基于水平井信息的辮狀河儲(chǔ)層構(gòu)型單元空間展布研究*

權(quán) 勃 侯東梅 牟松茹 楊建民 張文童 黃 奇

（1.中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司渤海石油研究院 天津 300459； 2.武漢時(shí)代地智科技股份有限公司 湖北武漢 430000）

近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)河流相儲(chǔ)層內(nèi)部構(gòu)型開展了大量深入研究，并逐步由儲(chǔ)層建筑結(jié)構(gòu)的定性描述向不同儲(chǔ)層構(gòu)型單元規(guī)模的定量表征發(fā)展。前人基于露頭和現(xiàn)代沉積總結(jié)了大量經(jīng)驗(yàn)公式與地質(zhì)知識(shí)庫(kù)，為地下儲(chǔ)層構(gòu)型表征提供了規(guī)模約束的定量依據(jù)，特別在采用密井網(wǎng)開發(fā)的陸上油田儲(chǔ)層構(gòu)型精細(xì)解剖中取得顯著效果。該方法主要利用直井信息并在定量規(guī)模約束下開展井間對(duì)比與預(yù)測(cè)，而海上油田主要采用水平井開發(fā)，井距一般大于300 m，受限于井網(wǎng)密度和井間對(duì)比預(yù)測(cè)的多解性，導(dǎo)致對(duì)不同構(gòu)型單元定量規(guī)模及其空間展布特征的認(rèn)識(shí)仍存在較大的不確定性。利用水平井豐富的橫向信息開展地下儲(chǔ)層構(gòu)型解剖，可較大程度地降低儲(chǔ)層構(gòu)型單元井間對(duì)比預(yù)測(cè)與定量表征的不確定性，該方法對(duì)海上油田稀井網(wǎng)條件下儲(chǔ)層構(gòu)型單元空間展布研究具有一定的借鑒意義。

1 油藏地質(zhì)概況

研究區(qū)位于渤海西部海域，構(gòu)造上位于渤海灣盆地埕寧隆起區(qū)沙壘田凸起東塊東部，自古生代以來，該凸起長(zhǎng)期處于繼承性抬升狀態(tài)，至晚第三紀(jì)，凸起整體沉降，大面積接受館陶組和明化鎮(zhèn)組河流相沉積。油田主力含油層系館陶組Ⅲ油組下段發(fā)育砂質(zhì)辮狀河沉積，河道砂體疊合連片分布，呈現(xiàn)“滿目皆河”的沉積特征，多期疊置的河道砂體使得儲(chǔ)層內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，呈現(xiàn)出一種迷宮狀的砂體內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征［1］。研究區(qū)目的層段全部采用水平井開發(fā)，目前包括探井、評(píng)價(jià)井15口，水平生產(chǎn)井30口，水平段長(zhǎng)度400～1 000 m。砂質(zhì)辮狀河復(fù)雜的儲(chǔ)層內(nèi)部結(jié)構(gòu)及不同級(jí)次構(gòu)型單元界面間的滲流屏障導(dǎo)致生產(chǎn)井開發(fā)效果差異大，剩余油分布認(rèn)識(shí)不清。因此，需要開展儲(chǔ)層構(gòu)型精細(xì)解剖，弄清砂質(zhì)辮狀河儲(chǔ)層構(gòu)型單元空間展布特征，從而指導(dǎo)剩余油挖潛。

2 構(gòu)型單元?jiǎng)澐?/h2>

儲(chǔ)層構(gòu)型也稱為儲(chǔ)層建筑結(jié)構(gòu)，是指不同級(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［2］。辮狀河儲(chǔ)層構(gòu)型研究通常采用層次分析的思路［3］，按復(fù)合河道砂體、單一河道砂體、心灘壩與辮狀水道砂體、心灘內(nèi)落淤層與增生體等4個(gè)構(gòu)型級(jí)次進(jìn)行精細(xì)解剖，其界面分別相當(dāng)于Miall［4-5］的6～3級(jí)界面。研究區(qū)主要采用水平井開發(fā)，缺少儲(chǔ)層中下部資料，因此主要開展心灘壩、辮狀水道等四級(jí)構(gòu)型單元空間展布研究。

