基于地震沉積學(xué)的復(fù)雜曲流帶沉積相研究

劉 海, 林承焰, 董春梅, 栗寶鵑, 李 佳

(1.中國(guó)石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,山東青島 266580; 2.山東省油藏地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東青島 266580; 3.中海石油能源發(fā)展安全環(huán)保分公司,天津 300450)

中國(guó)的陸相沉積盆地中,河流相砂巖儲(chǔ)層占有相當(dāng)重要的儲(chǔ)量比例(36.9%)[1],這些已開(kāi)發(fā)的河流相油藏大多已進(jìn)入高含水、特高含水階段,但已采出量?jī)H占地質(zhì)儲(chǔ)量的23%,仍然有大量的剩余石油殘留在地下[2]。河流相儲(chǔ)層砂體形態(tài)多樣、規(guī)模差異大、內(nèi)部結(jié)構(gòu)錯(cuò)綜復(fù)雜導(dǎo)致的油藏非均質(zhì)性是造成這種結(jié)果的主要因素之一,精確地刻畫儲(chǔ)層空間展布特征是認(rèn)識(shí)復(fù)雜河流儲(chǔ)層砂體的分隔性和非均質(zhì)性的關(guān)鍵。孔店油田館二段發(fā)育曲流河沉積儲(chǔ)層,由于河道的遷移擺動(dòng)形成廣泛分布的連片狀河流相砂體,但其內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化較快,常在幾十米的范圍內(nèi)即發(fā)生劇烈的變化,現(xiàn)有井網(wǎng)無(wú)法對(duì)河道儲(chǔ)層進(jìn)行有效的控制,僅依靠井網(wǎng)資料難以完成研究區(qū)河流相儲(chǔ)層的準(zhǔn)確刻畫,因此筆者選取孔店油田為典型研究區(qū)開(kāi)展地震沉積學(xué)研究,結(jié)合測(cè)井和油井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)資料深入解剖河流儲(chǔ)集層內(nèi)部結(jié)構(gòu)和滲流特性,為下一步開(kāi)發(fā)調(diào)整提供指導(dǎo)。

1 研究區(qū)概況

孔店油田位于黃驊坳陷中部地區(qū)的孔店凸起(圖1),是一個(gè)被斷層切割的背斜構(gòu)造帶[3],黃驊坳陷經(jīng)歷了早期的斷陷發(fā)育期和斷坳期后[4],在中新世開(kāi)始進(jìn)入坳陷階段,發(fā)育大規(guī)模坳陷式河流相砂巖沉積[5]。館陶組為坳陷期早期沉積,埋深1 206～1 434 m,油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中又細(xì)分為三段。本次研究的目的層為館二段Ng23砂層,位于館二段底部,發(fā)育典型曲流河沉積。巖心分析數(shù)據(jù)表明該層主要為雜色泥巖夾板狀交錯(cuò)層理細(xì)砂巖,局部可見(jiàn)礫石和泥巖碎屑,厚度約5～15 m,整體巖石類型為長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石巖屑砂巖,顆粒呈次圓狀,分選性中等偏差,剖面上砂體多呈槽狀、透鏡狀多期次遷移疊置。

圖1 孔店油田構(gòu)造位置Fig.1 Structural location of Kongdian Oilfield

2 復(fù)雜曲流帶地震沉積特征

2.1 復(fù)雜曲流帶沉積模式

孔店地區(qū)儲(chǔ)層沉積基礎(chǔ)研究表明該地區(qū)館二段發(fā)育曲流河沉積,曲流河在其沉積到廢棄的整個(gè)過(guò)程中受側(cè)向加積的影響會(huì)發(fā)生頻繁的絕口、改道現(xiàn)象,平面上多個(gè)時(shí)期的曲流河道沉積交織在一起,形成了廣泛展布的曲流帶網(wǎng)絡(luò)。復(fù)雜曲流帶內(nèi)部分布多個(gè)時(shí)期的河道和點(diǎn)壩沉積,河道內(nèi)可能充填砂巖或細(xì)粒泥巖、粉砂巖沉積。由于河道在發(fā)育后期充填過(guò)程中不同位置的水動(dòng)力條件差異使其充填物質(zhì)也不盡相同,包括水動(dòng)力逐漸減弱條件下的砂質(zhì)充填河道和河道水動(dòng)力突然轉(zhuǎn)變?yōu)檩^為平靜環(huán)境下的半泥質(zhì)或泥質(zhì)充填河道[6]。泥質(zhì)河道沉積下部與砂質(zhì)河道充填相似,局部可見(jiàn)河道滯留沉積,但其上部主要以泥巖、粉砂巖等細(xì)粒沉積充填為主。點(diǎn)壩砂體廣泛發(fā)育于各類河道砂體之間并被其切割,點(diǎn)壩砂體由于沉積速率高、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)易在河道帶內(nèi)形成局部的富砂中心,泛濫平原沉積分布于河道帶邊界之外,由粉砂巖、泥巖等細(xì)粒物質(zhì)等組成(圖2)。

