鄂爾多斯盆地慶探1井區(qū)山1段儲(chǔ)層砂體構(gòu)型發(fā)育特征及模式

張 雷，余 威，陳江萌，張建伍，馬占榮，井向輝

( 1.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710018； 2.中國石油長(zhǎng)慶油田分公司 勘探開發(fā)研究院，陜西 西安 710018； 3.成都理工大學(xué) 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610059； 4.中國石油長(zhǎng)慶油田分公司 第二采氣廠，陜西 榆林 719000 )

0 引言

MIALL A D[1]引入建筑結(jié)構(gòu)分析法研究?jī)?chǔ)層構(gòu)型，利用河流沉積相分析方法進(jìn)行垂直剖面分析，將河流沉積物細(xì)分為由河道、礫石壩和河床形、砂質(zhì)河床、前積宏觀形態(tài)、側(cè)向堆積沉積、沉積物重力流沉積、層壓砂板及漫灘細(xì)砂8個(gè)基本三維建筑元素組成的組合體，用于描述砂體發(fā)育特征，從而建立地質(zhì)模型[1-4]。該分析方法應(yīng)用于精細(xì)刻畫各種儲(chǔ)層砂體特征[2,5]，以及在解釋沉積控制因素、進(jìn)行油田開發(fā)和油藏工程等研究方面。

隨中國油氣勘探技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)沉積相的宏觀刻畫已經(jīng)無法更好研究?jī)?chǔ)層砂體的內(nèi)部特征與儲(chǔ)層非均質(zhì)性。人們研究曲流河河道砂體構(gòu)型和非均質(zhì)性，儲(chǔ)層內(nèi)部的砂體構(gòu)型與非均質(zhì)性存在較大的差異性，對(duì)差異性的研究可以為河道砂體中剩余油挖潛提供依據(jù)。為識(shí)別單砂體的特征，通過砂體間的對(duì)比、相互疊置關(guān)系、野外露頭分析、高分辨率三維地震等[6]方法對(duì)砂體進(jìn)行刻畫，并對(duì)儲(chǔ)層砂體沉積模式進(jìn)行描述。王越等[7]對(duì)扒樓溝剖面曲流河砂體進(jìn)行實(shí)測(cè)，識(shí)別4種河道砂體，并分析其對(duì)剩余油分布的影響；劉玉娟等[8]通過渤海油田厚層砂體解剖，確定單砂體平面、剖面構(gòu)型樣式及砂體空間展布特征；陳薪凱等[9-10]通過構(gòu)型要素細(xì)分簡(jiǎn)化Bridge理論，并結(jié)合測(cè)井相識(shí)別曲流河單砂體，精確刻畫砂體疊置樣式與油藏特征。有關(guān)曲流河三角洲構(gòu)型表征、砂體疊置關(guān)系及發(fā)育特征等研究相對(duì)較少，且對(duì)曲流河三角洲前緣單砂體發(fā)育認(rèn)識(shí)不清。

以鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)慶探1井區(qū)山1段為例，筆者利用鉆井資料，結(jié)合沉積學(xué)、巖石學(xué)及測(cè)井相等方法，研究慶探1井區(qū)山1段巖相、構(gòu)型表征、砂體疊置關(guān)系及發(fā)育特征等，建立慶探1井區(qū)山1段儲(chǔ)層構(gòu)型模式，為隴東地區(qū)儲(chǔ)層內(nèi)部構(gòu)型研究提供支持，為慶陽氣田的天然氣勘探開發(fā)提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

早二疊世山西組沉積期，華北地臺(tái)北緣抬升，南北差異升降顯著，盆地北部明顯抬升，經(jīng)歷一次由海到陸的巨變，盆地進(jìn)入?！懡换ハ嗪完懴喑练e演化階段，主要沉積一套河控三角洲砂體和湖泊砂體，形成下二疊統(tǒng)山西組含氣層系，隴東地區(qū)山西組進(jìn)入近海內(nèi)陸坳陷的全新演化階段。相繼在隴東地區(qū)上古生界發(fā)現(xiàn)西峰油田、慶陽氣田；山1段作為主力產(chǎn)層，具有極大的開發(fā)潛力，成為近年來天然氣勘探突破的新區(qū)域。

慶探1井區(qū)位于鄂爾多斯盆地西南緣隴東地區(qū)(見圖1)，受天環(huán)坳陷和伊陜斜坡兩大構(gòu)造帶的影響，主要發(fā)育曲流河三角洲前緣亞相[11-13]，巖性為深灰色、黑色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖和淺灰、淺灰綠色細(xì)砂巖、粉砂巖互層，夾薄層泥巖。自下而上發(fā)育山13、山12、山11亞段三個(gè)旋回沉積序列[11-13]，山13亞段以巖屑石英砂巖、巖屑砂巖為主；山12亞段與山11亞段以巖屑砂巖為主，有少量的巖屑石英砂巖(見圖2)。

