大牛地气田致密砂岩储层测井相类型研究

2017-12-17高青松曹桐生张占杨

石油地质与工程 2017年6期

关键词：箱形辫状河层理

高青松，曹桐生，张占杨

（中国石化华北油气分公司勘探开发研究院，河南郑州 450006）

大牛地气田致密砂岩储层测井相类型研究

高青松，曹桐生，张占杨

（中国石化华北油气分公司勘探开发研究院，河南郑州 450006）

大牛地气田位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡北部，主要含气层位为上古生界石炭系太原组、二叠系山西组和下石盒子组，为致密砂岩储层。该区主要经历了晚石炭世海侵、早二叠世山西期海退形成的三角洲、下石盒子期河流发育的海–陆过渡沉积，形成的测井相类型多样，利用自然伽马曲线将该区储层划分为8种岩石相类型，明确了不同沉积体系储层及有利沉积相带；其中下石盒子组盒3、盒2、盒1段主要为辫状河流相沉积，有利相带为辫状河主河道，山西组山2、山1段为三角洲平原沉积，有利相带为分流河道，太原组太2段主要为障壁岛–泻湖沉积，有利微相为障壁砂坝。

大地气田；致密砂岩；储层测井相

大牛地气田位于内蒙古自治区伊克昭盟伊金霍洛旗、乌审旗和陕西省榆林市交界处，构造位置位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡北部（图1）。大牛地气田钻遇地层有第四系、白垩系、侏罗系、三叠系、二叠系、石炭系和奥陶系。目前，该区发育石炭系太原组、二叠系山西组和下石盒子组3套产气层。主要储层类型为致密砂岩储层，本区实钻证实，自然电位在本区的反映不如伽马敏感，砂岩的电性特征主要为低伽马，主要应用自然伽马曲线进行测井相识别[1–2]。

1 区域沉积简史

上古生界超覆于奥陶系灰岩构造侵蚀面之上，本溪期南高北低，海侵来自东北方向；太原期南低北高，海侵来自东南方向；山西组北岔沟砂岩底面为一区域海退面，盆地北部显著抬升，进入近海湖盆及内陆坳陷阶段，河流、三角洲砂体向南进积，下石盒子期达到砂体发育的顶峰。海西构造旋回早期，鄂尔多斯地台发生沉降，多次接受海相沉积，到晚石炭世第四次海侵达到高峰，本区形成了具有明显海相特点的砂岩储层；早二叠世鄂尔多斯地台上升为陆，海水全部退出，揭开了陆相沉积的序幕，山西期发育了三角洲沉积，本区则位于三角洲平原部分，形成了分流河道的储层沉积；下石盒子期河流相沉积发育，本区普遍沉积了较厚的河道砂岩。

沉积环境的不断变迁，形成了不同类型的沉积物，包括不同类型的储层砂岩和非储层泥质岩类沉积物。在进行测井相分析时，必须同时考虑砂岩沉积的大环境和沉积微相之间的纵横向联系，特别是岩石相的组合特点，它是测井沉积研究的基础。

图1 大牛地气田位置

2 主要岩石相类型

利用自然伽马曲线进行沉积相的解释，源于自然伽马测井是测量地层和流体中不稳定元素的自然放射性发出的伽马射线，用以判断岩石性质，特别是泥质含量可以反映物源的距离、水流的深浅及水动力的大小等沉积环境。

根据取心分析成果，自然伽马能够在一定程度上反映出沉积砂岩粒度、分选情况；从下至上，随着砂岩粒度逐渐变小分选性逐渐变差，泥质含量增加，自然伽马曲线数值增大，反映出水动力能量总体由强变弱，物源供应逐步减少。

2.1 块状层理砂砾岩相

主要由厚层块状砂质细砾岩、细砾岩组成，厚度较大，最厚可达几米（图 2A）。砾石一般分选较好，磨圆中等，分布多具定向性。砾石以石英砾为主，粒径一般2 mm左右；同时可见变质岩、燧石砾石，粒径一般小于5 mm，个别可达20 mm，呈悬浮状分布在石英砾中。与下伏岩石相呈渐变接触，主要出现在河道或分流河道中下部，为高能环境下的产物。

2.2 含砾粗砂岩相

一般为中–厚层状，有时可见薄层状。砾石分选中等–差，磨圆较好，为次圆状和次棱角状，多顺层分布。一般底部砾石含量较高，粒度较粗，向上含量逐渐减少，粒度逐渐变细（图 2B）。多为颗粒支撑，杂基含量较少，层理不明显。主要出现在河道心滩或分流河道中下部，总体上代表了水体能量较强的沉积环境特征。

