儲層構(gòu)型研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

徐 波　佟建宇　趙 峰　楊 霞　聶 領(lǐng)　黃 鵬　張 帆

(1.中石油冀東油田南堡作業(yè)區(qū)， 河北 唐海 063200； 2.中石油冀東油田開發(fā)處， 河北 唐山 063000；

3.中石油冀東油田開發(fā)技術(shù)公司， 河北 唐海 063200)

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儲層構(gòu)型研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

徐 波1佟建宇2趙 峰1楊 霞3聶 領(lǐng)1黃 鵬1張 帆1

(1.中石油冀東油田南堡作業(yè)區(qū)， 河北 唐海 063200； 2.中石油冀東油田開發(fā)處， 河北 唐山 063000；

3.中石油冀東油田開發(fā)技術(shù)公司， 河北 唐海 063200)

摘要：構(gòu)型研究是目前儲層研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)領(lǐng)域之一。依據(jù)國內(nèi)外儲層構(gòu)型研究的成果，對河流、三角洲、沖積扇等3類沉積體系構(gòu)型研究的主要成果進(jìn)行總結(jié)；對目前構(gòu)型研究的常用方法及其局限性進(jìn)行分析，指出目前構(gòu)型研究中存在的問題及其發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：儲層構(gòu)型； 曲流河； 辮狀河； 三角洲； 沖積扇； 發(fā)展趨勢

砂體展布特征及非均質(zhì)性認(rèn)識是油田開發(fā)工作的基礎(chǔ)。儲層構(gòu)型研究正是適應(yīng)油氣藏精細(xì)開發(fā)的需要，在傳統(tǒng)沉積相研究基礎(chǔ)上形成的“沉積相研究的新方法”[1]。與傳統(tǒng)沉積相研究在平面和剖面上確定疊合砂體的優(yōu)勢成因環(huán)境不同，儲層構(gòu)型研究強(qiáng)調(diào)利用層次分析的思想，重點(diǎn)描述疊合砂體內(nèi)不同級次構(gòu)型單元間的物理界面，達(dá)到逐級精細(xì)認(rèn)識砂體的目的。

構(gòu)型理論及研究方法一經(jīng)提出就受到各國學(xué)者的認(rèn)同，并由原先的河流沉積體系運(yùn)用于其他類型沉積體系研究，取得了豐碩成果，其間也形成一些不盡相同的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)。全面了解目前構(gòu)型研究的現(xiàn)狀，分析存在的問題，展望今后發(fā)展趨勢，對進(jìn)一步促進(jìn)構(gòu)型研究及發(fā)展有著重要的現(xiàn)實意義。

1儲層構(gòu)型的提出與發(fā)展

在1985年，Miall首次完整地提出構(gòu)型的概念，建立了基于河流相的構(gòu)型要素分析方法，使構(gòu)型研究成為一門系統(tǒng)的學(xué)科[1]。Miall指出構(gòu)型是指砂體及其內(nèi)部構(gòu)成單元的幾何形態(tài)、大小、方向及其相互關(guān)系[1]。在構(gòu)型研究中強(qiáng)調(diào)構(gòu)型界面的識別和構(gòu)型要素的劃分。

對于構(gòu)型界面的劃分，Miall采用倒序排列的方式。在首次提出構(gòu)型要素分析法時，將河流界面劃分為4級，1988年補(bǔ)充為6級，1996年又進(jìn)一步在一級界面前增加了一個反映紋層間界面的零級界面，在六級界面之后，增加了2個地層意義的界面(七級、八級界面)，稱之為盆地構(gòu)型界面。

關(guān)于構(gòu)型要素的劃分，自Miall在1985年提出將河流沉積物劃分為8種基本構(gòu)型要素后，并無大的改變，他將這8種構(gòu)型要素組合為12種河流沉積模式。

2儲層構(gòu)型的研究內(nèi)容

構(gòu)型研究始于河流體系，我國學(xué)者將構(gòu)型理論引入，并逐漸將研究方法運(yùn)用于其他類型的儲層，取得了一系列成果。

2.1河流沉積體系

(1)曲流河。曲流河為我國研究最成熟、成果最豐富的河流類型。研究重點(diǎn)為單一曲流河河道(五級構(gòu)型體)、點(diǎn)壩和廢棄河道(四級構(gòu)型體)、點(diǎn)壩內(nèi)側(cè)積體(三級構(gòu)型體)。

目前對曲流河構(gòu)型研究，大多都是首先確定疊合河道砂體，再在疊合河道砂體中識別出單一曲流河河道，依據(jù)單一河道滿岸深度和寬度關(guān)系計算點(diǎn)壩跨度，依據(jù)經(jīng)驗公式預(yù)測側(cè)積層傾角和延伸范圍，進(jìn)而推算點(diǎn)壩內(nèi)側(cè)積體展布范圍[2-4]。

