曲流河片狀沉積砂體精細(xì)刻畫方法

馬佳國 王建立 周卿 王騰

（中海石油（中國）有限公司天津分公司 天津 300459）

油田開發(fā)中后期，砂體水淹嚴(yán)重，尋找隔夾層遮擋的剩余油發(fā)育區(qū)是油田穩(wěn)產(chǎn)的重點(diǎn)，也是研究的難點(diǎn)。復(fù)合曲流河河道頻繁改道、側(cè)向遷移，點(diǎn)壩多次疊切沉積，造成砂體內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對砂體精細(xì)解剖難度很大。海上油田以大井網(wǎng)生產(chǎn)為主，井?dāng)?shù)據(jù)相對不足，嚴(yán)重制約對復(fù)合砂體各沉積單元的刻畫，如廢棄河道、點(diǎn)壩等，以及砂體期次、砂體切疊關(guān)系的認(rèn)識［1-2］。胡光義等［3-4］將復(fù)合砂體構(gòu)型分為十個(gè)級次，在油田開發(fā)尺度下，主要研究單一河道帶、復(fù)合點(diǎn)壩、點(diǎn)壩、側(cè)積體四個(gè)級次；根據(jù)沉積物供給與可容納空間的關(guān)系，砂體切面形態(tài)可分為孤立型、側(cè)疊型、堆疊型；其提出的地震敏感屬性蛛網(wǎng)圖從一定程度上能區(qū)分不同級次構(gòu)型砂體，但油田實(shí)踐中，操作較為復(fù)雜。趙曉明等［5］對平移型點(diǎn)壩形成機(jī)理與沉積特征進(jìn)行了詳細(xì)研究，對點(diǎn)壩砂體的精細(xì)解剖提供了較好的研究思路，但理論研究與實(shí)際應(yīng)用存在一定的差距，特別是大井距生產(chǎn)的油田，如果缺少可靠平面屬性指導(dǎo)砂體精細(xì)解剖，則砂體的構(gòu)型可能與地下地質(zhì)存在偏差，這種偏差在油田實(shí)際開發(fā)生產(chǎn)中具有較大影響。

本文以渤海海域曹妃甸油田明下段M砂體為例，以高分辨率地震資料為基礎(chǔ)，借用高清晰度邊緣檢測屬性切片，宏觀上展示河道遷移過程，再結(jié)合地震剖面相和連井剖面相，分析各井區(qū)所屬點(diǎn)壩及點(diǎn)壩間的關(guān)系。利用井震結(jié)合的方法，結(jié)合河道遷移沉積原理，對曲流河片狀砂體進(jìn)行精細(xì)解剖。

1 砂體概況及資料情況

研究區(qū)位于渤海灣盆地沙壘田凸起，研究對象為新近系明化鎮(zhèn)組下段M砂體。鉆井證實(shí)明下段沉積以單一曲流河為主，明上段沉積以極淺水三角洲為主，目標(biāo)砂體屬于過渡時(shí)期沉積，以曲流河連片沉積為主。砂體構(gòu)造幅度為30 m，平均油柱高度9 m，局部發(fā)育純油區(qū)，為構(gòu)造巖性邊水油藏類型。經(jīng)過15年的開采，目前采出程度達(dá)到10%，綜合含水率高達(dá)90%，為中低采出、高含水油田。開發(fā)早期認(rèn)為砂體為片狀沉積、全連通狀態(tài)。隨著開發(fā)的深入，暴露出許多問題，主要表現(xiàn)為：①部分鄰井生產(chǎn)動態(tài)差異較大，累產(chǎn)和后期含水上升率差別大；②不同位置過路井證實(shí)砂體存在多個(gè)油水系統(tǒng)，并非為泛連通狀態(tài)。生產(chǎn)動態(tài)證實(shí)由于河道多次側(cè)向遷移及疊切沉積，砂體形成鱗片狀沉積，并非泛連通片狀。為挖潛剩余油，需要對砂體內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行精細(xì)研究［6］。

為了能夠使地震資料更清楚地反映砂體的微小變化，有針對性地設(shè)計(jì)采集參數(shù)，以獲得高質(zhì)量的高分辨率地震資料。資料處理用采樣點(diǎn)密度速度建模方法，使同向軸準(zhǔn)確歸位，達(dá)到高信噪比和高分辨率，處理后目標(biāo)研究區(qū)地震資料有效頻寬為8～100 Hz，為刻畫儲層內(nèi)部細(xì)節(jié)提供了良好資料基礎(chǔ)。

