基于灰色理論指導(dǎo)的儲(chǔ)層構(gòu)型半定量表征及優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)
——以西湖凹陷A構(gòu)造花港組H3砂層組為例

姜雪，熊志武

中海石油（中國(guó)）有限公司上海分公司，上海 200335

厚層辮狀河道儲(chǔ)集層內(nèi)部發(fā)育多種類型隔夾層，各隔夾層形態(tài)和規(guī)模相差大，而隔夾層展布的定量研究對(duì)厚層砂巖中骨架河道刻畫(huà)和河道期次劃分意義重大。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者多側(cè)重于露頭和現(xiàn)代沉積的河流相儲(chǔ)層構(gòu)型研究，對(duì)地下儲(chǔ)層構(gòu)型的研究多集中于曲流河儲(chǔ)層，有關(guān)辮狀河道儲(chǔ)層的定量表征研究較少[1-5]。

西湖凹陷A構(gòu)造其花港組主力目的層H3砂層組發(fā)育厚層辮狀河道砂巖，滲透率多為（0.1～10）×10-3μm2，儲(chǔ)層質(zhì)量較差，為低滲——特低滲儲(chǔ)層。多口井取心資料證實(shí)，物性整體隨著埋深的加大而變差，橫向及縱向非均質(zhì)性強(qiáng)，因此，尋找優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)是產(chǎn)能釋放、儲(chǔ)量升級(jí)的攻關(guān)方向。

前人定性評(píng)價(jià)認(rèn)為強(qiáng)水動(dòng)力、穩(wěn)定、低擺動(dòng)條件下的骨架河道砂體為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)，但骨架河道的期次、連通性及其展布范圍尚需進(jìn)一步研究。因此，本文引入灰色理論進(jìn)行半定量研究，通過(guò)隔夾層的識(shí)別，半定量劃分河道砂體期次，再利用與工區(qū)構(gòu)造、沉積背景相似地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算單河道寬厚比和砂地比，明確河道連通性及展布范圍，為下一步勘探開(kāi)發(fā)指明方向[6-9]。

1 地質(zhì)概況

西湖凹陷位于東海陸架盆地東北部，是隸屬于東海陸架盆地的次級(jí)構(gòu)造單元，呈NNE向展布，東臨釣魚(yú)島隆褶帶，西臨海礁隆起，北部為虎皮礁隆起。自西向東可劃分出西斜坡、中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶以及東部斷階帶[10-13]（圖1）。西湖凹陷新生代經(jīng)歷基隆運(yùn)動(dòng)、甌江運(yùn)動(dòng)、玉泉運(yùn)動(dòng)、龍井運(yùn)動(dòng)和沖繩海槽運(yùn)動(dòng)，將新生代自下而上分為斷陷期、拗陷期和區(qū)域沉降期3大構(gòu)造演化階段，發(fā)育始新統(tǒng)平湖組、漸新統(tǒng)花港組、中新統(tǒng)龍井組、玉泉組、柳浪組、上新統(tǒng)三潭組與更新統(tǒng)東海群等地層，其中本次研究的主要目的層位為漸新統(tǒng)花港組[13-17]（表1）。花港組自下而上發(fā)育H12——H1砂層組，A構(gòu)造氣層分布在花港組H3——H9，H3為主力目的層。西湖凹陷花港組為東緣受強(qiáng)擠壓的大型坳陷盆地充填沉積，并經(jīng)歷兩期從坳陷沖積平原-大型軸向河流體系-湖泊三角洲體系-淺水湖泊充填演化過(guò)程。花港組下段為強(qiáng)坳陷次幕充填沉積，具“北高南低、北窄南寬、三源三匯多通道”的古構(gòu)造地貌格局；花港組上段為裂后擠壓I幕弱坳陷次幕充填沉積，該階段繼承了花下段沉積時(shí)的古構(gòu)造地貌格局，但其沉積沉降中心逐漸移向坳陷中部，H5——H3砂組為低容納空間背景下的多源匯聚大型軸向河道體系沉積；H2——H1砂組充填時(shí)為高容納空間背景下的湖泊體系、湖泊三角洲體系沉積。

