基于沉積過程的三角洲前緣薄互層儲層精細(xì)分析

李冰，申春生，李林，張君博，胡治華

中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300459

0 引言

薄互層是指在縱向上儲層（砂巖）與非儲層（泥）相互交替出現(xiàn)且厚度均較小的一種沉積類型的巖體，垂向上呈現(xiàn)頻繁的砂泥交替，在地震上一個(gè)反射相位是一套砂泥交替出現(xiàn)的儲層綜合反映[1-4]。針對薄互層內(nèi)部的砂體分布特征，很難進(jìn)一步通過地震資料來預(yù)測，如何提高薄互層及內(nèi)部砂體的精細(xì)研究，就成為油田開發(fā)迫切需要研究的問題。

自1973 年Widess 首次運(yùn)用楔狀模型分析薄層厚度與地震響應(yīng)的關(guān)系以來，國內(nèi)外學(xué)者在薄互層內(nèi)部定量預(yù)測薄層做了大量研究性工作。孫魯平等[5]通過從地震資料中提取薄層頻率屬性（如峰值頻率、中心頻率等）建立了地震峰值頻率與薄層厚度的關(guān)系。黃文鋒等[6]構(gòu)建了楔狀薄互層模型，建立了薄互層地震響應(yīng)與薄互層參數(shù)之間的聯(lián)系。李雪英等[7]利用深度域相移法對等厚薄互層進(jìn)行正演模擬，實(shí)現(xiàn)了等厚薄互層的定量預(yù)測。上述薄互層描述方法一般以Widess 模型為基礎(chǔ)，利用地震屬性識別厚度小于1/4λ 的孤立薄層。然而，在實(shí)際油田中經(jīng)常遇到一組由多個(gè)厚度都小于1/4λ的薄層和之間的隔夾層組成的薄互層組。其地震響應(yīng)不僅與組內(nèi)的單一薄層厚度有關(guān)，而且與薄層層數(shù)、物性、流體性質(zhì)差異以及反射子波頻率和衰減系數(shù)有關(guān)。

利用上述時(shí)頻域方法不能有效地描述薄互層內(nèi)部的砂體分布特征，如何提高薄互層及內(nèi)部砂體的精細(xì)研究，就成為油田開發(fā)迫切需要研究的問題。受沉積作用的影響，薄互層內(nèi)部砂體之間有密切的成因聯(lián)系，將沉積過程[8-13]融入到薄互層儲層中，可以分析薄互層儲層的合理性，重塑薄互層儲層內(nèi)部結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)薄互層儲層內(nèi)部單層砂體的形成機(jī)理，進(jìn)一步加深薄互層儲層的認(rèn)識。為此，筆者以渤海灣P19 油田為例，基于沉積環(huán)境分析完成了三角洲前緣薄互層儲層的精細(xì)刻畫，為類似薄互層的展布特征及剩余油分布提供參考和依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

P19 油田位于渤海中南部海域渤南低凸起中段的東北端（圖1）。為斷裂背斜翼部構(gòu)造，斷裂系統(tǒng)發(fā)育，地層傾角7°～18°，主要含油層段位于新近系館陶組，以辮狀河三角洲前緣為主，縱向上單油層多且厚度較薄，約70%層數(shù)的厚度小于3 m，表現(xiàn)為砂泥巖薄互層的特征。根據(jù)巖性及旋回特征，館陶組可劃出多套砂層組，單一砂層組主要由砂、泥巖不等厚疊置構(gòu)成，為地震可識別的最小單元，具有明顯的砂—泥—砂結(jié)構(gòu)（圖2）。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置Fig.1 Structural location in the study area

研究區(qū)主要為灰色、灰綠色細(xì)砂巖、中砂巖，巖芯上粒度呈反旋回特征（圖3a），為河口壩沉積物，碎屑顆粒呈次棱角狀（圖3b，c），接觸類型為孔隙式—接觸式膠結(jié)，分選中等—差，成熟度低，黏土礦物主要為伊利石、高嶺石，可見少量黃鐵礦（圖3d），具有辮狀河三角洲前緣沉積的特點(diǎn)[14-16]。