通過巖心觀察與直井測(cè)井相分析，研究區(qū)砂質(zhì)辮狀河沉積主要發(fā)育心灘壩、辮狀水道、廢棄河道、泛濫平原等四級(jí)構(gòu)型單元。心灘壩是館陶組Ⅲ油組下段辮狀河儲(chǔ)層中最主要的構(gòu)型單元，砂體厚度5～11 m，以淺灰色含礫粗—中砂巖為主，主要發(fā)育塊狀構(gòu)造，垂向韻律性不明顯；測(cè)井曲線呈高幅箱形，頂?shù)撞客蛔?，反映?qiáng)水動(dòng)力條件沉積特征。心灘壩內(nèi)落淤層是洪水水退期由于能量衰減形成的懸浮細(xì)粒沉積，以泥質(zhì)粉砂巖為主，測(cè)井曲線有低幅回返，厚度0.3～0.5 m，縱向上平均3 m左右發(fā)育一期（圖1）。辮狀水道以灰白色細(xì)砂巖為主，粒度較心灘壩明顯變細(xì)，砂體厚度3～6 m，發(fā)育中大型槽狀、板狀交錯(cuò)層理，底部可見沖刷面。測(cè)井曲線具有正序列結(jié)構(gòu)，反映了水動(dòng)力逐漸減弱和物源減少的沉積特征。由于砂質(zhì)辮狀河沉積中心灘壩與辮狀水道呈交互鑲嵌的格局，這種構(gòu)型單元配置方式對(duì)于沉積水動(dòng)力條件和沉積物供給的變化非常敏感，容易導(dǎo)致新河道的不斷產(chǎn)生和舊河道的廢棄，因而辮狀河又被稱作游蕩性河流［6-8］。研究區(qū)廢棄河道主要表現(xiàn)為半泥質(zhì)填充，底部沉積1～3 m細(xì)砂巖，頂部沉積泥質(zhì)粉砂巖或粉砂質(zhì)泥巖，測(cè)井曲線呈中低幅鐘形或指形，反映水動(dòng)力較弱且快速變化的沉積特征。研究區(qū)整體為1個(gè)單一辮流帶，泛濫平原沉積主要發(fā)育于兩期河道砂體間，為兩期河道間洪泛期形成的含鈣質(zhì)泥巖或泥質(zhì)粉砂巖等細(xì)粒沉積，測(cè)井曲線表現(xiàn)為高阻特征（圖1）。由于受后期河道不同程度下切沖刷侵蝕改造，因此橫向分布極不穩(wěn)定。

圖1 研究區(qū)心灘壩內(nèi)部落淤層Fig.1 Fall silt inside the channel bar in the study area

3 水平井測(cè)井相分析

由于廢棄河道、道壩轉(zhuǎn)換夾層等橫向滲流屏障與不同期次河道間發(fā)育的泛濫平原細(xì)粒沉積形成的縱向滲流屏障，共同影響了流體滲流特征，使得辮狀河“泛連通體”儲(chǔ)層呈整體連通、內(nèi)部復(fù)雜的結(jié)構(gòu)特征，生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征表明儲(chǔ)層內(nèi)部非均質(zhì)性強(qiáng)，因此，需弄清儲(chǔ)層內(nèi)部建筑結(jié)構(gòu)特征，從而指導(dǎo)油田綜合調(diào)整與剩余油挖潛。研究區(qū)井距較大，平均350 m左右，地震品質(zhì)一般，主頻約35 Hz，需充分挖掘水平井豐富的橫向信息開展儲(chǔ)層構(gòu)型精細(xì)解剖，明確砂質(zhì)辮狀河儲(chǔ)層構(gòu)型單元空間展布。利用成像探邊資料標(biāo)定水平井測(cè)井相，綜合考慮構(gòu)造、水平井井軌跡位置、圍巖影響等因素，在構(gòu)型單元的類型和特征總結(jié)的基礎(chǔ)上，針對(duì)水平井構(gòu)型單元響應(yīng)特征展開研究，厘清砂質(zhì)辮狀河不同構(gòu)型單元水平井測(cè)井響應(yīng)特征，為儲(chǔ)層構(gòu)型精細(xì)解剖與井間砂體預(yù)測(cè)提供依據(jù)。

