延145～延128井區(qū)山西組致密砂巖氣單砂體特征研究

潘福友

(北京福瑞寶能源科技有限公司,北京 100176)

高分辨率層序地層學(xué)有效提升了陸相地層精細(xì)劃分與對比的精度及儲層精細(xì)預(yù)測的準(zhǔn)確性[1-2]，隨著研究的不斷深入，高分辨率層序地層學(xué)理論體系不斷豐富和完善[1]。延145～延128井區(qū)位于鄂爾多斯盆地南部(圖1)，是典型的致密氣砂巖氣藏[3-4]。自2009年開始試采，2012年正式開發(fā)，目前氣田將進(jìn)入產(chǎn)能遞減期，亟須搞清研究區(qū)剩余氣的分布特征。研究區(qū)砂體橫向疊置關(guān)系復(fù)雜，具有“一砂一藏”的特點(diǎn)，因此需要對單砂體進(jìn)行刻畫。研究區(qū)處于鄂爾多斯盆地南北兩大物源交匯區(qū)，前人在鄂爾多斯盆地的地層精細(xì)劃分做了大量的研究，取得了一定的成果，但目前缺乏系統(tǒng)的對單砂體的刻畫方法的研究和技術(shù)總結(jié)[5-6]。本文以高分辨率層序地層學(xué)劃分與對比的基本理論、技術(shù)方法，系統(tǒng)研究延145～延128井區(qū)山西組地層的基準(zhǔn)面旋回劃分、旋回類型、砂體疊加樣式，分析不同級別基準(zhǔn)面旋回控制下砂體疊置樣式，精細(xì)研究單砂體的縱向、橫向疊置關(guān)系，構(gòu)建不同級別基準(zhǔn)面旋回控制下的單砂體定量描述模式和技術(shù)方法，為在復(fù)合砂體內(nèi)精細(xì)描述單砂體提供了一種新的研究思路和技術(shù)手段，也為尋找剩余氣指明了方向。

圖1 研究區(qū)位置

1 區(qū)域地質(zhì)背景

延145～延128井區(qū)構(gòu)造上位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡東南部，氣藏主要受巖性-地層控制，與蘇里格、大牛地等都屬于致密砂巖氣藏[4-5]，自下而上發(fā)育地層有本溪組、太原組、山西組、石盒子組和石千峰組等，含氣層為下石盒子組盒8段、山西組山1段、山2段及本溪組，主力含氣層為山2段和本溪組，氣藏埋深2 500～2 600 m。山西組地層以“北岔溝砂巖”之底為底界，整合沉積于太原組之上，總體上為一套砂泥序列，該組自下而上可分為山2段和山1段兩套地層，山2段地層厚度為45～60 m,為一套含煤碎屑巖地層，巖性以粗粒、中粒石英砂巖為主，少量巖屑砂巖，夾薄層粉砂巖、泥巖，煤層比較發(fā)育，夾4#和5#煤層；山1段地層厚度為40～50 m，為一套少含煤碎屑巖地層，巖性以細(xì)粒、中粒巖屑砂巖為主，含少量巖屑石英砂巖，泥巖更為發(fā)育，含少量煤線[7-13]。延145～延128井區(qū)山2段垂向上砂巖粒度由粗變細(xì)，頂部發(fā)育大量煤層，呈現(xiàn)正粒序，為正旋回序列；山1段垂向上砂巖粒度由粗變細(xì)，直至巖性轉(zhuǎn)變?yōu)槟鄮r，形成正旋回序列。受太原組沉積后期大規(guī)模水退的影響，研究區(qū)山西組沉積時期為淺水三角洲沉積，沉積微相主要包括水下分流河道、河口砂壩、水下分流河道間灣、水下天然堤、泥炭、沼澤等類型(圖2)。

圖2 延217井單井綜合柱狀圖(山西組)