目前在密井網(wǎng)地區(qū)利用測井資料描述曲流河邊灘中側(cè)積體特征是曲流河構(gòu)型研究的重點(diǎn)。研究結(jié)果顯示[3-4]：點(diǎn)壩砂體內(nèi)發(fā)育有多個起伏不平的傾斜面(側(cè)積面)，每個側(cè)積面上發(fā)育有泥質(zhì)的細(xì)粒沉積物(側(cè)積層)，這些側(cè)積層將點(diǎn)壩分割為若干個側(cè)積體。側(cè)積層面?zhèn)认蛴诤拥赖倪w移方向，傾角5°~30°；側(cè)積層厚度變化較大，薄的為20~30 cm，厚的有2~3 m(圖1)，在測井曲線上具有一定的響應(yīng)[4]；剖面上側(cè)積層延伸長度一般為河道砂體厚度的23；側(cè)積體最大寬度是河曲的彎頂處，大致相當(dāng)于洪水泛濫河流滿岸寬度的23。受控于每次洪水水動力條件的差異，不同地區(qū)每個側(cè)積體規(guī)模不盡相同，側(cè)積體寬度一般為 60～70 m，個別達(dá)150 m。

圖1　曲流河構(gòu)型模式

(2)辮狀河。目前辮狀河構(gòu)型研究仍處于模式的探索階段，以心灘內(nèi)部特征為研究重點(diǎn)。

廖保方等人通過對永定河現(xiàn)代沉積的考查指出：辮狀河構(gòu)型研究中應(yīng)以底部沖刷面為一級界面；二級界面為巖性層間的界面；三級界面為層理構(gòu)造的層系組界面；四級界面為層理構(gòu)造的層系界面；五級界面為層系構(gòu)造的紋層界面。辮狀河沉積模式可概括為：一個由垂向加積作用控制的粗粒巖性為主體，層理構(gòu)造發(fā)育，橫向相變較大、垂向?qū)有蛳蛏献兗?xì)的正旋回組成的在空間上廣泛展布的“疊覆泛砂體”[5]。這一沉積模式在以后的辮狀河儲層構(gòu)型研究中被廣泛采用。

對于心灘內(nèi)的構(gòu)型加積體，廖保方等人[5]認(rèn)為是近水平疊加(圖2)，構(gòu)型界面傾角不超過2°。但近年來也有學(xué)者[6]認(rèn)為心灘可分為原地心灘、遷移心灘、邊部心灘、切灘和廢棄心灘，提出心灘平緩前積疊置等類型，并據(jù)此提出心灘整體陡角前積疊置模式和平緩前積疊置模式。

2.2三角洲沉積體系

三角洲沉積體系可進(jìn)一步分為三角洲平原、三角洲前緣、前三角洲3個亞相。三角洲平原以河流沉積為主，構(gòu)型研究與河流沉積體系相同。目前尚未見關(guān)于前三角洲構(gòu)型研究的公開發(fā)表文獻(xiàn)。三角洲前緣則表現(xiàn)出與河流沉積體系不同的構(gòu)型特征。

圖2　辮狀河構(gòu)型模式

三角洲前緣一般可劃分為水下分流河道、河口壩、溢岸等構(gòu)型單元，其中以水下分流河道和河口壩為最主要的研究對象。

目前學(xué)者對水下分流河道構(gòu)型分級認(rèn)識不統(tǒng)一。有學(xué)者認(rèn)為水下分流河道單成因砂體與單河道砂體基本對應(yīng)，屬五級構(gòu)型體，單河道內(nèi)部構(gòu)型體為四級構(gòu)型體[7]。也有學(xué)者認(rèn)為一個河道成因砂體是由多個單河道砂體疊合形成的，為復(fù)合河道充填體。成因砂體屬五級構(gòu)型體，單河道砂體和單一河口壩屬四級構(gòu)型體，河口壩砂體內(nèi)的增生體為三級構(gòu)型體[8]。

對于單河道砂體內(nèi)部構(gòu)型，有學(xué)者認(rèn)為河道砂體內(nèi)以垂向加積體為主要類型，層次界面為近水平狀泥質(zhì)、鈣質(zhì)或物性夾層[6]。夾層厚度5~40 cm，傾角一般小于5°(圖3)。也有學(xué)者認(rèn)為依據(jù)三角洲前緣位置的不同，河控三角洲水下分流河道內(nèi)部存在側(cè)積夾層、前積夾層和垂積夾層3種類型[9]。在水體較淺的三角洲前緣與平原過渡帶和三角洲前緣斜坡帶，水下分流河道發(fā)育順直河道與曲流河道2種，順直河道以垂積作用為主，曲流河道則以侵凸沉凹再側(cè)積作用為主。

