對油氣田的形成與開發(fā)影響較大。泥巖屏障發(fā)育的位置往往在不同構(gòu)型級次間的構(gòu)型界面附近。不同級次的構(gòu)型界面對應(yīng)不同層次的滲流屏障，而不同層次的滲流屏障限定了不同層次的連通單元。

連通體的劃分是在單砂體劃分對比和沉積微相展布及儲層構(gòu)型分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)滲流屏障的分布規(guī)律進行的。其研究思路為：首先，根據(jù)各單井小層劃分對比確定上、下砂體間的垂向滲流屏障，從而得到連通體的垂向關(guān)系；然后，根據(jù)沉積微相和構(gòu)型分析的砂體橫向尖滅性及斷層的橫向封堵性確定連通體的平面分布特征。

流動單元可分為3個層次：

1) 連通體——連通體是流動單元的第一級層次。在連通體的內(nèi)部，儲層質(zhì)量和流體滲流性質(zhì)可以存在差異，但是各處都是連通的。連通體的外緣被層間隔層、層內(nèi)穩(wěn)定夾層、橫向穩(wěn)定水道間泥巖、溢岸沉積以及封閉性斷層所限定，連通體之間沒有流體流動。

2) 連通單元——在連通體內(nèi)部，不連續(xù)泥巖屏障以及泥質(zhì)披覆沉積將連通體分隔成若干個部分連通的儲集單元，即部分被泥巖屏障遮擋，但另一部分與其他單元相連通。

3) 滲流單元——在連通單元內(nèi)部，往往因為巖石相充填的差異造成儲層質(zhì)量的差異。為了表現(xiàn)這種差異，需要將連通單元進一步細分，可以將連通單元分為若干個儲層質(zhì)量和滲流特征相似的單元，即滲流單元。因此，在連通單元內(nèi)劃分出的滲流單元為流動單元的第三層次，即狹義的流動單元[17]。

2.2 滲流屏障與連通體的層次分析

目前，關(guān)于濁積水道的級次劃分國內(nèi)外還沒有形成統(tǒng)一的標準。本次構(gòu)型級次的劃分主要參照Miall提出的河流相構(gòu)型單元分級系統(tǒng)，結(jié)合研究區(qū)濁積水道特征，提出了濁積水道體系的7級構(gòu)型單元劃分方案。同時，根據(jù)單一水道內(nèi)部巖石相的充填特征以及水道發(fā)育的時期，將研究區(qū)劃分為4類單一水道[14]。Ⅰ類單一水道以泥質(zhì)濁流沉積為主，底部發(fā)育少量塊狀砂礫巖和塊狀中-細砂巖，主體為泥質(zhì)細粒沉積夾薄層交錯層理細砂巖，頂部為泥巖披覆，垂向上粒度整體呈正韻律，沉積構(gòu)造以交錯層理和波狀層理為主;測井曲線上，自然伽馬、電阻率等呈齒化嚴重的鐘形，內(nèi)部回返明顯。Ⅱ類單一水道以低密度砂質(zhì)濁流沉積為主，底部主要發(fā)育塊狀砂礫巖和塊狀中-粗砂巖，主體為厚層塊狀中-細砂巖以及少量交錯層理細砂巖，頂部為泥質(zhì)細粒沉積，垂向上粒度呈典型正韻律，沉積構(gòu)造以塊狀層理為主;測井曲線上，自然伽馬和電阻率以漏斗形為主，內(nèi)部存在回返，密度曲線以箱形-鐘形組合為主。Ⅲ類單一水道以高密度砂質(zhì)濁流沉積為主，底部發(fā)育厚層塊狀中-粗砂巖，可見明顯沖刷面，主體由下到上依次為塊狀中-粗砂巖、塊狀中-細砂巖和交錯層理細砂巖，頂部為少量薄層泥質(zhì)細粒沉積，垂向上粒度呈正韻律，沉積構(gòu)造以塊狀層理為主;測井曲線上，自然伽馬與電阻率多表現(xiàn)為箱形、鐘形，密度曲線呈漏斗形。Ⅳ類單一水道內(nèi)部碎屑流沉積明顯增加，是高密度濁流和碎屑流共同作用的產(chǎn)物，下切侵蝕能力極強,水道底部主要發(fā)育塊狀泥質(zhì)不等粒砂巖(主要為碎屑流成因，物性極差)，主體和頂部則為巨厚的塊狀礫質(zhì)粗砂巖，細粒泥巖沉積較少發(fā)育，垂向上粒度呈反韻律;測井曲線上，自然伽馬、電阻率等在水道下部幅度較低，呈齒化鐘形或箱形，上部幅度較高，呈箱形(圖2)。

