主流線(xiàn)疊合法在分流河道演化特征分析中的應(yīng)用

李曉慧

(1.中國(guó)石油大學(xué)(華東)，山東 青島 266580；2.中國(guó)石化華北油氣分公司，河南 鄭州 450000)

0 引 言

單砂體是指時(shí)間單元等時(shí)的地層中，垂向上和平面上連續(xù)，但與上下砂體間有泥巖或不滲透夾層分隔的砂體。單砂體刻畫(huà)是油氣藏精細(xì)描述的重點(diǎn)與難點(diǎn)，通過(guò)對(duì)儲(chǔ)層內(nèi)部單元要素的解剖與非均質(zhì)性的描述，可以為剩余油氣定量刻畫(huà)奠定基礎(chǔ)。前人基于單砂體尺度開(kāi)展了大量研究，自1986年砂體構(gòu)型要素分析技術(shù)引入中國(guó)以來(lái)，形成了“層次分析”、“模式擬合”和“多維互動(dòng)”砂體解剖思路[1-3]，并綜合利用現(xiàn)代沉積、野外露頭觀察、室內(nèi)室外物理實(shí)驗(yàn)及河流數(shù)值模擬等研究手段[4-11]，提出了多種沉積模式。面對(duì)開(kāi)發(fā)不斷深入與挖潛的需求，單砂體表征開(kāi)始逐步向精細(xì)化和定量化發(fā)展，形成了“單井識(shí)別、側(cè)向劃界、平面組合”[12-16]為主導(dǎo)的研究方法，在單一砂體的形態(tài)、規(guī)模、疊置關(guān)系等方面有了突破。同時(shí)隨著高密度地震資料的大量應(yīng)用，在沉積模式指導(dǎo)下，結(jié)合井震結(jié)合的手段，利用波幅變化、復(fù)波等目的層相關(guān)性高的反演體，大大提高了分流河道砂體的識(shí)別率[17-20]。

三角洲平原分流河道分支多、遷移快、河道窄，前人較多的研究了分流河道內(nèi)部結(jié)構(gòu)及邊界刻畫(huà)方法，但對(duì)河道疊置關(guān)系及動(dòng)態(tài)演化特征的深入研究較少。選取鄂爾多斯盆地大牛地氣田大17井區(qū)山西組山21層作為研究對(duì)象，在單砂體識(shí)別與刻畫(huà)的基礎(chǔ)上，利用GR典型曲線(xiàn)特征提出“主流線(xiàn)疊合法”，對(duì)主流線(xiàn)遷移擺動(dòng)規(guī)律進(jìn)行研究，從成因上對(duì)多期河道砂體疊置特征進(jìn)行解釋?zhuān)瑢?shí)現(xiàn)了Miall四級(jí)界面儲(chǔ)層構(gòu)型的刻畫(huà)。

1 單砂體精細(xì)描述思路

大牛地氣田二疊系下統(tǒng)山西組主體位于三角洲平原環(huán)境，分流河道砂體的物質(zhì)組成受沉積時(shí)期水動(dòng)力和物源性質(zhì)的共同控制。研究區(qū)內(nèi)分流河道砂泥巖側(cè)向相變迅速，河道規(guī)模較小，明確單砂體疊置關(guān)系、延伸特征及連通性，是提高單砂體刻畫(huà)精度的保障，也是提高調(diào)整方案及井位部署質(zhì)量的關(guān)鍵。

單砂體精細(xì)描述技術(shù)路線(xiàn)：在建立等時(shí)地層格架的基礎(chǔ)上，利用巖心觀察、垂向?qū)有蚝统练e微相特征等手段，分析取心井沉積微相與對(duì)應(yīng)的測(cè)井相響應(yīng)特征，并以此為指導(dǎo)，進(jìn)行垂向單砂體識(shí)別及期次劃分；應(yīng)用密井網(wǎng)連井對(duì)比、水平井實(shí)鉆對(duì)比及小井距連井對(duì)比等技術(shù)，綜合分析單期河道砂體的側(cè)向邊界及規(guī)模；結(jié)合單期分流河道疊置構(gòu)型與平面展布特征，揭示多期分流河道砂體疊置改造關(guān)系及遷移特征，形成了適用于大牛地氣田的以“垂向分期、曲線(xiàn)定位、側(cè)向劃界、主流線(xiàn)疊合”為核心的單砂體刻畫(huà)方法與分流河道演化過(guò)程重建方法，為井位部署和后期加密調(diào)整提供可靠的技術(shù)支撐(圖1)。