2 基準(zhǔn)面旋回識別與劃分

以基準(zhǔn)面旋回的劃分和對比的基礎(chǔ)理論為指導(dǎo)，綜合運(yùn)用巖心、測井、錄井、分析化驗(yàn)、野外露頭等資料，通過取心井、野外露頭識別出多級次的基準(zhǔn)面旋回，明確山西組發(fā)育的不同級別基準(zhǔn)面旋回的期次、規(guī)模、類型、組合樣式及對應(yīng)的測井響應(yīng)特征，最終構(gòu)建不同級次基準(zhǔn)面旋回的劃分依據(jù)和劃分標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步指導(dǎo)非取心井中基準(zhǔn)面旋回識別與劃分，同時開展高精度的等時地層精細(xì)對比，進(jìn)而建立等時地層格架。通過大量的研究分析，在山西組中識別并劃分出短期、中期、長期等級別的基準(zhǔn)面旋回，不同級別的基準(zhǔn)面旋回對砂體的發(fā)育特征、發(fā)育規(guī)模、疊加樣式、橫向遷移規(guī)律有著不同的控制作用。

2.1 中期基準(zhǔn)面旋回

中期基準(zhǔn)面旋回是由一系列具有進(jìn)積、加積和退積疊加樣式的短期基準(zhǔn)面旋回疊加組成。延145～延128井區(qū)山西組山2段發(fā)育6個中期基準(zhǔn)面旋回(表1)，主要表現(xiàn)為分段持續(xù)變淺的中期基準(zhǔn)面旋回。不同沉積時期受到南北物源的影響，研究區(qū)砂體整體上呈南北向展布特征，整體來看，山23沉積微相主要有水下分流河道、分流間灣、和天然堤，物源主要來自北部，多條河道相互交叉疊置，形成大規(guī)模厚層砂體；山22以泥質(zhì)沉積為主，發(fā)育多套煤層，以分流間灣沉積為主，河道基本不發(fā)育；山21砂體較山22發(fā)育，河道雖然交互疊置，單河道寬度整體較窄，分流間灣沉積廣泛分布于河道之間，南部地區(qū)水下分流河道基本不發(fā)育。山13砂體較為發(fā)育，河道分布較窄，分流間灣沉積作用明顯；山12砂體進(jìn)一步發(fā)育，北部河道較窄，中南部地區(qū)河道頻繁交叉疊置，河道寬度有所增加，分流間灣泥質(zhì)沉積明顯；山11砂體規(guī)模有所減少，水體逐漸變淺，河道也較窄，分流間灣泥質(zhì)沉積作用明顯。

表1 不同中期基準(zhǔn)面旋回控制下的砂體展布特征

2.2 短期基準(zhǔn)面旋回

短期基準(zhǔn)面旋回是一套水深變化不大、成因上彼此聯(lián)系極為密切的單一巖相或一組巖相的最小巖石地層單元疊加而成，具有一定的疊加樣式。短期基準(zhǔn)面旋回的識別和建立，可以充分根據(jù)巖心、測井資料等進(jìn)行識別和劃分，基準(zhǔn)面旋回界面性質(zhì)以連續(xù)沉積的界面為主，也可以是有侵蝕作用的或非沉積作用的間斷面。通過對研究區(qū)內(nèi)部取心井及測井資料的觀察分析研究，結(jié)合野外地質(zhì)露頭，在延145～延128井區(qū)山西組儲集砂體中能夠識別出12個短期基準(zhǔn)面旋回，自下而上可劃分為Ⅵ個砂組12個小層，其中Ⅰ砂組包含第1～2號小層，Ⅱ砂組包含第3～4號小層，Ⅲ砂組包含第5～6號小層，Ⅳ砂組包含第7～8號小層，Ⅴ砂組包含第9～10號小層，Ⅵ砂組包含第11～12號小層。12個短期基準(zhǔn)面旋回一共有4種類型，不同的短期基準(zhǔn)面旋回發(fā)育特征決定了儲集體的分布規(guī)律、砂體規(guī)模和疊加樣式(圖3)。

