基于沉積時間單元的單砂體研究

盛 軍，牟中海 ，蒲 勇，吳 濤，王軍林

1.中國石油青海油田分公司研究院，甘肅 敦煌 736202；2.西南石油大學地球科學與技術學院，四川 成都 610500；3.中國石油青海油田分公司青海油田生產(chǎn)運行處，甘肅 敦煌 736202；4.中國石油青海油田分公司青海油田采油五廠，甘肅 敦煌 736202

引言

當油田開發(fā)進入高含水期，剩余油的分布變得異常復雜，基于小層級別的單砂體研究已經(jīng)無法滿足高含水期的剩余油挖潛要求，因此，亟需從小層級別的研究深入到沉積時間單元的高精度表征分析。近年來，許多學者針對河流—三角洲相單砂體進行了大量研究，并取得了很多創(chuàng)造性的研究成果，主要包括單砂體沉積微相研究[1]、復合河道內(nèi)部單砂體劃分[2-3]、地震資料應用于預測單砂體分布[4-5]、單砂體的形成機理及對剩余油分布的控制[6-7]等方面。但這些研究都是建立在單一微相劃分單砂體的基礎上[8-12]，或者是基于Cross 的高分辨率層序地層學觀點進行單砂體研究[13]，或者基于構型界面識別法識別單砂體[14]，而從沉積時間單元角度對單砂體研究較少。

筆者以尕斯庫勒油田N1—油藏II 號斷層上盤VII-5 小層三角洲前緣亞相為例，按照半幅點層位劃分與對比準則劃分出了儲層、隔層沉積時間單元，在此基礎上，明確了單砂體的概念，并通過儲層沉積時間單元內(nèi)的區(qū)域夾層、“四積”分析，對單砂體進行了識別，提出了識別標志與識別模式，建立了適合油田開發(fā)使用的單砂體研究體系。

1 研究區(qū)概況

尕斯庫勒油田位于青海省柴達木盆地西南部，從構造單元來講，屬于茫崖拗陷區(qū)尕斯斷陷亞區(qū)，是紅柳泉—躍進一號斷鼻帶上的一個三級構造。尕斯庫勒油田以II 號斷層為界分為上盤與下盤，疊合含油面積約18.3 km2，復算探明石油地質(zhì)儲量為4 604×104t，可采儲量1 475.28×104t，共有1 200 多口井，平均井距為100～150 m，綜合含水率為75%。尕斯庫勒油田N1—油藏為一巖性—構造油藏，儲層巖性主要為細砂巖、粉砂巖和中砂巖，其次為含礫粗砂巖和礫狀砂巖；N1—期II 號斷層上盤主要物源來自西北緣阿爾金山脈，因而發(fā)育一套干燥氣候條件下的辮狀河—辮狀河三角洲—湖泊沉積體系[15（]圖1）。

圖1 柴西地區(qū)下油砂山組中晚期沉積相圖Fig.1 Sedimentary facies map of middle and late period of lower Youshashan Formation in west Qaidam Area

2 沉積時間單元格架

地層對比是油田開發(fā)過程中的首要工作之一，其主要任務是在砂層組對比的基礎上進行小層劃分與對比。小層劃分主要采用標志層法、等高程法、測井曲線形態(tài)法、切片法、沉積旋回或高分辨率層序地層學等方法來進行[16-19]，所劃分的小層是目前油田開發(fā)中最小級別的地層單位，而具體劃分時是以自然伽馬相對極大值作為小層的界線，這樣劃分的小層界線常位于泥巖中間，并不在砂泥巖分界處（圖2），這就造成一個小層的中部通常是粗碎屑沉積，如砂巖、砂礫巖及泥質(zhì)砂巖等；而上、下部為細粒沉積，如泥巖、砂質(zhì)泥巖及鈣質(zhì)泥巖等。這種傳統(tǒng)的小層劃分方案會造成在后續(xù)的相控儲層建模時，無法對砂體模型、孔滲飽等屬性模型進行精細控制[20]，更無法對單砂體進行更準確的表征，影響建模數(shù)模質(zhì)量。這時就需要對小層進行更小一級的沉積時間單元的劃分。所謂沉積時間單元實際上是同一時期沉積的一套地層，是在小層控制下來劃分的，其規(guī)模更小，控制單砂體的精度更高。

