鄂爾多斯盆地砂質(zhì)辮狀河夾層特征
——以蘇東27-36密井網(wǎng)區(qū)為例

盧志遠(yuǎn),馬世忠,何宇,牛東亮,王龍,李建偉

(1.東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,黑龍江 大慶 163318;2.中國石油吉林油田分公司勘探開發(fā)研究院,吉林 松原 138000;3.中國石油長慶油田分公司蘇里格氣田研究中心,陜西 西安 710018;4.中國石油大慶油田有限責(zé)任公司天然氣分公司,黑龍江 大慶 163318)

0 引言

地下單砂體是油氣儲(chǔ)集和滲流的基本單元,單砂體內(nèi)部非均質(zhì)性是控制注入劑驅(qū)油、剩余油形成與分布的關(guān)鍵地質(zhì)因素,也是油氣田開發(fā)地質(zhì)研究的核心內(nèi)容之一.單砂體內(nèi)部?jī)?chǔ)層建筑結(jié)構(gòu)分析是對(duì)單砂體三維非均質(zhì)性認(rèn)識(shí)的重要手段,不但可以從單砂體成因及沉積微過程角度揭示單砂體內(nèi)部各級(jí)界面與結(jié)構(gòu),而且能詳盡、客觀地揭示單砂體內(nèi)部不滲透薄夾層及物性的空間分布[1].蘇里格東區(qū)二疊系下石盒子組盒8下亞段屬于辮狀河-三角洲沉積[2-6],儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng).為了充分認(rèn)識(shí)地下儲(chǔ)層、構(gòu)造和天然氣分布規(guī)律,需要建立精細(xì)的地層格架,研究不同微相的儲(chǔ)層構(gòu)型模式、單砂體規(guī)模、有效砂體疊合模式,以及側(cè)向連續(xù)性、主力小層層間和層內(nèi)隔夾層的分布規(guī)律.而夾層研究是儲(chǔ)層構(gòu)型研究的主要內(nèi)容之一.

盡管不同學(xué)者從多方面對(duì)蘇里格地區(qū)儲(chǔ)層進(jìn)行過研究[7-9],但缺乏對(duì)辮狀河儲(chǔ)層內(nèi)部夾層的精細(xì)描述.隨著蘇里格氣田整體勘探開發(fā)的不斷推進(jìn),基于儲(chǔ)層構(gòu)型理論的砂體內(nèi)部精細(xì)解剖逐漸成為增儲(chǔ)上產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)需求.夾層是儲(chǔ)層非均質(zhì)性的重要成因,夾層描述與預(yù)測(cè)是剩余油氣研究的重要技術(shù)手段之一[10-11].密井網(wǎng)為研究?jī)?chǔ)層構(gòu)型提供了充分的資料基礎(chǔ),也是充分認(rèn)識(shí)物源、刻畫單砂體規(guī)模及確定微相平面組合關(guān)系的可靠保證.本次研究以蘇東27-36密井網(wǎng)區(qū)盒8下亞段為例,在充分認(rèn)識(shí)沉積環(huán)境背景前提下,以辮狀河構(gòu)型理論為指導(dǎo)劃分夾層類型,在分析夾層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上刻畫夾層特征,為氣田合理開發(fā)提供參考.

1 區(qū)域地質(zhì)特征

蘇里格地區(qū)位于鄂爾多斯盆地西北部,區(qū)域構(gòu)造隸屬于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡中北部,勘探面積約4X 104km2,地勢(shì)相對(duì)平坦,整體為一西傾的大型平緩斜坡,斷層不發(fā)育,平均坡降4～7 m/km(見圖1).

圖1 蘇里格區(qū)域位置及盒8下亞段綜合柱狀圖

蘇里格氣田東區(qū)上古生界自下而上發(fā)育石炭系本溪組,二疊系太原組、山西組、下石盒子組、上石盒子組和石千峰組;主力含氣層段為盒8段、山1段,沉積背景是河流沉積體系.砂體較發(fā)育,河道內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜,隔夾層發(fā)育,儲(chǔ)層非均質(zhì)強(qiáng),氣藏具典型的低豐度、低滲透、低壓特點(diǎn)[4,12].盒8段巖性以巖屑石英砂巖和巖屑砂巖為主,少見石英砂巖.砂巖顆粒粗,顆粒分選多表現(xiàn)為中等,磨圓度以次棱角狀為主,膠結(jié)類型以孔隙式為主.盒8段孔隙度為5.02%～16.50%,平均值為9.24%,滲透率為0.08X10-3～27.65X10-3μm2,平均值為0.65X10-3μm2,儲(chǔ)層物性較差[13-14].

