胡尖山油田胡154密井網(wǎng)區(qū)單河道砂體定量表征

張翠萍，楊 博，卜廣平，鄭 奎，鞏聯(lián)浩，楊晉玉

(長慶油田公司第六采油廠，陜西西安 710016)

水下分流河道是三角洲前緣的主要微相類型，在三角洲沉積的過程中，水下分流河道不斷地遷移改道、游蕩匯聚，形成了大面積連片分布的復(fù)合河道砂體。前人對古代三角洲砂體露頭和現(xiàn)代三角洲沉積的研究均表明[1-5]，復(fù)合河道砂體是由多期單河道砂體疊置拼接而成，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、疊置樣式多樣，增強(qiáng)了儲層的非均質(zhì)性。復(fù)合河道砂體非均質(zhì)性主要體現(xiàn)在兩個方面：一方面是由于單河道砂體間復(fù)雜的疊加樣式而造成儲層連通性的差異，另一方面是由于單期河道不同的結(jié)構(gòu)特征(粒度大小、分選性、孔喉特征、泥質(zhì)夾層發(fā)育特征)所引起的物性差異。油田開發(fā)實踐證明，大面積連片分布的復(fù)合河道砂體看似連通，實際注采狀況卻很差，開發(fā)矛盾日益突出，究其原因主要是對復(fù)合河道內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特征認(rèn)識不清。為此，本文針對胡尖山油田154井區(qū)開發(fā)過程中出現(xiàn)的上述問題，以胡154其中的一個加密井區(qū)為例，對三角洲前緣水下分流河道復(fù)合砂體內(nèi)部的單砂體進(jìn)行精細(xì)刻畫，明確了單河道邊界的識別標(biāo)志、平面展布特征、單河道砂體定量模式(寬度、厚度、寬厚比、寬—厚定量關(guān)系式)以及單河道砂體接觸樣式。通過上述研究獲得了單河道砂體定性、定量地質(zhì)知識，以此指導(dǎo)胡尖山油田稀井網(wǎng)區(qū)的單砂體精細(xì)表征工作，為油田下步井網(wǎng)部署以及注采調(diào)整提供地質(zhì)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

胡尖山油田位于陜西省定邊縣境內(nèi)，面積約700 km2，構(gòu)造位置處于鄂爾多斯盆地陜北斜坡帶的中西部，總體上表現(xiàn)為平緩的東高西低的單斜構(gòu)造。胡154井區(qū)位于胡尖山油田的中部。延長組長4+5儲層為胡尖山油田的主力開發(fā)層位，其沉積體系為三角洲前緣，微相類型包括水下分流河道、溢岸砂、分流間灣，水下分流河道為有利沉積微相；沉積構(gòu)造主要有交錯層理、平行層理、沙紋層理、沖刷構(gòu)造、水平層理。依據(jù)長4+5儲層內(nèi)部的巖性、電性及含油性等特征將其進(jìn)一步劃分為6個小層：長4+511、長4+521、長4+531、長4+521、長4+522、長4+523，其中含油性最好的長4+521小層為本文的研究層段。長4+521小層含油面積為29.7 km2，油層平均厚度為5.8 m，地質(zhì)儲量為1 495.6×104t。根據(jù)巖心分析化驗資料，長4+521小層平均孔隙度為11.5%，平均滲透率為0.88 mD，為低孔特低滲巖性油藏。

加密井區(qū)位于胡154區(qū)塊中部，面積為1.65 km2，井距為90～190 m，井網(wǎng)密度為19口/km2，為精細(xì)識別復(fù)合砂體內(nèi)部單河道砂體邊界，準(zhǔn)確刻畫單河道的平面展布特征、定量模式及其疊置樣式提供了有利條件。

2 單河道砂體邊界識別標(biāo)志

研究區(qū)水下分流河道廣泛發(fā)育，構(gòu)成三角洲前緣儲層的骨架砂體。單河道砂體的識別是復(fù)合河道砂體內(nèi)部單砂體精細(xì)表征的前提和基礎(chǔ)。本次單砂體的識別遵循前人提出的“垂向分期、側(cè)向定界”的原則[6-8]，利用密井網(wǎng)區(qū)豐富的巖心、測井資料，對研究區(qū)單期河道的垂向邊界和側(cè)向邊界進(jìn)行識別，總結(jié)了單砂體的垂向及側(cè)向識別標(biāo)志。