為了精確定位砂泥巖的分界線，則采用自然伽馬曲線半幅點來劃分沉積時間單元，這樣就可以準確確定出儲層沉積時間單元、隔層沉積時間單元的真實位置（圖2）。原則上，兩個小層之間的高伽馬值段（泥巖）定義為隔層沉積時間單元，其命名為下伏小層號加A，如圖2 上VII-5 與VII-6 小層之間的隔層沉積時間單元定義為VII-6A。小層內(nèi)的低伽馬值段（砂巖）定義為儲層沉積時間單元，若小層內(nèi)砂巖無夾層或只有局部夾層，其命名仍用原小層號，如VII-4 與VII-6 儲層沉積時間單元的命名與原小層號一樣；若小層內(nèi)砂巖存在區(qū)域性夾層，則沉積時間單元名稱需從上向下重編，如VII-5小層，其內(nèi)部存在區(qū)域性夾層，則該小層的幾個次一級的沉積時間單元依次為VII-5A、VII-5B、VII-5C 和VII-5D，其中，VII-5B、VII-5D 為儲層沉積時間單元，VII-5C 為區(qū)域夾層，并用紫紅色表示，這是后續(xù)配合隔層沉積時間單元劃分單砂體的主要依據(jù)之一。

圖2 小層與沉積時間單元劃分示意圖（Y8652 井）Fig.2 Scheme of the division of subzone and sedimentary time unit（Well Y8652）

對于隔層沉積時間單元來講，它是在粗碎屑沉積間歇期沉積的，因而基本全是泥巖或泥巖類。而儲層沉積時間單元則主要是砂巖，實際上由于三角洲前緣多個分流河道并存，在橫向上就出現(xiàn)了分流河道與分流間的間互存在，如圖3 上的VII-8 儲層沉積時間單元，它在Y8652 井為砂巖，其他井均為泥巖，但二者屬于同期沉積，所以，在儲層沉積時間單元沉積期沉積的并不全是砂巖，而是砂泥巖間互存在。儲層沉積時間單元在縱向上巖性不一定是均一的，除了粒度的變化，也可出現(xiàn)多個儲層以及間歇期的泥巖夾層沉積（如VII-5 小層）。而在劃分儲層沉積時間單元時，一個儲層沉積時間單元中，在縱向上究竟包含幾個砂層較好，這個取決于劃分小層時所采用的自然伽馬相對極大值的選取，一旦小層確定后，小層中間的砂層數(shù)無論多少均屬于同一個儲層沉積時間單元，除非有區(qū)域性夾層存在。所謂區(qū)域性夾層一般是指分布大于工區(qū)三分之二面積或全工區(qū)分布的夾層，本文指全工區(qū)分布的夾層。當區(qū)域性夾層存在時，儲層沉積時間單元實際上由若干個次一級的儲層沉積時間單元和區(qū)域夾層組成（如VII-5B、VII-5C、VII-5D），縱向上被隔層沉積時間單元封隔。不同時間形成的儲層與隔層沉積時間單元則構成了工區(qū)的沉積時間單元格架。

圖3 沉積時間單元對比示意圖Fig.3 Correlation of sedimentary time unit

3 單砂體概念及識別標志

3.1 單砂體的概念

所謂單砂體，顧名思義就是一個獨立的砂體，它與相鄰的砂體不連通甚至不連續(xù)。但目前在學術界有關單砂體的含義有不同的觀點。一種觀點是從成因角度對其作了定義：即單一微相成因的砂體稱為單一成因砂體[2-8]，簡稱“單砂體”，如河口壩砂體、分流河道砂體等，但實際上同一期的這兩個微相砂體多是連續(xù)分布的，從巖性上可能無法分割，因而也就不具有獨立性；第二種觀點是從對砂體的封隔性方面作了定義：自身垂向上和平面上都連續(xù)，但與上下砂體間有泥巖或不滲透性層分隔的砂體，橫向上被不滲透的沉積體將其分隔（也被稱為單砂層）[21-24]。上述兩種觀點都是從沉積角度論述的，第二種觀點更接近單砂體的真實含義，但不全面。因為在油田開發(fā)過程中，一個單砂體就是一個獨立存在的與相鄰砂體沒有連通的單一砂體。顯然，一個單砂體的形成除了沉積成因外，還有構造（斷層）成因和成巖成因，因此，筆者認為，在三維空間，被周圍非滲透性的封隔層所包圍的獨立砂體稱為單砂體。

