厚層切疊砂體自然層描述方法：以北一區(qū)斷東葡一組1
--4小層為例

吳迪，馬世忠，景麗娟，周志國(guó)

1.東北石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院,黑龍江 大慶 163318;2.大慶油田有限責(zé)任公司 第一采油廠,黑龍江 大慶 163114

0 引言

砂巖厚油層一直是油田開發(fā)關(guān)注和研究的重點(diǎn)。隨著油田開發(fā)程度的提高，前人對(duì)于厚層砂體的研究也精細(xì)到單期砂體級(jí)別。Miall A D[1]于1988年確定河流相從大型河道底面至交錯(cuò)層系界的6級(jí)界面劃分方案，指導(dǎo)了厚層復(fù)合切疊河道的單期砂體的對(duì)比與劃分，有助于解釋河流沉積體系的復(fù)雜性；在油田開發(fā)后期，單砂體平面,層間非均質(zhì)性已經(jīng)不能滿足高含水期3次采油階段的需求，在Miall A D儲(chǔ)層內(nèi)部建筑結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，馬世忠按反應(yīng)單砂體成因、形成微過(guò)程及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)層建筑結(jié)構(gòu)研究單砂體內(nèi)部三維非均質(zhì)性，建立曲流河道砂體“建筑結(jié)構(gòu)控三維非均質(zhì)性模式”，揭示了單砂體內(nèi)部物性及側(cè)積砂體三維分布規(guī)律[2--6]。但對(duì)于復(fù)合切疊的厚層河道砂體，僅對(duì)單一時(shí)間單元點(diǎn)壩砂體的刻畫，會(huì)導(dǎo)致缺少垂向上對(duì)單元間砂體連通的考慮，無(wú)法滿足復(fù)雜切疊下砂體開發(fā)開采需要。因此一種建立在精細(xì)劃分砂體沉積時(shí)間單元基礎(chǔ)上，可有效表達(dá)垂向、橫向上砂體間聯(lián)通關(guān)系的砂體表征模式，對(duì)于剩余油形成與分布顯得尤其重要。

研究區(qū)塊薩中開發(fā)區(qū)葡一組油層形成于早白堊統(tǒng)姚家組，為松遼盆地?zé)岢两帝晗蓦A段，是大慶油田采油一廠主力油層，目前已全部進(jìn)入聚驅(qū)后開發(fā)階段，以往對(duì)北一區(qū)斷東葡一組的儲(chǔ)層描述已經(jīng)細(xì)化到沉積單元級(jí)，卻仍存在大量的剩余油[7--10]。該研究區(qū)沉積環(huán)境主要是河流--三角洲沉積體系，厚油層屬于大型復(fù)合切疊河道砂體，部分區(qū)域多期河道砂切疊嚴(yán)重導(dǎo)致上下單元砂體連通，筆者嘗試改變逐步細(xì)化的儲(chǔ)層描述思路，歸類合并，以控制流體分布的自然層為單元，整體研究，精細(xì)解剖，建立自然層表征方法，為進(jìn)一步剩余油規(guī)律研究指明方向。

針對(duì)北一區(qū)斷東葡一組這樣發(fā)育大型復(fù)合河道，垂向、平面切疊嚴(yán)重的厚層砂體結(jié)合測(cè)井巖芯資料，刻畫出自然層平面，分析剖面分布特征，建立自然層綜合表征方法，為剩余油挖潛夯實(shí)地質(zhì)基礎(chǔ)。

1 建立沉積學(xué)中自然層的概念

1.1 自然層概念提出

隨著油田開發(fā)程度的提高及開采工藝的日益進(jìn)步，油田對(duì)于砂體研究趨勢(shì)越來(lái)越精細(xì)化，研究區(qū)目的層位曲流河點(diǎn)壩發(fā)育且沉積過(guò)程復(fù)雜，馬世忠[11]依據(jù)Miall A D等人提出的級(jí)界面構(gòu)型理論來(lái)對(duì)點(diǎn)壩砂體三維構(gòu)形進(jìn)行精細(xì)刻畫，準(zhǔn)確地反映了點(diǎn)沙壩各級(jí)形成過(guò)程、內(nèi)部結(jié)構(gòu)樣式及各級(jí)次的三維非均質(zhì)性。

