Correlation Technique and Application of Fluvial Strata Controlled by Complex Structure

Wenjun Zhang, Libing Wang, Lin Li, Zhaohang Ran, Jianbin Han

Bohai Oilfield Research Institute, Tianjin Branch of CNOOC Ltd., Tianjin

Abstract

Keywords

1.引言

目前，渤海部分油田已逐步進入中高含水開采階段，精細地層對比技術是開展儲層精細表征及后期油田治理、儲量挖潛的最基本、最重要的地質(zhì)研究關鍵技術。油田精細地層對比研究的方法發(fā)展到現(xiàn)在，前人累積了大量的研究成果，已經(jīng)逐步形成了許多行之有效的對比方法。傳統(tǒng)方法主要包括：“旋回對比、分級控制、相控約束、骨架閉合”等[1][2][3]。而20世紀80年代以來，國內(nèi)外也開始將高分辨率層序地層學分析方法廣泛應用到地層對比當中，形成了較為完善的一套地層對比模式和方法[4][5]。目前，隨著地震精細解釋技術的發(fā)展以及油田生產(chǎn)數(shù)據(jù)的不斷完善，“井震結合，動靜結合”的地層對比方法也逐步成熟[6][7]。而對于構造較為復雜的油田，特別是對比難度更大的河流相油田，在運用上述傳統(tǒng)方法進行對比的過程中還存在較多的困難與矛盾，筆者在傳統(tǒng)地層對比方法的基礎上，以P油田為例，從模式分析的角度入手，闡述幾種具有復雜構造背景的地層對比方法。

2.油田概況及存在問題

P油田構造位于郯廬斷裂帶東支、渤南低凸起帶中段的東北端，是一個在基底隆起背景上發(fā)育起來的，受兩組近南北向走滑斷層控制的斷裂背斜。油田主體夾持在兩組走滑斷裂帶之間，一系列北東向及近東西向正斷層將研究區(qū)構造形態(tài)進一步復雜化。P油田主力含油層系發(fā)育于新近系明化鎮(zhèn)組下段及館陶組，新近紀開始，該區(qū)已進入準平原化時期，形成了一套以河流相為主的沉積體系。明化鎮(zhèn)組下段屬于曲流河沉積，館陶組為辮狀河沉積，儲層巖性為河流相沉積的陸源碎屑巖。

河流相油田在渤海及我國都占有相當重要的地位。河流相儲層對比具有標志層確定困難以及橫向相變快等特點，給對比造成了較大的難度。針對上述特點，我國學者總結了“切片對比、等高程對比”等針對河流相地層的對比方法，為攻克河流相地層精細對比的難關奠定了堅實的理論基礎[1][4][8]。P油田是一個構造極其復雜的大型河流相油田，在運用“切片對比、等高程對比”等河流相傳統(tǒng)地層對比方法時，在復雜構造區(qū)域，如“高地層傾角區(qū)、位于氣云區(qū)的走滑斷裂帶、壘塹分界斷層區(qū)”(圖1)等存在著兩個主要的問題：① P油田東支走滑斷層帶大多都位于氣云區(qū)中，由于在井震標定及斷點位置確定等方面缺乏地震資料的支持，地層對比難度較大；② 在對高地層傾角區(qū)及壘塹分界斷層附近的復雜構造區(qū)域井進行對比時，地層厚度異常變化，與河流相地層發(fā)育特點不符，對比難度較大。

Figure 1.The distribution of complex structural areas in P Oilfield圖1.P油田復雜構造區(qū)分布圖

3.主要研究內(nèi)容及關鍵技術

面對上述問題，旨在形成P油田復雜構造帶精細地層對比模式，加深對比研究的精度和深度，為油田下部的低產(chǎn)、低效井治理，調(diào)整方案的編制與實施打下基礎。針對油田各種復雜構造的影響，結合地質(zhì)、地震、測井、油藏各專業(yè)技術，從構造、沉積、鉆井等方面總結了3種地層對比模式，形成復雜構造河流相地層對比特色技術。