圖1 鄂爾多斯盆地慶探1井區(qū)構(gòu)造位置Fig.1 The structural location of Qingtan 1 Well Area in Ordos Basin

圖2 慶探1井區(qū)山1段巖石顯微特征Fig.2 Thin section features of the Shan1 Member of Qingtan 1 Well Area

2 巖相類型

20世紀(jì)70年代，MIALL A D將巖相分析方法引入河流分析[1]，經(jīng)過發(fā)展和完善被廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)層沉積學(xué)研究，尤其在沉積相和構(gòu)型研究中具有重要作用。

根據(jù)野外及巖心觀察，在慶探1井區(qū)山1段識(shí)別塊狀層理砂巖相(Sm)、楔狀交錯(cuò)層理砂巖相(Sq)、槽狀交錯(cuò)層理砂巖相 (St)、板狀交錯(cuò)層理砂巖相 (Sp)、平行層理砂巖相 (Sh)、沙紋層理粉砂巖相 (Fr) 、水平層理粉砂巖相 (Fl)、水平層理泥巖相(Mh)、塊狀層理泥巖相(M)9種巖相類型[13](見表1、圖3)。

表1 慶探1井區(qū)山1段巖相類型劃分及成因解釋Table 1 The classification and genetic interpretation of lithofacies in the Shan1 Member of Qingtan 1 Well Area

續(xù)表1

圖3 慶探1井區(qū)山1段巖相照片F(xiàn)ig.3 Lithofacies photographs of the Shan1 Member of Qingtan 1 Well Area

3 儲(chǔ)層構(gòu)型界面劃分與表征

3.1 構(gòu)型界面劃分

根據(jù)河流相儲(chǔ)層層級(jí)劃分研究結(jié)果[1,4]，分析研究區(qū)淺水曲流河三角洲—灘壩復(fù)合沉積體系，提出慶探1井區(qū)儲(chǔ)層內(nèi)部構(gòu)型界面的劃分方案(見表2)：Ⅰ級(jí)界面為層系界面；Ⅱ級(jí)界面為層系組界面；Ⅲ級(jí)界面為單一河道砂體內(nèi)部增生體的夾層；Ⅳ級(jí)界面為單砂體的界面；Ⅴ級(jí)界面為復(fù)合砂體之間的界面；Ⅵ級(jí)界面為多期復(fù)合砂體之間的界面[5]。Ⅳ級(jí)構(gòu)型單元通常為單砂體，對(duì)于三角洲，Ⅳ級(jí)構(gòu)型是指河道內(nèi)部多個(gè)砂壩增生單元在垂向或側(cè)向上加積、側(cè)積構(gòu)成的單砂體[14-15]；慶探1井區(qū)山1段主要為水下分流河道、河口壩、沿岸灘壩等單砂體。

表2 研究區(qū)砂體儲(chǔ)層構(gòu)型級(jí)次劃分Table 2 Division of sandstone reservoir architecture of study area

慶探1井區(qū)山11、山12、山13亞段對(duì)應(yīng)構(gòu)型單元見圖4。每個(gè)Ⅵ級(jí)構(gòu)型單元包括1個(gè)Ⅴ級(jí)構(gòu)型單元；每個(gè)Ⅴ級(jí)構(gòu)型單元包括1～3個(gè)Ⅳ級(jí)構(gòu)型單元。

圖4 隴東地區(qū)隴38井二疊系山1段構(gòu)型界面劃分Fig.4 Configuration interface division of Permian Shan1 Member in well Long 38 in Longdong Area

3.2 構(gòu)型表征

慶探1井區(qū)山1段發(fā)育淺水曲流河三角洲—灘壩復(fù)合沉積體系，Ⅳ級(jí)構(gòu)型單元的單砂體主要為水下分流河道砂體、河口壩砂體及沿岸灘壩砂體。水下分流河道水流不斷向周圍擴(kuò)散，水體沿河岸向前，水體強(qiáng)度逐漸降低，導(dǎo)致水流攜帶的砂泥在河岸側(cè)向堆積而形成河口壩[16]。三角洲前緣末端及前三角洲砂體受波浪改造影響，形成平行于岸線分布的沿岸灘壩砂體。