對(duì)于復(fù)雜曲流帶沉積,前人通過(guò)現(xiàn)代沉積實(shí)例、野外露頭和油田井網(wǎng)資料對(duì)復(fù)雜曲流帶的形成過(guò)程和建造結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了研究[7-11]。對(duì)于地下資料,如何對(duì)井間儲(chǔ)層進(jìn)行刻畫一直是難點(diǎn)和重點(diǎn)。本文中充分利用三維地震資料較高的橫向分辨率來(lái)對(duì)研究區(qū)復(fù)雜曲流帶沉積砂體進(jìn)行精細(xì)解剖。

圖2 復(fù)雜曲流帶沉積模式Fig.2 Sedimentary pattern of complex meandering belt

2.2 地震沉積學(xué)方法

地震沉積學(xué)是建立在多學(xué)科基礎(chǔ)上,根據(jù)基礎(chǔ)地質(zhì)研究成果及地質(zhì)規(guī)律,利用三維地震資料來(lái)研究巖石的宏觀特征、沉積結(jié)構(gòu)、沉積相分布以及沉積發(fā)育史的一門學(xué)科[12],目前常見(jiàn)的技術(shù)主要有90°相位化、地層切片、地震屬性融合、譜分解等[13-23]。本次研究通過(guò)對(duì)巖性校定過(guò)的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行地層切片處理[24],并結(jié)合井資料來(lái)分析復(fù)雜曲流帶儲(chǔ)層的地震沉積特征。

2.2.1 相位轉(zhuǎn)換

標(biāo)準(zhǔn)的地震處理通常把零相位的地震數(shù)據(jù)體作為提供給解釋者的最終結(jié)果,零相位數(shù)據(jù)體在地震解釋中具有很多優(yōu)點(diǎn),包括子波對(duì)稱、主瓣中心與反射界面一致等,但其也具有同相軸與砂體沒(méi)有直接對(duì)應(yīng)關(guān)系、薄層環(huán)境地震干涉等不足之處[25]。對(duì)地震道進(jìn)行90°相位化處理可以將地震響應(yīng)的主波瓣與砂層中心對(duì)應(yīng),可以顯著提高用三維地震資料解釋巖性的能力[24]。

在研究區(qū)關(guān)鍵井標(biāo)定的基礎(chǔ)上進(jìn)行相位轉(zhuǎn)換可知,在零相位地震剖面中,Ng23砂體對(duì)應(yīng)的振幅在波峰與波谷之間,砂巖儲(chǔ)層與振幅關(guān)系不清楚(圖3(a));經(jīng)過(guò)90°相位轉(zhuǎn)換處理,儲(chǔ)層段對(duì)應(yīng)的地震振幅為波峰,儲(chǔ)層與振幅關(guān)系明確(圖3(b))。另外,巖石物理分析可知,經(jīng)過(guò)相位轉(zhuǎn)換之后,盡管砂、泥巖振幅值有部分重疊,但從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)上看砂巖的振幅值整體高于泥巖,在采樣高值區(qū)較為集中,而泥巖則大多集中在低、負(fù)值區(qū),為利用振幅屬性識(shí)別儲(chǔ)層提供了依據(jù)(圖4)。

圖3 館陶組地震剖面對(duì)比Fig.3 Contrast of seismic section of Guantao Formation

圖4 砂巖和泥巖90°相位地震數(shù)據(jù)振幅分布頻率直方圖Fig.4 90° phase seismic data amplitude histogram of distribution frequency of sandstones and mudstones

2.2.2 等時(shí)地層格架建立及地層切片提取

目前常見(jiàn)的地震切片主要包括時(shí)間切片、沿層切片和地層切片[26],其中時(shí)間切片和沿層切片在實(shí)際操作過(guò)程中都會(huì)不同程度地穿過(guò)傾斜的等時(shí)界面,而地層切片等比例分布在兩個(gè)等時(shí)界面之間, 兩個(gè)等時(shí)界面都呈整合關(guān)系,是等時(shí)界面上地震屬性的顯示[25]。沿等時(shí)地質(zhì)界面提取地層切片并進(jìn)行合理的解釋可以表征對(duì)應(yīng)區(qū)域的巖石、沉積特征,因此在進(jìn)行地層切片之前需要建立目的層等時(shí)地層格架。