但在部分區(qū)域，多期河道砂體切疊嚴(yán)重，導(dǎo)致上下單元間砂體連通，造成只考慮單一時(shí)間單元內(nèi)點(diǎn)壩砂體的精細(xì)刻畫會(huì)缺少對(duì)垂向上單元間連通的考慮，無(wú)法滿足復(fù)雜切疊下砂體的開發(fā)開采需要。此時(shí)就需要把切疊的單砂體作為一個(gè)復(fù)雜的整體空間連通體來(lái)考慮。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，筆者提出對(duì)于復(fù)雜多期切疊河道砂體歸類合并，整體研究，建立控制多期河道復(fù)合切疊厚砂體內(nèi)流體分布的自然層概念。

油田開發(fā)地質(zhì)學(xué)中參照考古學(xué)中自然層的概念是指在地質(zhì)勘探或者遺跡發(fā)掘中，由各種自然堆積形成的堆積層[12--13]。本文結(jié)合油田實(shí)際開發(fā)中沉積學(xué)規(guī)律，定義自然層是一個(gè)垂向連續(xù)，橫向聯(lián)通的表外砂巖空間體，其中砂巖間夾層厚度≤0.4 m。

1.2 自然砂層分類模式

研究區(qū)目的層葡Ⅰ 1--4層可細(xì)分為葡Ⅰ 1，葡Ⅰ 2a，葡Ⅰ 2b，葡Ⅰ 3，葡Ⅰ 4這5個(gè)沉積時(shí)間單元，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)中因素分析法，對(duì)5個(gè)沉積時(shí)間單元自然砂層依據(jù)自然層厚度、砂體切疊強(qiáng)度、測(cè)井曲線形態(tài)、沉積相疊加類型及砂體疊加期次5個(gè)方面將自然層劃分為5類21種。

1.2.1 按表外砂厚將自然層分為5種類型

研究區(qū)目的層單個(gè)時(shí)間單元厚度主要在4～5 m之間。依據(jù)單個(gè)自然層砂體厚度建立自然層分類模式，即自然層厚度>20 m為極厚自然層；15～20 m為厚自然層；10～15 m為中厚自然層；5～10 m為較薄厚度自然層；<5 m為薄層自然層砂。

1.2.2 按砂體切疊程度將自然砂層分為3種類型

在砂體切疊形成垂向連通的自然砂層中，水動(dòng)力條件的差異會(huì)導(dǎo)致不同的砂體的切疊程度。根據(jù)切疊程度的差異，可以將自然砂層分為強(qiáng)切疊程度自然砂層、中等切疊程度自然砂層和弱切疊程度自然砂層。

1.2.3 按測(cè)井曲線形態(tài)將自然砂層分為4種類型

砂體垂向上切疊程度的差異會(huì)在單井測(cè)井曲線形態(tài)上有直觀體現(xiàn)。單期曲流河道點(diǎn)沙壩測(cè)井曲線形態(tài)表現(xiàn)為箱型或鐘型，底部滯留沉積在測(cè)井形態(tài)上表現(xiàn)為突變面。在多期河道強(qiáng)烈切疊情況下，下部河流二元結(jié)構(gòu)中頂層沉積及點(diǎn)沙壩頂部被切疊，點(diǎn)沙壩主體直接疊加，測(cè)井曲線形態(tài)表現(xiàn)為厚箱型或微齒箱型(圖1a、b)；在多期河道切疊程度相對(duì)較弱的自然層中，部分點(diǎn)沙壩頂部沉積得以保留，測(cè)井曲線形態(tài)表現(xiàn)為疊加型(圖1c)；在切疊程度最弱的自然砂層中，大部分點(diǎn)沙壩頂部沉積甚至河流上部泛濫平原沉積得以保留，單期點(diǎn)沙壩獨(dú)立存在，在測(cè)井曲線形態(tài)上表現(xiàn)為進(jìn)獨(dú)立型(圖1d)。