本次流動單元的研究主要基于單一水道、水道復合體和水道復合體組合3個級次展開。其中，儲層滲流屏障與連通體的確定原則為：不同級別的構(gòu)型單元代表不同層次的連通體，而不同級別的構(gòu)型界面可以作為不同層次連通體之間的滲流屏障。研究區(qū)鈣質(zhì)膠結(jié)帶發(fā)育較少，斷層開啟，因此我們主要研究泥巖屏障。該區(qū)濁積水道沉積的滲流屏障與相應(yīng)連通體級別為：

1) 垂向上，研究區(qū)A油組發(fā)育多期濁積水道砂體，水道側(cè)向遷移和垂向疊置復雜。在水道復合體組合級次，不同水道復合體間往往發(fā)育穩(wěn)定分布的泥質(zhì)隔層，定為垂向一級滲流屏障，對應(yīng)為五級構(gòu)型界面(⑤)。一級滲流屏障限制的儲集層為連通體級別，其外緣被層間隔層、溢岸沉積或者封閉性斷層所限定，連通體之間不存在流體流動。

2) 在水道復合體級次，由于單一水道側(cè)向遷移和垂向演化的復雜性，其泥巖屏障往往為分布相對不穩(wěn)定的垂向泥質(zhì)夾層和水道邊緣滑塌沉積。同時，當水道的溢岸沉積發(fā)育并以泥質(zhì)充填為主時，也會成為較強的側(cè)向泥巖屏障，將其定義為二級滲流屏障，對應(yīng)為四級構(gòu)型界面(④)，其限定的儲集層為連通單元級別。

3) 在單一水道級次，水道內(nèi)部充填的泥質(zhì)夾層與水道末期的泥質(zhì)披覆沉積為三級滲流屏障，對應(yīng)為三級(③)或者二級(②)構(gòu)型界面，其限定的儲集層為滲流單元，其內(nèi)部再沒有泥巖屏障的存在，滲流特征只受巖石相充填差異的影響(圖3；表1)。

3 流動單元的劃分與解釋

3.1 流動單元的劃分

根據(jù)取心井資料中的129個分析化驗數(shù)據(jù)樣本，結(jié)合開發(fā)中的動態(tài)資料(單井每米產(chǎn)油指數(shù))，將選定的參數(shù)與研究區(qū)采油井的每米采油指數(shù)進行相關(guān)性分析。結(jié)果表明：孔隙度、滲透率和泥質(zhì)含量與采油井的每米采油指數(shù)具有很好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)都在0.85以上，滲透率相關(guān)系數(shù)達到了0.95；但是，地層系數(shù)和流動帶指標與每米采油指數(shù)相關(guān)性不好，相關(guān)系數(shù)分別只有0.49和0.10。因此，最后選取泥質(zhì)含量、孔隙度和滲透率3個參數(shù)，應(yīng)用聚類分析的方法進行流動單元的劃分，將儲層劃分為A，B，C，D 4類流動單元。其中每類流動單元的特征如下：

1) A類流動單元：儲層質(zhì)量最好，滲透率分布在1 462.5×10-3～2 715.3×10-3μm2，平均1 727.4×10-3μm2；孔隙度分布在20.7%～33.0%，平均27.4%；泥質(zhì)含量介于2.9%～16.6%，平均7.7%。A類流動單元的厚度一般大于8 m。

2) B類流動單元：儲層質(zhì)量較好，滲透率分布在827.8×10-3～2 090.7×10-3μm2，平均1 163.7×10-3μm2；孔隙度分布在18.8%～27.6%，平均24.8%；泥質(zhì)含量介于3.9%～28.8%，平均10.2%。B類流動單元的厚度一般大于5 m。

3) C類流動單元：儲層質(zhì)量較差，滲透率分布在150.5×10-3～1 291.9×10-3μm2，平均839.5×10-3μm2；孔隙度分布在15.1%～26.4%，平均21.8%；泥質(zhì)含量介于3.2%～37.7%，平均21.6%。C類流動單元的厚度一般小于2 m。

4) D類流動單元：儲層質(zhì)量最差，滲透率分布在5.3×10-3～625.2×10-3μm2，平均346.8×10-3μm2；孔隙度分布在12.1%～22.6%，平均18.3%；泥質(zhì)含量介于10.9%～53.6%，平均31.9%。D類流動單元的厚度變化范圍較大，絕大多數(shù)小于2 m，但部分可大于6 m。

圖2 不同單一水道類型巖石相充填特征與測井響應(yīng)特征Fig.2 Characteristcs and log responses of lithofacies-filling in different kinds of single channelsGR.自然伽馬；RT.深側(cè)向電阻率；DEN.密度；POR.孔隙度；PERM.滲透率

在聚類分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)Fisher準則，通過判別函數(shù)分析原理,可以建立每類流動單元的判別函數(shù)[18]。