2.1 垂向邊界識別標(biāo)志

2.1.1 沖刷面

水下分流河道內(nèi)沉積物在搬運(yùn)過程中會對下伏沉積物產(chǎn)生沖刷作用，形成凹凸不平的沖刷面，沖刷面的發(fā)育代表著新一期河道的開始[9]。據(jù)巖心觀察統(tǒng)計，研究區(qū)由于沖刷作用造成的滯留沉積厚度在幾厘米到幾十厘米不等，通常厚度超過20 cm的滯留沉積物能在測井曲線上有所反應(yīng)，其測井響應(yīng)特征為自然伽馬快速向負(fù)方向偏移，聲波時差、電阻率曲線均有不同程度的回返，回返程度與滯留沉積厚度有關(guān)(圖1)。

2.1.2 泥質(zhì)類夾層

水下分流河道沉積的末期，由于水動力能量減弱，在河道頂部會沉積泥質(zhì)類細(xì)粒沉積物，形成泥質(zhì)類夾層，巖性主要為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖。泥質(zhì)類夾層為先、后兩期河道沉積間歇期沉積的細(xì)粒沉積物，可以作為垂向上單河道砂體識別和劃分的重要標(biāo)志。測井響應(yīng)特征為自然電位、自然伽馬曲線向泥巖基線有回返特征，回返程度與泥質(zhì)類夾層的厚度有關(guān)，聲波時差曲線顯示高值，電阻率曲線顯示低值(圖1)。

2.1.3 鈣質(zhì)層

鈣質(zhì)層在研究區(qū)也廣泛發(fā)育，通常形成于局限、淺水、蒸發(fā)的沉積環(huán)境中，代表了先期河道沉積后，河床地勢相對較高且水體不流暢，處于淺水蒸發(fā)環(huán)境，形成鈣質(zhì)層，當(dāng)后期河道來臨時帶來的砂質(zhì)沉積物直接覆蓋在原鈣質(zhì)層上，造成多期疊置的復(fù)合砂體中部含鈣。因此，鈣質(zhì)層可作為單河道砂體垂向識別和劃分的重要標(biāo)志。測井響應(yīng)特征為三低一高(低自然電位、低伽馬、低聲波時差、高電阻率)，電阻率曲線常呈尖峰狀(圖1)。

圖1 長4+521小層單河道砂體垂向識別標(biāo)志(AJ164-356)Fig.1 Vertical identification marks of single channel sandbody of Chang-4+521 layer (AJ164-356)

2.2 側(cè)向邊界識別標(biāo)志

2.2.1 砂體頂面高程差異

當(dāng)拉平水下分流河道砂體上部穩(wěn)定的泥巖標(biāo)志層后，不同期次河道砂體的頂面距離標(biāo)志層的高程必然存在差異。當(dāng)差異較大時，應(yīng)為不同期次的河道沉積(圖2a)。

2.2.2 分流間灣(溢岸砂)沉積

當(dāng)不同分流河道或同一分流河道不同分支河道之間出現(xiàn)分流間灣或溢岸砂沉積時，是單河道砂體邊界最可靠的識別標(biāo)志(圖2b)。

2.2.3 “厚—薄—厚”沉積特征

在橫剖面上，從分流河道中心到邊部，砂體厚度逐漸減薄，因此在垂直河道走向的剖面上砂體呈現(xiàn)“厚—薄—厚”的沉積特征，很可能在薄砂體附近存在河道邊界(圖2c)。

2.2.4 厚度規(guī)模差異

不同水下分流河道具有不同的分流能力，造成砂體的厚度在規(guī)模上有差異，這種差異可以作為不同河道的指示標(biāo)志(圖2d)。

在利用上述4個側(cè)向識別標(biāo)志確定單河道的邊界時，還需要確定單河道邊界的具體延伸距離，本文在解決此問題時遵循以下3個原則：①若相鄰兩井砂體同屬于水下分流河道微相，且單河道砂體厚度差異不大時，則將單河道邊界定在兩井中間部位；若厚度差異明顯，則按照兩砂體厚度比例將邊界向薄砂體井點移動。②若相鄰兩井屬不同微相，則按照沉積微相展布特征，將邊界點定在沉積微相邊界。③水下分流河道發(fā)育規(guī)模在一定區(qū)域范圍內(nèi)應(yīng)總體保持一致，寬厚比應(yīng)穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。