2 砂質(zhì)辮狀河特征

2.1 沉積特征

沉積特征分析是研究?jī)?chǔ)層構(gòu)型的基礎(chǔ),沉積環(huán)境是決定儲(chǔ)層夾層分布形態(tài)的主要因素之一.通過巖心觀察,根據(jù)巖石類型、沉積構(gòu)造、沉積旋回以及測(cè)井響應(yīng)等特征,對(duì)取心井巖心進(jìn)行精細(xì)研究(見圖2).盒8下亞段巖性以粗砂巖為主,礫石含量高,灰色、灰黑色為主,巖性整體較疏松;泥巖中可見植物莖葉、云母和炭屑.溢岸細(xì)粒沉積以細(xì)砂巖、粉砂巖、含泥細(xì)砂巖、泥巖等為主.該亞段總體反映了坡降大、水淺流急、水量變化大、沉積物粗、礫砂含量高、載荷量大、河床極其發(fā)育的三角洲平原辮狀河道沉積特征.

圖2 蘇東27-36密井網(wǎng)區(qū)巖心主要沉積相標(biāo)志

盒8下亞段沉積時(shí)期,氣候干旱,季節(jié)性降雨使得河流流量變化大,低可容納條件(即可容納空間增長速率A低于沉積物供給速率S,A/S<1)下,河道快速遷移,砂體側(cè)向加積,切疊作用明顯.決口扇和泛濫平原發(fā)育,決口扇和泛濫平原細(xì)粒沉積使得河道砂體連通性變差[15],保存下的細(xì)粒沉積在垂向上和側(cè)向上形成夾層.側(cè)積薄夾層雖在油田開發(fā)初、中期作用不明顯,但開發(fā)后期、高含水期對(duì)非均質(zhì)性、注入劑驅(qū)油的影響逐漸顯現(xiàn),且其作用或不亞于滲透率宏觀分布的影響[1].

2.2 儲(chǔ)層構(gòu)型特征

儲(chǔ)層構(gòu)型亦稱儲(chǔ)層建筑結(jié)構(gòu),指不同級(jí)次儲(chǔ)層構(gòu)成單元的形態(tài)、規(guī)模、方向及其疊置關(guān)系.儲(chǔ)層構(gòu)型分析對(duì)于深化認(rèn)識(shí)儲(chǔ)層地質(zhì)和砂體內(nèi)部結(jié)構(gòu)有著重要的理論及現(xiàn)實(shí)意義[16].辮狀河沉積不僅包括宏觀上的不同期次、不同級(jí)次的廣泛疊加,且在其內(nèi)部,夾層的存在使得辮狀河砂體"連而不通""通而不暢",即砂體廣泛分布,儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng).

Mail[17]在1985年提出的河流相沉積界面級(jí)別分析方法為后來的大多數(shù)學(xué)者所接受.Mail將河流相看成一個(gè)整體,從河谷沉積頂?shù)捉缑骈_始,將其劃分為6級(jí),構(gòu)型單元從大到小,界面也隨之減小,直到最小的紋層間沉積界面(見圖3).將研究區(qū)河谷頂?shù)捉缑鎰潪樽罡呒?jí)——6級(jí),底部沖刷作用明顯,起伏較大,可見淺灰色、灰色中粗砂巖及暗色礫巖;將河谷內(nèi)單一期次河道砂體頂?shù)酌鎰潪?級(jí),也可見沖刷作用形成的界面,暗色礫石,磨圓度相對(duì)較好;將心灘壩頂?shù)捉缑鎰潪?級(jí),3級(jí)主要是心灘壩內(nèi)部增生體之間的界面,而2級(jí)、1級(jí)界面相當(dāng)于紋層組間、紋層間的層級(jí)界面.2,3,4級(jí)界面是辮狀河砂體非均質(zhì)性的主要成因,也是本次夾層研究的主要內(nèi)容.

圖3 分流辮狀河道帶內(nèi)部構(gòu)型模式、夾層分布模式

3 辮狀河河道砂體夾層類型及分布

研究區(qū)辮狀河河道砂巖具有縱向上厚度大、砂層相互疊置,橫向交錯(cuò)連片發(fā)育的特點(diǎn)[15,18].取心井能詳實(shí)、直觀、系統(tǒng)地揭示單砂體垂向上巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造序列及層面特征[19],是研究單砂體內(nèi)部建筑結(jié)構(gòu)的主要資料之一.結(jié)合密井網(wǎng)、巖心可以較真實(shí)地刻畫單砂體內(nèi)部建筑結(jié)構(gòu)要素、巖相類型、沉積垂向序列.

