河道構(gòu)型單元及其對油藏的控制作用
——以鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)長8段儲集層為例

肖正錄，陳世加，廖建波，李 勇，王 攀，丁振剛

（1.西南石油大學(xué) a.地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院；b.天然氣地質(zhì)四川省重點實驗室，成都 610500；2.中國石油 勘探開發(fā)研究院 西北分院，蘭州 730020）

自1977年第一屆國際河流沉積會議上提出儲集層構(gòu)型的概念之后，地質(zhì)學(xué)家對砂體構(gòu)型的研究就未間斷過[1-4]。尤其是通過河流相儲集層構(gòu)型研究，總結(jié)出河流相儲集層構(gòu)型要素分析法，提出了巖相類型的劃分、層次界面的劃分以及構(gòu)型要素之間的疊置關(guān)系是研究沉積構(gòu)型的關(guān)鍵性因素[3]。隨后諸多中外學(xué)者在儲集層構(gòu)型研究方面取得了豐碩的成果，極大地豐富了河流相沉積構(gòu)型理論[5-7]。但在將理論用于油氣田勘探開發(fā)中時，卻遇到了不少的問題：如沉積微相與砂體構(gòu)型在表征地質(zhì)現(xiàn)象時概念重復(fù)、區(qū)分模糊；單砂體內(nèi)部構(gòu)型對油氣封堵作用的研究還處于空白；砂體構(gòu)型對儲集層非均質(zhì)性的影響相比傳統(tǒng)意義上的儲集層非均質(zhì)性研究優(yōu)勢不突出。就鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)上三疊統(tǒng)延長組長8段儲集層來說，其優(yōu)質(zhì)儲集體多發(fā)育于水下分流河道之中，但卻出現(xiàn)相同儲集體油水差異性聚集的現(xiàn)象[8-10]。在原油能夠到達儲集體的基礎(chǔ)上，為何同一套砂體中有的地方出油而有的地方卻出水？是什么因素導(dǎo)致了砂體中相對蓋層的發(fā)育和原油聚集的差異性？單砂體中油藏的控制因素有哪些？本文擬通過對河道砂體構(gòu)型的解剖，來初探以上復(fù)雜地質(zhì)問題。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置及沉積物源方向

1 地質(zhì)背景

華慶地區(qū)處于鄂爾多斯盆地的沉積中心，上三疊統(tǒng)延長組主要發(fā)育三角洲相和湖相[11-13]，其中三角洲相又包括研究區(qū)西南部的辮狀河三角洲和東北部的曲流河三角洲。長8段儲集層以三角洲前緣亞相為主[14-15]，其骨架為三角洲前緣水下分流河道微相，河道主要呈北東—南西向，河道之間被分流間灣分隔，砂體的物源及發(fā)育情況完全受控于沉積相的展布[16-18]（圖1）。華慶地區(qū)位于烴源巖發(fā)育的中心地帶，油源充足，具有良好的生儲蓋組合，有利于原油的聚集成藏[19-20]。長8段儲集層中的原油來自于上覆的長7段烴源巖[21-22]，油氣藏類型主要為巖性油氣藏[23]。

2 河道不同構(gòu)型單元的識別

根據(jù)文獻［4］提出的河流儲集層構(gòu)型界面的分類方案，可將水下分流河道砂體劃分為交錯層系、層系組、水下分流河道側(cè)積體及分流河口壩增生體、單一水下分流河道或分流河口壩、復(fù)合砂體共五級儲集層構(gòu)型單元。按照此劃分方案，將單一水下分流河道儲集層構(gòu)型單元細(xì)分為河道主體和河道側(cè)翼2個河道構(gòu)型單元，作為本次研究的主要對象。河道構(gòu)型單元可以根據(jù)巖石相態(tài)和測井曲線特征加以識別。

