基准面旋回对河口坝储集层微观非均质性影响——以胜坨油田三区沙二段9砂层组河口坝储集层为例

梁宏伟 ，吴胜和 ，王军，岳大力 ，李宇鹏 ，印森林 ，喻宸 ，王夏斌

（1.中国石油大学（北京）地球科学学院；2. 中国石油勘探开发研究院；3. 中国石化胜利油田地质科学研究院）

0 引言

储集层微观非均质性是影响流体运移、剩余油分布和油气开发[1-4]的重要因素，主要包括孔隙、颗粒和填隙物非均质性3个方面[5]。近年来，在储集层非均质性按级次分类研究的基础上[6]，国内外众多学者对储集层物性分布特征及主控因素进行了分析，认为储集层微观非均质性不但受控于构造运动和成岩改造作用[7-10]，同时还受到沉积因素的影响。其中，在基准面旋回方面，前人主要研究其对储集层宏观非均质性的影响及作用机理[11-13]，对不同旋回阶段同类微相储集层微观非均质性差异的影响因素及控制机理探讨较少。因此，本文以胜坨油田三区（以下简称胜三区）沙二段 9砂层组河口坝储集层为例，在应用密井网（平均井距120 m）建立高精度层序地层格架的基础上，分析 500余口开发井的储集层物性参数，探讨基准面旋回对河口坝储集层微观非均质性的影响及作用机理。

1 研究区概况

胜坨油田位于渤海湾盆地济阳坳陷东营凹陷北部，是一个明显受近东西向陈南铲式正断层派生分支断层控制而形成的逆牵引背斜构造油藏（见图1）。胜三区位于胜利村构造主体部位，物源、油源丰富，发育震旦系、寒武系花岗岩基底和上覆第三系、第四系碎屑岩。其中第三系由古近系沙河街组（包括沙四段、沙三段、沙二段和沙一段）、东营组和新近系馆陶组、明化镇组组成。沙二段为一套完整的河流—三角洲沉积体系，共可分为15个砂层组，本次研究重点为9砂层组，其为典型的三角洲前缘沉积[14]。

图1 胜坨油田构造位置[15]

胜三区沙二段 9砂层组孔隙类型以原生砂岩粒间孔为主，次生孔隙不发育，喉道形态较为复杂；孔隙度为25%～32%，平均30.05%，属高孔储集层；渗透率变化范围较大，为 0.5×10−3～8 980×10−3μm2，平均1 823.17×10−3μm2。储集层以石英砂岩为主，主要为泥质和钙质胶结，岩石成分成熟度和结构成熟度较高；岩石固结程度低到中等，颗粒以点接触和点-线接触为主，整体处于早成岩阶段[15]。由于埋深跨度较小（2 100～2 200 m），故成岩作用对9砂层组储集层微观非均质性影响较弱。

2 高分辨率层序地层格架

根据前人研究成果[15]，可将胜三区沙二段 9砂层组划分为 91和 92共 2个小层、6个单层。结合前人对基准面旋回级次的研究成果[16-19]，若将三级层序对应为长期基准面旋回，则可将 9砂层组作为一个长期基准面旋回下降半旋回。在 9砂层组内部，根据岩心及测井曲线变化特征（见表 1，据郑荣才等[16]修改），可进一步划分为3个中期基准面旋回、6个短期旋回（见图2）。在此基础上，可根据地层沉积特点和砂体发育规律，在剖面上进行旋回识别和对比（见图 3）。

表1 胜三区沙二段9砂层组高分辨率层序地层格架特征和识别标志

图2 胜三区沙二段9砂层组基准面旋回综合模式（SP—自然电位；GR—自然伽马；R1，R2—微梯度、微电位电阻率）

3 沉积微相特征与储集层非均质性定量评价参数

3.1 沉积微相特征

在高分辨率层序地层格架基础上，根据不同类型沉积微相的岩性和测井曲线特征（重点识别单一河口坝[20]）等识别标志，在 9砂层组识别了分流河道、河口坝等主要微相类型（见表 2）。其中，短期旋回发育单一河口坝级次砂体，中期旋回对应复合河口坝级次砂体，长期旋回发育多期复合河口坝。

3.2 储集层微观非均质性定量评价参数

储集层微观非均质性包含孔隙非均质性、颗粒非均质性和填隙物非均质性 3部分，其中孔隙非均质性可通过孔喉半径、孔喉分选和孔喉连通性表征，颗粒非均质性可通过岩石碎屑结构和岩石矿物学参数表征，而填隙物非均质性则受颗粒之间沉积基质（泥质杂基）及胶结物控制。