圖3 不同類型短期基準(zhǔn)面旋回特征

3 單砂體縱向疊置關(guān)系分析

3.1 野外地質(zhì)剖面砂體疊置特征

野外地質(zhì)剖面更為宏觀連續(xù)，比測井、巖心更能揭示砂體縱向疊置關(guān)系，因此通過對保德扒樓溝(山23-1)、柳林成家莊(山23-1)兩個山西組地層的野外觀察，建立單砂體縱向識別劃分標(biāo)準(zhǔn)，并能夠有效指導(dǎo)單砂體縱向劃分。

1)扒樓溝剖面。I砂組1號小層自下而上可以主要劃分為3個部分：下部發(fā)育灰白色～灰色厚層狀含粒粗砂巖、粗砂巖，底部沖刷面特征明顯，見大型槽狀交錯層理特征，垂向以正粒序?yàn)橹鳎嗥谒莱练e疊置；中部以灰色-灰白色中厚層狀中粒砂巖，以多組板狀交錯層理為主，板狀以下切、下截為特征，粒序特征不明顯；上部發(fā)育中～細(xì)粒砂巖、粉～細(xì)砂巖和深灰色粉砂質(zhì)泥巖，砂泥互層特征明顯，可見流水砂紋，垂向上為典型的正粒序看，隨著粒度的不斷變小，體現(xiàn)了多期河道相互疊置、切割頻繁的沉積背景。

2)成家莊剖面。I砂組1號小層自下而上可以主要劃分為3個部分：下部發(fā)育厚層狀粗砂巖、含礫粗砂巖，底部沖刷面特征明顯，與下伏太原組地層呈巖性突變接觸關(guān)系，槽狀交錯層理比較發(fā)育；上部為中～厚層狀中～粗砂巖，發(fā)育多組板狀交錯層理，夾中層槽狀交錯層理，表現(xiàn)為向上變?nèi)醯恼Ｐ颍豁敳繛橹猩皫r與泥質(zhì)粉砂巖互層，向上為典型的正粒序，隨著粒度的不斷變小，體現(xiàn)了多期河道相互疊置、切割頻繁的沉積背景。

3.2 基準(zhǔn)面旋回對砂體疊置關(guān)系的控制作用

由于可容納空間/沉積物補(bǔ)給(A/S)的不同，在不同級別基準(zhǔn)面旋回不斷變化的不同階段，對砂體結(jié)構(gòu)特征、疊加樣式和保存程度有不同的影響。通過研究不同A/S值條件下的砂體分布特征、分布規(guī)模、疊加樣式，以短期基準(zhǔn)面旋回為作圖單元，應(yīng)用密井網(wǎng)資料，延145～延128井區(qū)山西組總體上表現(xiàn)為基準(zhǔn)面先上升后下降的特征。早期隨著太原組沉積后期大規(guī)模的海退，以北岔溝砂巖為代表的山23砂體普遍發(fā)育，在研究區(qū)大面積存在，隨著基準(zhǔn)面旋回不斷上升，由于沉積物供給速度減小，可容納空間增大，砂體在平面上由面狀、連片狀向條帶狀、樹枝狀逐漸變化，砂體的寬度和厚度減小；后期在基準(zhǔn)面下降的過程中，由于沉積物供給速度增加，可容納空間變小，砂體在平面上由條帶狀向面狀、連片狀逐漸變化，砂體的寬度和厚度增加。

通過對保德扒樓溝和柳林成家莊的北岔溝砂巖(山23-1)的分析，并根據(jù)密井網(wǎng)的資料，通過研究分析認(rèn)為：延145～延128井區(qū)山西組在短期基準(zhǔn)面旋回的控制下發(fā)育多層式、疊加式、多邊式、單邊式、對接式、孤立式等6種砂體疊置模式(圖4)。隨著沉積物供給速率的增加和可容納空間的減小，砂體疊置方式由孤立式向多層式過渡，疊置砂體厚度有增厚的趨勢。隨著基準(zhǔn)面的不斷上升及A/S值的不斷增大，單砂體間切疊關(guān)系由多層式向孤立式過渡，且砂體間的連通性逐漸變差,結(jié)合氣層的分布特征，延145～延128井區(qū)有效儲層的砂體發(fā)育模式以切疊型、疊加型及獨(dú)立型為主(圖5)。