單砂體的劃分僅限于儲層沉積時間單元內(nèi)部，且其封隔層主要有3 個成因（圖4）：（1）沉積成因：沉積成因的單砂體其上、下被隔層沉積時間單元的泥巖所封隔，側向上可能為三角洲前緣亞相的分流間泥巖所隔離，而很多情況下又被區(qū)域性夾層的泥巖分隔成更多的單砂體（圖4a）。由于沉積過程的不同，單砂體間便具有了不同的構型模式：1○前積式：由前積作用形成，一期一期的砂體向前推進成斜列狀，砂體傾向與水流方向一致，這種模式通常是在湖退過程中形成。2○加積式：沉積主要受控于地殼的升降運動，砂泥巖向上一層層覆蓋而形成，實際上前積、退積、側積的部分剖面段同時也具有加積特征。3○退積式：沉積早期水動力強，砂體沉積于遠離物源區(qū)，而后期隨著水動力一次次減弱，砂體向近源區(qū)沉積而形成這種模式或是在湖進過程中形成的，這種情況下單砂體的疊加模式正好與前積式相反。4○側積式：主要見于垂直水流（切物源）方向上，是由于分流河道的側向遷移造成，剖面特征與前積式類似。上述4 種模式中，除了加積式中單砂體間的區(qū)域性夾層橫向上與分流間泥巖相接觸外，其他3 種模式中區(qū)域性夾層無論在上傾方向或是在下傾方向均與上覆或下伏隔層沉積時間單元的泥巖呈切線相交或在側向上與分流間泥巖相接觸。（2）構造成因：主要是斷層造成砂體側向不連續(xù)，出現(xiàn)砂對泥的情況，從而斷層成為單砂體的側向邊界（圖4b）。（3）成巖成因：主要是由于膠結作用從而使儲層失去滲透性而成為單砂體的側向邊界（圖4c）。

圖4 單砂體成因基本模式示意圖Fig.4 Genetic models of the single sand body

3.2 單砂體識別標志

3.2.1 沉積成因的單砂體

在儲層沉積時間單元內(nèi)，要確定單砂體，首先要識別出夾層特別是區(qū)域性夾層。

夾層是指在儲層沉積時間單元內(nèi)部砂巖層內(nèi)所分布的相對非滲透層。夾層在注采井范圍內(nèi)的分布狀況，對油水運動有著很大的影響。一般說來，只要在注采井組內(nèi)分布比較穩(wěn)定的夾層，對油水就能起到屏蔽的作用。不穩(wěn)定夾層越多，其層間非均質(zhì)性越強，油水運動與分布也就越復雜。

工區(qū)內(nèi)常見的夾層類型有巖性夾層（圖5a）與物性夾層（圖5b）兩種。

圖5 夾層Fig.5 Interlayer

巖性夾層是由非滲透性的巖性如泥巖等形成的夾層，其滲透率較小甚至為0。在不同的沉積體系，夾層的成因不同。對于辮狀河三角洲前緣亞相沉積，夾層的形成受控于分流河道的形成期次，在分流河道發(fā)育的間歇期，湖水中泥質(zhì)含量較高，常形成夾層。一般來講，越向深水區(qū)，泥巖夾層越多、厚度越大。而在水下分流河道橫向上發(fā)生遷移過程中，主河道砂質(zhì)較多，分流河道間泥質(zhì)較多，從而形成泥巖夾層。由于河口壩的位置隨分流河道的變化而變化，所以河口壩中也會發(fā)育泥巖夾層。巖性夾層主要是泥巖沉積（圖5a），一般自然伽馬相對較高、滲透率接近于零。

物性夾層是指儲層中雖然均為砂巖，但其物性差別較大，部分儲集巖類由于雜基含量大或膠結、交代等成巖后生作用使得孔隙空間、滲透率等物性參數(shù)極不利于流體在其中儲存及流動（甚至可以起到遮擋層的作用），這部分就是物性夾層（圖5b 上VII-13 儲層沉積時間單元內(nèi)部的藍色條帶）。物性夾層可根據(jù)滲透率絕對值≤0.1 mD 直接確定。

夾層可以區(qū)域性分布，也可能局部分布，也有學者把前者稱作夾層沉積時間單元。區(qū)域性分布的夾層并沒有量化的指標，只是相對局部夾層而言的。一般來講，區(qū)域性夾層可以在相鄰的多井間對比，而局部夾層只存在于小范圍內(nèi)，可能1～2 個井區(qū)，一般無法橫向?qū)Ρ?。區(qū)域性夾層是確定單砂體的主要依據(jù)，在三維空間常有特征的分布規(guī)律，據(jù)此可以將其分隔的單砂體確定為前積、加積、退積及側積等模式（圖4a）。每個單砂體在平面上常呈朵葉狀或不規(guī)則狀、在剖面上多成透鏡狀特征，如圖3 上VII-5C 區(qū)域性夾層所分隔的上、下兩個單砂體均為透鏡狀，下伏的透鏡狀單砂體核部（最厚處）在YG7651 井區(qū)，上覆的透鏡狀單砂體核部（最厚處）在Y253 井區(qū)。