3.1.高傾角地層斜井對比技術

在海上油田的生產(chǎn)過程中，開發(fā)井大都從固定的海上平臺延伸到各個目的井區(qū)，由于該種工程原因常常會采用井斜較大的定向井對一些井區(qū)進行開發(fā)，而在大井斜與較大的地層傾角的聯(lián)合影響下，會形成一種視厚度上的誤差，該誤差常常影響著海上油田地層對比的精度[9][10]。如圖2所示，A和B兩口井從不同平臺、不同方向同時鉆入一套厚度均勻的地層，在具有同樣的地層真實厚度(TST)的情況下，兩口井通過井斜直接所測得的井上視垂直厚度(TVD)是存在差異的，由此通過TVD深度剖面進行地層對比的時候就會形成一種厚度上的誤差。該誤差與井斜、地層傾角以及井軌跡與地層傾向的空間關系都有聯(lián)系，一般與前兩者呈正相關。

Figure 2.The mode of inclined wells drilled in high dip formation圖2.斜井鉆入高傾角地層模式圖

通過對這幾種厚度與井斜角、方位角以及地層傾角等參數(shù)的關系分析后可以得到參數(shù)組合公式。通過計算，得到油田不同區(qū)域井的TST與TVD的比值是不同的：位于平臺邊緣井斜較大且具有高地層傾角的16區(qū)井的比值明顯小于1，最低甚至小于0.5，該類區(qū)域的誤差較大；而位于地層較平緩地區(qū)且離平臺較近井斜較小的4區(qū)的井，其比值則幾乎等于1，該類區(qū)域的誤差較小。此外，通過該計算結果繪制2種厚度的區(qū)域展布圖，還可以更加直觀地對比該誤差平面上的差異性，對誤差較大的區(qū)域進行優(yōu)先矯正(圖3)。針對對比上的誤差，主要可以通過Petrel軟件編制相關算法得到TST與測井曲線數(shù)據(jù)的對應關系，從而通過 TST的連井對比剖面進行對比，矯正前的厚度異常現(xiàn)象在矯正后得到了較好的修正(圖4)。

Figure 3.The plane distribution of 2 formation thickness圖3.兩種地層厚度平面展布圖

Figure 4.The correlation diagram of formation profile before and after the correction of well deviation error in high dip formation圖4.高傾角地層井斜誤差矯正前后地層剖面對比圖

3.2.氣云區(qū)走滑斷裂帶地層對比技術

由于P油田東支走滑斷裂帶主要處于氣云區(qū)中，在缺乏精細地震資料支持的情況下，區(qū)域構造模式分析的指導作用尤為重要。P構造區(qū)在新近紀-第四紀的新構造運動以來主要受右旋走滑應力控制，在油田的核心區(qū)兩側形成了2條近南北向的走滑斷裂帶，而主體區(qū)則發(fā)育一系列北東-南西向或近東西向的正斷層，形成了一種“壘-塹”相間的構造形態(tài)。部分學者分析認為，該系列正斷層是隨大型走滑斷層形成的伴生斷層，而隨著油田地震重處理資料的逐步完善，結合構造沉積演化規(guī)律，目前的研究認識主要認為：在區(qū)域弱走滑擠壓背景下，古近系泥巖基底受早期基底隆起和區(qū)域熱沉降差異作用，發(fā)生塑形形變，產(chǎn)生張性應力，形成了該類正斷層，而斷層在新構造運動右旋走滑應力的影響下被切割改造。當斜井鉆遇切割的“錯位區(qū)”時，在井上過走滑斷層的斷點處就會形成一種因原被切割的正斷層所形成的“假斷距”，明確該模式對研究區(qū)位于氣云區(qū)的東支走滑斷裂帶井的地層對比具有重要的指導意義(圖5)。

Figure 5.The pattern of cutting normal fault region of strike-slip fault圖5.走滑斷層切割正斷層區(qū)域模式圖