2.3 交错层理粗砂岩相

砂岩分选中等–较好，磨圆次棱角状–次圆状，含少量杂基，与粗粒砂岩相呈过渡关系（图 2C）。砂岩中发育大型交错层理，由于岩心直径的限制，在岩心中多呈块状产出。该岩相是中–高能环境的沉积产物，水体的分选能力较强，粒度较为均一，在辫状河中，多为心滩沉积。

2.4 平行层理中粗砂岩相

岩性主要为粗砂岩和中砂岩，常呈中厚层状产出（图 2D）。砂岩分选中等–较好，磨圆次棱角状–次圆状，含少量杂基，与大型交错层理粗、含砾粗砂岩相呈过渡关系。具有平行层理，粗粒砂岩中平行层理不易辨认，中粒砂岩中较易辨认。平行层理的形成水动力条件是水浅流急，因此，在辫状河中作为河道的垂直生长沙滩出现。

2.5 小型交错层理中细砂岩相

岩性主要为中砂岩、细砂岩和粉细砂岩，厚度较小，一般为几公分到10 cm左右（图2E）。小型交错层理形成时的水动力条件比较弱，常出现在辫状河道的顶部或废弃河道中。

2.6 沙纹层理细砂岩相

岩性主要为细砂岩、粉砂岩（图 2F），常与小型交错层理砂岩相呈过渡关系。分选中等，常见云母片沿沙纹细层分布，厚度一般小于10 cm。沙纹层理形成的能量非常弱，常出现在天然堤和河漫滩中。

2.7 水平层理粉砂岩相

岩性为粉砂岩或泥质粉砂岩，分选中等，磨圆次圆–次棱角状，杂基含量较高，云母含量较多，厚度较小（图 2G）。常与沙纹层理呈过渡关系，也可单独出现。单独出现时，常夹于泥岩中。水平层理粉砂岩相形成于比较安静的水体，多见于泛滥平原和河漫沉积中。

2.8 灰白色石英砂岩相

岩性主要为粗粒、含砾粗粒石英砂岩，岩性较纯（图 2H）。主要见于太原组。泥质含量较低，颗粒分选、磨圆较好，表明砂岩曾受到较强水流作用的改造。岩心中砂岩的层理类型多不明显，可见低角度双向交错层理。

3 测井相类型

根据对大牛地气田上古生界太原组、山西组和下石盒子组主要砂岩储层测井相类型分析，本区主要的测井相类型包括典型箱形、齿化箱形、钟形、漏斗形、弓形、齿形和指形等七种基本类型，其中弓形是本区海相砂岩特有的形态。

3.1 典型箱形

为顶底突变型，表明沉积初期水流能量强，对下部形成冲刷侵蚀；沉积后期水流能量突然减弱，或物源供应突然中断，形成了此曲线形态。本区多为心滩沉积特征[3–5]，少量分流河道沉积物颗粒均匀，亦能形成典型箱形，仅在层厚度上相对变薄。岩石相类型主要为含砾粗砂岩相、交错层理粗砂岩相[6]（图3A）。

3.2 齿化箱形

形状及成因类似于典型箱形，不同点是顶底跨度增加，齿化严重；代表水流动用强而不连续、物源丰富的沉积特点。主要发育于辫状河心滩部位[7]，且应位于辫状河发育的中心部位，河道和心滩往复变迁，沉积砂体间歇叠加，沉积厚度一般大于20 m。岩石相类型主要为含砾粗砂岩相、交错层理砂岩相、块状砂砾岩相（图3B）。

图2 致密砂岩储层主要岩石相类型

3.3 钟形

主要特征为底部突变、顶部渐变，反映的水流能量逐渐减弱、物源供应不断少的沉积特点。本区主要代表了三角洲平原分流河道以及少量的盒 2、盒3发育的曲流河特征[8–9]，沉积厚度一般5～10 m，最厚可达15 m。岩石相类型主要为平行层理砂岩相、小型交错层理中细砂岩相（图3C）。

3.4 漏斗形

主要特征为底部渐变、顶部突变，与钟形曲线特征相反。为反粒序结构，反映水流能量逐渐加强、分选逐步变好的沉积特点。此种类型在本区相对不发育，主要代表了河口砂坝或决口水道沉积，反映了随水流能量逐渐增强，洪水越过天然堤并对决口扇形成冲刷侵蚀，最终形成了新的分流河道，因此形成了下细上粗的反粒序结构。沉积厚度与水流能量有关，一般2～4 m，最厚可达15 m，岩石相类型主要为沙纹层理中细砂岩相、水平井层理粉细砂岩相（图3D）。