表1 西湖凹陷地層簡(jiǎn)表Table 1 Stratigraphic column of the Xihu Sag

圖1 西湖凹陷構(gòu)造帶位置及鉆探井位Fig.1 Regional tectonic pattern of the Xihu Sag

2 隔夾層識(shí)別與劃分

隔夾層是沉積過(guò)程中河流水動(dòng)力條件變化或沉積后成巖作用導(dǎo)致沉積物巖性差異而形成的，隔夾層與不同級(jí)次的構(gòu)型界面相對(duì)應(yīng)。一類是基準(zhǔn)面下降晚期或上升早期，可容納空間增量小于沉積物供給量，多見(jiàn)于巖性突變面，如各級(jí)沖刷面等；界面之上多發(fā)育大套泥巖隔層，測(cè)井曲線多位于基線附近，呈線形或微齒線形。另一類是基準(zhǔn)面持續(xù)上升期，此時(shí)沉積物供給量小于可容納空間增量，物源供給不足，沉積物以粉砂巖、泥巖等細(xì)粒為主，易形成落淤層夾層、鈣質(zhì)夾層等，測(cè)井曲線呈現(xiàn)小幅回返，自然伽馬異常幅度小于1/3，電阻、聲波曲線異常幅度1/3～2/3[18-19]。

西湖凹陷A構(gòu)造已鉆井揭示該區(qū)花港組砂層厚度大，錄井資料顯示H3砂層厚度可達(dá)100余米，巖性為多種粒徑砂巖，穩(wěn)定泥巖不發(fā)育，僅利用單一測(cè)井曲線難以準(zhǔn)確識(shí)別隔夾層類型，嚴(yán)重制約了單砂體和單河道的劃分，故而本文引入灰色理論，選取對(duì)泥巖敏感的GR、RT與DEN曲線值，計(jì)算各曲線的權(quán)重指數(shù)，從而擬合出表征隔夾層類型的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)IRE，同時(shí)可以看出IRE值與泥質(zhì)含量有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系（圖2）；通過(guò)對(duì)比取心段IRE值與隔夾層對(duì)應(yīng)關(guān)系，確定工區(qū)隔夾層定量劃分標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而得出全井段的隔夾層分布特征[20-21]。

圖2 IRE與泥質(zhì)含量關(guān)系Fig.2 Diagram of IRE vs mud content

以A1井為例，通過(guò)計(jì)算可知，選取的三條曲線GR、RT、DEN 權(quán)重指數(shù)分別為0.46、0.36和0.18，將原曲線值與權(quán)重指數(shù)分別相乘再求和，即可得到該井區(qū)指示隔夾層類型的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)IRE值。結(jié)合錄井資料可知，H3頂部厚層泥巖隔層測(cè)井曲線回返幅度小，位于泥巖基線附近，且IRE值明顯偏高，為51～110；中間砂礫巖發(fā)育段揭示落淤層夾層測(cè)井曲線回返顯著，IRE值偏低，為24～45。對(duì)照IRE值，H3砂層組100 余米的厚砂巖可識(shí)別出3大套共10期河道砂體。其中滲透率在1×10-3μm2以上的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層主要發(fā)育在H3b正旋回的中下部，其IRE值低，多為25～30，指示隔夾層均為落淤層，處在滯留沉積發(fā)育的上覆砂體之中，是在多次洪泛事件不斷向下游移動(dòng)過(guò)程中垂向加積而成的正向地貌，主要是一套以粗粒沉積為主的沉積物，巖相組合為強(qiáng)水動(dòng)力條件下的大量含礫砂巖-中粗砂巖-中砂巖，其滲透率往往較高，可以達(dá)到1×10-3μm2以上，判斷為I類儲(chǔ)層。H3c IRE值略高，集中在36～45，泥巖夾層逐漸增加，水動(dòng)力條件減弱，巖相組合表現(xiàn)為少量砂質(zhì)礫巖-少量塊狀層理中粗砂巖-大量塊狀及平行層理細(xì)砂巖，滲透率大于1×10-3μm2的儲(chǔ)層也相對(duì)減少，判斷為II1類儲(chǔ)層。而H3a IRE更高，隔夾層多泥巖層，多為洪水退卻期水流波動(dòng)在心灘頂部沉積物質(zhì)；或者為局部動(dòng)蕩洪水期淹沒(méi)心灘，形成類似于天然堤的沉積。由于水動(dòng)力環(huán)境較弱，其沉積物粒度較細(xì)，代表弱水動(dòng)力的細(xì)粒砂巖增多，物性更差，滲透率往往較低，多小于1×10-3μm2，為 II2 類儲(chǔ)層（圖3，表2）

