近年来,深水沉积已成为全球油气储量和产量的重要接替储层,深水沉积体系也成为当前石油地质研究的热点和前沿领域[1-2],复合水道和复合朵体是深水碎屑岩沉积体系的两大基本单元。深水复合水道主要发育于限制性—半限制性的沉积环境,宽厚比小,几何形态特征鲜明,平面上呈蛇曲状,剖面上呈顶平底凸状,利用高分辨率地震资料即可识别和描述。目前,有关深水复合水道的研究已较为深入,对于深水复合水道的演化机制、沉积特征、叠置模式、构型表征等已形成了系统的认识[3-7]。与深水复合水道不同,深水复合朵体主要形成于非限制性沉积环境,横向展布范围广、沉积厚度小、宽厚比大是其典型标志。以往的研究结果表明,深水复合朵体沉积演化过程复杂,内部由多期次级朵叶单元复合叠置而成,并被分支水道改造,形成复杂沉积结构[8-11]。世界上已发现的深水复合朵体油气藏多位于西非、墨西哥湾、孟加拉湾等深海地区。受制于深海高昂的钻井成本,现有针对深水复合朵体的研究手段多依赖于地震资料,辅以有限的钻井、岩心和露头等资料,研究成果多侧重于宏观尺度的沉积演化和沉积模式分析,而对深水复合朵体内部沉积结构的研究仍较为薄弱。基于钻井资料,研究深水复合朵体内部沉积结构,揭示不同沉积结构的储层品质和连通性,可对现有深水复合朵体研究形成良好补充,对深水复合朵体油气藏开发也更具现实意义。
以西非尼日尔三角洲盆地Akpo油田中新统D油组为例,利用测井、岩心和地震等资料,对深水复合朵体沉积单元构成及演化进行研究,解剖深水复合朵体沉积微相特征、沉积演化模式和储层叠置模式,建立深水复合朵体沉积结构与储层品质、储层连通性的对应关系,以期为深水复合朵体油气藏高效开发提供借鉴。
1 地质概况Akpo油田位于西非尼日利亚西南海域的尼日尔三角洲盆地,区域水深超过1.5 km,该盆地自北向南(由陆至海)可划分为后缘拉张伸展构造区、底辟过渡构造区和前缘挤压变形构造区等3个构造带[12-13],Akpo油田位于底辟过渡构造区(图 1)。尼日尔三角洲盆地的沉积物主要来自于尼日尔-贝努埃水系,自始新世起,尼日尔-贝努埃水系携带的大量陆源碎屑在西非大陆架—上陆坡部位持续卸载,形成了厚度为9~12 km的三角洲沉积建造[14]。尼日尔三角洲是一个典型的进积型海相三角洲,自下而上发育Akata组海相泥岩、Agbada组海相三角洲砂岩和Benin组陆相冲积砂岩等3套穿时岩性地层单元[11]。Akpo油田主要含油层系为下中新统—上中新统的Agbada组海相三角洲砂岩,自上而下划分为A,B,D,E,F,G共6个油组,其中D油组处于下陆坡位置,形成于整个进积期的中晚期,砂体呈席状展布,横向延伸距离超过10 km,储层厚度约15 m,宽厚比大于600,为典型的深水复合朵体沉积。
深水朵叶沉积体系是多期沉积的综合产物[16],内部沉积结构复杂,由多期次一级沉积单元复合叠置而成。张佳佳等[10]提出可将深水朵叶沉积体系划分为朵叶复合体组合、朵叶复合体、单一朵叶、朵叶单元、朵叶层、单一岩相等6个级次;李磊等[11]根据分支水道的发育情况,将深水复合朵体划分为近端复合朵体和远端复合朵体。从沉积级次看,D油组为朵叶复合体级别(简称复合朵体),内部包含多个次级单一朵叶,同时D油组发育数期分支水道,为水道化的近端复合朵体。
2 深水复合朵体沉积单元构成尼日尔三角洲盆地Akpo油田中新统D油组埋深超过3 km,平均储层厚度仅为15 m。研究区三维地震资料主频为32 Hz,分辨率可满足D油组顶包络面构造形态解释,但无法满足对D油组内部沉积结构进行细分刻画。该区D油组钻井资料丰富,现有16口钻井录取了自然伽马、电阻率、中子、密度、声波等测井资料,其中AK-3井全直径取心26.6 m (图 2a),并开展了试验分析,包括物性测试43项、粒度分析38项、X-衍射42项以及少量铸体薄片等。就深水区而言,D油组钻井资料较为丰富,且已投产多年,动态认识较为深入,为深水复合朵体内部沉积结构及叠置模式研究提供了必要支撑。