3.5 弓形

与典型箱形曲线外形相似，沉积环境实则相差悬殊。曲线主要特征为底部减速渐变、中部平滑、顶部加速渐变式，此类型仅发育于大10井区太2段，厚度相对薄，一般5～15m，代表了早期为物源供应不足、水流能量弱的深水特征，具有远砂坝反粒序特征；中期主要受波浪或潮汐作用淘洗，沉积物分选、粒度均匀；后期水流能量急剧减弱或物源供应迅速减少，形成了加速渐变的沉积特点（图 3E）。总体反映了滨海砂坝的沉积特征。岩石相类型主要为灰白色石英砂岩相。

3.6 齿形

为水流能量相对低环境的沉积特征，幅度以中低为主，反映了三角洲平原的天然堤、分流间湾的泥质或细粒部分沉积，主要为沙纹层粉细砂岩相（图3F）。

3.7 指形

为齿形的一种特殊类型，具对称粒序、高幅度的特点，反映了在低能量环境下的一种高能量作用的均匀粗颗粒的沉积，主要代表了分流河道或海相滩坝沉积。岩石相类型主要为平行层理细砂岩相。

此外，本区还发育测井曲线的复合形态，常见的有漏斗形–箱形曲线和箱形–钟形曲线；前者代表了在物源供应丰富条件下的砂体沉积，反映了水流能量变强且持续，反映了三角洲平原天然堤–决口扇–分流河道的沉积；后者代表了强水流量和物源丰富的河道沉积，后期由于河道迁移或废弃导致能量降低形成了正粒序特征，主要反映辫状河道的迁移特征，也可反映三角洲平原分流河道的部分沉积特征（图3G）。

4 不同相带的测井相

大牛地气田沉积环境变化频繁复杂，从海相障壁砂坝砂体到三角洲前缘水下砂坝、三角洲平原分流河道砂体、再到辫状河道砂体，每一类型砂体的沉积环境和水动力条件各不相同，导致了在测井相类型上也不尽相同。

4.1 辫状河沉积

辫状河流相为河流发育的上游，一般来说，河道浅而宽，河道横向迁移快，形成了分布广泛、层层叠置的河道砂坝沉积，漫滩及天然堤不发育。本区辫状河沉积主要发育在盒1段，具有砂多泥少的层序组合，心滩微相的曲线以典形箱形为主，但是由于物源充分但河道摆动快，对原沉积物的改造不彻底，大多具有微齿或齿化现象，形成了齿化箱形曲线，为有利相带；当辫状河道将要废弃时，形成了向曲流河过度的沉积，箱形特征不明显，具有钟形或箱形+钟形组合特征，为次有利相带（图4）。

图3 各测井相类型特征

图4 大牛地气田盒1段沉积相

4.2 三角洲平原沉积

本区三角洲平原沉积主要发育在山2、山1段，主要由砂岩、粉砂岩、泥岩、炭质泥岩和煤层等岩性组成，一般具正粒序特征。砂岩沉积的主要微相为分流河道，具有河道的正韵律特点，具有箱形或钟形曲线特征；其中箱形特征表明水动力能量强，分选好，为最有利相带；次有利带主要表现为钟形或箱形–钟形特征，第三类储层主要为齿化钟形特征。在分流河道两侧附近，分布有天然堤、决口扇，主要沉积物为粉砂岩、细砂岩等，一般为下粗上细的结构，曲线特征为齿形、指形（图5）。

本区整体上不发育三角洲前缘沉积环境，局部发育前缘河口砂坝具有反粒序特征的沉积。同时，在三角洲平原分流河道的两侧发育水上天然堤，由于海退的影响，三角洲向海方向推进，形成了前积特点，在天然堤沉积部位由于水流能量增强，物源充足，逐步发育成为决口扇、新的分流河道的沉积；从而具有了在特珠沉积环境下的反韵律沉积，即漏斗形曲线特征。

图5 大牛地气田山1段沉积相

4.3 障壁岛–泻湖沉积

本区的海相沉积主要发育在太原组太 2、太 1段，主要由石英砂岩、粉砂岩、泥岩、煤层和灰岩等岩性组成。其中太2砂岩形成的主要沉积微相为障壁砂坝，底部为相对较细的沉积、向上渐变为相对较粗的沉积、再向上又渐变为相对较细的沉积；反映了早期滨海沉积环境→海退形成的障壁沉积环境→潮坪沉积环境，形成了本区相对较特殊的光滑弓形曲线。有利沉积相带为障壁砂坝主体部位，测井相类型为弓形特征或近似弓形；次一级砂坝或冲积扇则泥质含量相对较高，主要呈现低幅度和齿化现象，储层物性相对较差。太1砂岩形成的主要沉积微相为滨浅海潮坪砂坝，水流作用相对强，主要为指形曲线特征（图6）[10–11]。