P19油田2016年實(shí)施開發(fā)井，分層系開發(fā)，井距100～300 m，鉆井資料較為豐富，含油面積3 km2，具有很大的調(diào)整空間。研究區(qū)豐富的地震資料和動態(tài)資料為本次研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

圖2 研究區(qū)館陶組地層綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive stratigraphic column of Guantao Formation in the study area

2 三角洲前緣薄互層儲層精細(xì)分析

本次研究在層序地層學(xué)及標(biāo)志層約束基礎(chǔ)上，地震資料約束和分級控制原則相結(jié)合，對薄互層儲層分為砂層組和單層砂體兩個(gè)級次進(jìn)行精細(xì)分析。本文以L70-III砂層組為例，利用研究區(qū)地震、鉆井及測井資料，在精細(xì)時(shí)深標(biāo)定基礎(chǔ)上進(jìn)行古地形分析及鉆井揭示的沉積環(huán)境分析，再結(jié)合地震最小振幅屬性，得到砂層組的展布范圍；然后根據(jù)沉積過程分析[17-20]，得到薄互層內(nèi)部單層砂體級次的沉積模式及演化特征，以此確定薄互層內(nèi)部單層砂體的分布范圍。從而實(shí)現(xiàn)了薄互層由砂層組級次到單層砂體級次的精細(xì)解剖。

圖3 研究區(qū)館陶組巖石特征Fig.3 Petrology characteristics of Guantao Formation in the study area

2.1 沉積環(huán)境特征

2.1.1 精細(xì)時(shí)深標(biāo)定

聲波測井曲線是地震分析過程中必不可少的資料，隨鉆縱、橫波測井曲線的準(zhǔn)確預(yù)測對該油田剩余油分布預(yù)測及井位優(yōu)化研究工作具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義[21-27]。由于研究區(qū)大多數(shù)井都沒有聲波測井曲線，在沒有聲波測井資料的情況下，必須對其進(jìn)行預(yù)測，目前常用的橫波測井曲線的模擬預(yù)測是基于Han 公式、Greengerg-Castagna(GC)公式和Xu-White 模型完成的。本次研究基于油田實(shí)際地震資料，實(shí)際改進(jìn)Han 巖石物理公式（公式1）得到可靠時(shí)深關(guān)系，得到回歸聲波數(shù)據(jù)曲線，制作合成地震記錄（圖4a），將井揭示儲層和地震資料標(biāo)定，再通過人工尋找標(biāo)志層的辦法，進(jìn)行進(jìn)一步的精細(xì)標(biāo)定，從而保證砂層組級次的高精度控制，完成砂層組級次等時(shí)地層格架的建立。

式中:DTC 為擬合縱波時(shí)差，μs/ft；TVDSS 為海拔深度，m；VCLAY 為泥質(zhì)含量，%；PORT 為總孔隙度，%；PORE 為有效孔隙度，%；SW 為含水飽和度，%；a，b，c，d，e，f，g表示常數(shù)系數(shù)。

2.1.2 地震屬性分析

研究區(qū)館陶組地震主頻約為32 Hz，地震可識別砂層組的厚度約為9.7 m（波長/8）。在此基礎(chǔ)上，以純波地震資料為基礎(chǔ)，利用道積分算法將地震資料的零相位與砂泥巖阻抗界面相對應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)利用振幅包絡(luò)直接刻畫目的薄互層頂?shù)捉缑妫▓D4b），并根據(jù)該頂?shù)捉缑娣謩e提取一定時(shí)間厚度內(nèi)的均方根振幅、最大振幅、最小振幅及平均振幅等地震屬性，通過與鉆井砂巖對比及分析，對比認(rèn)為最小振幅屬性值與井點(diǎn)厚度值吻合程度較高（圖4c，d），儲層平面預(yù)測鉆井吻合率達(dá)到85%以上，呈現(xiàn)出砂巖越發(fā)育振幅越強(qiáng)的特征（圖4c，e），為研究砂層組的平面展布和連通性提供了基礎(chǔ)。

圖4 研究區(qū)館陶組砂層組地震剖面特征及最小振幅屬性平面圖Fig.4 Seismic profile map and minimum amplitude isoline map of Guantao Formation in the study area