表2 IRE與儲(chǔ)層類型定量關(guān)系Table 2 Quantitative relationship between IRE and reservoir type

圖3 A1井隔夾層識(shí)別與劃分Fig.3 Identification and division of barrier and interlayer in Well A1

利用灰色理論對(duì)A構(gòu)造其他各井進(jìn)行劃分與識(shí)別，并在儲(chǔ)層隔夾層類型、厚度和頻率認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，對(duì)隔夾層在剖面上的分布展開(kāi)進(jìn)一步的研究。在H3沉積早期，3口井隔夾層均發(fā)育較少；進(jìn)入H3沉積中期，A5井和A4井隔夾層開(kāi)始增多，其中A5井發(fā)育薄厚不等的隔夾層，A4井則發(fā)育厚層隔夾層；H3沉積晚期，各井的隔夾層開(kāi)始豐富發(fā)育起來(lái)。但是各井間差異也尤為凸顯，其中A5井的隔夾層發(fā)育頻繁，縱向上反復(fù)切割砂體，且發(fā)育厚度較薄，使得儲(chǔ)層的非均質(zhì)性進(jìn)一步加劇；A4井則發(fā)育大套厚層的隔層，儲(chǔ)層基本不發(fā)育（表3、圖4）。

圖4 A構(gòu)造H3儲(chǔ)層物性分布連井剖面Fig.4 The crosswell profile of H3 reservoir physical distribution in the A Structure

表3 A構(gòu)造H3 IRE值與隔夾層類型劃分Table 3 The IRE value of A Structure and the corresponding interlayer type

3 單河道展布規(guī)模確定

在單河道砂體識(shí)別劃分的基礎(chǔ)上，從井資料上讀出各單河道的厚度，如果能得到工區(qū)河道寬厚比，就能進(jìn)一步計(jì)算出單河道的展布范圍。通過(guò)調(diào)研，本文建立了一套通過(guò)計(jì)算單河道滿岸深度，定量刻畫(huà)單河道展布規(guī)模的經(jīng)驗(yàn)公式[22-24]。

首先通過(guò)巖心資料，統(tǒng)計(jì)出工區(qū)H3交錯(cuò)層系組的平均厚度h1為0.6 m，從而利用公式（1）、（2）計(jì)算出沙丘高度h2為1.76 m，再利用公式（3）得出單河道滿岸深度h3為18.7 m，通過(guò)單河道滿岸深度h3與單河道寬度wb的關(guān)系式（4），得到單河道寬度wb為726.8 m，最后得到工區(qū)寬厚比A為38.87，而該寬厚比與井上讀出的各單河道砂體厚度的乘積即為各期河道橫向展布范圍。通過(guò)計(jì)算可知，A1井區(qū)單河道展布范圍為1.1～2.3 km，符合辮狀河三角洲河道寬度一般為1～3 km的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值。

4 單河道砂體平面展布特征刻畫(huà)

根據(jù)野外露頭研究，辮狀河三角洲單河道砂體常疊置出現(xiàn)，并能進(jìn)一步劃分為疊拼式、側(cè)拼式和孤立式3大類。各單砂體垂向厚度和砂地比與砂體橫向連通性呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，垂向上的砂巖含量大致等于平面上單河道的密度，等于橫向上砂體連通的概率，能夠反映平面上單河道砂體連通的概率；單砂體垂向厚度越大，砂地比越高，單河道密度越高，橫向連通概率越大[25-26]。

單河道砂體厚度大于10 m，砂地比大于80%時(shí)，GR曲線多表現(xiàn)為箱型，齒化程度低，單砂體連通性好，以疊拼式為主。單河道砂體厚度為5～10 m，砂地比多為50%～80%，GR曲線以鐘型-齒化箱型為主，砂體連通性變差，多呈側(cè)拼式出現(xiàn)。單河道砂體厚度小于5 m，砂地比小于50%時(shí)，砂體連通性更差，多為孤立砂體出現(xiàn)。通過(guò)統(tǒng)計(jì)西湖凹陷A構(gòu)造砂體厚度和砂地比可知，A構(gòu)造花港組H3砂層組單砂體厚度均大于10 m，最大可達(dá)25 m，多集中在15 m，砂地比均大于85%，所以認(rèn)為該區(qū)砂體以疊拼式為主。

