砂體疊置關(guān)系及其對油水分布的影響
——以南泥灣油田南212井區(qū)長4+52為例

李平,袁海,樊平天,相金元,呼園平,趙靈生,吳珍珍,郭艷琴,王琦

(1.延長油田股份有限公司 南泥灣采油廠,陜西 延安 716000;2.中國石油集團(tuán)西部鉆探工程有限公司 工程技術(shù)處，新疆 烏魯木齊 830011;3.長江大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院/湖北省油氣地球化學(xué)與環(huán)境重點實驗室,武漢 430100;4.西安石油大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院/陜西省油氣成藏地質(zhì)學(xué)重點實驗室,陜西 西安 710065)5.中國石油長城鉆探工程有限公司 蘇里格氣田分公司 ,遼寧 盤錦 124010)

中國大多數(shù)油田在進(jìn)入開發(fā)中、后期時,都會經(jīng)歷高含水階段,該階段最典型的特征是油田地層中含水率快速上升而導(dǎo)致剩余油分布分散,剩余油分布規(guī)律預(yù)測難度增大[1]。研究表明,注水開發(fā)時,油田高含水及水淹特征通常直接受砂體疊置關(guān)系控制,因此,砂體疊置關(guān)系的深入研究對探尋剩余油分布規(guī)律具有重要意義[2-6]。

對于砂體疊置樣式的分類,眾多學(xué)者做了有益的工作,Donselaar等對西班牙埃布羅盆地中新世韋斯卡河流扇的砂體疊置樣式進(jìn)行了劃分,并探討了不同砂體類型的連通性[7];田景春等將鄂爾多斯盆地高橋地區(qū)上古生界儲層砂體共劃分出3種類型,包括沖刷切割型、沖刷接觸型和連續(xù)過渡接觸型[8];胡光義等在研究渤海中南部的砂體展布特征時,將明化鎮(zhèn)組河道砂體同樣劃分為3種類型,包括垂疊、側(cè)疊和孤立型砂體[9];楊希濮等根據(jù)砂體疊置期次將尼日爾三角洲盆地阿格巴達(dá)組河道砂體劃分為單期型、兩期型和三期型砂體3種疊置類型[10];王波等結(jié)合上述兩種分類方案,將鄂爾多斯盆地臨興地區(qū)石盒子組4段河道砂體類型劃分為單期孤立型、多期疊置型和多期互層型砂體等3種類型[11]。由以上分析可知,前人研究的砂體疊置類型劃分方案及命名各不相同[12-16],更值得注意的是,同一分類方案下的不同砂體疊置類型的油氣產(chǎn)能或勘探潛力也具有明顯差異。例如,王波等研究認(rèn)為,單期孤立型砂體頂、底發(fā)育的泥巖段較厚,其封閉條件好且內(nèi)部隔夾層不發(fā)育,含氣飽和度高,產(chǎn)水量小,通常具有自然產(chǎn)能,油氣勘探潛力巨大[11]。由此可見,砂體疊置樣式的詳細(xì)研究對尋找低滲透背景下,產(chǎn)能高、潛力大的砂巖分布區(qū)具有重要指導(dǎo)意義。

南泥灣油田長4+5油藏埋深相對較淺,孔隙度、滲透率均較低,為典型的低滲、特低滲油藏,其地層壓力和單井產(chǎn)量均相對較低?？碧綄嵺`表明,研究區(qū)長4+5油層組砂體疊置關(guān)系復(fù)雜,砂巖儲層縱、橫向非均質(zhì)性較強(qiáng),油水分布規(guī)律不明確,油田開發(fā)難度較大?；诖?本研究以南泥灣油田南212井區(qū)長4+5油層組為研究對象,通過野外露頭及巖心觀察、測井解釋、分析化驗測試以及試油試采資料分析等方法,結(jié)合研究區(qū)已有的研究成果,明確研究區(qū)長4+5油層組的沉積微相類型及特征,詳細(xì)刻畫砂體的縱、橫向疊置關(guān)系,并探討不同砂體疊置類型對油水分布的影響,從而為尋找低滲透砂巖地層中的高產(chǎn)能砂巖分布區(qū)提供有利依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