(1)水下分流河道砂體(Sm-St-Sp/Sq-Sh)。粒度呈正韻律特征(見圖5(a))，自然伽馬曲線(GR)呈明顯的鐘形，河道寬度為3～6 km，砂體厚度為3.0～12.0 m，巖性以中—細(xì)砂巖為主，橫剖面呈“頂平底凸”形態(tài)；不同期次砂體之間以切疊式與拼接式疊置[17]。

(2)河口壩砂體(Fl-Fr-Sh-Sp)。粒度呈反韻律特征(見圖5(b))，自然伽馬曲線(GR)呈漏斗形，巖性以中—細(xì)砂巖為主，分選較好，發(fā)育平行層理、板狀層理；橫剖面總體上呈“底平頂凸”形態(tài)，平面上受多條河道影響，砂體在側(cè)向和垂向上成片沉積而形成河口壩[18]。

(3)灘壩砂體(Mh-Fl-Fr-Sh)。是水下分流河道砂體受波浪改造影響而形成的沉積體(見圖5(c))，分布受局限而平行于岸線；巖性以粉砂巖、細(xì)砂巖為主，單砂體厚度小，自然伽馬曲線(GR)呈指形，粒序?qū)永聿幻黠@，發(fā)育沙紋層理、平行層理；前期沉積形成的灘壩砂體被水體改造，沉積在垂向上形成“復(fù)合砂體”[19-20]。

圖5 慶探1井區(qū)山1段儲(chǔ)層構(gòu)型單元Fig.5 Reservoir configuration unit of the Shan1 Member of Qingtan 1 Well Area

湖平面的變化對(duì)單砂體的發(fā)育有顯著影響。山13亞段沉積期，湖平面逐漸升高，河流作用對(duì)砂體沉積的影響不斷減弱，湖泊作用的影響逐漸增強(qiáng)，河流水動(dòng)力經(jīng)歷強(qiáng)—弱—河道廢棄的過程。底部以中砂巖為主；中部以細(xì)砂—粉砂巖為主；上部以泥質(zhì)粉砂巖和泥巖為主；單砂體厚度介于1.3～2.7 m；增生體厚度介于0.5～1.0 m(見圖6)。

圖6 隴11井山13亞段Ⅳ級(jí)構(gòu)型單元巖性及砂體發(fā)育特征縱向變化Fig.6 Vertical variation of lithology and sand body development characteristics of class Ⅳ configuration unit in the Shan13 Member of well Long11

4 儲(chǔ)層構(gòu)型特征及模式

4.1 砂體疊置關(guān)系及發(fā)育特征

砂體的疊置關(guān)系對(duì)儲(chǔ)層的非均質(zhì)性及剩余油分布有重要影響，是儲(chǔ)層構(gòu)型研究的重點(diǎn)之一[21]。在單砂體識(shí)別的基礎(chǔ)上，通過野外和巖心觀察，結(jié)合測(cè)井相分析，在山1段縱向演化過程中，共識(shí)別劃分3種砂體疊置方式：切疊式、拼接式和孤立式[22]。根據(jù)慶探1井區(qū)山1段垂向發(fā)育特征，自下而上砂體的主要疊置方式有切疊式、拼接式，逐漸轉(zhuǎn)換為孤立式[16](見圖7)。

圖7 慶1-10-60—慶1-11-63—慶1-11-65—慶1-12-67—慶1-12-71—慶1-12-73井單砂體疊置方式Fig.7 The stacked style of single sand across wells Qing 1-10-60-Qing 1-11-63-Qing 1-11-65-Qing 1-12-67-Qing 1-12-71-Qing 1-12-73

(1)切疊式砂體。自然伽馬曲線(GR)呈箱狀，在物源供應(yīng)充足、可容空間有限(低A/S)的條件下，河流為爭(zhēng)奪有限的可容空間而相互襲奪、不斷改道，形成河道砂體相互疊置切割、在垂直水流和沿水流方向延伸性較好的特點(diǎn)，是最有利的勘探目標(biāo)[23]。慶探1井區(qū)山13亞段沉積期砂體垂向上以切疊式為主；平面上呈條帶狀或連片狀展布。

(2)拼接式砂體。自然伽馬曲線(GR)呈齒化鐘形或漏斗形，在物源供應(yīng)較充足、可容空間較大(中等A/S)的條件下，河道不斷側(cè)向遷移而形成的沉積，砂體中所含泥巖夾層較多，單砂體厚度較小，砂體的側(cè)向延伸性也不如切疊式砂體[24]的。慶探1井區(qū)山12亞段沉積期砂體垂向上以拼接連片為主；平面上呈面狀或條帶狀展布。