2 井震結(jié)合研究方法

2.1 高精度邊緣檢測

邊緣檢測屬性是一種突顯地震數(shù)據(jù)空間不連續(xù)性的數(shù)學(xué)變化方法，該方法在斷裂系統(tǒng)的解釋中是一種非常成熟的技術(shù)方法。巖性變化帶、河道、特殊巖性體等沉積單元反應(yīng)在三維地震數(shù)據(jù)體上也是不連續(xù)的，因此物探工作者嘗試?yán)眠吘墮z測方法對河道進(jìn)行刻畫，但由于大部分地震資料不具備高分辨率能力，要達(dá)到清楚刻畫巖性邊界，或者河道等沉積要素，難度非常大［7-8］。

采用帶傾角校正的振幅對比屬性來進(jìn)行數(shù)據(jù)體內(nèi)不連續(xù)性檢測。該方法分為3步，首先求取研究范圍內(nèi)的傾角體，然后求取地震數(shù)據(jù)體3個(gè)方向的變化梯度，最后通過自適應(yīng)的方式為3個(gè)維度進(jìn)行加權(quán)，以此來刻畫微小差異［9］。圖1為該方法與常規(guī)方法應(yīng)用效果對比。

圖1 邊緣檢測效果對比Fig.1 Edge detection effect comparison

2.2 砂體期次研究

等時(shí)切片技術(shù)是研究斷裂發(fā)育體系或河道發(fā)育演化的重要工具。使用較為廣泛的方法有3種：時(shí)間切片、沿層切片和地層切片。時(shí)間切片是對地震數(shù)據(jù)體沿某一固定時(shí)間進(jìn)行切片顯示，該方法在構(gòu)造解釋中應(yīng)用較為廣泛。沿層切片和地層切片都需要沿反射軸追蹤的解釋層進(jìn)行約束，得到具有地質(zhì)意義的屬性切片［10-11］。

本次研究采用沿層切片技術(shù)，對河道及砂體的發(fā)育演化過程進(jìn)行研究。圖2a為河道發(fā)育早期，發(fā)育中等彎度曲流河，河道特征清晰，河道外圍發(fā)育泥巖。圖2b為河道發(fā)育中期，以側(cè)向遷移，多次改道為主，砂體不斷側(cè)向沉積，疊切沉積，最終形成較大規(guī)模連片沉積砂。圖2c為河道發(fā)育末期，河道邊界清晰，鉆井證實(shí)河道里填充為泥質(zhì)粉砂巖［12-13］。圖2b中河道多次遷移過程中廢棄河道充填泥巖，局部區(qū)塊具有分隔流體系統(tǒng)的作用，而圖2c中末期河道較窄，下切較淺，充填泥質(zhì)粉砂巖或粉砂質(zhì)泥巖，一般不具備分隔流體系統(tǒng)作用。

圖2 河道及砂體發(fā)育演化Fig.2 Development and evolution of channel and sand body

2.3 沉積微相井震特征研究

曲流河片狀砂體主要的沉積單元包括河床點(diǎn)壩、天然堤、泛濫平原、河床底部滯留沉積、末期河道和廢棄河道等，理清測井曲線上的各沉積要素的響應(yīng)特征，結(jié)合地震平面切片屬性，即可對曲流河片狀砂體精細(xì)解剖。點(diǎn)壩巖性以中砂巖、細(xì)砂巖為主，正韻律，發(fā)育槽狀交錯(cuò)層理，孔滲性較好，GR曲線呈鐘形、箱形（圖3a）。天然堤巖性主要為細(xì)砂巖、粉砂巖，比較多見的有水平層理、小型槽狀交錯(cuò)層理，GR曲線上呈現(xiàn)出指型特征，厚度較?。▓D3b）。泛濫平原巖性以泥巖、粉砂巖為主，顏色上多呈現(xiàn)出灰色、灰黑色、黑色，GR曲線表現(xiàn)為低幅度線形（圖3c）。河道滯留沉積以含礫砂巖為主，正韻律，GR曲線一般呈鐘形（圖3d）。末期河道或廢棄河道發(fā)育粉砂質(zhì)泥巖或泥質(zhì)粉砂巖，末期河道為河道最晚期水線。廢棄河道為河流改道或截彎取直形成的，兩種河道GR曲線值界于泥巖基線和砂巖基線之間，一般厚度較薄，與下覆砂巖連通或通而不暢狀態(tài)（圖3e）。