2.1 巖相識別

（1）華慶地區(qū)長8段儲集層水下分流河道主體主要由細(xì)砂巖和含礫砂巖組成，中粗砂巖少見。碎屑成分以石英為主，其次為長石，分選性較好，磨圓度為次棱角狀—次圓狀，孔隙式膠結(jié)，主要發(fā)育塊狀層理和平行層理（圖2a）。泥質(zhì)含量小于17.5%，鈣質(zhì)含量小于9.8%.以正粒序為主，河道底部被沖刷剝蝕，可見沖刷面并沉積有泥礫，或與下伏泥巖呈突變式接觸。

（2）華慶地區(qū)長8段儲集層水下分流河道側(cè)翼主要發(fā)育粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖的互層，中細(xì)砂巖少見。碎屑成分以石英為主，其次為長石和云母，在單偏光下見大量泥質(zhì)條帶和塑性變形構(gòu)造，分選性差，磨圓度為棱角狀—次棱角狀，基底式膠結(jié)，主要發(fā)育板狀交錯層理和砂紋層理等沉積構(gòu)造（圖2b,圖2c）。泥質(zhì)含量高達26.7%，鈣質(zhì)含量達到19.5%.粒序通常不明顯，只有在局限砂巖段內(nèi)可以辨別出為正粒序。

2.2 測井識別

（1）河道主體自然電位和自然伽馬曲線呈現(xiàn)箱形、漏斗形或鐘-漏斗復(fù)合形，在較大的尺度上沒有明顯的指狀波動；微電極幅度差較大，孔隙度高，密度低，二者曲線平滑，均質(zhì)性強。

圖2 L134井河道構(gòu)型劃分及對應(yīng)巖性單偏光照片

（2）河道側(cè)翼自然電位和自然伽馬曲線以指狀為主（圖2），微電極幅度差較河道主體小，且齒化嚴(yán)重；孔隙度偏低值，密度偏高值，跳躍特征明顯，非均質(zhì)性強。河道側(cè)翼內(nèi)部小的砂系單元中測井曲線形態(tài)依然呈現(xiàn)河道主體特征，即河道側(cè)翼砂體在小尺度下依然符合河道主體砂體的沉積規(guī)律和測井響應(yīng)特征。

3 河道主體砂體更易于原油充注

根據(jù)巖性和測井響應(yīng)特征，將河道砂體進行分類，分別選取河道主體和河道側(cè)翼典型的巖樣進行物性、微毛細(xì)管壓汞和含油性分析。各種證據(jù)表明，原油優(yōu)先充注于河道主體砂體中，河道側(cè)翼砂體即便是具有與河道主體砂體同樣的物性條件也不一定有原油充注。

3.1 河道主體砂體的物性好于河道側(cè)翼砂體

河道主體和河道側(cè)翼砂體的孔隙度和滲透率統(tǒng)計資料表明，河道主體的孔隙度多為8%～11%，滲透率為0.3～0.6 mD；而河道側(cè)翼的孔隙度則相對較低，小于8%部分占有較大的比例，其滲透率更是低于0.3 mD.壓汞數(shù)據(jù)（表1）表明，河道主體的平均孔喉中值半徑為0.326 μm，平均排驅(qū)壓力為1.105 MPa，平均最大汞飽和度為92.40%；而河道側(cè)翼對應(yīng)上述3個指標(biāo)值分別為0.033 μm，5.736 MPa和87.75%.流體在河道主體砂體中的流通能力遠(yuǎn)強于河道側(cè)翼砂體。

表1 華慶地區(qū)長8段儲集層河道主體與河道側(cè)翼典型巖樣壓汞數(shù)據(jù)