圖3　三角洲前緣水下分流河道構(gòu)型模式

對于河口壩砂體內(nèi)部構(gòu)型[8]，一般認(rèn)為四級構(gòu)型體為單一河口壩砂體，構(gòu)型界面為分布較穩(wěn)定的夾層；三級構(gòu)型體為河口壩砂體內(nèi)的前積體，構(gòu)型界面為不穩(wěn)定發(fā)育的鈣質(zhì)、泥質(zhì)、粉砂質(zhì)夾層。夾層厚度變化較大，為0.2~2.0 m，產(chǎn)狀為平行或傾斜，傾角范圍2°~4°。前積體走向垂直于主河道延伸方向(圖4)，不同地區(qū)前積體變化較大。辛治國[10]通過對東營凹陷勝坨油田河口壩砂體構(gòu)型解剖，認(rèn)為研究區(qū)河口壩前積體延伸長度小于8 km，寬度小于4 km。

圖4　河口壩砂體構(gòu)型模式

2.3沖積扇沉積體系

我國學(xué)者還將構(gòu)型研究的方法運(yùn)用到?jīng)_積扇體系儲層的研究中。但受水動力條件、物源特征的影響，沖積扇體系儲層具有分選差、相變迅速的特征，相應(yīng)構(gòu)型界面的識別難度較大，目前尚未形成較為統(tǒng)一的認(rèn)識。

吳勝和等人首先將沖積扇沉積體系劃分為扇根內(nèi)帶、扇根外帶、扇中、扇緣4個亞相，在4個亞相中共識別出7類五級構(gòu)型單元，9類四級構(gòu)型單元和10個三級構(gòu)型單元，最終建立了礫巖儲層沖積扇構(gòu)型模式[11]。

也有學(xué)者在對沖積扇儲層進(jìn)行構(gòu)型研究時，未嚴(yán)格按照Miall依據(jù)河流體系所提的分級方案，而是依據(jù)層次分析的思想，提出新的分級方案[12]。

3儲層構(gòu)型的研究方法

(1)現(xiàn)代河流及野外露頭實測法。儲層構(gòu)型研究最早始于現(xiàn)代河流沉積和古代河流野外露頭考查，該方法是最直接、精度最高的構(gòu)型研究方法。我國對河流沉積體系、三角洲沉積體系的儲層構(gòu)型研究都是始于現(xiàn)代河流和野外露頭實測分析[13]。借助現(xiàn)代航拍和衛(wèi)星影像技術(shù)的不斷進(jìn)步，研究者們可更全面、更直觀地研究河流 — 三角洲體系沉積特征。

(2)室內(nèi)沉積模擬法。目前主要模擬類型為三角洲沉積體系。劉忠保等人通過辮狀河 — 扇三角洲湖退沉積過程的模擬實驗研究，探討了不同湖水深度下辮狀河 — 扇三角洲的定量演變趨勢[14]；王文樂通過對大慶油田杏六區(qū)東部枝狀三角洲沉積過程的模擬，分析了枝狀三角洲類型沉積背景條件下單砂體形成機(jī)制及控制因素[15]。

(3)地震儲層學(xué)研究法。地震儲層學(xué)在研究過程中強(qiáng)調(diào)在高精度層序地層學(xué)研究的基礎(chǔ)上，利用地震反演與屬性分析技術(shù)對油氣儲層的外部形態(tài)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、特征與屬性等進(jìn)行精細(xì)刻畫和表征。

地震儲層學(xué)研究不僅對地震資料品質(zhì)有著較高的要求，沉積體系儲層特征也是決定該方法精確度的一個重要因素。一般而言，在河流 — 三角洲沉積體系中，對于泥巖厚度較大、分布較穩(wěn)定的曲流河和三角洲前緣沉積，砂體空間疊加特征和橫向的遷移變化均能在地震資料上清晰成像[16]；而對于呈現(xiàn)出“砂包泥特征”的辮狀河沉積和分選較差的沖積扇沉積則難以達(dá)到準(zhǔn)確預(yù)測。

(4)多井預(yù)測法。在密井網(wǎng)地區(qū)利用測井資料開展多井預(yù)測砂體構(gòu)型是目前最常用的地下儲層構(gòu)型研究方法。構(gòu)型研究的核心是識別不同級次的模型界面，不論是巖性界面還是物性界面，在測井曲線上均會有所響應(yīng)。利用測井曲線的回返，按照“垂向分期，側(cè)向劃界”的思路可進(jìn)行地下儲層的構(gòu)型研究。

