孔店油田館陶組辮狀河儲層構(gòu)型及剩余油分布規(guī)律

劉 海，林承焰，張憲國，王宏偉，付曉亮，李 佳

1.中國石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580 2.中國石油大港油田公司，天津 300280

0 引言

目前，國內(nèi)主要的老油田已進(jìn)入高含水后期甚至特高含水期。隨著含水的上升，剩余油在空間上呈高度分散狀態(tài)，如何準(zhǔn)確地預(yù)測油層中剩余油的分布狀態(tài), 是高含水油田進(jìn)行調(diào)整挖潛、提高注水采收率的基礎(chǔ)和關(guān)鍵[1]。近年來儲層構(gòu)型成為地質(zhì)領(lǐng)域與剩余油結(jié)合較為密切的一個方向，國內(nèi)外很多學(xué)者對各種類型的沉積儲層構(gòu)型開展了研究，取得了大量的研究成果：孫天建等[2]研究了充填模式差異對辮狀河道構(gòu)型的影響，并建立了能夠反映辮狀河儲層構(gòu)型空間分布特征的三維地質(zhì)模型；劉鈺銘等[3]研究表明，沉積時期復(fù)雜的水動力條件使得辮流沙壩具有復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以密井網(wǎng)區(qū)的落淤層解剖結(jié)果為內(nèi)部約束界面，采用隨機(jī)模擬方法建立了心灘內(nèi)部三維構(gòu)型模型；岳大力等[4-5]采用層次約束、模式擬合和多維互動的思路，對濟(jì)陽坳陷孤島油田館陶組曲流河儲層構(gòu)型進(jìn)行了分析，將不同級次的定量構(gòu)型模式與地下井資料分別進(jìn)行擬合，建立了不同層次的儲層構(gòu)型三維模型；馬世忠等[6]運(yùn)用巖心分析、對子井解剖等多種方法，對淺水三角洲體系中分流河道砂體內(nèi)部的薄夾層進(jìn)行了研究并建立了其構(gòu)型模式；林煜等[7]采用地震相分析、地震切片、露頭觀察描述等多種手段相結(jié)合的方法，分級次開展了濁積朵葉構(gòu)型研究。研究表明，精細(xì)刻畫儲層構(gòu)型可以有效地指導(dǎo)老油田高含水階段的剩余油挖潛。如：楊少春等[8]建立的辮狀河心灘“三體兩面”內(nèi)部結(jié)構(gòu)模式、李順明等[9]對辮狀河沉積體系中不同類型儲集層構(gòu)型單元及其內(nèi)部剩余油分布特征的研究、鄧智浩等[10]提出的“封閉式”和“半通式”點(diǎn)壩側(cè)積體模式和趙倫等[11]提出的三角洲砂體“鑲嵌式”構(gòu)型模式等在指導(dǎo)老油田開發(fā)調(diào)整和挖潛中都取得了良好的應(yīng)用效果。

孔店油田的館陶組是該油田最重要的油層。此次研究，筆者通過對研究區(qū)巖心進(jìn)行詳細(xì)的描述，結(jié)合測井、錄井等資料進(jìn)行分析，建立了研究區(qū)的沉積模式，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行了儲層構(gòu)型精細(xì)刻畫，分析了研究區(qū)的剩余油富集規(guī)律，以期為下一步油田的挖潛工作提供可靠的地質(zhì)基礎(chǔ)。

1 地質(zhì)背景

黃驊坳陷位于渤海灣盆地中南部(圖1a)，西緣以滄縣隆起為界，南東以埕寧隆起為界，孔店油田構(gòu)造上處于黃驊坳陷中部地區(qū)的孔店凸起構(gòu)造帶(圖1)，是一個被斷層切割的背斜構(gòu)造[12]。