圖3 各沉積單元井曲線及地震剖面特征Fig.3 Well curve and seismic profile characteristics of each sedimentary unit

2.4 砂體接觸關(guān)系研究

利用砂體宏觀的切片屬性，對砂體的沉積過程有大概了解，再借助實(shí)鉆井的曲線及地震剖面，對砂體進(jìn)一步精細(xì)解剖。過砂體的主要井位，切近東西方向和近南北方向兩條地震剖面，看出砂體振幅響應(yīng)差異較大，鉆井證實(shí)砂體厚度分布不均，連續(xù)性也不完全一致，說明砂體切割疊置關(guān)系復(fù)雜，借助砂體平面屬性、連井柱狀圖及地震剖面進(jìn)行精細(xì)研究（圖4、5）。圖4a為西南-東北向連井線地震切片屬性，從屬性上可以看到多個(gè)點(diǎn)壩砂體、末期河道及廢棄河道。圖4b是對應(yīng)井的連井柱狀圖，圖4c是對應(yīng)井的連井地震剖面。從圖4c展示的連井地震剖面上清楚看出，A井鉆遇早期點(diǎn)壩，其地震反射軸連續(xù)性好，反射強(qiáng)，GR曲線呈箱形。B井鉆遇一期廢棄河道，屬性圖上顯示為灰色條帶狀不完整河道沉積，地震反射軸較弱，為兩期點(diǎn)壩間的弱沉積體，從GR曲線上看其為鐘形，即底部為砂巖或粉砂巖，向上漸變?yōu)槟鄮r。C井和D井鉆遇晚期點(diǎn)壩，切片屬性上為明顯的點(diǎn)壩特征，其地震反射軸明顯變胖，GR曲線呈標(biāo)準(zhǔn)箱形。E井和F井在切片屬性上表現(xiàn)為點(diǎn)壩間沉積，從地震剖面上表現(xiàn)為弱連續(xù)性反射，與早期點(diǎn)壩期次一致，GR曲線上表現(xiàn)為指狀或含有泥質(zhì)夾層，因此推測為河床底部沉積。G井從切片屬性和地震剖面上看，表現(xiàn)為另一期點(diǎn)壩沉積。

圖4 西南—東北向?qū)嶃@井切片屬性圖、連井柱狀圖、地震剖面圖Fig.4 Southwest—northeast actual drilling slice attribute map，well-connected histogram，seismic profile map

圖5a為北西-南東向連井線地震切片屬性，圖5b是對應(yīng)井的連井柱狀圖，圖5c是對應(yīng)井的連井地震剖面。從地震剖面上清楚看出M井鉆遇早期點(diǎn)壩，實(shí)鉆GR曲線呈箱形，其地震反射軸連續(xù)性好，反射強(qiáng)。N井鉆遇廢棄河道，僅河道底充填砂巖，向上漸變?yōu)槟鄮r，GR曲線呈鐘形。O井P井鉆遇晚期點(diǎn)壩中部，地震反射強(qiáng)，連續(xù)性好，GR曲線為箱形。從屬性切片上看Q井和R井鉆遇點(diǎn)壩邊部，地震反射軸連續(xù)性較好，反射強(qiáng)度一般，GR曲線表現(xiàn)為砂泥夾雜沉積，因此推測這兩口井鉆遇點(diǎn)壩疊切沉積體，其側(cè)積夾層發(fā)育。

圖5 北西—南東向?qū)嶃@井切片屬性圖、連井柱狀圖、地震剖面圖Fig.5 Northwest—southeast actual drilling slice attribute map，well-connected histogram，seismic profile map