3.2.2 斷層成因的單砂體

這類單砂體的識別主要是斷層的識別，一旦斷層確定了，單砂體的邊界也就確定了。斷層識別的方法主要有3 個。

（1）通過小層對比來識別。在小層對比時，通過地層的缺失和重復來確定斷點，在圖6a 上通過小層對比可知，Y4440 井上的VII-5 小層在Y453 井上缺失，再經(jīng)過相鄰井論證，Y453 井的VII-5 小層缺失點即為F14正斷層的斷點。在圖6b 上通過小層對比可知，VII-5 小層在3 口井上均有，但Y8950井重復出現(xiàn)，故判定該井為逆斷層斷點，結合相鄰井確認無誤，F(xiàn)10斷層經(jīng)過此點。

（2）通過地震同相軸的錯斷可識別井間斷層。這是最直接的一種斷層識別方法，可在地震剖面上連續(xù)追蹤。在圖6c 上過Y733 井和Y7340 井的地震剖面上出現(xiàn)明顯的同相軸錯斷，顯然這是構造斷裂造成的，經(jīng)綜合解釋為F13斷層。

（3）根據(jù)取芯資料識別斷層。這也是最直接的斷層識別方法，但需要地震資料或多井資料配合才能確定斷層展布特征。從圖6d 可以看出，砂泥巖側向上直接對接，很明顯是斷層所致。

圖6 斷層的識別Fig.6 Identification of fault

上述3 種方法確定的斷層，在斷層具有封閉性的條件下[25-26]，都可作為單砂體的邊界。

3.2.3 膠結成因的單砂體

由于膠結作用，儲層儲滲空間被膠結物占據(jù)，從而失去滲透性而成為單砂體的邊界。膠結作用可以通過兩種方法來識別：（1）通過取芯資料的薄片鑒定加以識別確認，如圖7a 所示，硬石膏連晶膠結幾乎破壞了原所有孔隙空間，而使儲層失去滲透性，從而可作為單砂體邊界。（2）通過組合測井進行識別，由于取芯資料有限，所以，可以借助自然伽馬與自然電位組合測井判斷是否存在成巖膠結作用，如圖7b 所示，VII-5 小層中的砂體在3 口井均有，因為3 口井的自然伽馬均為低值；反映儲層滲透性的自然電位曲線在Y433 井、Y5451 井均為負異常，說明滲透性很好，而在中間的YZ39 井則為一平直段，不具滲透性，這說明砂體雖有但卻致密，因而反映了膠結作用很強，所以在該井區(qū)應為單砂體邊界。

4 VII-5 小層儲層沉積時間單元單砂體特征

4.1 “四積”特征

“四積”是對三角洲沉積作用中的前積、退積、加積及側積的一個總稱。根據(jù)VII-5 小層中儲層沉積時間單元的沉積特征，對其“四積”特征進行了仔細分析，總的來講，工區(qū)大部分地區(qū)VII-5 小層中儲層沉積時間單元由加積體組成（圖8），而部分地區(qū)則表現(xiàn)為前積、側積、甚至退積的綜合體，并分為兩期，兩期之間為一區(qū)域性夾層VII-5C，兩期砂體的分布有所不同（圖8，圖9）。分析其原因，主要是因為三角洲相存在多個分流河道，每個分流河道的水動力強度、攜砂量、側向擺動或遷移幅度等在不同時期、不同地域都在發(fā)生變化，就造成了“四積”現(xiàn)象在不同地方表現(xiàn)不同。

圖9 上盤VII-5 小層中儲層沉積時間單元兩期砂體疊合圖Fig.9 Superimposed diagram of two-period sand bodys of reservoir sedimentary time unit in the subzone VII-5 of the hanging wall