在單井類比的基礎(chǔ)上，我們基于“旋回對(duì)比、分級(jí)控制、厚度約束”的原則，對(duì)井間也進(jìn)行了類比。以同一油氣藏系統(tǒng)的A1井和A5井為例，A1井和A5井巖性組合自下而上共識(shí)別出10期砂體，這10期砂體表現(xiàn)出細(xì)——粗——細(xì)的特征，粗粒相帶主要集中于4——6期砂體發(fā)育，反映河道早期穩(wěn)定，晚期擺動(dòng)的特征；測(cè)井相多表現(xiàn)為箱型，A5井齒化程度強(qiáng)，局部可見(jiàn)漏斗型；從地震相來(lái)看，兩口井早期同相軸變化弱，中晚期同相軸向A5井逐漸發(fā)散。結(jié)合巖心相、測(cè)井相和地震相認(rèn)為，A1井與A5井間距3.17 km，屬同一復(fù)河道帶之內(nèi)，但處于不同的部位，A1井更靠近河道的中心部位，A5井處于河道側(cè)緣。而兩口井砂地比約84%，自下而上單砂體厚度逐漸減薄，延伸寬度逐漸減小，所以推測(cè)砂體為拼疊型展布，且平面上同一套砂體連通性逐漸變差（圖5）。

圖5 A5井與A1井砂體精細(xì)對(duì)比Fig.5 Detailed comparison of sand bodies between well A5 and A1

從A1、A2、A4井來(lái)看，依然可以劃分出10期砂體，與A1井相比，A2井GR值更低，晚期粗粒更為發(fā)育，地震相變化規(guī)律相似，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層占比略高，由于不屬同一油氣藏系統(tǒng)，認(rèn)為A2井處于另一條分流河道的中心部位；A1井與A4井相比，A4井晚期河道不發(fā)育且自然伽馬齒化程度增高，且不屬于同一油氣藏系統(tǒng)，因此認(rèn)為A4井處于另一條分流河道的側(cè)緣（圖6）。

圖6 A2井——A1井——A4井砂體精細(xì)對(duì)比Fig.6 Fine comparison of sand bodies among wells A2-A1-A4

5 優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)

優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的形成和發(fā)育受到兩個(gè)方面因素的制約，其中沉積作用起決定性作用，構(gòu)造和成巖作用是對(duì)沉積物改造的作用，一定程度上受沉積作用制約。綜合構(gòu)造、沉積與成巖作用等多方面的研究，認(rèn)為在沉積卸載區(qū)內(nèi)，高砂地比發(fā)育區(qū)，穩(wěn)定、低擺動(dòng)、強(qiáng)水動(dòng)力條件、低泥質(zhì)含量條件下的粗粒相帶，后期易于受溶蝕改造的分流河道砂巖控制優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的發(fā)育。結(jié)合常規(guī)地震復(fù)合微相、瞬時(shí)地層切片、沉積微相及強(qiáng)溶蝕區(qū)分布，對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育的優(yōu)勢(shì)相帶展開(kāi)預(yù)測(cè)。

A構(gòu)造H3古地貌呈現(xiàn)北高南低的趨勢(shì)，使得南塊成為有利的匯水聚砂地區(qū)（圖7a）。地震相顯示，在A構(gòu)造南塊同相軸數(shù)量增加，前積特征顯著（圖7b、c），發(fā)育多期頂平底凸下切河道，多期河道呈縱向疊置橫向交切發(fā)育（圖7d）。因此，認(rèn)為南塊所處的沉積卸載區(qū)控制古水流向南在地勢(shì)低洼區(qū)內(nèi)匯聚，使得多期厚層辮狀化分流河道的主體砂巖儲(chǔ)層在該塊發(fā)育，這一背景同樣有利于高砂地比區(qū)在南塊發(fā)育。

圖7 A構(gòu)造H3古地貌及地震復(fù)合微相河道識(shí)別Fig.7 The paleogeomorphology of H3 in the A Structure and channel microfacies identification from seismic profile