4存在問題及發(fā)展趨勢

4.1構(gòu)型研究存在問題

近年來儲層構(gòu)型研究存在的問題可總結(jié)為以下3個方面。

(1)地質(zhì)原型模型不完善。目前，不同學(xué)者對曲流河構(gòu)型原型模型認(rèn)識較為統(tǒng)一，但對曲流河各構(gòu)型要素的定量描述公式卻不完全認(rèn)同，這些公式多為地質(zhì)統(tǒng)計所得的經(jīng)驗公式。此外對辮狀河、三角洲前緣、沖積扇等類型儲層構(gòu)型的原始模型還存在著較大的爭議。

(2)構(gòu)型分級方案不統(tǒng)一。層次分析法是構(gòu)型研究的基本方法，目前構(gòu)型研究中分級方案不統(tǒng)一，構(gòu)型體命名不統(tǒng)一的情況普遍存在。比如，我國學(xué)者在使用構(gòu)型分級方案時，有的方案小層之下直接是單砂體，有的方案小層之下為單砂層，再次一級為單砂體。相同的術(shù)語，所指對象不同。

(3)地下構(gòu)型體劃分手段有待完善。目前，受地震資料品質(zhì)的限制，地震相手段最多只能達(dá)到疊合河道砂體(五級)或單河道砂體(四級)的刻畫，次一級別構(gòu)型體的刻畫更多的依賴測井資料。但在“垂向分期，平面劃界”的構(gòu)型研究過程中，利用測井曲線識別構(gòu)型界面本身就有一定的多解性，多井間構(gòu)型界面的組合更存在著不確定性。如何運(yùn)用多種技術(shù)手段，保證構(gòu)型研究的準(zhǔn)確性，將是地下儲層構(gòu)型研究長期面臨的問題。

4.2發(fā)展趨勢

(1)研究對象多樣化。構(gòu)型研究始于河流沉積，也以曲流河研究最為成熟，目前國內(nèi)學(xué)者已將構(gòu)型研究的對象擴(kuò)展到扇三角洲和三角洲前緣。國外的學(xué)者則將這一研究方法運(yùn)用到碳酸鹽巖臺地邊緣沉積研究中[17]。

(2)研究手段綜合化。目前野外露頭、測井、地震、水槽模擬等已成為儲層構(gòu)型研究的常用手段，但各種方法都有其原理和技術(shù)的局限性。近年來，探地雷達(dá)、航空磁測等手段也逐步運(yùn)用于構(gòu)型研究[18]。

(3)研究結(jié)果定量化。就目前的研究成果來看，曲流河構(gòu)型定性模式認(rèn)識較為統(tǒng)一，但對于曲流河側(cè)積體展布范圍等定量指標(biāo)的認(rèn)識差異較大；對辮狀河和三角洲前緣儲層構(gòu)型定性模式的認(rèn)識雖還存在一定的差異(主要爭議在于心灘和河口壩形成過程是以前積為主還是以垂向加積為主)，但大多數(shù)學(xué)者都認(rèn)為心灘和河口壩砂體內(nèi)次級構(gòu)型界面近水平狀展布，而對心灘和河口壩規(guī)模、內(nèi)部次級構(gòu)型單元規(guī)模的認(rèn)識則存在較大分歧。

可以預(yù)見，對不同類型砂體儲層內(nèi)部側(cè)積層的密度、保存程度、連續(xù)性及其對剩余油分布的量化描述是今后構(gòu)型研究的重要方向。

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Current Status and Development of Reservoir Architecture Study

XUBo1TONGJianyu2ZHAOFeng1YANGXia3NIELing1HUANGPeng1ZHANGFan1

(1. Nanbao Oilfield Operation District of Jidong Oilfield of CNPC, Tanghai Hebei 063200, China;

2. Development Section of Jidong Oilfield of CNPC, Tangshan Hebei 063000, China;

3. Development and Technology Company of CNPC, Tanghai Hebei 063200, China)

Abstract:The study of reservoir architecture is one of focal and difficulty area in reservoir studying. Based on the outcome of home and abroad, this thesis sums up the main job of depositional system, such as fluvial deposits, delta deposit and alluvial fan. Then it puts forward the analysis of the normal means and the limitations of these means. Finally, it points out the problem and the development tendency of reservoir architecture study.

Key words:reservoir architecture; meandering river; braided stream; delta deposit; alluvial fan; development tendency

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-1980(2015)03-0020-04

中圖分類號：P618

作者簡介：徐波(1977 — )，男，博士，高級工程師，研究方向為油氣田開發(fā)地質(zhì)。

基金項目：國家科技重大專項“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”子課題“灘海油氣田高效開發(fā)技術(shù)”(08ZX05015-003)；冀東油田重大專項“冀東復(fù)雜斷塊油藏精細(xì)注水開發(fā)技術(shù)研究”子課題“南堡油田1-5、1-29精細(xì)注采調(diào)控技術(shù)研究”(2013A05-03)

收稿日期：2014-09-02