3.1 水平井水平段信息選取

基于水平井測(cè)井信息開展構(gòu)型單元測(cè)井相特征分析，首先應(yīng)排除因砂體局部微構(gòu)造起伏、水平井井眼軌跡參數(shù)變化等造成的影響，排除因水平段井眼軌跡出層造成的干擾信息，確保采用位于目的層段砂體內(nèi)部的水平段信息進(jìn)行分析。具體做法是沿著水平井軌跡走向切過井剖面，并將目的層段構(gòu)造面與沿井剖面的交線投在該剖面上；結(jié)合水平段測(cè)井曲線響應(yīng)特征、井眼軌跡、探邊資料、圍巖、微構(gòu)造等信息綜合判斷水平段是否出層，將不位于目的層單期次河道砂體內(nèi)部的水平段剔除，構(gòu)型單元識(shí)別中不予考慮。同時(shí)可利用水平井水平段信息校正目的層微構(gòu)造，為儲(chǔ)層表征與地質(zhì)建模提供更加精確的構(gòu)造模型。

3.2 不同構(gòu)型單元水平井測(cè)井響應(yīng)特征

因無法通過巖心標(biāo)定水平井測(cè)井相模式，也不能將直井測(cè)井相模式直接應(yīng)用于水平井測(cè)井相解釋，因此，采用水平井成像探邊資料標(biāo)定水平段測(cè)井相的思路，構(gòu)建不同構(gòu)型單元水平井測(cè)井相模式，進(jìn)而將解釋模式應(yīng)用推廣到無探邊資料的水平井，分析全區(qū)水平井測(cè)井相。然而，由于水平段井眼軌跡呈近水平的狀態(tài)，測(cè)井儀器存在一定探測(cè)范圍半徑，測(cè)井曲線可能受上下鄰層或巖性界面的影響，因此應(yīng)首先分析圍巖的影響。在水平井測(cè)井中，儀器一般靠近井眼下方，對(duì)下方地層較敏感。通常自然伽馬測(cè)井響應(yīng)90%來自距離井壁15 cm以內(nèi)的地層中［9］。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，水平井方位電阻率成像探邊解釋成果與自然伽馬等反映巖性的常規(guī)測(cè)井曲線響應(yīng)特征具有較好的一致性（圖2），因此認(rèn)為水平井自然伽馬測(cè)井曲線能較好反映水平段軌跡井壁附近巖性特征，其受圍巖的影響較小，可以定性判斷巖性的橫向變化。

通過統(tǒng)計(jì)分析成像探邊解釋成果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)井眼軌跡進(jìn)入儲(chǔ)層便探測(cè)到距頂邊界下方2～4 m發(fā)育一套相對(duì)連續(xù)的近乎水平的泥質(zhì)夾層，而目的層發(fā)育砂質(zhì)辮狀河沉積，心灘壩平均砂厚8 m，辮狀水道平均砂厚5 m，顯然，這套泥質(zhì)夾層并非兩期河道間發(fā)育的泛濫平原泥沉積，而與前述心灘壩內(nèi)部縱向上3 m左右發(fā)育一期落淤層比較吻合，分析認(rèn)為為心灘壩沉積。而成像探邊資料顯示辮狀水道內(nèi)部泥質(zhì)夾層發(fā)育相對(duì)較少且不連續(xù)。常規(guī)測(cè)井曲線也顯示兩者具有明顯的差異（圖2）。因此，通過成像探邊資料識(shí)別與標(biāo)定不同構(gòu)型單元水平井測(cè)井相，然后對(duì)測(cè)井曲線多井一致性處理后進(jìn)行交會(huì)分析，建立不同構(gòu)型單元水平井測(cè)井響應(yīng)特征與解釋圖版，發(fā)現(xiàn)自然伽馬、電阻率、密度均具有較好的區(qū)分效果（圖3）。一般心灘壩自然伽馬小于80 gAPI，密度為2.0～2.4 g／cm3，電阻率大于15Ω·m；辮狀水道自然伽馬60～90 gAPI，密度為2.1～2.5 g／cm3，電阻率為3～15Ω·m；廢棄河道自然伽馬大于90 gAPI，密度大于2.3 g／cm3，電阻率為5～20Ω·m。

圖2 成像探邊資料標(biāo)定研究區(qū)水平井測(cè)井相Fig.2 Imaging edge data calibration horizontal well logging facies

圖3 研究區(qū)砂質(zhì)辮狀河儲(chǔ)層不同構(gòu)型單元水平井測(cè)井交會(huì)圖Fig.3 Logging intersection diagram of horizontal wells of different architecture units in sandy braided river reservoir in the study area