圖1 單砂體精細(xì)描述技術(shù)路線(xiàn)

2 巖心與測(cè)井相特征

山西組山21層發(fā)育以灰或灰白色為主的砂礫巖、含礫粗砂巖、粗砂巖、中—細(xì)砂巖。河道底部常見(jiàn)底礫巖，與泥巖或炭質(zhì)泥巖突變接觸，向上由粗砂巖相過(guò)渡為泥巖相；砂巖單層厚度從幾十厘米到幾米，垂向上相互疊加，砂體內(nèi)部夾有泥巖、粉砂巖夾層，向上發(fā)育有大型交錯(cuò)層理、平行層理等；少見(jiàn)植物化石碎片，代表局部位置沉積穩(wěn)定，水動(dòng)力弱。

基于山21層三角洲平原沉積環(huán)境，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)井段地層剖面進(jìn)行沉積微相類(lèi)型的判別，識(shí)別出分流河道、分流間灣、分流間洼地、決口扇等多種沉積微相，建立了巖心相及測(cè)井相響應(yīng)模式(圖2)，巖心相及測(cè)井相是區(qū)域單砂體識(shí)別及沉積微相分析的基礎(chǔ)。

分流河道的砂巖GR曲線(xiàn)呈齒化箱形、微齒箱形及鐘形。根據(jù)多井測(cè)井資料的統(tǒng)計(jì)，齒化箱形及微齒箱形是山21層最常見(jiàn)的測(cè)井相類(lèi)型，位于分流河道的中心位置，GR值為25～50 API，GR測(cè)井曲線(xiàn)頂部和底部呈突變接觸，巖性多為含礫粗砂巖—中砂巖，構(gòu)成分流河道的主體，齒化的嚴(yán)重程度反映水動(dòng)力的穩(wěn)定性及強(qiáng)弱交替的特征(圖2a、b)。河道邊緣的GR曲線(xiàn)為指狀或梳狀，砂體與河漫灘呈指狀穿插，如圖2c的決口扇微相，巖性為細(xì)—中砂巖，厚度一般小于2 m，與上下泥巖突變接觸。研究區(qū)內(nèi)較少見(jiàn)大型鐘形曲線(xiàn)，代表河道的逐漸遷移，水動(dòng)力變?nèi)?，巖性由底部粗砂巖過(guò)渡至細(xì)砂巖，GR測(cè)井曲線(xiàn)值略高于箱形，發(fā)育有交錯(cuò)層理、平行層理(圖2d)。

圖2 山21層典型沉積微相類(lèi)型

3 儲(chǔ)層單砂體期次劃分與定量研究

3.1 單砂體垂向期次劃分

單砂體期次劃分采用“垂向分期、側(cè)向劃界”的思路，由點(diǎn)到線(xiàn)，識(shí)別出目的層共有3種典型界面特征，發(fā)育2期單砂體。山21層底部為炭質(zhì)泥巖或煤層，向上發(fā)育2個(gè)沉積旋回，泥巖是單期河道結(jié)束的標(biāo)志，從泥巖隔層的識(shí)別入手，結(jié)合單井內(nèi)部砂體發(fā)育位置及沉積旋回特征，分析單井期次劃分的界面。研究區(qū)存在3種隔層分布模式：①有明顯的泥巖隔層，泥巖厚度一般大于3 m，分隔砂體形成獨(dú)立的氣藏單元，這種模式在全區(qū)可以對(duì)比追蹤，符合該模式的井比例為59%(圖3a)；②隔層不明顯，厚砂中存在的泥質(zhì)隔層，切疊程度中等，隔層厚度較小，一般為1 m，GR曲線(xiàn)有回返，符合該模式的井比例為23%，可采用旋回韻律特征劃分砂層期次(圖3b)；③多期疊置無(wú)隔層，巨厚砂(厚度大于15 m)，河道切疊較為嚴(yán)重，界面已難以識(shí)別，符合該模式的井比例為18%。