2.1.3 沉積環(huán)境特征分析

古地形對沉積體系有一定的控制作用，波折帶決定了沉積的卸載場所，沉積物一般會沿著低勢地貌堆積，古地形的恢復(fù)有助于研究儲層發(fā)育與分布特點(diǎn)、判斷古地理環(huán)境及沉積演化特征等[28-31]。本研究首先根據(jù)實(shí)施井軌跡與地層的空間關(guān)系，消除視地層厚度的影響，結(jié)合上述等時(shí)精細(xì)地層格架，然后基于層拉平古地貌恢復(fù)技術(shù)，依據(jù)沉積環(huán)境認(rèn)識，將目的層頂面拉平，視為古沉積時(shí)期的湖平面，此時(shí)底面的形態(tài)就可以認(rèn)為是地層沉積前的相對古地貌。再通過編制研究區(qū)地層等厚圖，對目的層的古地貌形態(tài)加以驗(yàn)證，這樣就基本恢復(fù)了古地形形態(tài)。經(jīng)計(jì)算，主要沉積區(qū)域坡度一般在0.5°～2°，呈現(xiàn)緩坡沉積特點(diǎn)（圖5a），儲層展布規(guī)律受控于分流河道，沿近東西向分流，主河道寬度350～500 m。主要包括河谷、高地、斜坡三種古地貌單元。

通過地震反射特征分析，結(jié)合砂體疊置樣式，得出不同地震反射條件下的砂體疊置特點(diǎn)，結(jié)合巖芯觀察與測井信息建立辮狀河三角洲前緣下的主要微相單元模式（圖5b），確定了砂層組級次下的沉積微相分布圖，明確了不同成因砂體接觸關(guān)系，展現(xiàn)了砂體的平面連續(xù)性，最終得到砂層組平面上的砂體沉積、遷移方向、垂向砂層組內(nèi)砂體發(fā)育結(jié)構(gòu)等模式認(rèn)知（圖5c）。河谷：為地形較低的古地貌單元，有一定的坡度，主要的水下分流河道卸載區(qū)，形成以河口壩沉積為主的微相單元，河谷內(nèi)的砂體疊合厚度大于10 m，薄互層砂體多以“厚—薄—厚”式疊置；斜坡：為高地與河谷的連接區(qū)，主要發(fā)育水下分流河道邊緣沉積，當(dāng)河流作用加劇時(shí)，可在斜坡形成連續(xù)砂體，砂體疊合厚度5～10 m，砂體以多個(gè)砂泥等厚疊置為主；高地：為地形最高的地貌單元，在北部、南部各發(fā)育一個(gè)小高地，為小型分流河道或溢岸的卸載區(qū)域，當(dāng)水量增多時(shí)，可形成多條小型分支河道，砂體疊合厚度0～5 m，砂體以多個(gè)薄層疊置或孤立薄層為主，為薄層發(fā)育區(qū)；平原:為地形最低的古地貌單元，坡度較小，主要的水體發(fā)育區(qū)，以泥質(zhì)沉積為主，分布在東側(cè)一帶。

圖5 研究區(qū)古地形及沉積環(huán)境分析Fig.5 Ancient landform and sedimentary environment in the study area

2.2 沉積模式及演化

受古環(huán)境的影響，河道砂體間垂向切割、側(cè)向疊置頻繁，深化沉積模式認(rèn)識對于研究砂體的組合、疊置模式有著重要意義[32-35]。研究區(qū)薄互層的形成是由于辮狀河順著水流方向的間歇性沉積引起的，當(dāng)湖水較發(fā)育時(shí)，主體區(qū)以泥質(zhì)沉積為主，局部會有條帶狀薄層砂體沉積，且存在擺動，當(dāng)河流作用增大時(shí)，大量沉積物沿著河谷方向卸載沉積下來，形成一套優(yōu)質(zhì)砂體。