黃驊坳陷在古近紀(jì)時期發(fā)生大規(guī)模伸展運(yùn)動，其過程可以細(xì)分為初始斷陷期、擴(kuò)張期、穩(wěn)定期和衰減反轉(zhuǎn)期4個階段[13-14](圖2)。到新近紀(jì)時期，黃驊坳陷的斷陷活動基本停止，開始發(fā)生均一沉降，進(jìn)入長期的坳陷發(fā)展階段，館陶組發(fā)育于坳陷期早期，發(fā)育以河流相為主的粗碎屑巖沉積，不整合于下部地層之上[15](圖2)。館陶組在研究區(qū)埋深1 206～1 434 m，油田開發(fā)過程中細(xì)分為三段。其中，館三段為本次研究的目的層位，以粗碎屑巖為主，發(fā)育淺灰色厚層砂礫巖夾暗色泥巖，顆粒呈次圓狀，分選性中等偏差。

a.孔店油田所在區(qū)域位置圖；b. 孔店油田主要斷塊及井位圖。圖1 孔店油田位置圖及地質(zhì)概況Fig.1 Location and geology survey maps of Kongdian oilfield

據(jù)文獻(xiàn)[15]修編。圖2 黃驊坳陷綜合地質(zhì)圖Fig.2 Comprehensive geology column of Huanghua depression

2 砂體構(gòu)型

2.1 巖相識別

粒度粗細(xì)和層理類型的不同代表了沉積水動力條件的強(qiáng)弱變化，是分析沉積物成因類型的重要依據(jù)[16],是進(jìn)行儲層構(gòu)型研究的基礎(chǔ)。此次研究考慮巖石形成時的沉積機(jī)制和水動力條件，按照沉積構(gòu)造與巖性的差異，劃分出7種巖相類型，包括2種粗粒度礫巖相、2種砂巖相、2種粉砂巖相和1種泥巖相(表1)，其中：礫巖相通常發(fā)育在砂體底部，屬于強(qiáng)水動力沖刷河床后的滯留沉積；砂巖相是研究區(qū)最主要的巖石類型，是沙床在河床底部沉積形成，由于水動力條件的變化呈現(xiàn)各種不同的層理類型，研究區(qū)常見板狀、槽狀交錯層理，均為河道內(nèi)常見的層理類型；粉砂巖相通常在砂體上部發(fā)育，以發(fā)育波狀紋層為特征，砂體內(nèi)部也可見到薄層狀粉砂巖，河漫沉積常見粉砂巖相；研究區(qū)內(nèi)發(fā)育塊狀泥巖，該巖相主要在泛濫平原安靜的水體內(nèi)發(fā)育，也可能發(fā)育在廢棄河道內(nèi)。

2.2 構(gòu)型要素識別

單一構(gòu)形要素之間往往存在受各種地質(zhì)界面控制的不連續(xù)隔、夾層或低滲物性界面, 造成地下復(fù)雜的流體滲流特征[17]，準(zhǔn)確地識別單一構(gòu)形要素有助于進(jìn)一步認(rèn)識地下流體的運(yùn)動規(guī)律。對巖相進(jìn)行合理的組合后，研究區(qū)識別出5種構(gòu)型要素。

辮狀河道：槽狀交錯層理砂巖在河道沉積中占據(jù)主導(dǎo)地位，發(fā)育在河道砂體下部，其次為板狀交錯層理砂巖，向上發(fā)育波狀紋層細(xì)砂巖、粉砂巖，底部發(fā)育顆粒支撐礫巖且規(guī)模不大，礫石具有疊瓦狀排列特征，整體上粒度向上變細(xì)呈現(xiàn)正韻律特點(diǎn)。河道內(nèi)部巖相變化復(fù)雜，粒度變化很大，具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性。

心灘：心灘由沉積物順流加積形成，底部發(fā)育板狀交錯層理粗砂-含礫粗砂巖為主，向上粒度變細(xì)，整體以板狀交錯層理中砂巖及細(xì)砂巖為主，粒度較為均勻，表現(xiàn)為均質(zhì)韻律特征，測井曲線包絡(luò)線形態(tài)通常是箱形或略微向上收斂的鐘形(圖3)。現(xiàn)代沉積[18]和古代露頭資料[19-20]表明，辮狀河道和心灘在辮狀河沉積體系內(nèi)部呈交叉分布特征，因此在井間對比時，當(dāng)兩口都發(fā)育心灘砂體的井間鉆遇河道砂體，則可以斷定兩口井之間存在河道與心灘的分界線，通過這個方法可以進(jìn)行單一心灘的邊界識別(圖4)。

表1研究區(qū)館陶組巖相分類表(K31井，K1024井)