对于单一期次的深水沉积过程而言,其沉积物源供给应是连续无间断的,沉积物组成应是相对均质的,通过分析单砂体的沉积期次和储层特征,可以反推其沉积演化过程。测井资料显示,AK-3井D油组发育3期单砂体(砂体a、砂体b、砂体c),其中早期沉积的砂体a、砂体b位于取心段内,试验分析表明,2套砂体在岩性、物性和微观结构等方面存在明显差异。
(1) 岩性特征。砂体a有效厚度为2.4 m(图 2a),岩性以中—细砂岩为主(图 2b),细砂的体积分数超过70%,中砂的体积分数约15%,粗砂的体积分数仅为3%;砂体b的有效厚度为10.2 m,以中—细砂岩为主,底部可见不等粒砂岩(图 2c),细砂的体积分数平均约47%,中砂的体积分数约31%,粗砂的体积分数约17%,从粒度构成看,砂体b粒度相较砂体a更大。
(2) 物性特征。砂体a的平均总孔隙度为29%,平均空气渗透率为1 198 mD(图 2a);砂体b的平均总孔隙度为25%,平均空气渗透率为1 733 mD。砂体a的总孔隙度高于砂体b,而渗透率低于砂体b,这是因为砂体a粒度更小,以小孔喉为主(图 2b),而砂体b的粒度更大,大孔喉发育(图 2c)。
(3) 微观结构特征。砂体a与砂体b的磨圆均较差,总体呈棱角—次棱角状,颗粒以点接触为主,砂体a的分选系数与均质系数更接近于1,其分选性相对更好(图 2b)。
基于上述分析,AK-3井D油组砂体a与砂体b在岩性、物性、微观结构特征等方面均存在不同程度的差异,且砂体之间夹有薄层泥岩,应是由不同深水沉积过程形成的2期单一朵叶。依此类推,根据测井响应特征,以反映沉积间断的高泥质含量段为界,可将AK-3井D油组深水复合朵体细分为3期单一朵叶,分别对应砂体a、砂体b和砂体c。
2.2 沉积单元界限标志为进一步将深水复合朵体细分方案由取心井推广至非取心井,利用测井资料建立了D油组深水复合朵体内部单一朵叶的界限标志,同时,利用地震资料建立D油组深水复合朵体内部分支水道的界限标志。
(1) 单一朵叶底:以测井曲线在砂体底部发生突变为典型标志,表现为GR曲线箱形的底界,为一次连续完整的深水沉积过程所形成的冲刷面(图 3a)。
(2) 单一朵叶间:为2期深水沉积过程的间歇期,也可能为一次独立的泥质碎屑流事件,岩性构成为深海半远洋泥或陆源泥质碎屑,以垂向上2套块状砂体的薄层泥质段为典型标志,伽马和电阻率曲线突变位置与泥岩基线重合(图 3b)。
(3) 分支水道:为自上游延伸而来的补给水道或在朵体之上局部发育的分流水道,沿物源方向呈条带状展布。地震属性及钻井资料分析显示,D油组发育3条分支水道(图 4a),其中西侧水道被AK-4井和AK-9井钻遇(图 4b,4c),中部水道被水平井AK-14H井钻遇(图 4d),东侧水道被AK-2井钻遇。西侧水道和中部水道地震属性响应相对明显,东侧水道处于朵叶复合体边缘,且属于油水过渡带,地震属性响应较弱,水道平面几何形态相对不明显。
根据单一朵叶和分支水道界限标志,对研究区16口井的单井沉积单元进行了划分,在此基础上,通过搭建多条连井剖面(图 5a,5b),对单井沉积单元进行全区闭合对比,确定了单一朵叶和分支水道的平面展布范围(图 5c)。结果表明,D油组深水复合朵体由4期单一朵叶叠置而成,同时发育3条分支水道。分支水道延伸方向控制单一朵叶展布,并侵蚀改造下伏朵叶单元,水道发育部位砂地比降低、砂体厚度减小、GR曲线齿化特征增强。单一朵叶a分布于D油组东部,受东侧水道控制;单一朵叶b发育规模最大,在D油组全区均稳定分布,受中部水道控制;单一朵叶c和单一朵叶d发育规模较小,均叠覆于单一朵叶b之上,分别位于D油组中东部和西部,并分别受控于东侧水道和西侧水道。
在深水复合朵体沉积单元细分基础上,进一步对沉积单元内部沉积微相进行了分析。研究结果表明,单一朵叶沉积微相可划分为朵叶主体和朵叶边缘,其中朵叶主体形成于沉积卸载的中心轴部,砂地比高,储层厚度大;朵叶边缘位于边部,沉积卸载强度明显减弱,砂地比较低,储层相对较薄[14, 17-18]。对于分支水道,根据其活动性质可划分为2类:当水道由活动状态转为静止或废弃状态时,原水道的负地貌形态可接受晚期沉积物充填,形成沉积性水道;当水道长期处于活动状态时,水道主要作为沉积物输送通道,以侵蚀或者沉积过路为主,形成侵蚀性水道[7, 19]。此外,考虑作为背景沉积的半远洋泥,可将深水复合朵体沉积微相划分为朵叶主体、朵叶边缘、沉积性水道、侵蚀性水道和半远洋泥共5种类型。