本文重点探讨基准面旋回对单一微相储集层微观非均质性的控制，统计了 500余口开发井单一河口坝储集层非均质性定量评价参数。由于短期旋回内部单一河口坝受自旋回影响较大，而水动力强弱条件等自旋回因素受古地形及古水流等条件影响而存在较大差异，故本次研究主要对开发阶段相同、与物源距离相近且古地形相似的单一河口坝主体储集层微观非均质性参数进行分析。

4 各基准面旋回与储集层微观非均质性的关系

4.1 短期基准面旋回与单一河口坝储集层微观非均质性关系

图3 基准面旋回关键界面识别标志及密井网层序地层对比

表2 胜三区沙二段9砂层组不同类型储集体特征

基准面旋回对沉积作用的影响主要可分为自旋回因素和异旋回因素[21]。分析研究区目的层 6个短期基准面旋回发现（见图4），单一河口坝主体自下而上颗粒非均质性变化相对较小，这是因为短期旋回发育时间相对较短，构造运动等异旋回因素处于相对静止状态，表现为短期基准面旋回发育期间，可容纳空间减少速率与沉积物供给速率的比值基本相同，且沉积物物源不变，故砂岩储集层刚性颗粒等矿物组分和含量相近，且碎屑颗粒的搬运距离变化较小，使砂岩储集层的分选相近，磨圆度基本相同，因而储集层的成分成熟度和结构成熟度整体变化不大，使颗粒非均质性对短期旋回中单一河口坝主体的储集层微观非均质性影响相对较小。而单一河口坝主体的填隙物非均质性则呈向上减弱的分布特征，这是由于随着短期基准面不断下降，沉积水体水动力不断增强，泥质填隙物含量不断降低；同时，单一河口坝主体由下向上砂岩储集层与滨浅湖泥岩（为胶结作用提供物源[22-23]）的距离不断增加，且短期旋回埋深跨度较小，地温对黏土矿物及碳酸盐胶结物的分布影响较小，故短期旋回中单一河口坝主体的填隙物非均质性主要受自旋回因素影响而呈向上不断变弱趋势。同样，在沉积水动力条件不断增强等自旋回因素影响下，河口坝主体的粒度不断变粗，储集层孔隙体积相应增加，使储集层喉道半径不断变大；且随着泥质杂基等填隙物的含量持续减少，砂岩储集层孔喉分选性持续变好，使储集层孔喉连通性不断改善、物性持续变好，最终导致孔隙非均质性表现为底强顶弱分布特征。

图4 3-4J111井SSC4短期基准面旋回储集层微观非均质模式

通过以上分析可知，由于短期旋回发育时间相对较短，构造运动等异旋回因素相对稳定，可容纳空间减少速率与沉积物供给速率的比值保持不变，使单一河口坝主体储集层微观非均质性主要受自旋回因素影响，整体表现为底强顶弱分布特征。

4.2 中期基准面旋回与复合河口坝储集层微观非均质性关系

研究区目的层段中期基准面旋回对应复合河口坝主体级次砂体，由多期单一河口坝复合而成。虽然微相类型相同，但发育在不同短期旋回内的单一河口坝主体的储集层微观非均质性差异明显。这是因为随着中期基准面下降，湖盆萎缩，河流携带沉积物不断向湖盆方向进积，使可容纳空间减少速率与物源供给速率的比值不断降低，故表现为在整个中期旋回发育过程中，沉积物搬运距离持续增加且增加速度越来越快，使后期沉积的单一河口坝主体中刚性颗粒含量和成分成熟度更高（见图 5a）、储集层分选程度更好（见图5b）、颗粒非均质性更弱。同时，由于湖盆基底持续抬升、沉积水体不断变浅，可容纳空间逐渐减少、沉积物供给速率增加，黏土矿物和泥质杂基的含量随着砂泥比的增加及水动力条件变强而相应减少（见图 5c、5d），由于靠近滨浅湖泥岩的砂岩储集层更易形成碳酸盐胶结物[22]，且携带碳酸根离子的成岩流体通常沿储集层物性相对较好的部位运移，故碳酸盐胶结物的发育程度也随着与滨浅湖泥岩的距离增加而不断减弱（见图5e），最终使后期沉积的单一河口坝主体的填隙物非均质性不断变弱。同样，在异旋回因素导致的可容纳空间减少速率与物源供给速率比值降低和沉积水动力条件不断变强等自旋回因素的共同影响下，后沉积的单一河口坝主体的粒径相对增加（见图5f），使储集层孔隙体积扩大、喉道半径增加、沉积物粒度分选性变好，而刚性颗粒含量增加与填隙物含量减少使喉道受到保护且不易被堵塞，增加了孔喉的连通性，使复合河口坝自下而上表现为物性变好（见图5g、5h）、孔隙非均质性变弱的特征（见图6）。