3.1 夾層類型

盒8下亞段為辮狀河-三角洲沉積,河流是主要的沉積營力.在考慮原劃分方案的基礎(chǔ)上,結(jié)合測(cè)井曲線、巖心等資料,利用高分辨率層序地層學(xué)理論技術(shù)方法,將盒8下亞段細(xì)分為6個(gè)沉積時(shí)間單元,分別為盒8下1-1、盒 8下1-2、盒 8下1-3、盒 8下2-1、盒 8下2-2、盒 8下2-3,垂向上達(dá)單砂體級(jí)別.在精細(xì)劃分的基礎(chǔ)上,研究砂體內(nèi)部夾層特征.由于沉積成巖等地質(zhì)作用的不同,導(dǎo)致夾層的類型、形態(tài)等特征存在差異.夾層是砂巖內(nèi)所分布的相對(duì)非滲透層,其面積小于流動(dòng)單元面積的1/2,厚度變化小,從幾厘米到幾十厘米,延伸較小,分布不穩(wěn)定[20].

不同的研究者在研究某一特定地區(qū)時(shí),對(duì)夾層的分類會(huì)有差別[21].沉積方式的差異會(huì)導(dǎo)致沉積砂體的形態(tài)、結(jié)構(gòu)不同,進(jìn)而使得砂體內(nèi)部夾層成因各異.根據(jù)工區(qū)取心井觀察結(jié)果和夾層巖性、物性等不同特征,依據(jù)砂質(zhì)辮狀河沉積特征的差異,在合理劃分單砂體的基礎(chǔ)上,將夾層分為河道間薄夾層、心灘壩內(nèi)夾層、心灘壩間夾層及河道底部滯留沉積等4類(見表1).

表1 夾層主要類型及成因

3.1.1 河道間薄夾層

該類夾層主要是高水位時(shí)期洪水沖出堤岸形成的泛濫平原和溢岸砂沉積,沉積物粒度較細(xì),以泥質(zhì)、粉砂質(zhì)泥巖為主,巖心觀察可見波狀層理.后期雖然會(huì)經(jīng)歷河道頻繁改道的破壞,但保留下的細(xì)粒沉積依然會(huì)形成砂體間的夾層.此類夾層對(duì)應(yīng)于Mail的2級(jí)界面.

3.1.2 心灘壩內(nèi)夾層

該類夾層主要指落淤泥質(zhì)夾層,發(fā)育于心灘壩內(nèi)部,是成層發(fā)育的泥質(zhì)或粉砂質(zhì)沉積,也是研究區(qū)主要的夾層類型之一,對(duì)應(yīng)于Mail的3級(jí)界面.該類夾層主要形成于洪峰波動(dòng)過程中,是憩水期懸浮物質(zhì)落淤加積的產(chǎn)物,泥質(zhì)含量高,孔隙度、滲透率較低,物性較差.測(cè)井曲線特征為:伽馬曲線表現(xiàn)為高值,自然電位靠近基線,微電極曲線幅度明顯下降,微電位曲線和微梯度曲線幅度差幾乎為0.

3.1.3 心灘壩間夾層

該類夾層主要形成于心灘壩背水流一側(cè).洪水過后,水流較緩,當(dāng)心灘壩出露于水面時(shí),其上部高于水面,背水面的區(qū)域水體環(huán)境較平靜,一些粉砂質(zhì)、泥質(zhì)的細(xì)粒物質(zhì)在此沉積,能保存下來的便會(huì)形成夾層.該類夾層主要對(duì)應(yīng)于Mail的4級(jí)界面.

3.1.4 河道底部滯留沉積

河道在頻繁改道過程中,如果河道底部滯留沉積物沒有被沖刷,在后期保留下來,經(jīng)過埋藏壓實(shí),流體膠結(jié),孔滲下降,就會(huì)在砂體內(nèi)部形成以粗粒物為主的夾層.此類夾層一般為物性夾層,主要對(duì)應(yīng)于Mail的5級(jí)構(gòu)型界面,相對(duì)較少.

3.2 夾層分布

宏觀上分析夾層特征是整體認(rèn)識(shí)研究區(qū)沉積環(huán)境、儲(chǔ)層非均質(zhì)性的重要手段,還可為后期加密井部署提供參考.為定量描述盒8下亞段的6個(gè)沉積時(shí)間單元層內(nèi)夾層分布情況,引入夾層厚度、夾層密度、夾層頻率等參數(shù).夾層密度定義為夾層總厚度占所統(tǒng)計(jì)砂巖(包括夾層)總厚度的比例;夾層頻率定義為單位厚度砂巖的夾層數(shù).