南泥灣油田南212井區(qū)構(gòu)造上位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡東南部,區(qū)內(nèi)構(gòu)造與伊陜斜坡構(gòu)造大背景相一致,表現(xiàn)為坡度較小、坡降較緩、局部鼻隆構(gòu)造發(fā)育的西傾單斜構(gòu)造。研究區(qū)延長組為一套形成于中—晚三疊世的河湖相巖石地層,是盆地內(nèi)的主力含油氣層位之一[3]。研究區(qū)長4+5油層組是延長組內(nèi)重要的含油氣層段,但儲集層具有典型的低滲、特低滲特征。該油層組沉積時期,伴隨著盆地內(nèi)一次短暫的湖侵事件,從而導(dǎo)致盆地內(nèi)許多三角洲沉積環(huán)境演變?yōu)槠皆罢訚森h(huán)境。已有沉積相研究成果表明,該時期,南泥灣油田仍處于三角洲平原亞相帶[3]。由于長4+5油層組中部發(fā)育“細(xì)脖子段”K5區(qū)域標(biāo)志層,因此根據(jù)該標(biāo)志層可將其劃分為長4+51和長4+52兩個油層亞組, 主要發(fā)育黑色泥、 頁巖, 其測井響應(yīng)特征表現(xiàn)為高AC、 高GR、 高SP、 低RT、 低DEN及尖刀狀擴(kuò)徑等“三高、 兩低、 一擴(kuò)徑”的典型特征。 本研究的目的層位為長4+52油層亞組,并根據(jù)沉積旋回及巖性差異可將其劃分為長4+52-1和長4+52-2兩個小層。

2 沉積相特征

2.1 沉積相識別標(biāo)志

2.1.1 粒度分布

研究區(qū)長4+52油層亞組的砂巖粒徑整體為0.07～0.36 mm,大粒徑分布于0.24～0.88 mm,主要發(fā)育中粒砂巖和細(xì)粒砂巖〔見圖1(a)〕。砂巖粒度累積概率曲線為跳躍總體和懸浮總體組成的兩段式結(jié)構(gòu),其中以跳躍總體為主導(dǎo)〔見圖1(b)〕,反映了牽引流沉積特征,水動力較強(qiáng)且比較穩(wěn)定,不易于懸浮組分的沉積,體現(xiàn)了水流強(qiáng)度較大的河道沉積環(huán)境特征。

2.1.2 沉積結(jié)構(gòu)及構(gòu)造

研究區(qū)長4+52砂巖中,80%的樣品分選中等,僅20%的樣品分選好〔見圖1(c)〕,90%的樣品磨圓為次棱狀,僅10%樣品為次棱—次圓狀〔見圖1(d)〕。整體來看,研究區(qū)長4+52砂巖的結(jié)構(gòu)成熟度為較低—中等,是一種分流河道內(nèi)相對低能環(huán)境的體現(xiàn)。不同粒度的砂巖發(fā)育的層理構(gòu)造具有差別,中、細(xì)砂巖常發(fā)育反映強(qiáng)水動力環(huán)境的板狀〔見圖2(a)〕、槽狀交錯層理〔見圖2(b)〕和平行層理〔見圖2(c)〕,是一種分流河道內(nèi)高能沉積環(huán)境的體現(xiàn)。粉砂巖多發(fā)育沙紋交錯層理〔見圖2(d)〕,也是分流河道的典型構(gòu)造。粉砂質(zhì)泥巖、泥巖多發(fā)育水平層理〔見圖2(e)〕,屬于區(qū)內(nèi)低能沉積環(huán)境“分流間灣”沉積的體現(xiàn)。

圖1 研究區(qū)長4+52粒度分布及沉積結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征

2.1.3 古生物化石標(biāo)志

沉積環(huán)境的不同會導(dǎo)致沉積生物種類的差異,研究區(qū)長4+52油層亞組中深灰色粉砂質(zhì)泥巖或泥巖中常見植物莖稈化石和蟲孔構(gòu)造〔見圖2(f)〕,反映沉積時期的氣候條件適宜生物生存,所處環(huán)境應(yīng)屬于三角洲淺水環(huán)境。

(a)板狀交錯層理,Y261,563.38 m;(b)槽狀交錯層理,N212, 700.49 m;(c)平行層理,N212, 693.60 m;(d)沙紋交錯層理, N212,692.54 m;(e)水平層理, N212, 690.0 m;(f)垂直蟲孔構(gòu)造,N212,694.92 m圖2 南212井區(qū)長4+52巖心