在河流相地層的對(duì)比中,通常選取普遍發(fā)育的泛濫平原沉積作為相對(duì)可靠的等時(shí)對(duì)比標(biāo)志[27]。研究區(qū)館陶組可以識(shí)別出兩套普遍發(fā)育的泛濫平原沉積,分別位于位于館二段底部及頂部。館二段底部發(fā)育一套全區(qū)穩(wěn)定發(fā)育的淺灰色泥巖(Ng2底),厚度為6～14 m,自然電位曲線貼近泥巖基線,零相位地震剖面上表現(xiàn)為強(qiáng)振幅,連續(xù)性較好。館二段頂部發(fā)育一套雜色泥巖(Ng2頂),厚度為5～10 m,穩(wěn)定性較好,大多數(shù)井都有鉆遇,自然電位曲線貼近泥巖基線,零相位地震剖面上表現(xiàn)為強(qiáng)—中等振幅,連續(xù)性中等,可以作為提取地層切片的等時(shí)地質(zhì)界面。本次研究在這兩套泛濫平原沉積所對(duì)應(yīng)的等時(shí)地震同相軸之間進(jìn)行線性插值并采樣提取了館二段等時(shí)地層切片(圖5)。

圖5 孔店油田館陶組90°相地位地震剖面Fig.5 90° phase seismic section of Guantao Formation in Kongdian Oilfield

2.3 地震沉積相特征及地質(zhì)解釋

2.3.1 地層切片沉積相分析

地層切片的解釋是一個(gè)井資料與地震數(shù)據(jù)綜合的過(guò)程[26],關(guān)鍵是綜合前人在現(xiàn)代沉積、露頭及油區(qū)實(shí)例等研究中獲得的認(rèn)識(shí)[28-32]來(lái)幫助識(shí)別地震屬性切片上的沉積現(xiàn)象。值得注意的是,解釋過(guò)程中要排除由于斷層等原因?qū)е碌牡卣鹫穹惓５母蓴_,這類異常與地層沉積特征無(wú)關(guān)(圖6),可以通過(guò)地震剖面與切片特征對(duì)照進(jìn)行識(shí)別。

分析1 312 ms地層切片可以發(fā)現(xiàn),Ng23砂層發(fā)育連片狀復(fù)雜曲流帶沉積,內(nèi)部點(diǎn)壩沉積較為發(fā)育,為厚層板狀交錯(cuò)層理細(xì)砂巖,測(cè)井曲線表現(xiàn)為略微向上收斂的鐘形,少數(shù)呈箱形,地震切片上表現(xiàn)為不規(guī)則片狀正值高幅異常區(qū)(紅色)。點(diǎn)壩之間被河道沉積切割,河道底部薄層板狀或槽狀交錯(cuò)層理中細(xì)砂巖,代表了早期正常河道沉積。上部發(fā)育粉砂質(zhì)砂巖,也可見(jiàn)粉砂巖、泥巖等細(xì)粒沉積充填形成的泥質(zhì)河道[33]。這種巖性的垂向變化特征導(dǎo)致其測(cè)井曲線呈明顯向上收斂的鐘形。河道沉積在地震切片上表現(xiàn)為不同彎曲度的條帶狀中幅(正值)、低幅(正、負(fù)值)異常區(qū),其振幅與點(diǎn)壩沉積相比明顯較低,其中泥質(zhì)河道沉積主要與低幅(正、負(fù)值)異常區(qū)對(duì)應(yīng)。曲流帶被泛濫平原泥巖沉積包圍,巖性主要是厚層塊狀泥巖,測(cè)井曲線呈低幅平滑狀,地震切片上表現(xiàn)為大片負(fù)值高幅異常區(qū)(藍(lán)色)(圖7)。

圖6 地層切片測(cè)井相標(biāo)定Fig.6 Logging facies calibration of stratal slice

2.3.2 典型地層切片解釋

在Ng23砂層沉積過(guò)程中,河道砂體經(jīng)歷了多期次的遷移和疊置,在相標(biāo)定地層切片的基礎(chǔ)上,按照時(shí)間順序?qū)g23砂層內(nèi)部典型地層切片進(jìn)行分析并結(jié)合垂向剖面構(gòu)型可以了解該砂層不同沉積時(shí)期的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征及垂向疊置過(guò)程。