a.多期河道強(qiáng)切疊情況下表現(xiàn)為厚箱型；b.多期河道強(qiáng)切疊情況下表現(xiàn)為微齒箱型；c.多期河道中等強(qiáng)度切疊情況下表現(xiàn)為疊加型；d.多期河道弱切疊情況下表現(xiàn)為近獨(dú)立型。圖1 依據(jù)測(cè)井曲線形態(tài)的自然層分類模式Fig.1 Classification model of natural layer based on log curve shape

1.2.4 按相疊加類型將自然砂層分為3種類型

研究區(qū)目的層段儲(chǔ)層砂體主要來(lái)源于河道點(diǎn)沙壩、天然堤及溢岸砂等微相。其中曲流邊灘是曲流河側(cè)向加積的產(chǎn)物，為下粗上細(xì)的正旋回，測(cè)井曲線上微電極和自然GR呈高幅度值、高幅度差，曲線以箱型或者鐘型為主；天然堤微相分布于彎曲河道兩岸，是洪水漫出堤岸時(shí)懸浮中較粗部分的沉積物在河道兩岸沉積而成。測(cè)井曲線表現(xiàn)為中--低幅度值，幅度差較小，形態(tài)為齒化的鐘型；溢岸砂是洪水期越堤水流在地勢(shì)平坦處所沉積的細(xì)粒物質(zhì)，巖性主要為砂泥過(guò)渡巖性。測(cè)井曲線表現(xiàn)為代表薄層過(guò)渡巖性的指型小尖峰[6]。自然砂層切疊砂體結(jié)合測(cè)井曲線形態(tài)，按切疊砂相成因?qū)⒆匀簧皩臃譃?①河道--河道砂體切疊型；②河道--堤岸砂體切疊型；③河道溢岸砂切疊型。

1.2.5 按砂體疊加期次將自然砂層分為5種類型

研究區(qū)目的層(葡Ⅰ1--4層)發(fā)育有5個(gè)沉積時(shí)間單元，按著疊加期次劃分為5種15型。當(dāng)自然層為5期時(shí)間單元砂體疊加構(gòu)成，即為V期砂體疊加自然層；4期時(shí)間單元砂體疊加構(gòu)成為Ⅳ期砂體疊加自然層，又可以細(xì)分為葡Ⅰ1--葡Ⅰ3砂體疊加型和葡Ⅰ2a--葡Ⅰ4型兩種類型；3期時(shí)間單元砂體疊加構(gòu)成為Ⅲ期砂體疊加自然層，可細(xì)分成葡Ⅰ1--葡Ⅰ2b型、葡Ⅰ2a--葡Ⅰ3型和葡Ⅰ2b--葡Ⅰ4型3種類型；以此類推，2期時(shí)間單元疊加砂體可細(xì)分為4種類型，單期時(shí)間單元疊加砂體可細(xì)分為5種類型。在此種分類方法基礎(chǔ)上，建立自然層在研究區(qū)剖面、平面表征方法。