Table1LithofaciesclassificationoftheGuantaoFormationfaciesinthestudyarea(WellK31,WellK1024)

VSP.自然電位；GR.自然伽馬。圖3 館陶組垂向沉積序列圖(K31井)Fig.3 Lithofacies assemblages and vertical profiles of the Guantao Formation in study area(Well K31)

Rt. 深電阻率。圖4 研究區(qū)心灘對比剖面圖Fig.4 Contrast section of central bar in the study area

堤岸：堤岸沉積物粒度較細(xì)，多為粉砂巖和砂巖，沉積構(gòu)造以塊狀和砂紋層理為主。垂向上常與河道沉積或泛濫平原沉積毗鄰，平面上發(fā)于河道兩側(cè)，當(dāng)河道遷移頻繁時，堤岸沉積往往被沖刷難以得到很好的保存。

泛濫平原：泛濫平原在館三段下部不太發(fā)育，在館三段上部較為發(fā)育，巖性主要是塊狀泥巖，內(nèi)部可發(fā)育粉砂質(zhì)薄層。洪水時期，洪水漫過堤岸形成廣泛的細(xì)粒沉積，泛濫平原在辮狀河沉積體系內(nèi)發(fā)育較差，原因是辮狀河沉積過程中缺乏固定的堤岸，河道的遷移和改道較為頻繁，泛濫平原沉積被反復(fù)沖刷，不能很好地保留下來。

廢棄河道：辮狀河道中分支河道由于淤塞會逐漸廢棄形成廢棄河道，底部通常發(fā)育正常的河道砂巖或礫石質(zhì)砂巖，向上發(fā)育細(xì)粒沉積，沉積構(gòu)造以塊狀層理為主，說明廢棄河道內(nèi)部沉積物供給不足、沉積速率較慢(圖4)。

2.3 研究區(qū)沉積模式

在孔店地區(qū)館陶組垂向沉積序列研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行合理的相組合，建立了研究區(qū)辮狀河沉積模式(表2)。館三段主要是辮狀河沉積體系，發(fā)育厚層砂巖，可達(dá)50 m甚至更厚(圖3)，是多期河道頻繁遷移疊置形成，單期河道厚度為7～15 m。河道底部發(fā)育顆粒支撐礫巖，向上發(fā)育槽狀交錯層理和板狀交錯層理為主的厚層砂體。槽狀交錯層理砂巖主要發(fā)育于水動力復(fù)雜的河道沉積內(nèi)部，而板狀交錯層理在順流加積的心灘內(nèi)部更為常見。河道砂體內(nèi)部偶見無規(guī)則炭質(zhì)漂礫，直徑為7～8 cm(圖5)，富集于砂體內(nèi)部，是早期泥質(zhì)披覆層的碎塊和堤岸沖垮后沉積的物質(zhì)，可以反映辮狀河沉積時較強(qiáng)的水動力環(huán)境。河漫和泛濫平原沉積發(fā)育規(guī)模較小，粉砂巖和泥質(zhì)沉積相對少見，說明古河流缺乏懸移質(zhì)沉積物[21]。

表2 研究區(qū)館三段沉積模式及特征參數(shù)

圖5 研究區(qū)館三段炭質(zhì)漂礫(K1024井)Fig.5 Photographs of floating mudy-gravel in the GuantaoⅢ in the study area(Well K1024)

2.4 心灘內(nèi)部構(gòu)型

心灘砂體通常是由多期增生體疊置而成，對應(yīng)于Miall提出的3級界面所限定的構(gòu)型單元，其分隔界面表現(xiàn)為因?qū)永順?gòu)造和巖性發(fā)生變化而顯示的夾層，即落淤層(圖6)。其厚度較小，多為十幾到幾十厘米，由泥質(zhì)粉砂巖、泥巖等細(xì)粒沉積組成，在電測曲線上表現(xiàn)不同程度的回返，研究區(qū)微電極曲線響應(yīng)特征最為明顯。夾層的存在會加劇儲層內(nèi)部的非均質(zhì)性，使砂體內(nèi)流體的滲流特征趨于復(fù)雜，夾層分隔開的各期增生體的含油產(chǎn)狀不同，各期增生體的相對吸水量和滲透率等參數(shù)也存在差異(圖7)，開發(fā)過程中夾層對砂層內(nèi)剩余油有明顯的控制作用，通過對夾層的精細(xì)刻畫，可以對厚砂層內(nèi)剩余油的分布規(guī)律進(jìn)行有效的預(yù)測[22]。