3 單河道砂體精細(xì)表征結(jié)果分析

3.1 精細(xì)解剖方法及成果

在沉積微相研究的基礎(chǔ)上，利用標(biāo)志層頂面拉平的小層對比技術(shù)，在垂直物源方向上拉一系列對比剖面，利用單河道砂體的3種垂向識別標(biāo)志，將復(fù)合河道砂體劃分為不同期次的單河道砂體；然后利用單河道砂體的4種側(cè)向識別標(biāo)志以及單河道邊界延伸距離的3個原則，識別單河道邊界位置并將邊界點在平面圖上標(biāo)記；最后在三角洲前緣沉積模式的指導(dǎo)下，對平面上的邊界點進(jìn)行合理的組合，繪制各單一期次的河道平面展布，完成復(fù)合砂體內(nèi)部單砂體的精細(xì)解剖工作。

圖2 長4+521小層單河道砂體側(cè)向識別標(biāo)志Fig.2 Lateral identification marks of single channel sandbody of Chang-4+521 layer

圖3a為長4+521小層復(fù)合河道砂體平面展布，從圖中可以看出復(fù)合河道砂體大面積連片分布，走向呈北東—南西向，砂體寬度為820～1 160 m，砂體厚度介于4.7～27.9 m之間，平均厚度為9.3 m。應(yīng)用單河道砂體精細(xì)解剖方法，在長4+521小層內(nèi)共識別出8期13條不同的單期河道砂體。圖3b為8期單河道砂體疊合圖，圖3c為復(fù)合河道砂體其中的一條橫剖面，從圖3b、圖3c可以看出，大面積連片分布的復(fù)合河道砂體實際上是由多期單河道垂向疊置、側(cè)向拼接而成，疊置拼接樣式復(fù)雜，使儲層表現(xiàn)很強(qiáng)的非均質(zhì)性。為了獲得研究區(qū)單河道砂體的定量地質(zhì)知識，筆者對識別出的單河道砂體的平面展布形態(tài)、厚度、寬度及寬深關(guān)系進(jìn)行了統(tǒng)計分析。

3.2 單河道砂體幾何形態(tài)

圖4為長4+521小層復(fù)合河道砂體精細(xì)解剖后的8期單河道砂體的平面展布，從下至上依次發(fā)育第1期、第2期……第8期單河道。從圖中可以看出，研究區(qū)單河道砂體的幾何形態(tài)分為3種類型，分別為細(xì)條帶狀、寬條帶狀和交織條帶狀。

細(xì)條帶狀為研究區(qū)最主要的幾何形態(tài)，單河道寬度介于150～300 m之間，平均為228 m；單砂體厚度介于1.5～5.4 m之間，平均厚度為2.4 m。呈窄條帶狀分布于分流間灣泥巖中，河道之間常見溢岸砂體發(fā)育，砂體橫向連通性較弱，通常在湖平面較高、沉積物供給量少、水下分流河道側(cè)向遷移能力較弱的環(huán)境中形成(圖4b、4c、4d、4f、4h)。

圖3 長4+521小層復(fù)合河道砂體內(nèi)部單砂體精細(xì)解剖成果展示Fig.3 Fine anatomical results exhibition of single sandbody in composite channel sandbody in Chang-4+521layer

寬條帶狀單河道寬度大于300 m，砂體平均厚度為3.6 m，單河道砂體呈寬條帶狀連片發(fā)育，砂體橫向連通性好，通常發(fā)育于湖平面較低、沉積物供應(yīng)較充足的沉積環(huán)境中(圖4a)。

交織條帶狀單河道是由多條細(xì)條帶狀單河道匯聚形成的，此類單河道在匯聚區(qū)寬度為580～830 m，平均砂體厚度為3.2 m，匯聚區(qū)砂體橫向連通性好，非匯聚區(qū)砂體寬度和厚度與細(xì)條帶狀單河道特征類似，此類單河道形態(tài)形成環(huán)境介于上述兩種單河道形態(tài)之間(圖4e、4g)。

3.3 單河道砂體定量模式

根據(jù)密井網(wǎng)區(qū)單砂體精細(xì)表征的結(jié)果，測量和統(tǒng)計了單河道砂體厚度(h)和單期河道的寬度(W)，發(fā)現(xiàn)單河道砂體厚度介于1.5～5.4 m之間，平均為2.8 m，厚度集中在1～3 m，占比超過70%(圖5a)；單河道寬度介于150～560 m之間，平均為248 m，主要分布在100～300 m區(qū)間，占比超過80%(圖5b)；單河道砂體寬厚比介于22～121之間，平均為74，分布范圍較廣，主要集中于50～110(圖5c)。

圖4 研究區(qū)長4+521小層8期單河道平面展布Fig.4 Plane distribution maps of 8 stages of single channel in Chang-4+521 layer in the study area