3.2 河道主體砂體具有更小的含油物性下限

砂體是否含油受生儲蓋運圈保等因素控制，在上述條件相似的情況下，原油能夠到達儲集層，同一套砂體的含油性則取決于砂體內(nèi)部的非均質(zhì)性程度。通常我們認(rèn)為，不論沉積相如何變化，在原油充注時，物性相對好的砂體會優(yōu)先充注原油，這就是原油充注對儲集層物性的選擇性。分析河道主體和側(cè)翼的孔滲統(tǒng)計數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，原油充注于河道側(cè)翼的孔滲臨界條件高于河道主體（表2）。河道主體砂體在孔隙度達到8%，滲透率在0.3 mD以上即有原油充注，而河道側(cè)翼砂體在孔隙度達到11%，滲透率在0.6 mD以上才會有原油的大量充注，河道主體砂體比河道側(cè)翼具有更小的含油物性下限。

河道主體與河道側(cè)翼在巖性和物性等方面存在的差異，本質(zhì)上是由水動力條件所決定的。處于高能環(huán)境下的河道主體其巖性和物性要優(yōu)于低能環(huán)境下的河道側(cè)翼，而泥質(zhì)含量要低于側(cè)翼。河道的大小和位置會季節(jié)性的發(fā)生變化，河道邊部經(jīng)水流來回沖刷形成含大量沖刷充填構(gòu)造的巖性和物性尖滅，造成了河道砂體橫向上的非均質(zhì)性。而河道的周期性擺動形成了主體與側(cè)翼在縱向上的疊置，進而造成了河道砂體在縱向上的非均質(zhì)性。河道構(gòu)型單元間的這種復(fù)雜接觸關(guān)系，導(dǎo)致河道砂體中油水的聚集也具有差異性。

4 河道構(gòu)型單元對油藏的控制作用

根據(jù)文獻［4］中將河流儲集層構(gòu)型劃分為單一水下分流河道和復(fù)合砂體的劃分方案，將河流沉積構(gòu)型表述為河道單砂體和河道復(fù)合砂體。前人多從縱橫兩個方向的砂體空間配置關(guān)系研究河道儲集層構(gòu)型對剩余油的控制作用，不少學(xué)者將側(cè)積泥巖的阻擋[24-25]、砂體連通性[26]、獨立流體系統(tǒng)[27]、相變及夾層[28]等歸結(jié)為引起砂體含油性差異的原因。筆者認(rèn)為，當(dāng)原油到達砂體時，河道側(cè)翼對儲集層非均質(zhì)性的影響，是河道砂體中油水差異性分布的重要因素，而河道和河道間的空間配置關(guān)系決定了原油的運聚。

表2 研究區(qū)河道主體與河道側(cè)翼不同物性儲集層占比統(tǒng)計

4.1 河道側(cè)翼影響油水差異性富集

上述論證表明，河道主體與河道側(cè)翼間的物性差異是十分明顯的。這種現(xiàn)象在華慶地區(qū)大量發(fā)現(xiàn)，如L357井長8段儲集層2 226.4—2 230.5 m同一套砂體中的油水富集具有差異性（圖3）。這種由斜層理和塊狀層理組合起來的厚層砂體中包含了多套河道主體與側(cè)翼，而原油往往只富集于均質(zhì)性更強的河道主體砂體中，非均質(zhì)性較強的河道側(cè)翼砂體充當(dāng)了相對蓋層的作用，原油不容易充注，經(jīng)過地層水長時間的浸泡而鈣質(zhì)化。對河道主體和河道側(cè)翼的巖樣做薄片鏡下熒光鑒定，可以很直觀地看出，河道主體的含油性好于河道側(cè)翼：原油儲集在河道主體砂巖的粒間孔中，發(fā)亮綠色熒光；而在河道側(cè)翼砂巖中的原油只浸染于顆粒表面，連通性差，呈現(xiàn)淡黃色熒光。

圖3 L357井河道主體與河道側(cè)翼巖心與熒光照片

此現(xiàn)象在鄂爾多斯盆地普遍存在，這種成藏的差異性在單河道砂體中表現(xiàn)為一套厚砂體中只有局部位置含油；而在平面上鋪展開來，則表現(xiàn)為沒有統(tǒng)一油水界面的連續(xù)性油藏[29]。