通過對井剖面的精細(xì)對比，反應(yīng)了沉積環(huán)境水體向下變深，砂巖厚度增大、泥巖減薄、砂泥比值加大的特征，它代表了可容納空間減小的過程，辮狀河三角洲沉積中心逐漸向湖中心推進(jìn)。隨著沉積時(shí)期推移，單層砂體厚度規(guī)模和展布范圍逐漸擴(kuò)大，連續(xù)性變好，呈現(xiàn)向湖盆增長的趨勢（圖6），可在單一方向上確定單層砂體的演化關(guān)系，共經(jīng)歷三個(gè)階段：1）受古地形的控制影響，氣候條件干旱，水流變小，湖泊推進(jìn)，周邊物源供給減少，碎屑沉積受湖水波浪作用較大，主要形成一些小型河道沉積；2）匯入新的主干河道，水下分流河道規(guī)模有所增大，且向北遷移；3）大量辮狀河砂體順著緩坡河谷區(qū)匯入研究區(qū)，在河谷沉積形成大量砂體。這些砂體縱向上相互疊置，平面上疊加連片，向東南部逐漸尖滅，形成三角洲前緣沉積，其分布范圍取決于溝谷的寬度。

圖6 研究區(qū)三角洲前緣沉積模式Fig.6 Depositional model of braided delta front in the study area

圖7 研究區(qū)館陶組薄互層砂體疊置樣式Fig.7 Superposition pattern of thin interbed layers of Guantao Formation in the study area

2.3 儲層內(nèi)部結(jié)構(gòu)解剖

辮狀河三角洲前緣薄互層內(nèi)部單層砂體以多種疊置樣式存在[36-40]，對于砂體的連通關(guān)系及注水效果具有很重要的影響，對于這種薄互層縱向、平面沉積變化，其精細(xì)研究可以將該砂層組的沉積模式與成因相結(jié)合，更能體現(xiàn)其本質(zhì)。

2.3.1 縱向期次劃分

不同階段形成的砂體其規(guī)模與薄互層的沉積過程有著較好的耦合性：初期由于水下分流河道較多，沉積物較分散，隨著演化沉積物逐漸集中，多以側(cè)向沉積為主，至末期河道流量達(dá)到高峰，水下分流河道水動力較強(qiáng)，多以垂向加積為主，薄互層砂體呈現(xiàn)多種疊置樣式。

本文通過分析認(rèn)為在研究區(qū)主要有三種砂體疊置關(guān)系，同位疊覆型（圖7a）：主要分布在研究區(qū)高部位，其水動力較強(qiáng)，大量砂體優(yōu)先卸載，單層砂體持續(xù)性堆積，在同一位置多期疊置；側(cè)向切疊型（圖7b）：主要在河谷的邊部，受古地形與水流動力的影響，沉積不穩(wěn)定，容易在側(cè)向上多期疊置，夾層數(shù)量增多；側(cè)翼接觸型（圖7c）：處于研究區(qū)的邊部，為沉積遠(yuǎn)端，為小型水下分流河道發(fā)育區(qū)，不同的河道砂體相對獨(dú)立，當(dāng)水流量增多時(shí)，部分河道會相遇，導(dǎo)致砂體有所接觸。

對于疊置復(fù)合河道，在形成過程中新河道對老河道存在不同程度的侵蝕沖刷，因此沖刷面即為兩期河道的沉積界面。本文通過巖芯觀察發(fā)現(xiàn)界面回返幅度值在0.8 之下的界面在測井曲線上響應(yīng)是明顯的，可以作為未取芯井中河道間界面識別和期次劃分依據(jù)。因此，在砂層組精細(xì)地層格架下，利用測井資料將薄互層細(xì)分到單層砂體級別。劃分結(jié)果：目的砂層組內(nèi)部主要發(fā)育三個(gè)單層砂體，砂體厚度2～8 m，泥巖隔層厚度1～4 m（圖8a）。

2.3.2 平面砂體演化

受沉積環(huán)境的影響，相似的沉積單元具有相似的砂體分布信息。類比現(xiàn)代河流及周邊相似油田，辮狀河三角洲前緣水下分流河道砂體平面上多呈條帶狀，剖面具有中間厚、兩側(cè)均勻減薄或尖滅的特點(diǎn)[41-45]，統(tǒng)計(jì)厚度2～6 m 的單層砂體的寬厚比為80～100。在上述砂層組沉積展布范圍基礎(chǔ)上，以沉積過程為指導(dǎo)，以相似砂體分布參數(shù)作約束，結(jié)合井點(diǎn)實(shí)鉆砂體厚度，最終實(shí)現(xiàn)單層砂體的邊界刻畫。