圖5 研究區(qū)長4+521小層單河道砂體定量模式研究Fig.5 Study on quantitative model of single channel sandbody in Chang-4+521 layer in the study area

古代三角洲砂體露頭觀察、現(xiàn)代三角洲研究成果以及近年來國內(nèi)外眾多學(xué)者對地下儲層的精細(xì)解剖均表明水下分流河道寬度和深度之間存在定量關(guān)系[10-16]，因此，對統(tǒng)計的單砂體厚度與河道寬度數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到研究區(qū)水下分流河道單砂體厚度與河道寬度的定量關(guān)系式(圖5d)。

W=293.18lnh-73.678

(1)

式中W——單河道寬度，m；

h——單河道砂體厚度，m。

從圖5d中可以看出，研究區(qū)單河道砂體厚度與河道寬度之間呈對數(shù)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)R=0.854 1，相關(guān)性較好。根據(jù)該公式，在單井上讀出單砂體厚度，可以計算出該單砂體的延伸距離(單河道寬度)，精確預(yù)測單砂體的規(guī)模，對于稀疏井區(qū)識別單河道砂體的邊界位置以及加密井網(wǎng)部署具有指導(dǎo)作用。

4 單河道砂體接觸樣式研究

在密井網(wǎng)區(qū)復(fù)合砂體內(nèi)部單砂體精細(xì)解剖的基礎(chǔ)上，結(jié)合前人關(guān)于三角洲沉積體系下單河道砂體接觸樣式的研究成果[6,17-21]，對單河道砂體接觸樣式進(jìn)行研究，結(jié)果表明研究區(qū)主要發(fā)育6種單砂體接觸樣式(圖6)，分別為孤立式、疊加式、疊切式、分離式、對接式、側(cè)切式。根據(jù)單河道發(fā)育的期次不同，將上述6種單砂體接觸樣式總結(jié)為垂向接觸樣式和平面接觸樣式兩大類。

圖6 研究區(qū)長4+521小層單河道砂體接觸樣式Fig.6 Contact styles of single channel sandbody in Chang-4+521 layer in the study area

4.1 垂向接觸樣式

垂向接觸樣式是指不同期次的單河道砂體在垂向上的接觸關(guān)系，具體分為孤立式、疊加式、疊切式3種類型，不同類型的接觸樣式對應(yīng)湖平面升降的不同階段，單砂體間的連通性也有所差異。

4.1.1 孤立式

兩期單河道砂體之間存在細(xì)粒沉積物，單砂體孤立存在，縱向上彼此不連通。此類型接觸樣式通常形成于湖平面上升的晚期和下降的早期，此時盆地的可容納空間遠(yuǎn)大于沉積物補(bǔ)給量(A/S>>1)。如圖7a所示，A163-36井、A165-35井發(fā)育的第5期單河道和第6期單河道之間形成異期分離式接觸樣式。

4.1.2 疊加式

兩期單河道砂體垂向直接接觸，先期單河道未受到后期單河道的侵蝕沖刷作用，砂體之間不連通或弱連通。此類型接觸樣式通常形成于湖平面上升的中、晚期和下降的早、中期，此時盆地的可容納空間稍大于沉積物補(bǔ)給量(A/S>1)。如圖7b所示，AJ164-353井發(fā)育的第3期單河道和第4期單河道之間形成異期疊加式接觸樣式。

4.1.3 疊切式

兩期單河道砂體垂向直接接觸，先期單河道受到后期單河道的侵蝕沖刷作用，砂體之間縱向連通性好。此類型接觸樣式通常形成于湖平面上升的早、中期和下降的中、晚期，此時盆地的可容納空間小于沉積物補(bǔ)給量(A/S<1)。如圖7c所示，A163-38井發(fā)育的第7期單河道和第8期單河道之間形成異期疊切式接觸樣式。

4.2 平面接觸樣式

平面接觸樣式是指同一時期形成的不同單河道或同一單河道不同分支河道之間在平面上的接觸關(guān)系，具體分為分離式、對接式、側(cè)切式3種類型，不同類型的接觸樣式對應(yīng)湖平面升降的不同階段。

圖7 研究區(qū)長4+521小層單河道砂體垂向接觸樣式Fig.7 Vertical contact styles of single channel sandbody in Chang-4+521 layer in the study area

4.2.1 分離式

同期形成的單河道砂體之間有分流間灣泥巖或溢岸細(xì)粒沉積物，單砂體孤立存在，橫向彼此不連通。此類型接觸樣式通常形成于湖平面上升的晚期和下降的早期，此時盆地的可容納空間大于沉積物補(bǔ)給量(A/S>1)。如圖8a所示，第4期單河道之間由于沉積了分流間灣泥巖而形成同期分離式接觸樣式。