3 砂體精細(xì)解剖

3.1 曲流河片狀砂體發(fā)育過程

在低可容納空間且沉積物供給充足的條件下，曲流河易形成片狀砂體沉積［2-14］，其河道發(fā)育演化及砂體沉積過程分為四個(gè)階段［15-16］。第一階段以河道側(cè)向遷移為主，即彎道水流受到重力和離心力的共同作用，使彎道水流呈螺旋流運(yùn)動，不斷侵蝕凹岸并在凸岸堆積，多個(gè)洪水期過程使河道彎度增加，凸岸形成多期側(cè)積體（圖6a）。第二階段以河道截彎取直為主，即側(cè)向遷移到一定階段，同一側(cè)的兩個(gè)河彎之間形成狹頸，某期洪水將其沖開形成新河道的過程，此過程形成單一點(diǎn)壩及廢棄河道（圖6b）。第三階段以新河道下切早期點(diǎn)壩形成新點(diǎn)壩的過程為主要特征，以垂向加積為主要特征，此過程易形成曲流帶，甚至形成較大規(guī)模的鱗片狀連片疊置砂，砂體整體呈泛連通狀態(tài)，局部存在夾層遮擋的不連通點(diǎn)壩砂（圖6c）。第四階段以末期河道發(fā)育為主要特征，此過程以弱下切為主，形成較小點(diǎn)壩或無點(diǎn)壩形成（圖6d）。

圖6 曲流河發(fā)育演化過程Fig.6 Development and evolution of meandering river

3.2 點(diǎn)壩的識別

點(diǎn)壩是曲流河沉積形成的重要沉積單元，在地震反射剖面上表現(xiàn)為強(qiáng)反射軸或透鏡狀反射，其有效儲層厚，物性好。研究區(qū)中有多口井鉆遇點(diǎn)壩砂體，單一點(diǎn)壩砂體在測井曲線上表現(xiàn)為箱形特征，復(fù)合點(diǎn)壩砂體中間含有泥質(zhì)夾層［17-18］。研究區(qū)中S水平井，水平段長250 m，其從點(diǎn)壩邊部入層，鉆穿整個(gè)點(diǎn)壩，尾端鉆遇點(diǎn)壩邊部廢棄河道。圖7a為S井平面屬性圖，可以看出，S井的GR曲線表現(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)箱型特征，曲線紅色充填色代表泥質(zhì)含量高，箭頭位置為點(diǎn)壩邊部。圖7b為實(shí)鉆井的地震剖面，點(diǎn)壩呈透鏡狀，可能為兩期疊置點(diǎn)壩，但水平井僅鉆穿早期點(diǎn)壩，未鉆遇晚期點(diǎn)壩，整個(gè)水平段物性非常好，平面屬性刻畫砂體的砂體物性與實(shí)鉆井證實(shí)的砂體物性完全吻合。

圖7 點(diǎn)壩識別Fig.7 Identification of point bar

3.3 廢棄河道的識別

廢棄河道是河道截彎取直過程中早期河道被粉砂質(zhì)泥或泥巖充填形成的，在地震剖面上表現(xiàn)為弱振幅響應(yīng)或泥巖響應(yīng)特征，鉆井揭示儲層缺失或者減薄。早期廢棄河道可能被晚期河道切割并沉積點(diǎn)壩砂，只有最晚期廢棄河道能被保存，且規(guī)模較小，連續(xù)性差，因此利用地震屬性較難刻畫。但利用井震結(jié)合的方法，結(jié)合地質(zhì)沉積模式，廢棄河道是可以刻畫的［11-19］。圖8a為T井鉆遇廢棄河道的地震切片屬性特征，為牛軛特征或月牙特征，與現(xiàn)代野外沉積觀察特征一致，較易識別。圖8b為該井的地震剖面特征，表現(xiàn)為弱反射或無反射特征，反射軸連續(xù)性差。

圖8 廢棄河道識別Fig.8 Identification of abandoned river

3.4 側(cè)積夾層的刻畫

通過野外露頭及巖心照片可以觀察到，側(cè)積泥巖層厚度在20～40 cm（圖9a、b）。圖9c為設(shè)計(jì)在點(diǎn)壩里的水平井，根據(jù)實(shí)鉆測井曲線，可以看到至少存在3期側(cè)積層，其伽馬曲線特征為短暫尖峰回返，與兩側(cè)點(diǎn)壩砂巖低伽馬值形成鮮明對比。根據(jù)伽馬曲線判斷水平鉆遇長度為2 m左右，以側(cè)積層傾角3°到10°計(jì)算，側(cè)積層厚度為10～30 cm，其在地震切片屬性及剖面上均無響應(yīng)，因此側(cè)積夾層只能依據(jù)廢棄河道、點(diǎn)壩的位置，結(jié)合側(cè)井曲線和沉積模式進(jìn)行刻畫。