4 構(gòu)型單元空間展布

4.1 構(gòu)型單元空間組合模式

厘清不同構(gòu)型單元縱、橫向空間組合模式可為構(gòu)型單元空間展布研究提供模式指導(dǎo)?；谥本⒋笮倍染畼?gòu)型單元對(duì)比分析總結(jié)發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)砂質(zhì)辮狀河儲(chǔ)層內(nèi)部不同構(gòu)型單元垂向空間組合模式主要有心灘壩-辮狀水道、心灘壩-廢棄河道和辮狀水道-廢棄河道等3種（圖4）。

通過分析砂質(zhì)辮狀河儲(chǔ)層不同構(gòu)型單元水平井測(cè)井響應(yīng)特征，并結(jié)合鄰近直井或過路井信息開展水平井構(gòu)型單元對(duì)比分析，弄清了砂質(zhì)辮狀河儲(chǔ)層內(nèi)部不同構(gòu)型單元橫向空間組合模式，主要包括心灘壩-辮狀水道、心灘壩-廢棄河道、心灘壩-廢棄河道-心灘壩和心灘壩-辮狀水道-心灘壩等4種構(gòu)型單元橫向空間組合模式（圖5）。

圖4 研究區(qū)砂質(zhì)辮狀河儲(chǔ)層構(gòu)型單元垂向組合模式Fig.4 Vertical combination models of sandy braided river reservoir architecture units in the study area

4.2 構(gòu)型單元定量知識(shí)庫(kù)

Kelly［10］、孫天建等［11］和Bridge等［12］利用現(xiàn)代辮狀河沉積、水槽實(shí)驗(yàn)和野外露頭大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)建立了辮狀河心灘壩寬度Wp與單河道滿岸深度hd、心灘壩長(zhǎng)度Lp與心灘壩寬度Wp、單一辮狀河道寬度Wc與心灘壩寬度Wp、單一辮狀河道寬度Wc與單河道滿岸深度hd之間的關(guān)系式（表1），均具有較好的正相關(guān)關(guān)系。根據(jù)現(xiàn)代沉積調(diào)研結(jié)果［8-10］，單河道滿岸深度與心灘的厚度基本相當(dāng)，考慮成巖壓實(shí)作用影響，認(rèn)為河道滿岸深度等于心灘壩砂厚／0.9。因此，首先利用測(cè)井資料解釋成果，得到地下心灘壩砂體厚度，經(jīng)去壓實(shí)校正后近似相等于河道滿岸深度hd，進(jìn)而利用表1中經(jīng)驗(yàn)公式獲得研究區(qū)館陶組Ⅲ油組下段各單期次河道砂體內(nèi)部不同構(gòu)型單元定量規(guī)模（表2）。

采用“將今論古”的思路，旨在利用現(xiàn)代沉積建立的經(jīng)驗(yàn)公式應(yīng)用于地下儲(chǔ)層構(gòu)型研究，為地下儲(chǔ)層構(gòu)型單元的定量表征提供地質(zhì)知識(shí)庫(kù)。利用水平井豐富的橫向信息驗(yàn)證其合理性，進(jìn)而為下步井間構(gòu)型單元空間展布預(yù)測(cè)提供規(guī)?？刂?。以研究區(qū)D30H和D13H兩口水平井為例，兩口井水平段分別位于NgⅢ下-1和NgⅢ下-3單砂體，其水平段橫切或斜交辮狀河道，實(shí)測(cè)單一辮狀河道寬度分別為80、152 m（圖5），與經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得到單一辮狀河道寬度規(guī)模范圍66～168 m基本相當(dāng)。因此，基于現(xiàn)代沉積統(tǒng)計(jì)分析建立的地質(zhì)知識(shí)庫(kù)可為地下儲(chǔ)層構(gòu)型定量表征提供重要指導(dǎo)意義。

圖5 研究區(qū)砂質(zhì)辮狀河儲(chǔ)層構(gòu)型單元橫向組合模式Fig.5 Lateral combination models of sandy braided river reservoir architecture units in the study area

表1 辮狀河儲(chǔ)層構(gòu)型單元定量關(guān)系Table 1 Q uantitative relationship of braided river reservoir architecture units

表2 研究區(qū)館陶組砂質(zhì)辮狀河儲(chǔ)層不同構(gòu)型單元規(guī)模Table 2 Scale of different architecture units of sandy braided river reservoir of Guantao Formation in the study area