3.1 朵叶主体朵叶主体位于朵叶的中轴部,GR曲线呈箱形或微齿化箱形(图 6a),正-反粒序组合,砂地比高,平均为0.87,砂体厚度大,平均为8.4 m。岩性以黄色细—中粒石英砂岩为主,粒径中值为0.25 mm,粒度累积概率曲线为低斜率直线或微凸弧线(图 6b),以递变悬浮次总体为主,粒度分布范围广,平均分选系数为1.6,分选性中等;发育块状层理、平行层理及正粒序层理,底部可见明显冲刷面(图 6c),少见植物化石。
朵叶边缘GR曲线呈指形或低幅箱形(图 6a),反-正粒序组合,砂地比稍小,平均为0.63,单层厚度小,平均为1.7 m;岩性以黄色极细粒—细粒石英砂岩为主,粒径中值为0.15 mm,细粒石英砂岩的体积分数相对朵叶主体大,粒度概率曲线为两段式(图 6d),除递变悬浮次总体外,可见少量跳跃总体,平均分选系数为1.4,分选性比朵叶主体好;少见平行层理及流痕构造,植物化石富集。
3.3 半远洋泥在研究区内半远洋泥为背景沉积,GR曲线突变位置靠近泥岩基线(图 6a),反映深水砂质物源供给发生间断;岩性以灰色及浅绿色泥岩、粉砂质泥岩为主,黏土矿物的体积分数大于60%,菱铁矿的体积分数最大可达27%;含有少量砂岩透镜体或纹层状砂质条带(图 6e),可见植物化石及高管虫属,以及少量生物潜穴构造。
3.4 沉积性水道沉积性水道处于静止或废弃状态,作为沉积场所接受陆源碎屑或半远洋泥的混合沉积,研究区内不同部位沉积充填性质存在一定差异。例如,AK-4井与AK-9井钻遇同一条水道,AK-4井测井响应为GR曲线薄层低幅指形(图 7a),整体为正韵律,而AK-9井则为GR曲线低幅漏斗形(图 7b),指示反韵律,揭示水道充填性质的复杂性。
该类型水道长期处于活动状态,主要作为向下陆坡—盆底输送物源的通道,以侵蚀作用为主,基本不发生沉积作用,废弃后被半远洋泥所充填,测井曲线突变位置与泥岩基线重合(图 7c),这种现象与陆相湖盆斜坡发育的重力流废弃河道充填特征类似[20]。侵蚀性水道会对下伏朵叶形成不同程度的侵蚀,进而影响储层侧向连通性。
整体看,研究区D油组以朵叶主体微相为主,砂体厚度较大,横向分布稳定;从朵叶主体至朵叶边缘,砂体呈现明显减薄直至尖灭趋势。受沉积补偿效应控制[11, 13],侵蚀性水道和沉积性水道与早期朵叶沉积位置密切相关,新生分支水道往往分布在早期朵叶边缘,并控制晚期朵叶形成和展布;2期单一朵叶之间发育半远洋泥,主体部位受后期朵叶冲刷难以保留,朵叶边缘处半远洋泥保存相对较好(图 8a,8b)。
单一朵叶和分支水道相互作用形成沉积补偿效应,对于深水复合朵体形成和生长具有重要影响。一方面,分支水道延展方向控制朵叶形成及展布,另一方面,朵叶沉积生长导致分支水道向朵叶边缘迁移,进而产生新的朵叶叠置于早期朵叶之上,周而复始,形成具有复杂沉积结构的深水复合朵体。
研究区D油组沉积初期,分支水道在东侧活动,陆架—上陆坡垮塌的陆源碎屑沉积物通过东侧分支水道搬运卸载,沉积形成朵叶a(图 9a);初次深水沉积过程结束后,背景沉积占据主导,沉积薄层半远洋泥,东侧分支水道废弃并被半远洋泥充填;短暂间歇后,深水沉积过程重新触发,受沉积补偿效应控制,在朵叶a西侧边缘形成了新的分支水道(图 9b),该轮沉积强度更大、物源更为充足,形成了在全区稳定分布的朵叶b;再次短暂间歇后,位于朵叶b东缘的分支水道重新活动(图 9c),控制了朵叶c的形成,垂向加积于朵叶b之上;此后,深水沉积活动再次中断,重启后在朵叶b和朵叶c的西侧边缘形成了新的分支水道(图 9d),并控制了朵叶d的沉积过程,最终形成了D油组深水复合朵体(图 9e)。
多期单一朵叶单元迁移叠置,形成了具有复杂内部沉积结构的深水复合朵体,并进一步控制了不同部位的储层品质及储层连通性。根据深水复合朵体沉积演化模式,按照朵叶微相单元空间配置关系,将研究区深水复合朵体内部沉积结构总结为4种储层叠置模式(图 10)。