图5 河口坝主体颗粒及填隙物非均质性参数与基准面旋回的关系

由上述分析可知，中期旋回由于发育时间相对较长而更易受构造运动等异旋回因素影响，导致可容纳空间减小速率与沉积物供给速率比值发生改变，其与自旋回因素共同作用，使中期基准面旋回不同时期发育的单一河口坝沉积环境有差异，导致不同短期旋回中发育的同类沉积微相的储集层微观非均质性出现差异。同时，由于研究区目的层中期旋回发育过程中构造运动等异旋回因素持续变化，可容纳空间减少速率与沉积物供给速率的比值持续减小，且水动力条件等自旋回因素处于不断增强的状态，使多期单一河口坝主体有序组合，最终导致复合河口坝主体的储集层微观非均质性总体表现为底部较强、顶部较弱分布特征。

4.3 长期基准面旋回与多期复合河口坝储集层微观非均质性关系

图6 河口坝主体孔隙非均质性参数与基准面旋回的关系

胜三区沙二段 9砂层组对应于长期基准面旋回LSC1的下降半旋回，由MSC1，MSC2和MSC3共3个中期旋回组成。观察发现，虽然单期复合河口坝的储集层微观非均质性表现为较明显的底部较强、顶部较弱分布特征，但多期复合河口坝的储集层微观非均质性则表现为不明显的向上变弱趋势。这是因为长期旋回发育时间相对较长，盆地基底和湖平面经历多次升降，使可容纳空间反复增减、沉积物供给速率不断改变，最终导致可容纳空间变化速率与沉积物供给速率的比值反复增减，多期复合河口坝沉积物搬运距离表现为多次增减的非持续性变化，使储集层成分成熟度和结构成熟度总体变化趋势不明显，储集层颗粒非均质性分布规律性较弱；同时，沉积水体的水动力条件等自旋回因素也随着可容纳空间变化速率与沉积物供给速率比值反复增减而不断改变，使自旋回因素受构造等异旋回因素的制约，导致储集层填隙物非均质性和孔隙非均质性规律性较弱（见图 5、图 6）。但由于该区目的层长期基准面总体处于下降趋势，使可容纳空间变化速率与沉积物供给速率的比值虽然反复增减，但仍表现为总体减小趋势，故多期复合河口坝主体储集层微观非均质性呈后期弱于前期的规律，但趋势不如短期及中期基准面旋回明显。

5 结论

胜三区沙二段 9砂层组埋藏较浅、埋深跨度相对较小，成岩作用对水下河口坝储集层微观非均质性的影响整体差异较小，故多级次基准面旋回及其伴随的可容纳空间变化速率与沉积物供给速率比值的改变所引起的沉积环境变化是研究区目的层不同级次河口坝储集层微观非均质性的决定因素。

研究区目的层短期基准面旋回在构造等异旋回因素相对静止条件下，可容纳空间减小速率与沉积物供给速率比值基本不变，使短期基准面旋回主要受自旋回因素影响，表现为单一河口坝储集层自下而上粒度变粗、孔渗物性变好和填隙物含量减少，故储集层微观非均质性表现为明显反韵律特征；中期基准面旋回在自旋回因素影响基础上，同时受到构造等异旋回因素的控制，可容纳空间减小速率与沉积物供给速率比值减小，导致不同时期形成的单一河口坝主体的储集层非均质性产生差异，并表现为后发育单一河口坝主体整体粒径相对增加、孔渗物性相对改善、填隙物含量相对减少，故储集层微观非均质性相对减弱；长期基准面旋回虽然同样受控于自旋回因素，但由于发育时间相对较长，受构造运动等异旋回因素主导，可容纳空间变化速率与沉积物供给速率比值反复增减，同时由于本工区目的层长期基准面呈总体下降趋势，故多期复合河口坝储集层微观非均质性表现为向上变弱趋势，但规律性不如短期及中期旋回明显。

[1] 吴胜和, 蔡正旗, 施尚明. 油矿地质学[M]. 4版. 北京: 石油工业出版社, 2011.Wu Shenghe, Cai Zhengqi, Shi Shangming. Oil deposits geology[M].4th Edition. Beijing: Petroleum Industry Press, 2011.

