储层构型(Reservoir architecture)的概念最早由Miall提出,其核心是“层次分析”,即研究不同级次成因单元的空间形态、规模和接触关系[1-2]。构型层次分析方法最早应用于曲流河、辫状河等河流体系的现代沉积和野外露头观察,目前国内学者也将该方法引入地下储层研究,其对于揭示储层建筑结构及其内部非均质性具有重要意义[3-5]。区别于常规深水三角洲,浅水三角洲作为一种特殊的沉积类型,发育于水体较浅、构造相对稳定、整体沉降缓慢的拗陷湖盆中[6-10],根据其沉积骨架砂体的差异可分为分流河道型和分流砂坝型[7]。国内外学者对浅水三角洲沉积相带组合、构型单元特征以及夹层分布模式进行了研究,认为砂质供给和浅水湖盆可容空间的变化控制了浅水三角洲的砂体分布[8-11];单一构型单元内部发育顺物源前积式夹层[12-13]和切物源水平式垂积夹层[12]。然而这些研究多倾向于认为浅水三角洲完全河道化,沉积砂体为分流河道在水下延伸卸载所形成,并未对分流砂坝型浅水三角洲进行深入探究。
近年来,随着现代沉积观察及水槽沉积模拟被广泛应用于浅水三角洲储层研究,对分流砂坝型浅水三角洲的认识也进一步得到了加深。张昌民通过对现代鄱阳湖和洞庭湖现代沉积观察,认为分流砂坝型浅三角洲平面上呈现典型的朵叶状分布,朵叶体内部连续沉积,朵叶体间发育分流间湾沉积[7];张新涛根据井震资料对渤海海域明下段浅水三角洲的发育条件进行了研究,认为分流砂坝型浅水三角洲主要发育于相对高水位的湖侵域,砂体整体薄而连片性极好[9];尹太举通过观察三门峡现代沉积认为分流砂坝型浅水三角洲砂体呈现坨状分区分布,不同坨状砂体沉积区之间为先期分流河道废弃形成的细粒沉积[14];朱永进利用水槽沉积模拟对分流砂坝型浅水三角洲的分布进行了研究,认为该类型浅水三角洲不同期次沉积砂体发生频繁的迁移和被改造,难以追踪出完整的分流体系,以单个朵叶体叠覆的方式沉积,不存在明显的垂向分层和平面分带特征[15-17]。
总体上看,对分流砂坝型浅水三角洲的研究以现代沉积观察和水槽沉积模拟为主,多集中在其成因机理和宏观分布特征,鲜有学者利用密井网资料对其开展精细刻画,内部构型单元空间展布特征及其对注入水开发的影响还不甚清楚。因此,本文以渤海海域A油田明下段Ⅱ油组1小层为例,通过对其精细解剖,探讨分流砂坝型浅水三角洲不同级次构型单元类型、特征及空间分布规律,为下一步调整井部署及后续剩余油挖潜提供科学依据。
1 地质概况A油田位于渤海南部海域黄河口凹陷中北部,北靠渤南低凸起,南依莱北低凸起,为一继承性发育并被断层复杂化的断块构造(图 1)。
研究区受南北两组掉向相反的北东向正断层控制,主力含油层系为明化镇组明下段Ⅱ油组,以浅水三角洲沉积为主,油藏埋深1 180~1 450 m,为岩性—构造油气藏。根据岩性组合、旋回变化及测井曲线特征将明下段Ⅱ油组划分为6个小层。A油田于2009年初投产,已开发7年,钻井80余口,井距150~350 m,目前综合含水率已达72%,但采出程度仅为17%,剩余油仍有较大潜力。为了给油田提供剩余油挖潜依据,迫切需要开展储层构型研究。
2 现代浅水三角洲沉积类比在进行储层构型研究之前,往往需要确定研究区目的层段的沉积模式。考虑到浅水三角洲这一特殊沉积地质体沉积模式的不确定性(分流河道型或分流砂坝型),在将露头和现代沉积所建立的原型模型应用于地下储层构型分析之前,需要进行适用性分析。受限于观测手段,本次采用现代沉积来进行适用性分析,即沉积类比。
东鄱阳湖三角洲、鄱阳湖赣江三角洲和Atchafalaya三角洲为3个典型的浅水三角洲,均为物源供给充足、盆地地形坡度平缓条件下所形成,其中,东鄱阳湖三角洲为分流河道型浅水三角洲,进积特征不明显,平面呈条带状(图 2a);后两者为分流砂坝型浅水三角洲[7],沉积骨架为三角状、心滩状的分流砂坝,平面呈朵叶状分布(图 2b,图 2c)。