圖3 單砂體垂向期次劃分

側(cè)向劃界是研究單砂體平面展布特征的關(guān)鍵。在連井剖面上，根據(jù)泥巖發(fā)育特征、砂體高程差異、測(cè)井曲線(xiàn)形態(tài)及韻律變化特征等，尋找單期河道砂體延伸的邊界，主要從4個(gè)方面進(jìn)行綜合研究，形成河道砂體期次劃分方法：①井間存在不連續(xù)的河間砂或廢棄河道，是存在單期河道邊界最可靠的證據(jù)，如圖3a所示，由于DPS-209井第2期砂體尖滅，判斷在該井附近存在河道邊界；②砂體厚度由厚到薄再變厚的過(guò)程中，可能存在不同單期河道邊界；③同一沉積環(huán)境下，在無(wú)構(gòu)造突變地質(zhì)條件下，同一河道砂體與層面距離應(yīng)近似，相鄰井間的砂體高程差異大，可能存在不同單期河道邊界，如圖3a中DP63H與DPS-220井第2期砂體砂頂高程差近3 m，可判斷2口井不屬于同一河道，井間存在河道邊界；④測(cè)井曲線(xiàn)組合形態(tài)、韻律變化較大，可能存在不同單期河道邊界。

3.2 同一分流河道的識(shí)別

以山西組山21層第1期河道展布為例。研究區(qū)構(gòu)造平緩，大致呈東北高、西南低的地勢(shì)，物源方向近南北向。對(duì)比近井距的連井剖面，結(jié)合厚度差異法、等高程法，通過(guò)巖性、夾層分布及測(cè)井曲線(xiàn)形態(tài)的相似性分析，判斷所處河道位置及初步河道形態(tài)，再利用“串珠法”追蹤井間分流河道砂體的同期性?！按榉ā敝笇R曲線(xiàn)投至井位圖上，統(tǒng)計(jì)代表砂體處于河道中部的箱形曲線(xiàn)的單井，非河道中心的砂體不作統(tǒng)計(jì)，然后將河道中部的砂體依次連接起來(lái)，其延伸軌跡指示了河道的延伸方向。根據(jù)同一河道曲線(xiàn)齒化程度、巖性差異及厚度特征，判斷主次分流河道及分流間灣，山21層第1期砂層組由4～5條分流河道，由北向南呈條帶狀分布，并有多級(jí)次分流匯合的特點(diǎn)。

3.3 單期河道展布規(guī)模的定量化研究

綜合應(yīng)用下述3種方法預(yù)測(cè)研究區(qū)地下井間砂體規(guī)模：①對(duì)比井網(wǎng)較密處的連井剖面，判斷和估計(jì)砂體寬度和長(zhǎng)度；②應(yīng)用水平井水平段揭示的沉積微相和砂體剖面上的特征，推算儲(chǔ)集層砂體的寬度和長(zhǎng)度；③應(yīng)用GR曲線(xiàn)顯示某一段地層中河道砂體垂向上位置和曲線(xiàn)的相似性，輔助判斷河道砂體走向和連通性。在研究區(qū)存在局部密井網(wǎng)(井距小于150 m)，采用方法①進(jìn)行解剖，其他區(qū)域利用垂直河道或順河道方向的水平井資料及小井距連井對(duì)比，從而量化全區(qū)單砂體發(fā)育規(guī)模。