[2] 王学军, 王志欣, 陈杰, 等. 鄂尔多斯盆地镇北油田延长组石油运聚机理[J]. 石油勘探与开发, 2011, 38(3): 299-306.Wang Xuejun, Wang Zhixin, Chen Jie, et al. Petroleum migration and accumulation of the Yanchang Formation in the Zhenbei Oilfield,Ordos Basin[J]. Petroleum Exploration and Development, 2011,38(3): 299-306.

[3] 吴胜和, 曾溅辉, 林双运, 等. 层间干扰与油气差异充注[J]. 石油实验地质, 2003, 25(3): 285-289.Wu Shenghe, Zeng Jianhui, Lin Shuangyun, et al. Inter layer interference and differential injection of hydrocarbon into a trap[J].Petroleum Geology and Experiment, 2003, 25(3): 285-289.

[4] 李顺明, 宋新民, 蒋有伟, 等. 高尚堡油田砂质辫状河储集层构型与剩余油分布[J]. 石油勘探与开发, 2011, 38(4): 474-482.Li Shunming, Song Xinmin, Jiang Youwei, et al. Architecture and remaining oil distribution of the sandy braided river reservoir in the Gaoshangpu Oilfield[J]. Petroleum Exploration and Development,2011, 38(4): 474-482.

[5] 裘怿楠. 储层地质模型[J]. 石油学报, 1991, 12(4): 55-62.Qiu Yi’nan. Geological models of petroleum reservoir[J]. Acta Petrolei Sinica, 1991, 12(4): 55-62.

[6] Weber K J, Van Genus L C. Framework for constructing classic reservoir simulation models[J]. Journal of Petroleum Technology,1990, 42(10): 1248-1297.

[7] 曾联波, 漆家福, 王永秀. 低渗透储层构造裂缝的成因类型及其形成地质条件[J]. 石油学报, 2007, 28(4): 52-56.Zeng Lianbo, Qi Jiafu, Wang Yongxiu. Origin type of tectonic fractures and geological conditions in low-permeability reservoirs[J].Acta Petrolei Sinica, 2007, 28(4): 52-56.

[8] 王瑞飞, 沈平平, 赵良金. 深层储集层成岩作用及孔隙度演化定量模型: 以东濮凹陷文东油田沙三段储集层为例[J]. 石油勘探与开发, 2011, 38(5): 552-559.Wang Ruifei, Shen Pingping, Zhao Liangjin. Diagenesis of deep sandstone reservoirs and a quantitative model of porosity evolution:Taking the third member of Shahejie Formation in the Wendong Oilfield, Dongpu Sag, as an example[J]. Petroleum Exploration and Development, 2011, 38(5): 552-559.

[9] 张荣虎, 姚根顺, 寿建峰, 等. 沉积、成岩、构造一体化孔隙度预测模型[J]. 石油勘探与开发, 2011, 38(2): 145-151.Zhang Ronghu, Yao Genshun, Shou Jianfeng, et al. An integration porosity forecast model of deposition, diagenesis and structure[J].Petroleum Exploration and Development, 2011, 38(2): 145-151.

[10] 熊琦华, 彭仕宓, 黄述旺, 等. 岩石物理相研究方法初探: 以辽河凹陷冷东—雷家地区为例[J]. 石油学报, 1994, 15(增刊): 68-75.Xiong Qihua, Peng Shimi, Huang Shuwang, et al. A preliminary study of the new concept of petrophysical facies and its initial application in Lengdong-Leijia region in Liaohe depression[J]. Acta Petrolei Sinica, 1994, 15(Supp.): 68-75.

[11] Cross T A. 地层因素对陆相沉积储层特征的控制[J]. 地学前缘,2000, 7(4): 322-350.Cross T A. Stratigraphic controls on reservoir attributes in continental strata[J]. Earth Science Frontiers, 2000, 7(4): 322-350.

[12] 樊太亮, 李卫东. 层序地层应用于陆相油藏预测的成功实例[J].石油学报, 1999, 20(2): 12-17.Fan Tailiang, Li Weidong. A successful case on sequence stratigraphy applied to the prediction of non-marine oil reservoir[J]. Acta Petrolei Sinica, 1999, 20(2): 12-17.