4.2 河道主體的規(guī)模決定了油藏的大小

河道復(fù)合砂體即指河道主體與河道主體之間的復(fù)合、河道側(cè)翼與河道側(cè)翼之間的復(fù)合、河道主體與河道側(cè)翼之間的復(fù)合，總體可將其分為4種類型：Ⅰ型代表多套河道主體砂體縱向疊置；Ⅱ型代表兩套河道主體砂體縱向疊置；Ⅲ型代表河道主體砂體與河道側(cè)翼砂體縱向疊置；Ⅳ型代表多套河道側(cè)翼砂體間的疊置。在華慶地區(qū)長8段儲集層的砂體剖面中（圖4），C91井為Ⅰ型，C85井和W75井為Ⅱ型，C121井和S178井為Ⅲ型，各井上下端側(cè)翼疊置砂體則為Ⅳ型。

從圖4中可看出，油層的厚度完全取決于河道主體砂體的疊加厚度，河道側(cè)翼砂體中幾乎沒有原油富集，其往往充當(dāng)了相對蓋層的作用，在縱橫兩個方向上對河道主體砂體中的原油形成遮擋。

值得一提的是，油氣的成藏不只是有好的儲集層就可以，就單河道而言，砂體的發(fā)育規(guī)模往往決定了河道的延伸距離。砂體規(guī)模越大，表明河道延伸越遠(yuǎn)，若沒有側(cè)向的遮擋體，原油則會長距離運移而在河道尖滅處或是構(gòu)造的高部位聚集成藏（圖5），這也是華慶地區(qū)優(yōu)質(zhì)砂體中不含油、厚層砂體卻出水的主要原因之一[30]。

4.3 河道間與河道側(cè)翼在封堵原油作用上的辯證關(guān)系

現(xiàn)行的河流構(gòu)型劃分體系將河道和河道間同時歸類于河流儲集層構(gòu)型單元之中，前期有關(guān)河流儲集層的研究其實往往只在河道主體和河道間之間展開，而忽略了河道側(cè)翼。本文將河道間與河道分開論述，并將河道構(gòu)型單元劃分為河道主體和河道側(cè)翼，旨在區(qū)分蓋層和相對蓋層的概念。河道間在巖性上多為泥巖，其對原油只有遮擋作用而沒有滲慮作用，這是其與河道側(cè)翼的最本質(zhì)區(qū)別。若河道周圍皆被疊置出現(xiàn)的河道間泥巖所包圍，再好的砂體也不會含油，也就沒有河道側(cè)翼對河道主體原油的封堵作用一說。

圖4 華慶地區(qū)長8段儲集層河道復(fù)合砂體的控藏作用

圖5 華慶地區(qū)長8段儲集層河道規(guī)模的控藏作用

5 結(jié)論

（1）河道儲集層構(gòu)型可細(xì)分為河道主體和河道側(cè)翼兩個構(gòu)型單元，河道主體砂體多發(fā)育塊狀層理和平行層理，河道側(cè)翼砂體以發(fā)育斜層理和砂紋交錯層理為特征，河道主體砂體的物性遠(yuǎn)好于河道側(cè)翼砂體。

（2）河道側(cè)翼增強了河道儲集層的非均質(zhì)性。相比河道側(cè)翼，河道主體砂體具有更小的含油物性下限，在原油能夠到達儲集層的基礎(chǔ)上，原油優(yōu)先充注于河道主體砂體中成藏。

（3）按照河道主體和河道側(cè)翼的縱向疊置關(guān)系，河道復(fù)合砂體可劃分為四種類型，原油的聚集程度完全取決于河道主體砂在空間上的展布。河道規(guī)模影響原油的成藏，有限的原油會沿著河道長距離運移，在河道上傾尖滅處或構(gòu)造的高部位成藏。