在井區(qū)選取井距較小的密井網(wǎng)(圖4a)，根據(jù)DPS-209、DPH-207微齒箱形測(cè)井曲線(xiàn)特征，判斷2口井位于同一河道的中心部位，河道側(cè)向延伸時(shí)出現(xiàn)砂體厚度由厚到薄直至尖滅的過(guò)程，可確定在井間存在單一河道邊界，河道中心部位砂體厚度約為6 m，結(jié)合井距及砂體厚度判斷主河道寬度大約為1 100 m。圖4b為DPS-224井水平井實(shí)鉆軌跡，入靶點(diǎn)后向南約408 m，鉆遇河道間泥巖，繼續(xù)向側(cè)下方鉆進(jìn)392 m，鉆遇砂巖，DPS-224井向北、井距為263 m處的DPF-201井，箱形砂體厚度約為15 m，根據(jù)在橫向剖面上砂體厚度的變化趨勢(shì)判斷，河流從中心到邊部砂體厚度和物性逐漸變薄、變差，推斷河道半幅寬度約為650 m。在井區(qū)選取小井距進(jìn)行連井剖面對(duì)比(圖4c)，DPT-116井水平段沿順河道方向向南延伸1 300 m，鉆遇砂巖長(zhǎng)度為1 266 m，砂體連續(xù)性好，其導(dǎo)眼段砂體厚度為7 m，測(cè)井曲線(xiàn)呈光滑箱形，位于分流河道的中心部位，在側(cè)向向北延伸過(guò)程中，距離528 m的鄰井大56井河道變窄，曲線(xiàn)呈現(xiàn)決口扇的特征，推斷在DPT-116與大56井間存在主河道邊界，由此判斷主河道半幅寬度約為530 m。結(jié)合水平井實(shí)鉆資料，在研究區(qū)繪制大量連井剖面，單期河道寬度約為1 000～1 500 m,厚度約為3～7 m。

圖4 單一河道規(guī)模的定量識(shí)別

4 單砂體的展布及演化特征

基于“串珠法”的原理及分析結(jié)果，提出利用“主流線(xiàn)疊合法”研究多期河道的改造、遷移關(guān)系及歷史演化過(guò)程。主流線(xiàn)是指表示主河道延伸方向的指示線(xiàn)，以單期河道平面展布規(guī)律為基礎(chǔ)，沿古水流方向?qū)⒑穸却蟆R測(cè)井曲線(xiàn)形態(tài)為箱形的砂體依次連接起來(lái)，將河道主流線(xiàn)提取出來(lái)，按時(shí)間發(fā)育先后順序疊合在一起，來(lái)分析晚期河道對(duì)早期河道砂體切疊改造關(guān)系，研究主流線(xiàn)平面遷移規(guī)律，重建復(fù)合河道的沉積演化過(guò)程。在山21層內(nèi)識(shí)別出2期單一河道的主流線(xiàn)，主流線(xiàn)在區(qū)內(nèi)表現(xiàn)為自北西向南東延伸，且單期河道帶在研究區(qū)出現(xiàn)匯聚、分支的特征。

第1期與第2期河道疊置的區(qū)域主要分布在研究區(qū)的中東部DP20、PG23井及西部DPS-220井，疊置區(qū)域砂體富集，但早期砂體較晚期砂體更為發(fā)育，反映出河道遷移或消亡的現(xiàn)象。

第1期河道主要發(fā)育5條分流河道，在DP20井附近，分支Ⅲ號(hào)主流線(xiàn)向西擺動(dòng)，與Ⅱ號(hào)主流線(xiàn)交匯；第2期河道主要發(fā)育2條分流河道，Ⅵ號(hào)主流線(xiàn)是早期Ⅰ號(hào)河道向西遷移的產(chǎn)物，在DPT-116井區(qū)與Ⅶ號(hào)主流線(xiàn)交匯?？傮w來(lái)看，疊置區(qū)集中在研究區(qū)的中東部，主流線(xiàn)在2期河道切疊嚴(yán)重，從測(cè)井曲線(xiàn)整體來(lái)看，疊置區(qū)域的2期河道隔層不發(fā)育，交匯處河道能量由于碰撞而消減,淘洗能力逐漸變?nèi)?呈現(xiàn)砂體厚度大但齒化較嚴(yán)重的特征,如DP20井區(qū)。局部區(qū)域可清晰看出，早期河道中心部位的箱形砂體逐漸遷移到達(dá)晚期河道的邊部，如DPS-206井區(qū)，這是造成單井縱向砂體強(qiáng)非均質(zhì)性的主控因素，早期河道Ⅱ號(hào)主流線(xiàn)在遷移過(guò)程中逐漸消亡，河道整體規(guī)模變小，且在平面上呈現(xiàn)出向西南方向逐漸遷移的演化過(guò)程(圖5)。