4.3 構(gòu)型單元空間展布

儲(chǔ)層構(gòu)型表征的關(guān)鍵是垂向分期和側(cè)向劃界［13］，因此，首先對(duì)多期疊置的辮狀河儲(chǔ)層進(jìn)行期次劃分，然后以現(xiàn)代沉積和野外露頭模式為指導(dǎo)，以構(gòu)型單元定量知識(shí)庫(kù)作為規(guī)模約束，采用水平井測(cè)井約束的地震波阻抗反演預(yù)測(cè)砂體分布，綜合沉積背景與物源分析、砂體厚度分布、過路井和水平井測(cè)井相等信息，按照“井震結(jié)合、厚度控制、規(guī)模約束”的基本原則完成構(gòu)型單元側(cè)向劃界［14］，明確砂質(zhì)辮狀河儲(chǔ)層構(gòu)型單元橫向空間展布（圖6）。

圖6 研究區(qū)館陶組Ⅲ油組下段1小層構(gòu)型單元平面展布圖Fig.6 Horizontal distribution of reservoir architecture units of N1gⅢL-1 layer in the study area

4.4 動(dòng)態(tài)驗(yàn)證

通過油藏?cái)?shù)值模擬進(jìn)一步驗(yàn)證和優(yōu)化基于水平井信息的儲(chǔ)層內(nèi)部構(gòu)型單元空間展布研究成果的合理性與可靠性。首先在地震反演體約束下，采用序貫指示隨機(jī)模擬的方法進(jìn)行儲(chǔ)層內(nèi)部巖相橫向分布表征，然后將儲(chǔ)層內(nèi)部橫、縱向不同構(gòu)型單元界面間泥質(zhì)夾層采用小尺度地質(zhì)體等效表征技術(shù)精細(xì)表征到油藏模型中［15］，并開展數(shù)值模擬歷史擬合。以D43H井為例，該井及其鄰井D8H1井水平段測(cè)井均顯示西側(cè)水平段末端鉆遇廢棄河道，研究區(qū)目的層為邊底水油藏，水體能量強(qiáng)，整體呈不同程度水淹，綜合含水89%，但該井雖位于油藏邊部卻持續(xù)低含水生產(chǎn)（含水35%左右）且能量不足，生產(chǎn)動(dòng)態(tài)表明儲(chǔ)層非均質(zhì)性極強(qiáng)。分析認(rèn)為是受該井南北面東西向斷層、東西面北北東向廢棄河道等橫向滲流屏障與底部河道期次間發(fā)育的泛濫平原泥質(zhì)夾層縱向滲流屏障共同作用下，形成相對(duì)獨(dú)立的流動(dòng)單元導(dǎo)致的（圖6）。對(duì)比不同方案歷史擬合結(jié)果表明，只有將縱向河道期次間泛濫平原泥質(zhì)夾層與橫向廢棄河道泥質(zhì)夾層同時(shí)表征到油藏模型中，模擬曲線才能與實(shí)際歷史生產(chǎn)曲線擬合較好（圖7）。因此，通過生產(chǎn)動(dòng)態(tài)進(jìn)一步驗(yàn)證了儲(chǔ)層構(gòu)型單元空間展布研究成果。數(shù)值模擬結(jié)果表明，全區(qū)單井歷史擬合符合率達(dá)到85%，水平井豐富的橫向信息大大提高了地震反演預(yù)測(cè)和儲(chǔ)層構(gòu)型表征的精度和可靠性。

圖7 研究區(qū)D43H井生產(chǎn)歷史擬合驗(yàn)證儲(chǔ)層內(nèi)部構(gòu)型單元空間展布Fig.7 Production history fitting verification spatial distribution of reservoir internal architecture units of Well D43H in the study area

5 結(jié)論

1）研究區(qū)砂質(zhì)辮狀河儲(chǔ)層主要發(fā)育心灘壩、辮狀水道、廢棄河道、泛濫平原等4種四級(jí)構(gòu)型單元。結(jié)合直井與水平井信息，弄清了單期次河道砂體內(nèi)部不同構(gòu)型單元3種垂向和4種橫向空間組合類型。

2）經(jīng)研究區(qū)實(shí)際水平井資料驗(yàn)證，基于現(xiàn)代沉積和露頭統(tǒng)計(jì)分析得到的辮狀河不同構(gòu)型單元定量規(guī)模可為地下儲(chǔ)層預(yù)測(cè)和構(gòu)型解剖提供規(guī)模約束信息。

3）利用水平井豐富的橫向信息開展儲(chǔ)層構(gòu)型單元空間展布研究，大大提高了地震反演預(yù)測(cè)和儲(chǔ)層構(gòu)型表征的精度和可靠性。