切疊型：砂巖粒度較粗，測井曲線有輕微回返(延175井為例)。

疊加型：砂巖以粗～中粒為主，測井曲線有明顯回返(延161井為例)。

獨(dú)立型：砂巖以中～細(xì)粒為主，穩(wěn)定分布泥巖隔擋，測井曲線回返明顯(延311E井為例)。

圖4 不同A/S比值下的砂體疊置關(guān)系

圖5 研究區(qū)典型砂體縱向疊置關(guān)系

4 單砂體橫向識別

國內(nèi)外對單一河道、復(fù)合河道的識別與劃分進(jìn)行過深入研究，這些研究主要從平面和剖面兩個維度進(jìn)行識別和劃分，能否準(zhǔn)確識別單一河道或復(fù)合河道的橫向邊界是進(jìn)行單砂體精描的關(guān)鍵[14-15]。由于單砂體橫向邊界及井間不同單砂體接觸關(guān)系的認(rèn)識存在著極大的不確定性與主觀性，因此如何精確描述單砂體的橫向邊界，是本區(qū)單砂體研究的一大難點(diǎn)。

結(jié)合野外地質(zhì)剖面的實(shí)地研究考察，并結(jié)合本區(qū)的大量鉆井資料，單砂體界面可以細(xì)分到4級界面，可細(xì)分到4級界面(長期基準(zhǔn)面旋回界面)。4級界面為巨型底型的界面，上下巖相組合有變化，在本區(qū)為水下分流河道底部沖刷面；5級界面(中期基準(zhǔn)面旋回界面)為分布面積較廣的席狀砂體，在延145～延128井區(qū)表現(xiàn)為水下分流河道或者河口壩充填復(fù)合體的界面，一般為平至微向上凹，以切割—充填地形及底部滯留礫石為標(biāo)志；6級界面(短期基準(zhǔn)面旋回界面)為限定河道群或古河谷的界面，在本區(qū)相當(dāng)于各細(xì)分小層的界面，綜合研究認(rèn)為可以通過河道砂體垂向厚度的變化、河道等高程對比方法、單砂體期數(shù)的變化及測井曲線形態(tài)的變化等精確描述砂體橫向邊界。

4.1 厚度變化

通過保德扒樓溝(山23-1)、柳林成家莊(山23-1)野外地質(zhì)剖面觀察、實(shí)際測量及描述(表2、圖6)，可以明確垂直于單一水下分流河道方向砂體厚度在剖面上通常表現(xiàn)為“中間厚兩邊薄”的特點(diǎn)，若同一沉積單元內(nèi)井間單一沉積砂體厚度變化連續(xù)出現(xiàn)“厚-薄-厚”的變化特征，其向兩側(cè)“由薄變厚”的位置可作為分流河道的界線，有效指導(dǎo)研究區(qū)的單砂體識別與劃分。

表2 扒樓溝山23剖面砂體寬厚比數(shù)據(jù)

圖6 利用砂體厚度變化劃分單砂體

4.2 等高程差異

在同一等時地層格架內(nèi)，發(fā)育穩(wěn)定的標(biāo)志層是沉積等時界面，可以進(jìn)行有效的追蹤對比。受沉積環(huán)境的變化、河道水流及其遷移等因素的影響，在同一沉積時期，不同位置發(fā)育的水下分流河道砂體、河口砂壩在同一期次上有著時間先后的差異，進(jìn)而導(dǎo)致同一沉積單元內(nèi)不同的水下分流河道、河口砂壩等砂體頂面距等時界面的相對距離也有差異(圖7)。