[13] 张世广, 卢双舫, 张雁, 等. 高分辨率层序地层学在储层微观非均质性研究中的应用[J]. 沉积学报, 2009, 27(3): 458-469.Zhang Shiguang, Lu Shuangfang, Zhang Yan, et al. Application of high-resolution sequence stratigraphy in the study of the reservoir macro-heterogeneity[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2009, 27(3):458-469.

[14] 庞瑞峰, 高树新, 王风华, 等. 胜坨地区勘探研究与实践[M]. 北京: 中国石化出版社, 2004.Pang Ruifeng, Gao Shuxin, Wang Fenghua, et al. Shengtuo oilfield exploration research and practice[M]. Beijing: China Petrochemical Press, 2004.

[15] 孙梦茹, 周建林, 崔文富, 等. 胜坨油田精细地质研究[M]. 北京:中国石化出版社, 2004．Sun Mengru, Zhou Jianlin, Cui Wenfu, et al. Shengtuo oilfield fine geological research[M]. Beijing: China Petrochemical Press, 2004.

[16] 郑荣才, 彭军, 吴朝容. 陆相盆地基准面旋回的级次划分和研究意义[J]. 沉积学报, 2001, 19(2): 654-662.Zheng Rongcai, Peng Jun, Wu Chaorong. Grade division of base-level cycles of terrigenous basin and its implications[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2001, 19(2): 654-662.

[17] 郑荣才, 吴朝容, 叶茂才, 等. 浅谈陆相盆地高分辨率层序地层学研究思路[J]. 成都理工学院学报, 2000, 27(3): 241-244.Zheng Rongcai, Wu Chaorong, Ye Maocai, et al. Research thinking of high-resolution sequence stratigraphy about a terrigenous basin[J].Journal of Chengdu University of Technology, 2000, 27(3): 241-244.

[18] 吴胜和, 伊振林, 许长福, 等. 新疆克拉玛依油田六中区三叠系克下组冲积扇高频基准面旋回与砂体分布型式研究[J]. 高校地质学报, 2008, 14(2): 157-163.Wu Shenghe, Yi Zhenlin, Xu Changfu, et al. High frequency base-level cycles of alluvial fan and distribution patterns of sandbodies of lower Karamay formation(Triassic) in middle 6th district of Karamay oilfield, Xinjiang[J]. Geological Journal of China Universities, 2008, 14(2): 157-163.

[19] 温立峰, 吴胜和, 岳大力, 等. 胜二区沙二段7砂组地层基准面旋回与沉积微相研究[J]. 中国地质, 2010, 37(1): 144-151.Wen Lifeng, Wu Shenghe, Yue Dali, et al. Stratigraphic base-level cycles and sedimentary microfacies of Es_2-7 Formation in the Shengtuo Oilfield[J]. Geology in China, 2010, 37(1): 144-151.

[20] 温立峰, 吴胜和, 王延忠, 等. 河控三角洲河口坝地下储层构型精细解剖方法[J]. 中南大学学报: 自然科学版, 2011, 42(1): 1072-1078.Wen Lifeng, Wu Shenghe, Wang Yanzhong, et al. An accurate method for anatomizing architecture of subsurface reservoir in mouth bar of fluvial dominated delta[J]. Journal of Central South University:Science and Technology, 2011, 42(1): 1072-1078.

[21] 黄彦庆, 张尚锋, 张昌民, 等. 高分辨率层序地层学中自旋回作用的探讨[J]. 石油天然气学报, 2006, 28(2): 6-8.Huang Yanqing, Zhang Shangfeng, Zhang Changmin, et al. Highresolution sequence stratigraphy back to the spin of the function are discussed[J]. Journal of Oil and Gas Technology, 2006, 28(2): 6-8.

[22] 王行信, 辛国强, 冯永才, 等. 松辽盆地粘土矿物研究[M]. 哈尔滨: 黑龙江科学技术出版社, 1990.Wang Xingxin, Xin Guoqiang, Feng Yongcai, et al. Clay mineral research of the Songliao Basin[M]. Haerbin: Heilongjiang Science and Technology Press, 1990.

[23] 张永旺, 曾建辉, 高霞, 等. 东营凹陷古近系储层碳酸盐胶结物分布特征及主控因素[J]. 吉林大学学报: 地球科学版, 2009, 39(1): 16-22.Zhang Yongwang, Zeng Jianhui, Gao Xia, et al. Distribution characteristics and main controlling factors of carbonate cements in the Paleogene reservoirs in Dongying Depression[J]. Journal of Jilin University: Earth Science Edition, 2009, 39(1): 16-22.