本次研究通过Google earth等软件获取了不同阶段的浅水三角洲高清卫星照片,从卫星照片中可以看出,初期水上分流河道携带沉积物进入河口区时,湖水(海水)难以对其改造,水上分流河道在水下继续向前延伸(图 2d)。随着时间的推移,河口区分流河道所携带的沉积物逐渐受湖水(海水)顶托作用而发生迅速堆积,使得分流砂坝开始迅速生长(图 2e),此后分流河道不断发生分叉、交汇,对早期所形成的分流砂坝产生一定的改造,最终形成连片朵叶状分布的分流砂坝复合体[18-20](图 2f)。
A油田明化镇组下段Ⅱ油组顶部发育亚平行反射背景下的低角度叠瓦状前积(图 3a),根据沉积学原理,前积地震相是三角洲前缘(分流砂坝或河口坝)的响应[5, 18, 21],这从侧面印证了分流砂坝型浅水三角洲存在的可能性。同时,研究区Ⅱ
这些特征反映了受到波浪改造的牵引流特点,与河口环境处河流、波浪交替的水动力条件相匹配。分析认为研究区Ⅱ
笔者参考Miall构型理论,建立了研究区分流砂坝型浅水三角洲的构型分级系统。
3.1 构型单元特征取芯井资料分析表明,目的层主要发育分流砂坝和分流间湾两类构型单元。分流砂坝岩性以细砂岩为主,可见中砂岩,分选磨圆较好,泥质含量较少,发育波状层理、块状层理。砂体厚度多在2.5~7.0 m,垂向韵律以均质韵律和反韵律为主,也可见部分正韵律,这主要是由于分流砂坝朵叶体中后部靠近河口区,分流河道快速迁移、废弃过程中,水动力逐渐减弱而导致后期细粒沉积物就地卸载。分流砂坝测井曲线形态为中—高幅漏斗形、箱型(图 3),粒度概率曲线由跳跃和悬浮组成,不发育滚动组分,形态多呈3段式。分流间湾是洪水携带所形成的细粒沉积物,多位于分流砂坝之间,岩性以泥岩、粉砂质泥岩为主,砂体厚度一般小于2 m,测井响应为低幅平直状(图 3)。
3.2 构型分级系统构型界面分级是构型解剖的前提,目前,国内尚无统一的分流砂坝型浅水三角洲构型级次划分方案,笔者参照Miall提出的河流相构型界面分级系统[1-2],充分考虑分流砂坝型浅水三角洲的形成过程和分布规律,建立了分流砂坝型浅水三角洲储层内部构型划分方案。其中,七级为分流砂坝型浅水三角洲沉积体,六级为多期分流砂坝叠置体,五级为同期分流砂坝复合体,四级为单一分流砂坝,三级为单一分流砂坝内部增生体,二级为交错层系组,一级为交错层系。
4 分流砂坝构型分析以现代沉积(鄱阳湖赣江三角洲和Atchafalaya三角洲)为原型模型,遵循构型分级系统,采用“模式指导、层次约束”的思路,对分流砂坝型浅水三角洲进行多个层次的构型研究(重点是四级、三级构型)。
4.1 单一分流砂坝分布特征笔者通过开展垂向期次划分和平面边界(侧向、顺源边界)识别,对单一分流砂坝分布进行了研究。
4.1.1 垂向期次划分构型研究的关键是重现不同期次构型单元的空间分布,本质上则是对复合砂体内部构型界面的识别。研究区单一分流砂坝间主要发育泥质夹层,为洪水期所形成的披覆细粒沉积,岩性为泥岩、泥质粉砂岩和粉砂质泥岩,自然伽马曲线呈高值,电阻类曲线值较低,回返明显(图 1)。本次研究根据泥质夹层这一四级构型界面完成了垂向单一期次砂体的划分。
4.1.2 平面边界识别在垂向期次划分的基础上,根据单一构型单元识别标志,通过侧向、顺源双向约束识别构型单元边界。
本次研究以低角度叠瓦前积为依据,以浅水三角洲顺物源多期次沉积[22]为理论指导,在单一期次砂体划分的基础上,采用前积对比方式对单一分流砂坝顺源边界进行刻画(图 4)。通过单井测井曲线回返情况进行判断,若出现明显回返(泥质夹层或泥岩),认为该砂体归属不同的两期单一分流砂坝。在顺源边界划分时,还需结合生产动态资料进行分析,确保所划分的边界符合地质模式。
不同沉积条件(水动力、物源供给)控制形成的分流砂坝特征各异,表现为不同的测井、地震响应特征。研究区可见泥岩沉积、底面高程差异和侧向叠置拼接3种单一分流砂坝侧向边界识别标志,可利用丰富的密井网资料进行初步判断,同时井间根据地震相的变化(连续性、振幅、同相轴视厚度)再精细定边。最终将N
