一種辮狀河心灘砂體構型解剖新方法

馬志欣 張 吉 薛 雯 付 斌 白玉奇 彭雪花 蘇文杰

1. 低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室 2. 中國石油長慶油田公司勘探開發(fā)研究院3. 中國石油長慶油田公司第三采氣廠

自1985年Miall[1]首次提出河流相儲層構型分析方法以來，該理論受到國內外沉積地質學家的廣泛關注并不斷發(fā)展完善，儲層構型分析方法迅速成為儲層精細描述（尤其是油氣藏開發(fā)后期）的重要手段。儲層構型是指不同級次儲層構成單元與隔夾層的形態(tài)、規(guī)模、方向及其空間疊置關系[2-4]。其本質是通過重建不同構型單元沉積歷史，研究沉積環(huán)境演化的過程（包括沉積過程、侵蝕過程）與沉積產物關系[5-7]，系統(tǒng)地揭示沉積體結構特征及三維空間分布，從而達到刻畫其內部宏觀非均質性的目的。

儲層構型分析始于對近地表河流相露頭及現(xiàn)代沉積的觀測[8-10]，而地下儲層構型研究則相對滯后。近十幾年來隨著探地雷達、地表松散沉積物取心及大型水槽實驗等技術的廣泛應用，逐漸實現(xiàn)了對近地表沉積體立體化精細解剖[11-13]，總結了很多原型模型[5,11-15]及經驗公式[16-19]，并建立相關的儲層定量地質知識庫。近地表沉積體構型的進步極大地推動了地下儲層構型分析的發(fā)展，特別是在密井網區(qū)，以儲層原型模型為指導，參考儲層定量地質知識庫，動、靜態(tài)資料綜合運用，開展地下儲層構型研究的技術方法日臻完善，相關研究成果[2-4,20-25]層出不窮。儲層構型研究對象已涵蓋河流相、三角洲、沖積扇等沉積體系[26-29]，其中河流相尤其是曲流河儲層構型研究技術與方法最為成熟，關于辮狀河地下儲層構型也開展了大量嘗試性的研究工作，并取得了一定的研究成果[5-7,10-13,30-31]。然而因受井網井距限制，在辮狀河地下儲層構型中一般注重心灘砂體單井識別，而平面組合則存在較大的隨意性，往往無法準確識別單井在心灘砂體平面上的分布位置，造成辮狀河儲層構型可靠性降低，進一步影響了構型結果在開發(fā)調整中的作用。本文以鄂爾多斯盆地蘇里格氣田蘇X加密井區(qū)中二疊統(tǒng)石盒子組8段下亞段（以下簡稱盒8下亞段）為例，通過心灘砂體空間精確識別，對地下辮狀河儲層構型表征方法進行了探討，以期深化辮狀河儲層構型理論并指導鄰區(qū)井網加密部署。

1 研究區(qū)概況

蘇里格氣田位于內蒙古自治區(qū)境內，構造屬鄂爾多斯盆地伊陜斜坡，是發(fā)育在上古生界煤系烴源層之上的大型巖性圈閉氣田[32]。氣田上古生界地層自下而上發(fā)育了上石炭統(tǒng)本溪組、二疊系太原組、山西組、石盒子組及石千峰組 。其中，石盒子組自上而下可劃分為盒1至盒8共8個層段，盒8段自上而下分為盒8上和盒8下兩個亞段，盒8下亞段大面積厚層辮狀河道砂體是主要的含氣層段[33-36]，砂體平均厚度介于30～40 m，是由多期河道疊置拼接而成，該亞段進一步劃分為盒8下1、盒 8下2兩個小層。

蘇X加密井區(qū)位于蘇里格氣田中北部，面積61.8 km2，2008年投入開發(fā)，已完鉆井68口，井距介于350～500 m，是蘇里格氣田目前井網密度最大的井區(qū)，同時具有豐富的動態(tài)資料，適合開展儲層構型研究。

2 辮狀河原型模型特征

辮狀河原型模型來源主要有野外露頭、現(xiàn)代河流沉積、水槽物理模擬等。本次研究選取具有代表性的山西省大同市吳官屯辮狀河露頭及加拿大的南薩斯喀徹溫河（South Saskatchewan River）為辮狀河原型模型研究對象。

2.1 吳官屯辮狀河露頭剖面

山西省大同市吳官屯辮狀河露頭剖面出露層位為中侏羅統(tǒng)云崗組石窟段（圖1），垂向發(fā)育3期單河道沉積（3個單層），巖性以含礫中粗粒砂巖為主，夾少量的細砂巖和粉砂巖，層理類型以大—中型槽狀交錯層理和板狀交錯層理為主，局部可見平行層理。沉積微相有心灘、辮流水道、泛濫平原3種[37]。