A類流動單元：

Y=73.811Vsh+115.940Φ+0.069K-102.229 (1)

B類流動單元：

Y=67.039Vsh+119.984Φ+0.052K-66.198 (2)

C類流動單元：

Y=42.130Vsh+125.061Φ+0.032K-37.283 (3)

D類流動單元：

Y=27.810Vsh+122.205Φ+0.014K-20.805 (4)

式中：Y為儲層流動單元判別函數(shù)，無量綱；K為樣品點的滲透率，10-3μm2；Φ為樣品點的孔隙度，%；Vsh為樣品點的泥質(zhì)含量，%。

圖3 儲層構(gòu)型單元內(nèi)滲流屏障與連通體分布特征Fig.3 Distribution characteristics of seepage barriers and interconnected sand bodies in reservoir architecture units

滲流屏障級別定義劃分原理對應(yīng)構(gòu)型界面級別連通體級別一級垂向不同期次水道復合體間的非滲透性邊界儲層構(gòu)型儲層建模五級(⑤,區(qū)域穩(wěn)定沉積的泥質(zhì)隔層)連通體二級單一水道間的非滲透界面儲層構(gòu)型儲層建模四級(④,溢岸沉積、水道邊緣沉積、滑塌沉積等)連通單元三級單一水道內(nèi)部的非滲透界面儲層構(gòu)型儲層建模三級或二級(③或②,單一水道內(nèi)部夾層、水道末期泥質(zhì)披覆沉積)滲流單元

3.2 單井流動單元解釋

單一水道內(nèi)部流動單元的解釋主要用來反映儲層內(nèi)部的滲流差異。單井流動單元的解釋可分為兩步：首先在垂向上劃分為儲層與非儲層;然后對于儲層，根據(jù)工區(qū)流動單元劃分的相關(guān)參數(shù)(取心資料與測井資料結(jié)合)及分類標準，運用前期流動單元判別函數(shù)對單井流動單元進行解釋。

單井劃分結(jié)果顯示：對于同一口單井，由于每個小層發(fā)育的水道形成于水道體系發(fā)育的不同時期，水道類型存在差異，其內(nèi)部巖石相充填特征也就不同，最終造成流動單元類型與分布特征的差異;而對于不同的井來說，即使在同一單層發(fā)育的水道，由于處于水道的位置不同，其巖石相充填樣式也不同，流動單元的類型及分布特征差別就很大(圖4)。

4 構(gòu)型控制下的流動單元分布規(guī)律

4.1 流動單元垂向分布規(guī)律

在一個完整的水道體系垂向演化過程中，由于每個時期濁積水道的物源、水動力和搬運方式存在較大的差別，不同成因機制發(fā)育的水道類型不一。由下往上，隨著水體能量、物源的變化，4類水道表現(xiàn)出Ⅳ類—Ⅲ類—Ⅱ類—Ⅰ類的演化趨勢(圖5)。相應(yīng)地，在局部密井網(wǎng)單一水道構(gòu)型界面的控制下，對單一水道內(nèi)部進行了井間流動單元的預(yù)測。研究發(fā)現(xiàn)，水道體系不同時期發(fā)育的水道類型不一樣，造成流動單元的類型和分布特征存在差異，即流動單元的類型和分布規(guī)律受控于單一水道的垂向演化規(guī)律。具體表現(xiàn)在：

1) 從水道體系來看，儲層質(zhì)量較好的A類和B類流動單元主要分布于水道體系的中部，而質(zhì)量較差的C類和D類流動單元則主要分布于水道體系的頂、底部。

2) 從單一水道級次來看，由于每類水道的成因機制不同，巖石相充填存在差異，造成不同類型單一水道內(nèi)部的流動單元類型以及組合存在差異。4類水道砂體中，Ⅰ類水道內(nèi)部主要發(fā)育D類流動單元；Ⅱ類水道內(nèi)部主要發(fā)育B類和C類流動單元；Ⅲ類水道內(nèi)部主要發(fā)育A類和B類流動單元；Ⅳ類水道內(nèi)部主要發(fā)育B類和D類流動單元(圖6)。

圖5 不同單一水道類型剖面分布特征Fig.5 Profile distribution characteristics of different kinds of single channels

4.2 流動單元平面分布特征

復合水道級次流動單元的表征是研究復合水道平面上的滲流差異。流動單元的劃分受控于復合水道構(gòu)型單元之間的界面，這類泥巖屏障一般為規(guī)模較大的泥質(zhì)隔層。復合水道內(nèi)部滲流差異較大，主要是由于不同單一水道的側(cè)向拼接和垂向疊加程度不一造成的。