研究区浅水三角洲湖盆地形坡度较缓,构造相对稳定,砂体分布主要受到形成过程(物源供给、湖岸线迁移)控制。分流砂坝的接触样式与其形成过程具有良好的耦合性:沉积初期水体能量较强,携带砂质较多,砂体向湖盆方向大规模前积,垂向上部分叠置;随着向湖盆方向推进距离的增加,惯性力能量迅速削弱,摩擦力逐渐占据主导,砂体前积能力变弱,垂向上主体叠置;沉积晚期砂质供给较弱,经历长距离岸线迁移后,砂体基本不具备前积能力,此时垂向上砂体间以主体叠加为主。而在平面上分流砂坝也呈现出3种拼接样式,早期砂体“离散自由式”侧向迁移,分流砂坝间多被泥岩侧向间隔;随着河口区低洼处被前期分流砂坝占据,后期分流砂坝逐渐在低洼处(图 5)两侧寻找空间卸载沉积,分流砂坝间多以边部侧向拼接;沉积晚期砂质供给较弱,基本不具备侧向迁移能力,分流砂坝间接触样式主要为主体侧向拼接(图 5)。
4.3 分流砂坝内部夹层分布浅水三角洲储层内部3级构型单元的分布(单一砂体内部夹层)大多通过岩芯和野外露头进行研究[12-13],而通过地下密井网空间组合研究存在较大的主观性。研究区分流砂坝内部夹层主要以泥质夹层为主,岩性多为泥岩、泥质粉砂岩和粉砂质泥岩,偶见少量钙质夹层,顺源多呈低角度(小于0.5°)向湖盆方向倾斜分布(图 4)。目前,分流砂坝顺源发育前积夹层这一观点已得到学者们的广泛认可,而其侧向上夹层的分布模式仍不甚明确。因此本次通过沉积过程分析,从成因机理角度揭示了分流砂坝内部侧向夹层分布模式。
沉积过程即通过恢复构型单元形成过程来分析其摆动规律,明确构型单元的发育属性[23-25](侧向迁移或者顺流增生)。沉积过程分析的关键是确定各单一构型单元发育先后顺序[25],由于分流砂坝剖面形态为底平顶凸,因此采用“底面高程法”,通过比较分流砂坝底界面距离该地层底界面这一等时界面的高程差来判别各单一构型单元形成时间,建立空间演化序列,总结形成过程,最终判断单一构型单元的发育属性。值得注意的是,分流砂坝核部和翼部存在一定的视高程差异,因此在实际分析过程中应尽可能地选取各单一分流砂坝相同位置(核部或翼部)来进行分析。
最终,笔者将N
研究区北部(靠近物源区)具有丰富的井网资料,可以利用生产动态资料对夹层分布进行验证。A1、A2、B3、A4井位于同一单一分流砂坝上,其中,A2井为一注水井,A4井为一采油井,后期过路井A3该层段实钻显示为上部未水淹,中部中水淹,下部强水淹。若夹层水平分布,A2井注入水则会相对均匀的向东驱替,难以解释A3井顶部未水淹。而根据沉积过程分析结果,采用侧迭式进行夹层刻画,则能够良好地与实际情况相吻合,受侧迭式倾斜夹层侧向遮挡及重力综合作用,A2井注入水难以在砂体上部推进,主要顺夹层倾向往中下部驱替,导致A3井不同程度水淹(图 6)。
5 分流砂坝型浅水三角洲构型模式以浅水三角洲沉积理论为指导,现代沉积观察为依据,根据分流砂坝平面展布和垂向叠置关系研究,结合单一分流砂坝内部夹层类型和形态分析,建立了分流砂坝型浅水三角洲构型模式(图 7)。
垂向上不同期次的分流砂坝呈现部分垂向叠置、主体垂向叠置和主体垂向叠加3种接触关系。平面上,同期次分流砂坝呈孤立分布、边部侧向拼接和主体侧向拼接3种接触关系。
单一分流砂坝内部发育3种不同成因的泥质夹层,岩性主要为泥岩、泥质粉砂岩和粉砂质泥岩。其中,顺源发育向湖盆方向倾斜的前积夹层,倾角较小(一般小于0.5°),垂直物源方向发育侧迭式和垂积式夹层,侧迭式夹层分布于近物源区,垂积式水平夹层分布于近湖盆区。单一构型单元内部夹层厚度较小(0.4~1.2 m),延伸范围有限,井间夹层大多在一个井距(300 m)以内。
6 结论(1) 确定了研究区分流砂坝型浅水三角洲储层构型分级系统。其中,七级为分流砂坝型浅水三角洲沉积体,六级为多期分流砂坝叠置体,五级为同期分流砂坝复合体,四级为单一分流砂坝,三级为分流砂坝内部增生体,二级为交错层系组,一级为交错层系。
(2) 单一分流砂坝长约600~1 300 m,宽约400~600 m,厚约2.5~7.0 m。总体上呈“早期前积伴随侧向迁移—晚期逐渐超覆加积式”演化。
(3) 单一分流砂坝内部发育前积倾斜夹层、侧迭夹层和垂积水平夹层,其中,顺源方向发育前积倾斜夹层,垂直物源方向发育侧迭式夹层和垂积水平夹层,前者发育于近端物源区,后者发育于远端湖盆区。
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