觀測結果表明單一河道內部，砂體發(fā)育具有以下特征：①在心灘邊部（靠近辮狀水道部位）自上而下垂向微相疊置特征為辮流水道—心灘（如圖1的A所示）或者泛濫平原—辮流水道—心灘（如圖1的B所示）；②在心灘主體部位，自上而下發(fā)育泛濫平原—心灘，有時僅發(fā)育心灘，如圖1的C、D所示；③心灘主體部位橫向厚度變化較小，心灘邊部厚度急劇變小，心灘主體寬度大于心灘邊部寬度；④橫向上，心灘與辮流水道相間分布，呈現(xiàn)出“灘道相間、寬灘窄道”的特征。

2.2 南薩斯喀徹溫現(xiàn)代辮狀河

南薩斯喀徹溫河位于加拿大薩斯喀徹溫省南部[7]，流向自南向北，河道寬度介于800～1 200 m，河道內部發(fā)育大量心灘，心灘長介于600～800 m，寬度約300 m。

利用Google地圖軟件對其進行觀察。結果表明，因水動力強，沉積砂體粒度較粗，心灘砂體迎流面海拔相對較高，該部位只有在洪水期才發(fā)生沉積作用，平水期和枯水期露出水面。背水面存在一些海拔較低的區(qū)域，在平水期和枯水期，該部位水動力較弱，沉積物粒度細，是落淤層發(fā)育的主要位置（圖2）。落淤層是指心灘內部增生體之間發(fā)育的厚度較薄的泥質—粉砂質沉積物。

圖1 山西省大同市吳官屯辮狀河露頭剖面圖

圖2 加拿大南薩斯喀徹溫河心灘衛(wèi)星照片

露頭剖面、現(xiàn)代河流沉積所揭示的河道內部不同微相規(guī)模及垂向疊置特征、心灘內部落淤層發(fā)育位置特征，可以作為地下辮狀河儲層構型解剖的重要參考。

3 構型級次劃分方案及構型單元特征

3.1 構型級次劃分方案

本次研究參照Miall的構型分級方案[1-2,8,38]：0級界面為紋層間界面，1級界面為紋層界面，2級界面為交錯層系組界面，3級界面為大型底形內部的大規(guī)模再作用面或增生面，4級界面相當于大型底形（單一心灘壩或邊灘）的頂、底界面，5級界面是大型河道充填復合砂體的界面，以河道底部滯留沉積底部沖刷面為代表。0～5級界面屬于巖性體構型分級的范疇；6級界面為單層界面，代表一期洪泛事件的開始或結束。本文重點表征5、4級構型單元的分布。

3.2 構型單元特征

根據(jù)構型級次劃分方案，利用取心資料分析，研究區(qū)盒8下亞段主要發(fā)育心灘、辮流水道、泛濫平原等3種構型單元（圖3）。

3.2.1 心灘

心灘是辮狀河沉積的主要構成單元[32]，是多次洪水事件砂體垂向疊加形成的，巖性以粗砂巖—中砂巖為主，內部發(fā)育槽狀交錯層理、板狀交錯層理。測井曲線呈箱型。

3.2.2 辮流水道

辮流水道是辮狀河中常年流水的通道，巖性以中砂巖—細砂巖為主，小型槽狀交錯層理發(fā)育。平面形態(tài)呈交織窄條帶狀，剖面呈底凹頂平狀。辮狀水道充填類型有3類：砂質充填、半砂質充填和泥質充填[35]。測井曲線多呈鐘齒化鐘型。

3.2.3 泛濫平原

泛濫平原分布于河道頂部，巖性以灰色、棕色、褐色或黑色泥巖、粉砂質泥巖為主，沉積構造以水平層理為主。厚度變化大，從數(shù)厘米到幾十厘米不等，局部缺失。測井曲線表現(xiàn)為高自然伽馬特征。

4 心灘砂體構型解剖及應用

心灘內部發(fā)育泥質夾層（落淤層）、垂向上正韻律不明顯，自然電位和自然伽馬曲線為箱型；辮流水道大多為鐘型，反映出明顯的正韻律特征，內部一般沒有夾層。

4.1 心灘精確構型解剖

結合心灘測井曲線特征，參考野外露頭剖面及現(xiàn)代辮狀河沉積觀察所得到的原型模型特征，以“測井響應特征、落淤層發(fā)育位置以及垂向微相疊置模式”為識別標志的辮狀河心灘單砂體構型解剖方法，可以精準確定心灘砂體平面分布位置，提高心灘砂體構型表征的可靠度。

4.1.1 測井響應特征

心灘沉積作用以垂向加積、順流加積為主。迎水面水動力強，背水面則水動力弱，造成了單一增生體沉積物粒度前粗后細，但由于順流加積作用，后期沉積的增生體不斷向下游推移。因此，心灘迎水面垂向粒度變化不大，曲線以箱型為主，而背水面則有向上變粗的趨勢，測井曲線形態(tài)以漏斗形為主，據(jù)此可以判斷單井所處在心灘的大致位置（圖4）。