圖7中地層切片(a)、(b)、(c)分別與Ng23層早、中、晚期沉積對(duì)應(yīng):在Ng23沉積早期(圖7(a)),研究區(qū)發(fā)育兩條主要的曲流帶沉積,分別位于中部和北部,平面上呈寬闊條帶狀展布,垂向上河道主體部位砂體厚度較大,點(diǎn)壩內(nèi)部被河道或泥質(zhì)河道分隔,平面上呈串珠狀分布,研究區(qū)西南部發(fā)育小規(guī)模低彎度曲流河道,河道帶間發(fā)育廣闊的泛濫平原沉積(圖8);到Ng23沉積中期(圖7(b)),多期曲流帶由于側(cè)向遷移拼接、交切使得其寬度較大(圖8),平面分布大范圍增加,平面上河道和泥質(zhì)河道沉積廣泛發(fā)育,點(diǎn)壩沉積呈散落狀分布,泛濫平原規(guī)模顯著變小,僅在研究區(qū)北部及西南小范圍發(fā)育,研究區(qū)北部發(fā)育小規(guī)模曲流河道;到Ng23沉積晚期(圖7(c)),河道規(guī)模顯著變小且相對(duì)孤立(圖8),僅在研究區(qū)局部地區(qū)發(fā)育數(shù)條窄河道,整體形態(tài)呈現(xiàn)彎曲狀,點(diǎn)壩沉積在曲流河道局部發(fā)育,泛濫平原大范圍分布,說(shuō)明此時(shí)到曲流帶發(fā)育晚期,河道沉積已經(jīng)急劇萎縮并逐漸廢棄。

2.4 開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)驗(yàn)證

油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中將Ng23作為一個(gè)單元進(jìn)行開(kāi)發(fā)。通過(guò)地震沉積特征的分析可知,在看似均質(zhì)的復(fù)雜曲流帶砂體是多期河道疊置形成,內(nèi)部泥質(zhì)河道是普遍存在的,泥質(zhì)河道的存在會(huì)使砂體內(nèi)部發(fā)育滲流屏障或低滲帶,導(dǎo)致砂體連續(xù)性變差。在注水開(kāi)發(fā)中,控制砂體內(nèi)流體的運(yùn)移,是影響注采關(guān)系的重要因素之一。當(dāng)注水井與采油井之間存在泥質(zhì)河道時(shí),則會(huì)發(fā)生注水不受效或者注水受阻的情況。監(jiān)測(cè)資料顯示井K1037-3未檢測(cè)到來(lái)自注劑井K1037-1的示蹤劑,這種現(xiàn)象可能是由于兩口井之間的泥質(zhì)河道遮擋所導(dǎo)致,同樣井K1041未檢測(cè)到來(lái)自注劑井K1031的示蹤劑,通過(guò)地震沉積學(xué)分析可知二者之間也發(fā)育泥質(zhì)河道;而在K1042井組的監(jiān)測(cè)過(guò)程中,與注劑井距離相近的K1042-2和K1034-2井之間受效時(shí)間存在明顯差異,說(shuō)明泥質(zhì)河道的存在對(duì)水驅(qū)速率造成的影響是K1034-2井反應(yīng)時(shí)間延遲的重要原因(圖9,表1)。這些區(qū)域由于水驅(qū)效率低下,是剩余油形成的潛在區(qū)域,后期可以針對(duì)泥質(zhì)河道的遮擋區(qū)域進(jìn)行合理的開(kāi)發(fā)措施調(diào)整。

圖7 孔店油田Ng23地層切片及沉積解釋Fig.7 Typical stratal slice and sedimentary interpretation of Ng23 in Kongdian Oilfield

圖8 孔店油田Ng23沉積構(gòu)型對(duì)比剖面Fig.8 Contrast section of architecture of Ng23 in Kongdian Oilfield

圖9 Ng23復(fù)雜曲流帶砂體疊合圖Fig.9 Sandstones superposition map of complex meandering belt of Ng23

注劑井注劑日期監(jiān)測(cè)井與注劑井距離/m初見(jiàn)示蹤劑日期時(shí)間間隔/d水驅(qū)速度/(m·d-1)K1037-1K1031K10422008-05-212009-05-20 2013-07-16K1037-2165K1037-3225K1022195K1041225K1042-3100K1042-2190K1034-21952008-12-191361.2— 2009-11-291931.0— 2013-09-27731.42013-12-211581.22014-01-281961.0

3 結(jié) 論

(1) 孔店油田地震資料分析表明90°相位屬性與巖性具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系,使得地震沉積學(xué)在儲(chǔ)層沉積精細(xì)刻畫中可以很好地應(yīng)用,對(duì)典型地層切片的精細(xì)地質(zhì)解釋可清晰地刻畫出不同時(shí)期各類沉積砂體的形態(tài)及邊界。

(2) 孔店油田Ng23砂層發(fā)育復(fù)雜曲流帶,內(nèi)部可識(shí)別出點(diǎn)壩、河道、泥質(zhì)河道和泛濫平原微相,Ng23砂層是曲流帶從發(fā)育到廢棄的過(guò)程中各類沉積砂體多期次的遷移和疊置形成。

(3) 從開(kāi)發(fā)角度,泥質(zhì)河道沉積的存在會(huì)導(dǎo)致砂體連續(xù)性變差,明顯影響開(kāi)發(fā)過(guò)程中的油水運(yùn)動(dòng),導(dǎo)致剩余油在注水無(wú)法波及區(qū)域局部富集,是后期開(kāi)發(fā)措施調(diào)整的目標(biāo)區(qū)域。