2 自然層綜合表征方法

2.1 自然層剖面表征方法

復(fù)合砂體內(nèi)部切疊嚴(yán)重，砂體間切疊位置、切疊程度以及切疊形態(tài)的差異，導(dǎo)致砂體間連通關(guān)系非常復(fù)雜，會(huì)影響復(fù)合砂體對(duì)流體的控制。然而目前對(duì)控制流體分布的復(fù)合砂體內(nèi)部連通關(guān)系研究比較薄弱，沒(méi)有建立統(tǒng)一的分類模式。因此，確立砂體間接觸模式，準(zhǔn)確識(shí)別自然層界限，建立一套完整自然層垂向表征模式對(duì)于河道切疊嚴(yán)重的區(qū)塊顯得尤為重要。筆者依據(jù)砂體疊加期次及垂向不同砂體間切疊程度的差異結(jié)合河道砂上平底凸的沉積模式，建立了一套自然層剖面可視化綜合表征模式。

2.1.1 兩期切疊自然層剖面分布模式

依據(jù)上下兩期河道切疊程度的差異及河道擺動(dòng)導(dǎo)致砂體平面沉積位置的不同，將兩期切疊剖面劃分為3種模式。分別為 “乙”型端垂切模式(圖2a)、“工”型中垂切模式(圖2b)及 “凸”型全垂切模式 (圖2c)。

a.“乙”型端垂切模式；b.“工”型中垂切模式；c.“凸”型中垂切模式。圖2 兩期切疊自然層剖面分布模式Fig.2 Distribution pattern of two-stage overlapping natural layers

上下兩期河道發(fā)生切疊且在平面上沉積分布有所差異，砂體端部發(fā)生切疊的時(shí)候形成“乙”型端垂切模式；上下兩期河道發(fā)生切疊且切疊程度不高，同時(shí)兩期河道沉積平面分布差異不大時(shí)呈現(xiàn)“工”型中垂切模式；在“工”型基礎(chǔ)上，切疊程度更高時(shí)呈現(xiàn)“凸”型中垂切模式。

2.1.2 三期切疊自然層剖面分布模式

三期砂體切疊自然層剖面模式較兩期砂體切疊自然層更為復(fù)雜且形式更為多樣化。依據(jù)砂體切疊位置的不同及切疊程度的差異，在兩期切疊模式的基礎(chǔ)上，建立三期砂體切疊自然層剖面模式，分別為端部垂切 “疊乙”型模式(圖3a)、中部垂切 “王”型模式(圖3b)、深度切疊 “目”型模式(圖3c)及雜亂切疊的“其他”型切疊模式(圖3d)。

a.“疊乙”型端垂切模式；b.“王”型中垂切模式；c．“目”型全垂切模式；d .“其他”型端垂切模式。圖3 三期切疊自然層剖面分布模式Fig.3 Distribution pattern of three-stage overlapping natural layers

圖4 自然層宏觀平面疊合圖Fig.4 Overlaying of natural macro layers

4期、5期砂體切疊自然層剖面形態(tài)更為復(fù)雜，表征難度較大且較2期、3期砂體疊加剖面更大。在研究區(qū)呈零星分布，向兩側(cè)延展會(huì)變?yōu)閮善凇?期甚至單砂體疊加剖面，這里不做單獨(dú)表征分類。

2.2 自然層平面表征方法

在依據(jù)砂體疊加期次對(duì)自然層分類的基礎(chǔ)上，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)中主因素分析方法，即將自然層共歸為PⅠ1、PⅠ2a、PⅠ2b、PⅠ3、PⅠ4、PⅠ1--Ⅰ2a、PⅠ2a--Ⅰ2b、PⅠ2b--Ⅰ3、PⅠ3--Ⅰ4、PⅠ1--Ⅰ2b、PⅠ2a--Ⅰ3、PⅠ2b--Ⅰ4、PⅠ1--Ⅰ3、PⅠ2a--Ⅰ4、PⅠ1--Ⅰ4共15種類型，并逐井逐層進(jìn)行自然層分類統(tǒng)計(jì)，同時(shí)綜合分析研究區(qū)構(gòu)造特征及沉積模式，明晰了各類型自然層平面分布，從而通過(guò)不同期次自然層分布疊加以進(jìn)行自然層平面表征，最終形成自然層宏觀平面表征方法(圖4a、b)。