圖5 山21層內(nèi)2期河道主流線(xiàn)分布

利用多期河道砂體遷移演化與疊置特征的準(zhǔn)確刻畫(huà)，在研究區(qū)部署加密水平井KPS-1(圖5)，該井以D17井第1期箱形砂體為入靶目標(biāo)，水平段延伸軌跡的設(shè)計(jì)以2期河道遷移特征為地質(zhì)導(dǎo)向，第1期砂體逐漸消亡，第2期砂體因Ⅵ、Ⅶ 2條河道的交匯而發(fā)育，因此，設(shè)計(jì)水平段沿第2期河道方向躍層鉆進(jìn)(圖6)，該井實(shí)鉆水平段長(zhǎng)為1 200 m，砂巖鉆遇率達(dá)83.42%,含氣顯示鉆遇率達(dá)67.67%，較該類(lèi)儲(chǔ)層平均顯示鉆遇率高4%，試氣無(wú)阻日產(chǎn)氣量達(dá)8×104m3/d。井眼軌跡的準(zhǔn)確導(dǎo)向，提高了鉆井的成功率，也為實(shí)現(xiàn)薄窄分流河道儲(chǔ)層的有效開(kāi)發(fā)提供了技術(shù)指導(dǎo)。

5 研究意義

分流河道曲率變化大、分支多，水動(dòng)力強(qiáng)弱不一，河道灘壩規(guī)模小、形狀多樣，砂體定量關(guān)系復(fù)雜，同時(shí)由于河道遷移快，造成了灘壩疊置構(gòu)型復(fù)雜。通過(guò)對(duì)主流線(xiàn)遷移擺動(dòng)規(guī)律的研究，依據(jù)區(qū)域河道展布方向，并結(jié)合測(cè)井曲線(xiàn)特征、上下游河道寬度、砂體厚度變化、灘壩形態(tài)，判斷河道的延伸、分流及并流，進(jìn)而刻畫(huà)出沉積骨架，實(shí)現(xiàn)從成因機(jī)理的角度，明確分流河道寬度、不同位置的灘壩形態(tài)、規(guī)模、定量比例關(guān)系以及內(nèi)部構(gòu)型特征等。研究方法不僅可以為多期河道砂體疊置特征進(jìn)行可靠的解釋?zhuān)€可明確有利儲(chǔ)層的分布位置，指導(dǎo)分流河道儲(chǔ)層的綜合調(diào)整，提高油氣田采收率。

圖6 加密水平井KPS-1水平段實(shí)鉆效果

6 結(jié) 論

(1) 通過(guò)巖心觀察，識(shí)別出研究區(qū)分流河道、分流間灣、分流間洼地、決口扇等多種沉積微相，并建立了對(duì)應(yīng)的測(cè)井相模型，明確了GR曲線(xiàn)齒化箱形及微齒箱形是山21層砂體最有利的測(cè)井相類(lèi)型。

(2) 單井點(diǎn)處小層級(jí)河道縱向接觸關(guān)系，存在3種模式，分別是有明顯的泥巖隔層型、隔層不明顯型和多期疊置無(wú)隔層型，是單井垂向期次識(shí)別的重要標(biāo)志，結(jié)合連井對(duì)比，明確山21層砂層組發(fā)育2期單砂體。通過(guò)密井網(wǎng)、水平井資料及測(cè)井曲線(xiàn)形態(tài)的解剖，明確單砂體側(cè)向邊界，單期河道寬度約為100～1 500 m，厚度約為3～7 m,指導(dǎo)了復(fù)合砂體的解剖及單期河道的精確刻畫(huà)。

(3) 利用主流線(xiàn)疊合法研究主流線(xiàn)遷移擺動(dòng)規(guī)律，分析晚期河道對(duì)早期河道的切疊關(guān)系，晚期河道規(guī)模變小，在平面上呈現(xiàn)出向西南方向逐漸遷移的演化過(guò)程，研究結(jié)果可為多期河道砂體疊置特征的解釋提供依據(jù)。