4.1.2 落淤層發(fā)育位置法

根據(jù)現(xiàn)代辮狀河心灘衛(wèi)星照片觀測到的辮狀河心灘內部落淤層發(fā)育位置特征，為心灘位置確定提供了直接證據(jù)。若單井鉆遇明顯落淤層，則可判斷該井位于心灘尾部（圖5）。

4.1.3 微相疊置特征法

野外露頭觀察表明：心灘邊部上面疊置辮流水道，心灘主體部位上面往往疊置泛濫平原，根據(jù)這一特征，可判斷單井位于心灘的大致位置（圖6）。

4.2 心灘構型識別結果及特征

在單井精確識別心灘砂體位置的基礎上，結合單層砂體厚度平面圖，實現(xiàn)辮狀河心灘砂體構型表征（圖7）。表征結果表明，研究區(qū)盒8下2-2、盒 8下

2-3儲層心灘砂體厚度介于3～5 m，寬度介于250～300 m，長度介于500～900 m；辮流水道寬度通常小于300 m。平面上，河道呈現(xiàn)出“灘道相間、寬灘窄道”的沉積格局。

4.3 現(xiàn)場應用

圖4 測井曲線形態(tài)法確定心灘位置示意圖

圖5 落淤層發(fā)育位置法確定心灘位置示意圖

圖6 垂向微相變化法確定心灘位置示意圖

圖7 單砂體構型表征結果圖

2017年在加密井區(qū)南部共部署6口水平井，水平段長1 000 m。利用上述地質認識，心灘沉積的砂巖粒度粗，儲集物性好，是天然氣聚集的有利場所，蘇里格氣田中部心灘長度一般在500～900 m，水平井實施可以實現(xiàn)多個心灘的儲量動用，為提高水平井成功入靶率以及水平段實施效果，要求水平井兩端的控制井均位于心灘中部，水平段根據(jù)實時錄井對其調整，在鉆遇落淤層泥巖，可適當降低角度，探下部高氣測心灘沉積，當鉆遇河道細粒沉積，在構造落實的背景下，水平井軌跡可不做調整，探至下一個心灘。6口水平井平均鉆遇砂巖921 m，有效儲層645 m，預測鉆遇心灘631 m，辮流水道325 m，落淤層44 m。較歷年該區(qū)水平井砂巖鉆遇率提升8%，有效儲層鉆遇率提升4%。

以SX-1井為例。該井的出發(fā)井及末端井目的層自然伽馬曲線均為箱狀，根據(jù)本文精確構型解剖方法，水平井的兩口控制井均定位為心灘中部，相距2 500 m，參照上文心灘及辮流水道規(guī)模，心灘長度500～900 m，辮流水道300 m，控制井間存在3～4個心灘，2～3個辮流水道。

從該井實鉆過程中的錄井、測井資料看，入靶點位于砂質辮流水道，巖性為淺灰色中—細砂巖，含氣性較差，GR值介于60～80 API。后鉆遇1號心灘長約500 m，巖性以灰白色中—粗砂巖為主，含氣性好，GR值介于40～60 API，心灘內部存在落淤層，為灰色—深灰色泥質粉砂巖，厚度較薄；2號心灘長400 m，其巖性、含氣性及GR值與1號心灘類似。1號心灘與2號心灘之間鉆遇一個寬度約100 m的砂質辮流水道。在該井末端也鉆遇一個辮流水道，巖性由中砂巖逐漸變細為泥巖。該井心灘的規(guī)模、辮流水道的規(guī)模以及心灘與辮流水道間隔分布特征，與本文構型解剖結果相符（圖8）。

圖8 SX-1井心灘構型表征結果與實鉆對比圖

5 結論

1）落淤層的發(fā)育與心灘的部位有密切關系，心灘不同部位垂向微相疊置也具有一定的規(guī)律性，可以作為地下辮狀河儲層構型解剖的重要參考。

2）蘇里格氣田蘇X加密井區(qū)儲層構型單元包括心灘、辮流水道和泛濫平原3類，心灘砂體是主要成藏單元；不同類型砂體規(guī)模存在差異，心灘砂體寬度介于250～300 m，長度介于500～900 m；辮流水道寬度一般小于200 m。平面上呈現(xiàn)出“灘道相間、寬灘窄道”的沉積格局。

3）以“測井響應特征、落淤層發(fā)育位置以及垂向微相疊置模式”為標志實現(xiàn)心灘砂體空間定位的儲層構型表征新方法，能夠精確確定心灘砂體平面分布位置，有助于揭示辮狀河心灘砂體空間展布規(guī)律，提高心灘砂體構型表征結果的可靠度。