2.4.1 單井界面識別

研究區(qū)主要存在3種類型的心灘落淤層：泥質(zhì)落淤層、物性落淤層和鈣質(zhì)落淤層(圖8)。

泥質(zhì)落淤層：是洪水間歇期間沉積形成的泥巖，自然電位回返幅度一般大于1/3，微電極曲線有一定回返，微電位與微梯度曲線幅度差較小。

物性落淤層：洪水間歇期的泥巖被后期較強(qiáng)洪水沖刷后保留下物性較差的薄層粉砂質(zhì)沉積物，自然電位曲線有微弱回返，微電極曲線回返而且曲線幅度差較小。

鈣質(zhì)落淤層：為鈣質(zhì)膠結(jié)作用形成的鈣質(zhì)粉細(xì)砂巖，發(fā)育頻率較小(9%)，自然電位曲線無明顯變化，微電極曲線具明顯高值尖峰。

2.4.2 心灘內(nèi)部結(jié)構(gòu)

合適的砂體內(nèi)部構(gòu)型模式是井間構(gòu)型界面預(yù)測的前提[12]。本文以具有研究區(qū)相似沉積環(huán)境的心灘內(nèi)部構(gòu)型模式為基礎(chǔ)，結(jié)合井網(wǎng)資料，解剖心灘內(nèi)部結(jié)構(gòu)并分析其對剩余油分布規(guī)律的影響。

圖6 研究區(qū)取心井心灘內(nèi)部泥質(zhì)落淤層(K31井)Fig.6 Mud layer of the central bar in the study area(Well K31)

RML1. 微梯度電極系視電阻率；RML2. 微電位電極系視電阻率。圖7 研究區(qū)心灘內(nèi)部構(gòu)型劃分綜合柱狀圖(K1024井)Fig.7 Comprehensive column of divition of central bar architecture in the study area(Well K1024)

圖8 研究區(qū)心灘落淤層類型及測井曲線識別特征Fig.8 Type and logging curve characteristics of off silt layers in central bar in the study area

圖9 長江流域荊州段南興洲心灘現(xiàn)代沉積及內(nèi)部落淤層模式圖Fig.9 Typical sedimentary of central bar in Nanxingzhou, Jingzhou section, Yangtze River and pattern diagram of silting layer

圖9為長江流域荊州段南興洲心灘，為典型的砂質(zhì)辮狀河心灘，平面上分為灘頭、灘主體、灘尾和灘翼4個部分。心灘發(fā)育過程中各部位的水動力條件不同，因此心灘砂體內(nèi)各部位的結(jié)構(gòu)也有所差異：灘頭直接受上游水流長期沖刷，落淤層難以很好地保存下來；灘主體位于心灘中部，地勢較為平坦，很少被水流沖刷，因此灘主體的落淤層發(fā)育較好，受垂向加積作用影響呈近水平產(chǎn)狀；灘尾位于心灘背水流位置，平水期時較少受水流沖刷，落淤層較為發(fā)育并且保存較好，灘尾側(cè)積層由于前積作用呈低角度傾斜狀；灘翼位于心灘兩側(cè)，受辮狀河道水流沖刷程度不同，兩翼落淤層發(fā)育程度和產(chǎn)狀也不同，右翼坡度較小，水流易越過邊界沖刷灘翼，導(dǎo)致局部落淤層保存較差，左翼坡度較大，底部落淤層保存較差但中上部落淤層保存較完整。

基于以上模式，利用研究區(qū)井網(wǎng)資料建立連井剖面，井間落淤層進(jìn)行合理組合對比則可得到井間界面的匹配關(guān)系(圖10)。研究區(qū)K1024井組發(fā)育心灘砂體，內(nèi)部發(fā)育四期落淤層，其中：注水井K1024-1位于灘頭，底部落淤層保存較好，第四期落淤層不發(fā)育；注水井K1006和采油井K1006-1位于灘右翼，底部落淤層發(fā)育較差，第四期落淤層發(fā)育較好，傾角較為平緩；采油井K1024和K1024-2位于灘主體部位，K1018位于灘左翼，這兩個部位各期落淤層均保存較好，灘主體落淤層平緩，左翼陡峭；K1021井位于灘尾部，前兩期增生體未發(fā)育至該井處，因此只發(fā)育三、四期落淤層呈高角度傾斜狀(圖11)。