2.1.4 測井相標(biāo)志

測井曲線的幅度、形態(tài)及光滑程度(尤其是自然伽馬和自然電位曲線)差異可以有效反映沉積環(huán)境的差別。研究區(qū)長4+52油層亞組自然伽馬和自然電位曲線主要表現(xiàn)為鐘形、箱形以〔見圖3(a)〕及低平指狀和鋸齒狀〔見圖3(b)〕。其中,鐘形、箱形曲線段主要為較厚層的細(xì)砂巖或中砂巖段,反映分流河道的特點,而鋸齒狀、低平指狀曲線段主要為泥巖或粉砂質(zhì)泥巖特征,反映河道間沉積環(huán)境特征。

(a)箱型測井曲線特征(X820) (b)鋸齒、低平指狀測井曲線特征(N447)圖3 沉積微相測井響應(yīng)特征

2.2 沉積微相類型

基于該地區(qū)沉積背景研究[17],通過對研究區(qū)長4+52砂體的巖石粒度分布、沉積結(jié)構(gòu)、構(gòu)造變化、古生物化石特征以及測井曲線響應(yīng)差異等分析,認(rèn)為區(qū)內(nèi)長4+52主要為三角洲平原環(huán)境,且包括分流河道和河道間兩種微相環(huán)境。兩種微相具體特征如下。

1)分流河道微相。分流河道是三角洲平原中最為典型的沉積,砂體聚集呈正韻律,巖石類型以中、細(xì)砂巖為主。水動力條件較強(qiáng),發(fā)育多種類型的層理構(gòu)造,包括槽狀、沙紋交錯層理以及平行層理等,基底通常具有沖刷面,且伴有泥礫出現(xiàn)。GR、SP主要表現(xiàn)為鐘形、箱形特點。

2)河道間微相。河道間是指位于兩條河道或多條河道之間的泥巖或粉砂質(zhì)泥巖發(fā)育的地區(qū),雖然其層理類型較單一(水平層理為主),但動物遺跡構(gòu)造、植物化石較豐富(垂直蟲孔、植物莖稈、葉片化石),GR、SP多表現(xiàn)為低平指狀和鋸齒狀形態(tài)(見圖4)。

圖4 南212井區(qū)長4+52沉積微相柱狀圖

3 砂體疊置與油水分布關(guān)系

3.1 砂體疊置類型及特征

雖然已有的研究關(guān)于不同地區(qū)、不同層位砂體疊置類型的命名具有差異,但某些砂體的疊置類型在成因機(jī)理上具有相似性?？傮w來講,砂體疊置樣式主要受河道遷移、水動力、沉積物供給速率等因素影響,但不同地區(qū)、不同疊置類型的砂體,影響其形成的各種沉積特征參數(shù)也具有差別[18-20]。借鑒已有研究成果,本研究通過單井、連井剖面砂體刻畫,詳細(xì)剖析砂體形態(tài)及砂體厚度變化特征,將南212井區(qū)長4+52砂體的疊置關(guān)系劃分為兩大類:垂向疊置和橫向接觸。其中,垂向疊置類型可細(xì)分為塊狀砂體(massive sand body,簡稱MS)、分段互層砂體(segmented interbedded sand body,簡稱SIS)、薄互層砂體(thin interbedded sand body,簡稱TIS)和薄層砂體(thin sand body,簡稱TS)4類,橫向接觸關(guān)系可細(xì)分為垂向疊置、切割疊置、水平搭接和孤立砂體4類。不同砂體疊置類型具體特征如下。

3.1.1 砂體垂向疊置類型及特征

1)MS。此類型砂體單層砂厚一般大于5 m,夾層厚度幾乎為0,單層砂厚遠(yuǎn)大于夾層厚度。砂體整裝且整體厚度大,有效砂體連續(xù)性好,測井曲線上,GR曲線表現(xiàn)為相對平滑的厚箱型〔見圖5(a)〕。

2)SIS。和MS相比,SIS單層砂厚一般3～5 m,單層砂厚一般大于夾層厚度。砂體發(fā)育具有分段特征,有效砂體連續(xù)性整體較好,砂體總疊合厚度大。由于此類砂體是河道多次改道且單期次河道沉積穩(wěn)定時間較長作用的結(jié)果[17],所以測井曲線上,GR曲線通常表現(xiàn)為中等厚度的箱型、鐘型分段分布〔見圖5(b)〕。