(3)孤立式砂體。自然伽馬曲線(GR)呈指形，在可容空間大、物源供應(yīng)不足條件下形成單砂體沉積，以遠(yuǎn)砂壩和濱淺湖灘壩為主。慶探1井區(qū)山11亞段沉積期砂體垂向上以孤立式或拼接式為主；平面上呈點(diǎn)狀或薄條帶狀展布。

砂體的疊置方式不僅在垂向上發(fā)生規(guī)律性的變化，在平面上也表現(xiàn)不同的組合規(guī)律；復(fù)合砂體主要由水下分流河道、河口壩和沿岸砂壩組成。不同類型的單砂體沿物源向湖延伸的方向表現(xiàn)不同組合類型(見圖7)。單砂體的組合表現(xiàn)分流河道與分流河道的疊置和拼接，隨向湖內(nèi)部的推進(jìn)，河流作用減弱，單砂體組合表現(xiàn)水下分流河道與河口壩的組合[25]；向湖泊進(jìn)一步推進(jìn)，河流作用對(duì)砂體沉積的影響不斷減弱，湖泊作用的影響逐漸增強(qiáng)，單砂體的疊置表現(xiàn)河口壩與河口壩的組合，至湖盆內(nèi)部，湖泊頂托作用進(jìn)一步增強(qiáng)，單砂體的組合表現(xiàn)孤立的灘壩與壩間泥巖的組合樣式[26-28]。

根據(jù)慶探1井區(qū)山1段砂體平面展布，山13亞段發(fā)育3條SW—NE向砂帶，分別處于慶1-12-4—慶1-9-60井、隴36—隴21井、隴7—隴52井，3條砂帶之間的界線并不十分清晰，整體上，山13亞段砂體兼有面狀和條帶狀展布特征(見圖8(a))。山12亞段發(fā)育3條SW—NE向砂帶，分別處于慶1-12-54—慶1-9-60井、慶1-22-54井至慶1-15-75井、隴7—隴52井。3條砂帶的位置與山13亞段的砂帶位置大致相當(dāng)，厚度比山13亞段的薄，且3條砂帶之間的界線分明，條帶狀特征較山13亞段的更為突出(見圖8(b))。山11亞段發(fā)育2條SW—NE向孤立的砂帶，分別處于隴41—慶1-19-90井、隴7—隴52井，相較于山13亞段和山12亞段，山11亞段砂體厚度更薄。在主砂體帶的北部，平行于岸線且在慶探1井附近發(fā)育一系列小型的濱淺湖灘壩(見圖8(c))。

圖8 慶探1井區(qū)山1段砂體厚度等值線Fig.8 The sandbody distribution of the Shan1 Member of Qingtan 1 Well Area

慶探1井區(qū)山1段砂體的展布方向?yàn)镾W—NE向，與研究區(qū)山1段砂體展布方向一致，主要受控于區(qū)域的供源體系格局。西南方向的物源為研究區(qū)最主要的物源，控制的源匯體系決定慶探1井區(qū)砂體的展布。同時(shí)，山13、山12和山11亞段砂體分布的具體特征不同，但整體上呈條帶狀特點(diǎn)。

4.2 儲(chǔ)層構(gòu)型物性特征

砂體結(jié)構(gòu)對(duì)儲(chǔ)層物性的影響具體表現(xiàn)為儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)的不同造成儲(chǔ)層的非均質(zhì)性，油氣儲(chǔ)層的非均質(zhì)性不僅是控制油氣儲(chǔ)集的重要因素，也是油氣開發(fā)過程中影響流體流動(dòng)、控制剩余油氣分布的主要因素。研究區(qū)山1段沉積類型屬于曲流河三角洲沉積，水下分流河道砂體是形成儲(chǔ)層的主要砂體；山1段的砂巖以中—厚層為主，正粒序發(fā)育，自然伽瑪曲線主要呈齒化箱形，砂體大致呈面狀和條帶狀展布，發(fā)育及連通性較好。

孔隙度和滲透率在縱向上的變化受砂體結(jié)構(gòu)的控制，不同類型的砂體結(jié)構(gòu)表現(xiàn)的物性特征明顯不同。切疊式與拼接式砂體對(duì)應(yīng)的孔隙度和滲透率較高，物性特征普遍較好(見圖9)；在慶1-13-65井中，切疊式砂體孔隙度和滲透率分別為5.49%～5.92%(平均為5.70%)、(0.32～0.49)×10-3μm2(平均為0.41×10-3μm2)；拼接式砂體孔隙度和滲透率分別為4.76%～6.11%(平均為5.29%)、(0.20～0.53)×10-3μm2(平均為0.36×10-3μm2)；孤立式砂體孔隙度和滲透率分別為3.04%～3.79%(平均為3.42%)、(0.06～0.18)×10-3μm2(平均為0.12×10-3μm2)。切疊式砂體特征可能與形成于低A/S條件有關(guān)，充足的物源、有限的可容空間使儲(chǔ)層的泥質(zhì)含量低，有利于原始孔隙的保存和后期流體對(duì)儲(chǔ)層的改造。孤立式砂體孔隙度和滲透率表現(xiàn)相對(duì)較差，層間非均質(zhì)性較強(qiáng)，儲(chǔ)層比切疊式與拼接式砂體的差。