在H3沉積時(shí)期，西湖凹陷A構(gòu)造主要受西部側(cè)向和軸向物源影響，其中A1井與A5井處于同一條分流河道帶之內(nèi)，但分處不同部位，A1井區(qū)位于分流河道帶多期疊置的中心部位，而A5井區(qū)則位于分流河道帶側(cè)緣部位，且分流河道由北向南有變好的趨勢(shì)；A4井位于另一條分流河道之內(nèi)，且受到軸向物源和側(cè)向擠壓應(yīng)力影響，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層不發(fā)育（圖8a）。

結(jié)合優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層主控因素，粗粒相帶是控制優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育的關(guān)鍵，經(jīng)過(guò)梳理發(fā)現(xiàn)砂地比與粗粒相帶發(fā)育呈正相關(guān)。因此借助反演數(shù)據(jù)體，對(duì)平面砂地比進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)合前期分流河道帶的展布規(guī)模與范圍刻畫(huà)，形成H3粗粒相帶的預(yù)測(cè)分布圖，A構(gòu)造南塊處于粗粒相帶的發(fā)育區(qū)（圖8b）。

圖8 H3沉積微相及粗粒相帶分布圖Fig.8 Sedimentary microfacies and the distribution of coarse-grain facies in H3

A構(gòu)造花港組H3儲(chǔ)集空間類型為原生孔+次生溶蝕孔+少量微裂縫，溶蝕作用對(duì)砂體物性的改善是另一優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層控制因素（圖9）。中成巖A期主要受有機(jī)酸溶蝕，其主要來(lái)源為下伏平湖組烴源巖，因此，有效的供酸斷裂體系及長(zhǎng)時(shí)間的酸性環(huán)境，是形成強(qiáng)溶蝕區(qū)的關(guān)鍵。

圖9 A構(gòu)造花港組溶蝕面孔率與物性關(guān)系Fig.9 Relationship between the porosity ratio in dissolution surface and the physical property in Huagang Formation of the A Structure

在明確溶蝕作用控制優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育的基礎(chǔ)上，對(duì)強(qiáng)溶蝕區(qū)進(jìn)行了平面預(yù)測(cè)。強(qiáng)溶蝕區(qū)主要分布在通源主控?cái)嗔袴1兩側(cè)，由于南塊通源斷裂更為發(fā)育，南塊的強(qiáng)溶蝕區(qū)范圍也更大（表4，圖10a）。在沉積微相、粗粒相帶、強(qiáng)溶蝕區(qū)預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，將三圖進(jìn)行疊合，認(rèn)為A構(gòu)造南塊為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育的有利區(qū)（圖10b）。

圖10 A構(gòu)造H3強(qiáng)溶蝕區(qū)分布及有利區(qū)帶疊合圖Fig.10 Distribution of strong dissolution area in A Structure H3 and the superimposition map with promising reservoir

表4 強(qiáng)溶蝕區(qū)劃分依據(jù)Table 4 Identification criterion for the division of diagenetic facies in strong dissolution area

6 結(jié)論

（1）H3厚層砂巖儲(chǔ)集層內(nèi)發(fā)育2種類型隔夾層：落淤層夾層和泥巖層隔層。其中物性最好的中部低IRE值段，隔夾層均為落淤層，為I類儲(chǔ)層；而上部IRE高，隔夾層多泥巖層，物性差，為II2類儲(chǔ)層。

（2）工區(qū)內(nèi)單河道寬厚比為38.87，結(jié)合單砂體厚度，折算出各期河道展布范圍為1.1～2.3 km。A構(gòu)造H3砂地比多在70%以上，所以認(rèn)為該區(qū)砂體多呈現(xiàn)疊拼型，垂向上連通性有所變化。

（3）基于前期建立的河道發(fā)育模式，在地震復(fù)合微相指導(dǎo)下，對(duì)H3早期河道進(jìn)行識(shí)別和追蹤，認(rèn)為復(fù)合河道帶向南交匯增多，水動(dòng)力更強(qiáng)，更利于優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育。最后結(jié)合沉積微相、粗粒相帶及成巖相分布特征，認(rèn)為A構(gòu)造南部有利儲(chǔ)層更為發(fā)育。