圖9 觀察與實(shí)鉆側(cè)積層Fig.9 Observation and actual drilling of sidelay

3.5 末期河道的刻畫

末期河道是砂體沉積的最晚期，小型洪水期形成的小型河道，通常寬度在50 m以內(nèi)，其下切早期砂體能力較為局限，下切深度在2 m以內(nèi)，河道內(nèi)充填物以泥質(zhì)粉砂巖或粉砂質(zhì)泥巖。因其與下覆砂巖粘連，在地震剖面上僅有微弱響應(yīng)，常規(guī)地震屬性方法可能無法識別，砂體解釋過程中常被忽略，其主要影響水平井著陸深度，對低油柱底水油藏影響較大。兩口鉆遇末期河道井，從地震切片屬性圖直接測量河道寬度為30 m左右（圖10a）；從GR曲線上看（圖10b），垂厚在1.5～2.0 m，河道充填物巖性界于純砂巖和純泥巖之間，與早期砂巖連通好。

圖10 末期河道特征Fig.10 Characteristics of end stage river channel

4 砂體平面沉積微相研究

對稀井網(wǎng)沉積微相的研究，應(yīng)該從井資料出發(fā)，無井控區(qū)以地震切片屬性為主要依據(jù)，因此切片屬性對沉積單元響應(yīng)的可靠性至關(guān)重要［20-21］。為驗(yàn)證切片屬性的正確性，選取4口井作為驗(yàn)證（圖11）。H井鉆遇點(diǎn)壩邊部，實(shí)鉆證實(shí)為純砂巖，厚度為9.9 m，J井和K井分別鉆遇另一點(diǎn)壩的邊部和中部，實(shí)鉆證實(shí)均為純砂巖，且邊部的J井物性不如K井物性，J井砂巖厚度為5.7 m，K井砂巖厚度為11.7 m，I井鉆遇廢棄河道，實(shí)鉆證實(shí)物性為粉砂巖，厚度為1.2 m。4口井砂巖厚度、物性、井曲線顯示特征與井所在切片位置及地震剖面特征都相當(dāng)吻合（圖11）。統(tǒng)計(jì)研究區(qū)內(nèi)所有過路井曲線反映河、砂、泥分布規(guī)律與井點(diǎn)所在切片屬性平面位置反映地質(zhì)情況，兩者吻合率超過90%，證實(shí)切片屬性能較真實(shí)反映沉積現(xiàn)象。

圖11 切片屬性沉積單元的驗(yàn)證Fig.11 Verification of deposition unit on attribute slice

基于此認(rèn)識，結(jié)合河道發(fā)育演化過程及點(diǎn)壩發(fā)育與疊切模式，刻畫出砂體準(zhǔn)確的沉積微相圖（圖12）。圖中可以看到多期點(diǎn)壩砂體疊切發(fā)育，廢棄河道、末期河道等沉積微相。砂體疊切發(fā)育的復(fù)合點(diǎn)壩，由于側(cè)積泥巖的存在，容易造成儲層連通性差，是剩余油發(fā)育的富集區(qū)，也是開發(fā)生產(chǎn)挖潛的重點(diǎn)區(qū)域。

圖12 M砂體沉積微相圖Fig.12 Sedimentary microfacies of sand body M

5 結(jié)論

1）高精度連續(xù)地震屬性切片屬性能刻畫河道發(fā)育演化過程，結(jié)合地震剖面和測井?dāng)?shù)據(jù)，對片狀砂體沉積期次研究起到很好的支撐作用。高精度地震屬性切片較準(zhǔn)確地反映沉積單元，通過比對過路井曲線形態(tài)和地震剖面特征，對無井控區(qū)沉積微相的研究和確定起到重要作用。

2）切片屬性、地震剖面及井曲線特征的聯(lián)合應(yīng)用是復(fù)雜河流相片狀砂體精細(xì)研究的重要方法。本次借助該方法對砂體進(jìn)行精細(xì)研究，對砂體有了更清楚的認(rèn)識，找到局部油水界面差異的原因，并對后期尋找剩余油富集區(qū)指明了方向。

3）連續(xù)地震屬性切片對理清河道發(fā)育演化過程具有宏觀指導(dǎo)作用，地震剖面相和測井相對砂體疊切時(shí)期的精細(xì)解剖具有重要作用。本文通過對M砂體的精細(xì)解剖過程，證實(shí)高精度連續(xù)地震屬性切片、地震剖面相、測井相等資料相結(jié)合的方法對復(fù)雜片狀砂體的精細(xì)解剖是非常有效的方法。