圖7 利用高程差異區(qū)分單砂體

4.3 單砂體期數(shù)

不同井之間，縱向上砂體的發(fā)育期數(shù)不同，因此通過單砂體期數(shù)的變化也可以有效區(qū)分不同的單砂體，晚期沉積的水下河道砂體、河口砂壩會對早期沉積水下分流河道砂體、河口砂壩砂體進(jìn)行切割或疊加(圖8)。

圖8 應(yīng)用單砂體期次變化劃分單砂體

4.4 測井曲線形態(tài)變化

不同井之間，同一沉積微相，如果測井曲線形態(tài)明顯不同，則屬于不同期次的單砂體。不同水下分流河道、河口砂壩在沉積形成過程中，其沉積時期時的水動力作用、地形等沉積因素存在差異，形成同一微相測井曲線響應(yīng)特征存在差異。比如AC聲波曲線規(guī)模、幅度差異及GR齒化程度不同可以很好地反映水下分流河道、河口砂壩的水動力特點(diǎn)，這種測井曲線形態(tài)的差異可有效識別單砂體(圖9)。

圖9 應(yīng)用曲線形態(tài)變化劃分單砂體

4.5 單砂體劃分綜合分析

綜合運(yùn)用上述研究方法和技術(shù)手段來確定各單砂體的橫向邊界，同時通過多方向反復(fù)對比與閉合可以有效減小單砂體橫向邊界識別的不確定性和主觀性。在上述單砂體縱向界面識別、橫向邊界確定方法研究基礎(chǔ)上，通過建立不同方向的剖面對每一個單砂體進(jìn)行追蹤對比解釋、落實(shí)邊界(圖10)，并逐步完成所有單砂體的追蹤落實(shí)，實(shí)現(xiàn)所有單砂體解釋的閉合。即依據(jù)這一結(jié)果可以沿任意方向建立起若干單砂體聯(lián)通剖面，并能確保在不同剖面上同一井單砂體劃分的一致性。

圖10 典型單砂體在不同方向?qū)Ρ绕拭嬷械倪吔缣卣?/p>

5 單砂體展布特征與剩余氣分布關(guān)系

通過在全區(qū)選取順物源剖面和垂直物源剖面共57條，實(shí)現(xiàn)了研究區(qū)的“全覆蓋”，山232時期屬早期填平補(bǔ)齊階段，厚度變化大，結(jié)合剖面特征來看，砂體期次特征明顯，可劃分為4個期次。其中，第4期共識別出5個單砂體，第3期共識別出19個單砂體，第2期共識別出51個單砂體，第1期共識別出98個單砂體，在單砂體發(fā)育規(guī)模上，山232小層單砂體厚度一般集中在1.0～3.0 m，平均2.68 m，山231小層單砂體厚度一般集中在2.5～5.5 m，平均4.28 m。主力層山23氣層厚度大于4 m的完鉆井幾乎全部動用投產(chǎn)，結(jié)合試氣、試采現(xiàn)狀，研究認(rèn)為獨(dú)立型砂體疊置關(guān)系是未來的剩余氣的挖潛對象。

6 結(jié)論

1)山西組可識別出4種類型的短期基準(zhǔn)面旋回和2種類型的中期基準(zhǔn)面旋回。

2)砂體發(fā)育多層式、疊加式、多邊式、單邊式、對接式、孤立式等6種疊置樣式，有效砂體以疊加式、切割式、孤立式為主，疊加式和切割式砂體連通性較好；孤立式砂體連通性一般。

3)綜合河道砂體垂向厚度的變化、河道等高程對比方法、單砂體期數(shù)的變化及測井曲線形態(tài)的變化等方法精確描述砂體橫向邊界，通過后續(xù)鉆井資料證實(shí)，這種砂體橫向邊界刻畫結(jié)果更加可靠。

4)孤立型單砂體可以作為下一步挖潛的對象。