數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn):盒8下1-1時(shí)間單元夾層平均厚度為1.18 m,頻率和密度平均值在6個(gè)沉積時(shí)間單元中較高;盒8下2-3時(shí)間單元夾層平均厚度為1.29 m,夾層頻率平均值為0.19層/m,密度平均值為0.22;其他沉積時(shí)間單元夾層平均厚度、頻率、密度大致介于這兩者之間.就夾層對(duì)于儲(chǔ)層非均質(zhì)性的影響而言,盒8下1-1時(shí)間單元非均質(zhì)性相較于其他沉積時(shí)間單元更強(qiáng),物性差;盒8下2-3時(shí)間單元夾層厚度大,但非均質(zhì)性較低;另外4個(gè)沉積時(shí)間單元非均質(zhì)性中等(見表2).

表2 夾層主要特征參數(shù)

夾層分布特征(見圖4、圖5)表明,研究區(qū)南部夾層分布范圍較北部、東部大,西部夾層呈零散分布.針對(duì)這一特征,后期開發(fā)中需作出相應(yīng)的調(diào)整部署.

圖4 研究區(qū)不同時(shí)間單元夾層平面分布

從沉積環(huán)境來看,研究區(qū)山1亞段末期由水退向水進(jìn)轉(zhuǎn)變,這一時(shí)間段,也是曲流河向辮狀河轉(zhuǎn)換的時(shí)期.進(jìn)入盒8下亞段,辮狀河開始發(fā)育,河流能量最大,洪水多次發(fā)育,北部物源供給充分,多次泛濫的河水?dāng)y帶細(xì)粒物質(zhì),在間洪期河水動(dòng)力減弱時(shí)緩慢沉積下來,形成砂體內(nèi)部夾層.隨著基準(zhǔn)面下降,湖平面進(jìn)一步上升,河水動(dòng)力逐漸減弱,可容納條件由A/S≤1向A/S<1轉(zhuǎn)變,夾層出現(xiàn)的頻率增加,密度也有所增大;之后水進(jìn)、水退交替出現(xiàn),但湖平面整體上升,到了盒8下亞段末期,湖平面達(dá)到了最高點(diǎn).交替變化的水動(dòng)力是夾層發(fā)育的動(dòng)力來源,河流自旋回是夾層形成的另一個(gè)重要因素,而整體的水進(jìn)使得盒8下亞段末期細(xì)粒沉積物不斷增加.

圖5 研究區(qū)夾層縱向分布特征

4 砂體構(gòu)型解剖

以密井網(wǎng)條件下砂體解剖(見圖5)為基礎(chǔ),通過對(duì)巖心、測(cè)井等資料分析,認(rèn)為研究區(qū)主要的河道接觸關(guān)系類型有獨(dú)立式、接觸式、切疊式、多期切疊式.切疊式和多期切疊式較多,河道與心灘壩在橫向上的連續(xù)變化,形成了空間廣泛展布的"疊覆泛連通體"[22].錄井資料研究表明,辮狀水道砂體含氣性明顯好于心灘壩,心灘壩下部含氣性好于心灘壩上部.這也說明心灘壩砂體的非均質(zhì)性要強(qiáng)于河道砂體,心灘壩上部非均質(zhì)性強(qiáng)于心灘壩下部.平面上砂體大面積連片展布,看似連通,實(shí)際上,夾層的存在使得砂體在垂向并不連通.儲(chǔ)層非均質(zhì)性是研究區(qū)氣藏分布的主控因素之一.

5 結(jié)論

1)研究區(qū)盒8下亞段沉積時(shí)期,低可容納條件下,發(fā)育辮狀河-三角洲沉積,砂體頻繁疊置,發(fā)育辮狀河、心灘壩、泛濫平原、決口扇等沉積微相,砂體內(nèi)部保存下來的細(xì)粒物質(zhì)依然會(huì)形成以夾層形式存在的滲流屏障.

2)研究區(qū)夾層類型有河道間夾層、心灘壩內(nèi)夾層、心灘壩間夾層和河道底部滯留沉積.心灘壩內(nèi)夾層對(duì)應(yīng)于Mail的3級(jí)界面.夾層平面上主要分布在研究區(qū)南部,北部相對(duì)較少;垂向上,向上夾層頻率和密度有增大的趨勢(shì).

3)辮狀河砂體大面積連片分布,夾層的存在使得砂體垂向上連通性變差.心灘壩砂體非均質(zhì)性強(qiáng)于河道砂體,心灘壩上部非均質(zhì)性強(qiáng)于心灘壩下部.