3)TIS。 此類砂體單層砂厚比MS、 SIS單層砂更小, 通常1～3 m, 單層砂厚通常略小于夾層厚度。 盡管TIS砂體也呈分段發(fā)育且單砂體內(nèi)有效砂體發(fā)育連續(xù), 但其總體厚度相對較小。 此特征是分流河道發(fā)生多次改道且單期河道沉積時間較短所致, 因此, 在測井曲線上, GR曲線一般為薄鐘型, 局部表現(xiàn)為明顯回返的齒狀特征〔見圖5(c)〕。

4)TS。此類砂體單層砂厚通常小于1 m,單層砂厚遠(yuǎn)小于夾層厚度。砂體具有分段多、層薄且物性差的特點,很少發(fā)育有效砂體,GR曲線一般表現(xiàn)為薄層齒狀特征〔見圖5(d)〕。

(a)塊狀砂體,單層砂厚>5 m(X821-3);(b)分段互層砂體,單層砂厚介于3～5 m(X415-1);(c)薄互層砂體,單層砂厚1～3 m(X821-1);(d)薄層砂體,單層砂厚<1 m(X136)圖5 砂體垂向疊置類型

統(tǒng)計研究區(qū)不同縱向疊置類型砂體的平均單井總砂厚發(fā)現(xiàn), 塊狀砂體在長4+52-1和長4+52-2兩個小層的平均單井總砂厚最高,分別為6.82 m和6.79 m;薄互層砂體(兩個小層分別為5.02 m和4.63 m)和分段互層砂體(兩個小層分別為4.80 m和4.54 m)次之;而薄層砂體的平均單井總砂厚在兩個小層均最小,分別為1.40 m和1.30 m(見圖6)。由此可見,研究區(qū)長4+52油層亞組中,塊狀砂體最為發(fā)育,分段互層砂體和薄互層砂體次之,而薄層砂體發(fā)育最差。

圖6 不同疊置關(guān)系的砂體平均單井總砂厚分布特征

3.1.2 砂體橫向接觸類型及特征

表1、圖7展示了研究區(qū)不同橫向接觸關(guān)系砂體的疊置樣式、測井響應(yīng)特征及砂體連通性。各類型砂體特征具體如下。

1)孤立砂體(isolated sand body,簡稱IS)常見于河道邊緣,具有厚度小、橫向延伸短且連通性差的特點;其一般呈孤立的透鏡狀,反映河道遷移次數(shù)和沉積物供給均較少。

2)垂向疊置砂體(vertical superposition sand body,簡稱VSS)是相鄰兩期或多期河道在垂向上相互疊置的結(jié)果,其具有縱向連通性好,但橫向上延伸較短、連通性相對較差的特點,反映河道遷移次數(shù)少,但沉積物供給量充足且水動力強(qiáng)。

3)水平搭接砂體(horizontal overlapping sand body,簡稱HOS)在縱向上沒有切疊關(guān)系且砂體厚度變化不大,但其橫向延伸距離較遠(yuǎn),連通性較好,反映河道遷移和水動力均相對較弱。

4)切割疊置砂體(cutting superposition sand body, 簡稱CSS)是多期河道在縱向和橫向上同時相互切割疊置的結(jié)果, 砂體內(nèi)無明顯夾層。 由于此類砂體不僅在縱向上厚度較大, 而且在橫向上延伸較遠(yuǎn),因此其垂向和橫向的連通性均較好, 反映河道不僅側(cè)向遷移頻繁, 而且其水動力強(qiáng)、 沉積物供給充足。 與其他3類橫向接觸類型砂體相比, 這類砂體也是區(qū)內(nèi)形成優(yōu)質(zhì)儲層最有潛力的類型。

表1 不同砂體橫向接觸類型特征Tab.1 Characteristics of sand bodies with different transverse contact relationship