圖10 研究區(qū)心灘落淤層井間三維對比圖Fig.10 Three dimensional contrast diagram of silting layer in central bar in the study area

圖11 研究區(qū)心灘落淤層井間對比剖面圖Fig.11 Contrast section of silting layer in central bar in the study area

3 心灘內(nèi)部結(jié)構(gòu)與剩余油分布

心灘各部位內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同導(dǎo)致開發(fā)過程中不同部位的剩余油分布情況也不同，注水開發(fā)過程中注采井網(wǎng)與落淤層的匹配關(guān)系會影響剩余油的分布[10]。具體到K1024井組心灘砂體，水從灘頭和灘右翼注入后向?yàn)┲黧w、灘尾和灘左翼方向推進(jìn)(圖12)：①在灘頭→灘主體→灘尾部方向，中下部落淤層發(fā)育較完整，注入水沿各層落淤層均勻推進(jìn)，導(dǎo)致灘主體中下部增生體內(nèi)油驅(qū)替程度較高，僅頂部落淤層保存較差，注入水難以波及導(dǎo)致水驅(qū)效率較低，形成剩余油，在灘尾部落淤層起遮擋作用使得剩余油富集(圖13a)；②在灘右翼→灘主體→灘左翼方向，由于中部落淤層發(fā)育較差，注入水沿頂部和下部落淤層推進(jìn)，使得頂部和下部增生體驅(qū)替程度較高，這些部位僅在落淤層下部有少量剩余油，而中部增生體難以被水波及，剩余油富集(圖13b)。

圖12 研究區(qū)心灘落淤層控制下剩余油平面分布圖Fig.12 Remaining oil distribution for control of silting layer in central bar(plane) in the study area

圖13 研究區(qū)心灘落淤層控制剩余油分布剖面圖Fig.13 Cross section of remaining oil distribution for control of silting layer in central bar in the study area

整體來看：灘主體和灘左翼部位由于落淤層發(fā)育，同時受兩個方向注入水波及，驅(qū)替程度較高，僅在落淤層下部發(fā)育少量剩余油；而灘左翼由于落淤層發(fā)育較差，導(dǎo)致注入水波及程度較低，中部剩余油富集；灘尾部由于落淤層遮擋成為剩余油局部富集區(qū)。

對于灘尾部則建議布大角度斜井鉆遇各期增生體尾部邊緣部位，保證灘尾所富集剩余油最大程度被開采(圖13a)；而對于灘右翼部位建議采用蒸汽的方式開采剩余油，提高油層中上部驅(qū)替效率(圖13b)。

4 結(jié)論和認(rèn)識

1)研究區(qū)館三段發(fā)育辮狀河沉積，具有快速堆積、高砂地比、多層厚砂體疊加的特征，發(fā)育辮狀河道、心灘等典型辮狀河儲層構(gòu)型要素，越岸細(xì)粒沉積發(fā)育較差。

2)研究區(qū)心灘內(nèi)部發(fā)育泥質(zhì)、鈣質(zhì)和物性3種類型的落淤層，辮狀河心灘平面上可分為灘頭、灘主體、灘尾和灘翼4個部分。其中，灘頭受水流沖刷落淤層保存較差，灘主體落淤層發(fā)育較好呈近水平產(chǎn)狀，灘尾落淤層保存較好呈低角度傾斜狀，灘翼落淤層發(fā)育程度和產(chǎn)狀不同，右翼坡度較小，局部落淤層易被水流沖刷保存較差，左翼坡度較大，底部落淤層保存較差但中上部落淤層保存較完整。

3)解剖區(qū)心灘主體和灘左翼位置受兩個方向注入水影響，驅(qū)替程度較高，剩余油較少；灘左翼落淤層發(fā)育較差，注入水波及程度較低，中部剩余油富集；灘尾部則由于落淤層遮擋成為剩余油局部富集區(qū)。

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