圖9 慶1-13-65井山1段砂體疊置方式與物性關(guān)系Fig.9 Relationship between superimposition mode of sand body and physical properties of Shan1 Member in well Qing 1-13-65

4.3 儲(chǔ)層構(gòu)型模式

對(duì)慶探1井區(qū)山1段曲流河三角洲前緣構(gòu)型進(jìn)行精細(xì)研究，識(shí)別不同級(jí)別構(gòu)型界面及構(gòu)型單元的內(nèi)部特征，總結(jié)砂體構(gòu)型單元之間的疊置關(guān)系，建立慶探1井區(qū)山1段的構(gòu)型模式(見圖10)。

圖10 慶探1井區(qū)山1段儲(chǔ)層構(gòu)型模式Fig.10 Architecture pattern of reservoir in the Shan1 Member of Qingtan 1 Well Area

慶探1井區(qū)山1段沉積期主要為曲流河三角洲前緣，水動(dòng)力較弱，河流攜砂能量小，形成近源緩坡型曲流河三角洲沉積模式，砂體垂直于河流流向加積，形成面狀堆積、復(fù)合連片的砂體分布特征。山1段沉積早期，砂體以單砂體(Ⅳ級(jí)構(gòu)型單元)切疊為主，其次是側(cè)向拼接，垂向上主要發(fā)育水下分流河道與河口壩，切疊相對(duì)較厚，Sm、Sp、St、Sq、Sh等巖相較為發(fā)育，平面上，水下分流河道之間、水下分流河道與河口壩之間相互拼接，單砂體(Ⅳ級(jí)構(gòu)型單元)之間連通性較好，具有復(fù)合連片、連續(xù)性較好、厚度大的特征，呈面狀或條帶狀展布；沉積中期，砂體以單砂體(Ⅳ級(jí)構(gòu)型單元)拼接、側(cè)向疊加為主，隨水動(dòng)力減弱，垂向上，主要發(fā)育規(guī)模較小的水下分流河道，且厚度較早期的薄，Sp、Sq、Fl、Fr、Mh等巖相發(fā)育，在平面上呈面狀或條帶狀展布更明顯；沉積晚期，隨河道規(guī)模變小，物源供給不足，砂體沉積類型由復(fù)合向單一轉(zhuǎn)變，主要呈單砂體(Ⅳ級(jí)構(gòu)型單元)孤立式沉積的沿岸灘壩砂體，Sh、Fl、Fr巖相對(duì)發(fā)育，平面上呈點(diǎn)狀或薄條帶狀分布。

5 結(jié)論

(1)鄂爾多斯盆地慶探1井區(qū)山1段的沉積體系為淺水曲流河三角洲—灘壩復(fù)合沉積體系，主要發(fā)育塊狀層理砂巖相、板狀交錯(cuò)層理砂巖相、槽狀交錯(cuò)層理砂巖相、楔狀交錯(cuò)層理砂巖相、平行層理砂巖相、水平層理粉砂巖相、沙紋層理粉砂巖相、水平層理粉砂巖相、水平層理泥巖相9種巖相，Ⅳ級(jí)構(gòu)型單元的單砂體主要為水下分流河道砂體、河口壩砂體及沿岸灘壩砂體。

(2)慶探1井區(qū)山1段縱向演化可分為3種砂體疊置方式：切疊式、拼接式和孤立式；且自下而上砂體的主要疊置方式有切疊式、拼接式，逐漸轉(zhuǎn)換為孤立式；平面上砂體主要以點(diǎn)狀、條帶狀和面狀展布。其中，切疊式與拼接式主要發(fā)育于水下分流河道砂體、河口壩砂體，砂體儲(chǔ)層物性較好；孤立式砂體主要發(fā)育于沿岸灘壩，儲(chǔ)層物性相對(duì)一般。

(3)在沉積過程中，慶探1井區(qū)山1段砂體從早期到中期逐漸由以切疊式為主、拼接式為輔的模式向以拼接、側(cè)向疊加為主轉(zhuǎn)變，直到后期砂體以孤立式沉積為主。