4.2 單砂體特征

第1 期砂體（圖8 中VII-5D）分布于VII-5 小層的下部，在圖9 上為藍色橫線區(qū)域。這期砂體由10 個單砂體組成。其中，1-a（1 期第a 個單砂體）單砂體位于工區(qū)西部，為近北西向展布的長條狀砂體，向東南方向分為兩支，左側的一支到邊界斷層，右側的一支延伸到YZ39 井區(qū)，該砂體的分布主要由沉積作用控制，只是右側一支的前端受成巖膠結帶控制（圖7）。1-b 單砂體位于1-a 單砂體右側分支的前端，與1-a 右分支砂體為同期連續(xù)沉積，但由于膠結作用的封堵使二者成為不同的單砂體。1-c單砂體位于1-b 的前端，分布范圍有限，呈橢圓狀，屬三角洲前緣區(qū)經(jīng)再次改造的遠砂壩砂體，孤立分布，受沉積作用控制。1-d 單砂體位于工區(qū)東南角，與1-c 單砂體特征類似。1-e 單砂體位于工區(qū)西北部，且處于1-a 與1-f 砂體之間，分布局限，受沉積作用控制。

1-f 單砂體為位于工區(qū)中部的北西向展布的條帶狀分布的規(guī)模較大的砂體，其中，前端有4 個分支，主要受沉積作用控制，但最左側的一個分支，其前端被F13斷層截斷，從而分離出1-g 單砂體，該砂體分布范圍小，這兩個單砂體同時受沉積和斷層雙因素控制。1-h 單砂體類似于1-c，這里不再贅述。1-i 單砂體位于工區(qū)東北部，具“人”字形特征，向東分為兩支，受控于沉積作用。1-j 單砂體位于工區(qū)東部，屬三角洲前緣區(qū)經(jīng)再次改造的遠砂壩砂體，孤立分布，受沉積作用控制。

第2 期砂體（圖8 中VII-5B）分布于VII-5 小層的上部，在圖9 上為紅色豎線區(qū)域，很明顯，這期砂體的分布范圍較下伏砂體大。這期砂體由7 個單砂體組成。2-a 單砂體位于工區(qū)西部，呈北西向長條狀分布，向東南有兩個分支，其中，右邊的一個在YZ39 井區(qū)因成巖膠結作用的封堵而分離出一個2-b 單砂體，長條狀，但范圍有限，這兩個單砂體同時受沉積和成巖雙因素控制，但以前者為主。2-c單砂體位于2-b 單砂體的前端，分布范圍有限，呈橢圓狀，屬三角洲前緣區(qū)經(jīng)再次改造的遠砂壩砂體，孤立分布，受沉積作用控制。2-d 單砂體位于工區(qū)中部，呈北西向帶狀分布，延伸到I 號斷層附近，但在砂體左右兩側的前端分別被F13和F10斷層切割出2-e 和2-f 兩個單砂體，這兩個單砂體分布局限，由上知道2-d、2-e、2-f 這3 個單砂體均受沉積和斷層等因素控制。2-g 單砂體分布于工區(qū)東北部，形狀不規(guī)范，北西向展布，中部雖有斷層，但對單砂體不起控制作用，主要受沉積作用控制。

綜上所述，VII-5 小層中儲層沉積時間單元由兩期沉積砂體組成，這兩期砂體大部分地區(qū)以加積為主，部分地區(qū)表現(xiàn)為側積、前積和退積特征，“四積”發(fā)育的強度取決于沉積時的古地理條件，沉積時每個分流河道的水動力強度、輸砂量、側向擺動或遷移幅度。從圖9 中的砂體尖滅線可知，VII-5小層只有兩個單砂體，除了東南角一個小的單砂體，工區(qū)其他大部分地區(qū)為連片分布的單砂體，但經(jīng)過分期次單砂體分析后可知，第1 期沉積體中有10 個單砂體；第2 期沉積體中有7 個單砂體。顯然，對于該油田“薄、多、散、雜”砂體特征而言，這17 個單砂體的研究成果更適合于油田開發(fā)方案的調(diào)整與部署，對提高油田產(chǎn)量意義重大。

5 結論

（1）在小層劃分的基礎上，首次對尕斯庫勒油田N1—油藏VII 砂組沉積時間單元進行了劃分，識別出了各小層儲層、隔層沉積時間單元及區(qū)域性夾層，并重點細分了VII-5 小層的各沉積時間單元。

（2）首次提出單砂體的完整概念，認為在三維空間，被周圍非滲透性的封隔層所包圍的獨立砂體稱為單砂體。提出了單砂體受沉積、構造、成巖三大因素控制，明確了在這三大因素控制下單砂體的識別標志，同時總結了單砂體的基本構型模式。

（3）通過沉積期次、“四積”研究及對沉積、構造、成巖因素的綜合分析，成功地將這套研究方法應用于尕斯庫勒油田VII-5 小層，把原來小層級別的兩個單砂體劃分為沉積時間單元級別的17 個單砂體，使單砂體的研究精度大大提高，為油田剩余油開發(fā)打下了良好的基礎。