(1) 边缘-边缘叠置:位于深水复合朵体边部,由晚期朵叶边缘叠置于早期朵叶边缘之上形成,多为细粒薄层沉积,GR曲线呈低幅薄层指形,储层品质及连通性较差。
(2) 主体-主体叠置:位于深水复合朵体轴部,由多期朵叶主体垂向加积而成,GR曲线呈高幅箱形,储层厚度大,储层连通性较好。
(3) 上主体-下边缘叠置:受沉积补偿效应控制,后期朵叶往往叠置于先期朵叶两侧边缘,在后期朵叶主体部位即可形成上主体-下边缘的沉积序列,表现为顶厚底薄,顶部储层品质及连通性较好,底部储层品质及连通性较差。
(4) 上边缘-下主体叠置:当后期朵叶规模较小,未能完全覆盖先期朵叶时,在后期朵叶边缘部位便会形成上边缘-下主体的沉积序列,储层品质及连通特征与“上主体-下边缘”叠置模式正好相反,即底部储层品质及连通性较好,而顶部储层品质及连通性较差。
此外,分支水道充填性质也是影响储层侧向连通性的重要因素。分支水道充填性质与其活动强度、废弃后物源类型、水道垮塌作用、底流改造作用等多种因素相关[20-21],即便是同一条分支水道的不同部位,其充填特征也不尽相同。当分支水道为砂质充填时,对下伏沉积体侧向连通性的影响有限;当分支水道为泥质充填时,将对下伏沉积体形成侧向渗流屏障。为此,需要综合钻井、地震、动态等多种资料对分支水道沉积特征加以准确判断,进而针对性地制定开发对策。
5 应用效果尼日尔三角洲盆地Akpo油田中新统D油组为挥发性油藏,采用“边部采油、顶部注气”的方式进行开发,2009年投产,现有4口水平采油井,2口水平注气井。基于D油组沉积单元划分及储层叠置模式的认识,结合断层封堵性分析,将D油组细分为8个开发单元(图 11),根据单元内注采井部署情况及生产动态,指导生产制度优化及调整井位部署。
南部注气井AK-22井与采油井AK-14H井指端之间为强连通区,以朵叶主体-主体叠置为主,砂体厚度大,侧向连通性好,为此根据采油井气油比变化采取适时调减AK-22井注气量的策略,有效规避了气窜;北部注气井AK-23井与采油井AK-17井之间储层叠置关系复杂,从注气井所在的朵叶主体-主体叠置强连通区向采油井所在的以单期朵体和上边缘-下主体叠置为主的中连通区过渡,且中间发育分支水道,侧向连通性整体偏弱,为此根据AK-17井压力及气油比变化采取适时调增AK-23井注气量的策略,避免边水突破。通过上述措施,有效防止D油组气窜和边水突破情况的发生,油田连续生产10 a未见水,气油比上升速度得到有效控制,实现油藏的整体均衡高效开发。
5.2 调整井位部署研究区D油组东部区域为以朵叶边缘-边缘叠置为主的弱连通区,储层品质较差,由于开发初期井网主要动用厚储层区域,导致该区域储量动用状况差,剩余油富集;同时东部强连通区单元G与中部强连通单元F之间发育1条侵蚀性水道,侧向连通性受到影响。基于上述认识,2014年在东部单元G和弱连通区单元H结合部位实施了1口水平加密采油井AK-49井,该井投产后初期日产量达到1 500 m3,取得良好挖潜效果。此外,北部单元B和单元C虽位于朵叶主体-主体叠置的强连通区,但由于井网不完善导致“只注不采”,为此,在该区域提出加密采油井建议(AK-P5井),初步预测可采增量为60×104m3,可有效改善该区域的开发效果。
6 结论(1) 尼日尔三角洲盆地Akpo油田中新统D油组深水复合朵体共发育4期单一朵叶及3条分支水道,可识别出朵叶主体、朵叶边缘、沉积性水道、侵蚀性水道、半远洋泥等5种沉积微相。
(2) 单一朵叶和分支水道相互作用,控制深水复合朵体的形成和生长,分支水道走向影响单一朵叶的展布,单一朵叶生长反过来影响分支水道的侧向迁移,最终形成具有复杂沉积结构的深水复合朵体。
(3) 深水复合朵体内部沉积结构可划分为4种储层叠置模式,不同叠置模式具有不同的储层品质及连通特征,分支水道充填性质影响储层侧向连通性,建议开发过程中予以关注。
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