圖6 單一水道內(nèi)部流動單元剖面分布特征Fig.6 Distribution characteristics of flow units in single channels

圖7 濁積水道儲層流動單元平面分布與構(gòu)型單元平面分布對比(準層序A3)Fig.7 Correlation of planar distributions of flow units and architecture elements(A3 subsequence)

復合水道流動單元平面分布具有以下特點：

1) 平面上，A類和B類流動單元主要分布在水道砂體的軸部，而C類和D類流動單元主要分布于水道砂體的邊緣以及溢岸砂體處。

2) 流動單元在平面上類型多、分布較不連續(xù)，并且流動單元的儲層質(zhì)量越好、連續(xù)性越差，如A類流動單元在順物源方向呈串珠狀分布(圖7)。

5 結(jié)論與認識

1) 確定了X油田深水濁積水道滲流屏障與連通體的層次性。本次研究首先劃分出4類單一水道;然后，針對構(gòu)型級次單一水道、水道復合體和水道復合體組合，定義其對應(yīng)連通體層次分別為滲流單元、連通單元和連通體。研究區(qū)連通體之間發(fā)育泥巖屏障，不同層次連通體之間滲流屏障級別不同，對應(yīng)可分成3個不同層次，且不同層次的滲流屏障分別對應(yīng)不同級次的構(gòu)型界面。

2) 形成了針對復雜沉積機理的深水濁積水道多參數(shù)流動單元劃分方法。運用聚類分析將儲層劃分為A，B，C，D 4類流動單元，并建立了流動單元的判別函數(shù)。其中，A類和B類儲層質(zhì)量最好，主要分布在水道主體。

3) 流動單元的類型和分布規(guī)律受控于單一水道類型的垂向演化規(guī)律。在水道體系內(nèi)部，儲層質(zhì)量較好的流動單元主要分布于水道體系的中部。對于單一水道，不同的水道類型其流動單元的類型和分布特征不一樣。

4) 各單期水道復合體平面非均質(zhì)性很強，具體表現(xiàn)在流動單元類型多，并且流動單元分布不連續(xù)。一般在水道復合體的主體部位發(fā)育較好的流動單元類型，水道復合體的邊緣發(fā)育較差的流動單元類型，滲流能力好的流動單元連續(xù)性最差。

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(編輯 李 軍)

Analysis of flow unit distribution based on architecture of deep-water turbidite channel systems

Wan Qionghua1，2，Wu Shenghe1，Chen Liang3，Lin Yu1，Liang Jie2，Zhang Jiajia1,Lu Yao1

(1.CollegeofGeoscience，ChinaUniversityofPetroleum，Beijing102249，China；2.ShenzhenBranchofCNOOCLtd.,Guangzhou,Guangdong510240，China；3.CNOOCResearchInstitute，Beijing100028，China)

The study of deep-water turbidite channels(with their wired locations and complicated forming process)has been mostly about their sedimentary mechanism and models.However,the study results could not be effectively applied in actual development of oil and gas fields.We suggest that a combination of architecture model with flow units of the channels be a better solution to the problem for the following reasons:①available architecture division of the channels can be used to guide directly and effectively a hierarchy analysis of seepage barriers and interconnected bodies of flow units in the channels;②existing sedimentary models can be resorted to constraint the distribution laws of the flow units;and③a combination of①and②can be used to guide oil and gas development.We took a deep-water submarine fan reservoir of Niger delta in West Africa as an example to illustrate the idea.Based on available reservoir architecture division,we identified seepage barriers and interconnected bodies and divided the reservoir into 4 types(A,B,C and D)of flow units through multi-parameters-based flow unit identification.We then tried to interprete flow units of single well and study profile distribution characteristics of single channel and plain distribution characteristics of composite channels with the architecture model as a guidance.The results were finally applied to the development of oil and gas fields.The resarch shows that the types and distribution features of flow units of different single channels may vary greatly from one to ano-ther and the distribution of these flow units were controlled by the distribution pattern of different types of single channels.For composite channels,the migration and stacking patterns of the channels systems at different stages led to a difference in flow unit distribution characteristics.

flow unit,seepage barrier,interconnected sand body,turbidite channel,Niger Delta Basin

2014-10-15;

2015-02-27。

萬瓊?cè)A(1986—)，女，工程師，精細油藏描述及開發(fā)地質(zhì)研究。E-mail:wanqh@cnooc.com.cn。

吳勝和(1963—)，男，教授、博士生導師，儲層地質(zhì)學、油藏描述及三維地質(zhì)建模。E-mail:reser@cup.edu.cn。

國家科技重大專項(2011ZX05030-005),(2011ZX05009-003);國家自然科學基金青年科學基金項目(40902035)。

0253-9985(2015)02-0306-08

10.11743/ogg20150216

TE121.3

A