圖8 研究區(qū)單層砂體疊置及平面分布樣式Fig.8 Superposition and plane distribution pattern of thin interbed layers in the study area

圖9 研究區(qū)應(yīng)用實(shí)例分析Fig.9 Application case analysis in the study area

不同階段形成的砂體其規(guī)模與薄互層的沉積過程有著較好的耦合性，初期小型水下分流河道眾多，以多條沉積帶為主，后期沉積物卸載集中，形成主要沉積帶，沿其方向砂體呈連續(xù)沉積，導(dǎo)致平面上砂體的展布空間有所不同。平面上研究區(qū)主要有兩種砂體接觸關(guān)系，軸向疊置：水動力較強(qiáng)，單層砂體持續(xù)性向前沉積形成，不會發(fā)生側(cè)向遷移擺動；側(cè)向遷移：單層砂體在推進(jìn)過程中，填洼補(bǔ)平，水道多有側(cè)向遷移，然后鄰近地區(qū)再沉積形成的（圖8b）。

從圖8c 中可以看出，砂層組內(nèi)部砂體從下到上逐漸變寬變厚，展現(xiàn)了一個(gè)湖水縮進(jìn)的演化過程。通過統(tǒng)計(jì)，研究區(qū)館陶組單層砂體呈北西—南東向窄條狀展布，寬400～600 m，寬厚比70～150 m，北西—南東向具有一定的連通性，河道邊緣為薄層發(fā)育區(qū)。

3 應(yīng)用效果

對研究區(qū)館陶組進(jìn)行了薄互層儲層的發(fā)育狀況及內(nèi)部單層砂體的精細(xì)分析，取得了良好的應(yīng)用效果。在實(shí)際生產(chǎn)中驗(yàn)證了薄互層劃分結(jié)果的合理性及單層砂體的平面連續(xù)性，以J39 井組為例，B42ST02、J39井完鉆后砂體出現(xiàn)不同程度的虧壓，且J39、J44井完鉆后出現(xiàn)分段水淹（圖9a），即證實(shí)了砂體連續(xù)性，也為剩余油分布規(guī)律及下一步優(yōu)化調(diào)整提供了依據(jù)。在綜合調(diào)整項(xiàng)目中指導(dǎo)井位部署和優(yōu)化40 井次，以J38 井為例，根據(jù)薄互層精細(xì)刻畫結(jié)果，原設(shè)計(jì)井位位于砂體邊緣，向西南砂體變厚，據(jù)此將該井位置向西南優(yōu)化了60 m，該井實(shí)施后，生產(chǎn)油層厚度比鉆前設(shè)計(jì)增加15%，產(chǎn)能增加48 m3/d（圖9b）。滾動評價(jià)新增儲量500×104m3，產(chǎn)能超設(shè)計(jì)1.4倍。通過對單層砂體級次的研究，提高注采對應(yīng)率23%，保證了開發(fā)井的高產(chǎn)與注水井的顯著效果。

4 結(jié)論

（1）針對地震資料難以進(jìn)一步刻畫薄互層儲層的難點(diǎn)，本文在沉積過程分析基礎(chǔ)上，對三角洲前緣薄互層儲層進(jìn)行了分級精細(xì)描述，為類似油田的研究和開發(fā)提供了指導(dǎo)。

（2）根據(jù)實(shí)際改進(jìn)Han 巖石物理公式取得了較好的時(shí)深標(biāo)定結(jié)果，結(jié)合古地形、地震屬性及測井分析，恢復(fù)了砂層組級次的沉積環(huán)境特征。

（3）闡明了研究區(qū)L70-III 砂層組的形成過程，共經(jīng)歷了三個(gè)演化階段，不同階段單層砂體的規(guī)模及疊置樣式與其沉積過程具有較好的相關(guān)性。