根據(jù)自然層平面表征結(jié)果可以看出，研究區(qū)內(nèi)盡管自然層垂向類型眾多，但以葡Ⅰ1--2b(含2a--2b)型為主，反映這3期河道砂體之間切疊在研究區(qū)最為發(fā)育，葡Ⅰ3--4型次之，其他類型相對(duì)較少。

自然層的成因和分類非常復(fù)雜，依據(jù)砂體疊加期次，將自然層的復(fù)雜差異性進(jìn)行科學(xué)合理的歸一化表征，形成平面表征方法。在開發(fā)過(guò)程中，不同成因類型的自然層對(duì)流動(dòng)控制作用有一定的差異性，但不同成因類別的自然層也可能對(duì)流體的控制作用相近，自然層平面表征方法的建立，為復(fù)合砂體控制流體分布及自然層內(nèi)部特征的描述打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為進(jìn)一步分析剩余油賦存規(guī)律提供了理論依據(jù)。

3 討論

多期復(fù)合河道砂切疊嚴(yán)重，導(dǎo)致上下單元砂體連通，影響砂體內(nèi)流體深流分布。以往單砂體內(nèi)平面、垂向內(nèi)部建筑結(jié)構(gòu)的研究已經(jīng)不能滿足開發(fā)生產(chǎn)需要。對(duì)于這類開發(fā)區(qū)塊，需對(duì)單期砂體歸類合并，建立以控制流體分布的自然層為單元，整體研究，精細(xì)解剖，建立自然層表征方法，為進(jìn)一步剩余油規(guī)律研究指明方向。

參照考古學(xué)中自然層概念，結(jié)合油田實(shí)際開發(fā)中沉積學(xué)規(guī)律，提出自然層定義：即自然層是一個(gè)垂向連續(xù)，橫向聯(lián)通的表外砂巖空間體，其中砂巖間夾層厚度≤0.4 m。

依據(jù)自然層砂厚、砂體切疊程度、測(cè)井曲線形態(tài)、垂向相疊加模式及砂體疊加期次，單井垂向上將自然層劃分為5類21種。

建立自然層剖面表征方法。依據(jù)砂體間切疊位置、切疊程度和切疊形態(tài)的差異，在兩期砂體切疊自然層建立端垂切模式“乙”型、中垂切“工”型及全垂切“凸”型三種模式；三期砂體切疊自然層建立端部垂切 “疊乙”型、中部垂切 “王”型、深度切疊 “目”型及雜亂切疊的“其他”切疊型4種模式。

據(jù)自然層砂體疊加期次分類模式，統(tǒng)計(jì)區(qū)域內(nèi)所有井位15種類型自然層平面分布，明晰了各類型自然層平面分布。對(duì)各類自然層平面分布加以疊加建立自然層綜合平面表征模式。砂體切疊期次越多，代表砂體之間連通關(guān)系越復(fù)雜，自然層對(duì)砂體內(nèi)流體的滲流分布影響越為明顯。自然層平面表征方法的建立，為復(fù)合砂體控制流體分布,自然層內(nèi)部特征的描述等后續(xù)研究工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也為進(jìn)一步分析剩余油賦存規(guī)律提供了理論依據(jù)。

4 結(jié)論

(1)自然層是一個(gè)垂向連續(xù)(砂巖間夾層厚度≤0.4 m)，橫向聯(lián)通的表外砂巖空間體。

(2)自然層垂向上，依據(jù)自然層砂厚、砂體切疊程度、測(cè)井曲線形態(tài)、垂向相疊加模式及砂體疊加期次可以將自然層劃分為5類21種。

(3)依據(jù)砂體間切疊位置、切疊程度及切疊形態(tài)，建立自然層垂向表征模式。

(4)依據(jù)砂體疊加期次建立自然層平面表征模式，其中研究區(qū)以葡Ⅰ1--2b(含2a--2b)型為主。