圖7 砂體橫向接觸類型與油水分布關(guān)系

3.2 不同砂體疊置類型含油性分析

3.2.1 垂向疊置類型砂體的含油性分析

由于不同垂向疊置類型的砂體形成的沉積環(huán)境和砂體物性具有明顯差別,這也造成了砂體內(nèi)含油程度的差異。通過油、水測井解釋以及物性測試結(jié)果統(tǒng)計分析,發(fā)現(xiàn)研究區(qū)長4+52MS砂體的物性好、厚度大、含油性好,水層和干層幾乎不發(fā)育〔見圖8(a)〕,試油資料也顯示,平均單井日產(chǎn)油1.67 t,最高日產(chǎn)油可達(dá)到3.33 t;SIS砂體內(nèi)部非均質(zhì)性較強(qiáng),含油性次之,主要發(fā)育油層和差油層,水層和干層占比相對增加,油水同層和含油水層相比其在塊狀砂體的占比減少〔見圖8(b)〕,平均單井日產(chǎn)油1.27 t,最高日產(chǎn)油可達(dá)到2.69 t;TIS砂體的物性較差,含油性也較差,主要為差油層、部分油水同層和干層,油層數(shù)量逐漸減少〔見圖8(c)〕,平均單井日產(chǎn)油1.29 t,最高日產(chǎn)油可達(dá)到2.24 t;TS砂體的厚度薄,物性差,含油性最差,一般為差油層或干層〔見圖8(d)〕,試油基本無工業(yè)產(chǎn)量。

統(tǒng)計不同含油性情況下4種縱向疊置類型的砂體分布發(fā)現(xiàn), 油層在兩個小層中均主要分布于MS、 SIS和TIS砂體中, TS砂體中不發(fā)育油層〔見圖8(e)〕; 油水同層在長4+52-1中的4類砂體均有分布, MS砂體中最高, 但在長4+52-2小層中主要分布于MS、 SIS和TIS砂體, TS砂體中不發(fā)育〔見圖8(f)〕; 含油水層在長4+52-1小層中主要分布于MS和SIS砂體中,其次為TIS砂體,在長4+52-2小層中主要分布于SIS和TIS砂體中,MS和TS砂體中均不發(fā)育〔見圖8(g)〕;差油層在兩個小層的4類砂體中均有分布,但最主要為TS和SIS砂體〔見圖8(h)〕;水層在長4+52-1小層主要分布于TS砂體,但在長4+52-2小層主要分布于MS砂體〔見圖8(i)〕;干層在兩個小層中均主要發(fā)育在TIS和TS砂體〔見圖8(j)〕。

3.2.2 砂體橫向接觸類型與油水分布關(guān)系

南212地區(qū)長4+52有明顯油氣顯示,但油水分異程度較低,大多為油水同層和含油水層,純油層相對較少。其中,長4+52-1的砂體橫向接觸類型主要有VSS、CSS、HOS,還有少量IS;該小層油層較為發(fā)育,單油層厚度1～10 m,油層的連通性好,且水層較少出現(xiàn)。長4+52-2砂體的發(fā)育規(guī)模小于長4+52-1,其橫向疊置關(guān)系主要為IS與HOS;該小層的單油層厚度在0.5～7.5 m,油層的連通性好,且水層同樣較少出現(xiàn)(見圖7)。

(a)塊狀砂體;(b)分段互層砂體;(c)薄互層砂體;(d)薄層砂體;(e)油層;(f)油水同層;(g)含油水層;(h)差油層;(i)水層;(j)干層圖8 砂體垂向疊置類型與含油性關(guān)系

從砂體橫向接觸類型與油水分布關(guān)系可以看出,研究區(qū)長4+52-1的石油主要富集在VSS、CSS和部分HOS砂體內(nèi),其中CSS砂體含油性最好,主要為油層和油水同層。CSS砂體是多期河道側(cè)向疊加,使得砂體在垂向、橫向上具有很好的連通性,有利于石油富集。研究區(qū)長4+52-2小層在部分IS與HOS砂體內(nèi)有石油顯示但分布較少,僅見少量油水同層、含油水層以及水層。IS砂體具有垂向、橫向連通性均差的特點,而HOS砂體雖然在橫向具一定連通性,但縱向連通性很差,因而其含油性也相對較差(見圖7)。

4 結(jié)論

1)南212井區(qū)長4+52為三角洲平原亞相沉積,主要發(fā)育分流河道與河道間微相。兩個小層砂體垂向疊置類型均主要為薄互層砂體,其次為分段互層和薄層砂體,塊狀砂體最少。砂體橫向接觸關(guān)系中,長4+52-1主要發(fā)育垂向疊置、切割疊置及水平搭接砂體,長4+52-2主要發(fā)育水平搭接和孤立砂體。

2)垂向疊置類型中,研究區(qū)發(fā)育較少的塊狀砂體含油性最好,而在區(qū)內(nèi)發(fā)育較多的分段互層砂體和薄互層砂體含油性次之,薄層砂體含油性最差。橫向疊置關(guān)系中,切割疊置砂體含油性最好,垂向疊置次之,而水平搭接和孤立砂體整體含油性差。