以研究區(qū)的B40ST01井及B45ST01井對比為例(圖6)，該井組位于氣云區(qū)內(nèi)的東支走滑斷層附近。早期的地層對比認為，B45ST01井上不存在斷點，但其L80油組與鄰井對比性較差，由于該區(qū)位于氣云區(qū)，井上是否存在斷點難以通過地震資料確定。通過該井組周邊的斷層空間展布特征結合上述對比模式分析認為，B45ST01井對比性差的原因是其鉆遇了走滑斷層切割正斷層所形成的錯位區(qū)，從而形成了地層重復的“假斷距”所致，重復地層主要為L60與L70油組，而并非之前所認為的下覆L80油組。通過該方法確定了之前對比中未能識別的井上鉆遇走滑斷層斷點，同時也可以確定由于氣云區(qū)認識不清的走滑斷層位置，明確了該井斷點與斷層的空間組合模式。

Figure 6.The application of comparison pattern of cutting normal fault of strike-slip fault圖6.走滑斷層切割正斷層對比模式

對于注水開發(fā)油田，隨鉆測壓數(shù)據(jù)、動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)、示蹤劑資料以及水淹資料等油藏動態(tài)數(shù)據(jù)是檢驗砂體連通性及地層對比正確性的有效手段。上述引用的實例中，B40ST01井為注水井，B45ST01井為采油井，兩口井井距為270 m，B45ST01井投產(chǎn)在B40ST01井投注以后，B45ST01井初期含水率基本為0，投產(chǎn)近一年后也不超過10%，日產(chǎn)液量與日產(chǎn)油量也逐步下降呈衰竭生產(chǎn)的現(xiàn)象，充分說明了B45ST01井注水受效性較差，驗證了兩口井之間存在斷層遮擋的現(xiàn)象，也佐證了上述對比方案的正確性。

3.3.基于區(qū)域同沉積作用研究的地層對比技術

河流相地層對比最為經(jīng)典的對比方法“等高程”法認為，河道沉積其頂面距標準層(或某一等時面)應有基本相等的“高程”，不同時期沉積的河道砂，其頂面“高程”應不相同[8]。然而，在對研究區(qū)應用“等高程”法進行對比時，在部分區(qū)域總是發(fā)現(xiàn)一些地層厚度異常變化的區(qū)域。如圖7所示，P油田4區(qū)南處于一條壘塹分界斷層的下盤，位于塹塊區(qū)域，從一條沿區(qū)塊走向的近東西向?qū)Ρ绕拭嫔蟻砜?，該區(qū)塊地層厚度具有西薄東厚的特點，尤其以L50油組最為顯著，在河流相地層中一般不會存在地層厚度變化如此之大的現(xiàn)象。在最初的研究中推測，發(fā)生該現(xiàn)象的原因是在區(qū)域的西側存在一條小斷層，導致地層缺失，造成了地層厚度的差異，但由于缺乏其他資料(此處地震資料難以判識該斷層)及理論的支持，存在較大疑點。

Figure 7.Regional thickness difference of graben block in study area圖7.研究區(qū)塹塊區(qū)域地層厚度差異

針對產(chǎn)生該現(xiàn)象區(qū)域的構造演化背景入手，P油田壘塹相間的構造是在古近系泥巖基底之上受差異熱沉降作用逐步形成，形成時間主要為古近紀之后的新近紀-第四紀。結合整體的構造沉降史，渤海盆地在新進紀由古近紀的斷拗期轉變?yōu)檗窒萜?，館陶組幾乎覆蓋了整個盆地，為平原相沉積，表明盆地發(fā)生了整體沉降，同沉積斷層不發(fā)育，主要是熱沉降[11][12]。渤海盆地古近系由于斷陷作用發(fā)育了大量同沉積性質(zhì)的大斷層，從沙河街組三段沉積期開始即從中始新世開始，渤海發(fā)生了巨大變化，盆地進一步拉張伸展，沉積區(qū)域擴大，同沉積斷層活動強烈，沿控盆斷裂定向分布著許多沖積扇、水下扇和扇三角洲[12][13]。如圖8所示，根據(jù)以上構造演化背景分析，結合區(qū)內(nèi)地震資料，認為渤海灣盆地雖然在新近紀同沉積作用不太發(fā)育，但由于主體區(qū)的古近系巨厚泥巖基底在新近紀-第四紀時期的弱走滑擠壓背景下發(fā)生了差異熱沉降作用，使得主要的新近系含油地層在沉積的時候形成了獨特的壘塹構造。這些壘塹構造分界的正斷層具有同沉積性質(zhì)，根據(jù)斷層發(fā)育的背景分析認為其具有2種特點：一是斷層規(guī)模較小，無法與古近系、新近系發(fā)育的大型區(qū)域控沉積斷層相比，同沉積作用也不明顯；二是該類斷層發(fā)育具有期次性，由于斷層的發(fā)育成因以及規(guī)模導致該類斷層發(fā)育過程并不連續(xù)。