4.2.2 對接式

同期形成的單河道砂體之間在平面上彼此對接，砂體之間無明顯的侵蝕切割跡象，砂體之間橫向不連通或弱連通。此類型接觸樣式通常形成于湖平面上升的中、晚期和下降的早、中期，此時盆地的可容納空間稍大于沉積物補(bǔ)給量(A/S>1)。如圖8b所示，第3期單河道砂體之間彼此對接形成同期對接式接觸樣式。

4.2.3 側(cè)切式

同期形成的單河道砂體之間在平面上側(cè)向侵蝕切割，通常由水下分流河道側(cè)向遷移、改道形成，砂體之間橫向連通性好。此類型接觸樣式通常形成于湖平面上升的早、中期和下降的中、晚期，此時盆地的可容納空間小于沉積物補(bǔ)給量(A/S<1)。如圖8c所示，第2期兩條單河道側(cè)向侵蝕切割形成同期側(cè)切式接觸樣式。

圖8 研究區(qū)長4+521小層單河道砂體平面接觸樣式Fig.8 Plane contact styles of single channel sandbody in Chang-4+521 layer in the study area

5 單河道砂體定量表征應(yīng)用

應(yīng)用上述單砂體定量表征獲得的定量地質(zhì)知識對胡尖山油田稀井網(wǎng)區(qū)單河道砂體進(jìn)行精細(xì)刻畫，定量預(yù)測單河道砂體的橫向分布范圍，以此指導(dǎo)研究區(qū)的井位部署。如圖9所示，A156-79井鉆遇的第2期河道砂體，測井解釋結(jié)論為油層，單砂體厚度為5 m，根據(jù)研究區(qū)單河道砂體厚度與河道寬度的定量關(guān)系式，計算出河道寬度為383.57 m，寬厚比為76.71。以此作為指導(dǎo)，2015年8月到9月先后在A156-79井附近垂直河道走向上部署兩口新井A155-79井和A157-79井，經(jīng)驗證兩口新井均鉆遇第2期河道砂體，單砂體厚度分別為4 m和2.8 m。投產(chǎn)后A155-79井和A157-79井生產(chǎn)狀況良好，A155-79井日產(chǎn)油2.2 t，日產(chǎn)夜3.8 m3，含水35.8%；A157-79井日產(chǎn)油1.6 t，日產(chǎn)液3.1 m3，含水39.8%，實際應(yīng)用效果較好。

圖9 單河道砂體定量表征應(yīng)用實例Fig.9 Application example of quantitative characterization of single channel sandbody

6 結(jié)論

(1)綜合分析密井網(wǎng)區(qū)巖心、測井資料，確立了研究區(qū)水下分流河道單砂體的3種垂向邊界識別標(biāo)志和4種側(cè)向邊界識別標(biāo)志：垂向邊界識別標(biāo)志包括沖刷面、泥質(zhì)類夾層、鈣質(zhì)層，側(cè)向邊界識別標(biāo)志包括砂體頂面高程差異、分流間灣(溢岸砂)沉積、厚—薄—厚沉積特征、厚度規(guī)模差異。

(2)通過對水下分流河道復(fù)合砂體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的精細(xì)刻畫，在長4+521小層共識別出8期13條單河道，單河道砂體的幾何形態(tài)分為細(xì)條帶狀、寬條帶狀和交織條帶狀3種類型；單河道砂體寬度介于150～560 m之間，平均為248 m；厚度介于1.5～5.4 m之間，平均為2.8 m；寬厚比介于22～121之間，分布范圍較廣，平均為74。單河道砂體寬度與厚度呈對數(shù)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.854 1，相關(guān)性較好。

(3)系統(tǒng)研究了研究區(qū)單河道砂體的接觸樣式。根據(jù)單河道發(fā)育的期次不同，單砂體接觸樣式分為垂向接觸樣式和平面接觸樣式兩大類，其中垂向接觸樣式包括孤立式、疊加式、疊切式3種類型，平面接觸樣式包括分離式、對接式、側(cè)切式3種類型。

(4)通過對密井網(wǎng)區(qū)單河道砂體的定量表征獲得的關(guān)于單河道砂體的定量地質(zhì)知識，在稀井網(wǎng)區(qū)能夠定量預(yù)測單河道砂體的分布范圍，對油田下步部署加密井網(wǎng)以及注采調(diào)整具有一定的指導(dǎo)作用。