同沉積作用作為控制沉積的最為重要構造運動之一，對沉積體的發(fā)育意義重大，最顯著的表現(xiàn)是斷層引起的地層沉積厚度差異[10][14][15]。研究區(qū)發(fā)育的壘塹分界斷層對附近的地層厚度具有明顯的控制作用，通過對周邊井的對比及地震資料研究認為，主要有2種地層發(fā)育模式：① 塹塊較壘塊地層厚度厚，也就是同沉積斷層的下盤較上盤要厚；② 在塹塊區(qū)，也就是同沉積斷層的下盤，地層厚度隨斷距呈正相關關系，地層厚度在走向上有所差異。通過以上模式分析可以確定，上述4區(qū)南地層厚度的變化是由于同沉積作用所致，排除了可疑斷層的存在(圖7)。因此，在研究區(qū)這種斷裂發(fā)育且存在同沉積作用的區(qū)域，井上地層對比時需將同沉積作用造成的厚度差異及斷層造成的地層缺失或重復區(qū)分開來，以提高地層對比的精確性。

Figure 8.The tectonic pattern diagram between barrier graben phases and its reflection on seismic data in the study area圖8.研究區(qū)壘塹相間的構造模式圖及其在地震資料上的反映

4.成果應用

精細地層對比技術在油田低產(chǎn)、低效井治理以及難動用儲量挖潛的工作中是最基礎、最重要的關鍵技術?？偨Y了3種受復雜構造控制的河流相地層對比方法，在P油田低效井治理及綜合調(diào)整方案的工作中得到了較好的應用。

1)應用高傾角斜井對比模式，在油田 16區(qū)鉆前井位優(yōu)化中完成了分層調(diào)整及儲層預測厚度再認識工作。P油田16區(qū)井大多井斜較大，加之自身構造較陡，導致常規(guī)連井對比剖面誤差較大，無法完成正常的對比工作。通過文中方法，矯正了20余口井的對比剖面，并且對這些井的儲層真實厚度進行了矯正，有效提高了調(diào)整井儲層厚度預測精度。

2)應用氣云區(qū)走滑斷裂帶地層對比模式，完成了P油田東支走滑斷裂帶部分低產(chǎn)、低效井的分層再認識工作，明確部分井低產(chǎn)的原因是對比分層及構造認識不清，提出了側鉆等治理措施，得到了較好的開發(fā)效果；應用該模式重新認識了東支走滑斷層位置，為研究區(qū)開展鉆前井位優(yōu)化提供了堅實基礎。

3)應用基于區(qū)域同沉積作用研究的地層對比模式，完成了主體區(qū)同沉積斷層附近井的分層再認識工作，結合地震資料修改了部分井上斷點以及斷層展布的認識，為油田的綜合調(diào)整方案排除了區(qū)域上的開發(fā)風險。

5.結語

總結了3套針對受復雜構造影響的河流相地層對比方法，完善了傳統(tǒng)河流相地層對比方法在復雜構造區(qū)域應用中的不足，在開發(fā)生產(chǎn)中的低效井治理、調(diào)整方案的編制及實施等研究中起到了較為關鍵的作用，證實了新方法的實用性。