辫状河致密砂岩储层构型单元定量表征方法

瞿雪姣，李继强，张 吉，赵忠军，戚志林，罗 超

1.复杂油气田勘探开发重庆市重点实验室，重庆 401331 2.重庆科技学院石油与天然气工程学院，重庆 401331 3.中国石油长庆油田公司，西安 710018

0 引言

储层构型(reservoir architecture)，也称储层建筑结构，其初始定义为储层及其内部构成单元的几何形态、尺寸、方向及其相互关系[1]。这一概念主要是从层次结构的角度对地质体进行研究，反映了不同成因、不同级次的储层储集单元与渗流屏障的空间配置及分布的差异性[2-4]。辫状河储层形成的油气藏在世界范围内有着重要地位[5]，其中辫状河河道内的辫状水道砂体和心滩砂体是辫状河最主要的油气储集体，其对应于Miall储层构型理论中的4级构型单元[6-8]。辫状河体系由于水道带内的持续改造和频繁的水道迁移，使得砂体内部结构复杂[9]、砂体间物性差异明显[5，10-12]。储层砂体间的非均质性严重制约了油气田的精细开发，而储层构型单元定量表征是降低钻探风险、提高采收率、剩余资源挖潜的关键性技术。

对于辫状河储层构型单元定量表征，通常是基于岩心、测井资料获取交错层系组平均厚度，进而计算单河道满岸深度[13-14]，最后根据经验公式计算构型单元规模[15]。然而，开发井区岩心和成像测井资料匮乏，加之辫状河沉积特征难以满足交错层系组平均厚度估算的前提条件，致使基于单河道满岸深度的构型单元定量表征方法关键参数获取困难且可靠性存疑。鉴于辫状河道对辫状水道和心滩砂体形态和规模的控制作用，本文建立了现代辫状河单一辫状河道宽度与构型单元关系定量模型，提出了基于单一辫状河道宽度的构型单元定量表征方法，以期实现对地下辫状河储层构型单元的定量表征及空间展布预测。

1 地下辫状河储层构型单元定量表征方法

1.1 基于单河道满岸深度的构型单元定量表征方法

1.1.1 基本思路及步骤

基于单河道满岸深度的辫状河构型单元定量表征方法主要分为两个步骤，其中交错层系组平均厚度(hs)是该方法的关键参数。

1)通过岩心、测井资料获取单河道满岸深度(hd)

对于取心段，通过岩心精细观察和描述可获得hs，由式(1)计算得到系数β，进而由式(2)计算得到沙丘高度(hm)，最后由式(3)计算得到hd[13-14]。

β≌hs/1.8；

(1)

hm=5.3β+0.001β2；

(2)

hd=11.6hm0.84(0.1 m

(3)

对于非取心段，则利用测井资料来估算hs，进而确定hd[13]。

2)根据经验公式计算构型单元规模

Kelly[15]利用22个现代辫状河体系(或水槽实验)数据，通过式(4)与式(5)建立了现代辫状河单河道hd与单一心滩宽度(Ws)以及Ws与单一心滩长度(Ls)之间的关系，其决定系数(R2)均大于0.900 0。

Ws=7.386 2hd1.461 4，R2=0.909 4。

(4)

Ls=4.951 7Ws0.967 6，R2=0.959 6。

(5)

虽然利用现代辫状河数据和34个古代露头剖面数据共同拟合时决定系数降为0.757 7，但hd与Ws两组变量间仍存在相似的变化趋势，总体上可用其中一个变量来确定另一变量(式(6))[15]。

Ws=11.413hd1.418 2，R2=0.757 7。

(6)

值得注意的是，Kelly[15]对现代辫状河体系进行测量时，未区分复合心滩与单个心滩，而是将单个心滩全部按单一心滩处理。

1.1.2 存在的问题和不足

1)hd估算的前提条件苛刻

利用交错层系组平均厚度计算单河道满岸深度时，必须满足3个前提条件：①交错层系组为中等尺度，其厚度大于3 cm；②交错层系组厚度分布主要受控于沙丘高度的变化，并且加积速率对其影响甚微[16-17]；③交错层是均匀的(如层理类型在空间上无明显变化或粒度均匀)，即形成交错层的沙丘具有平均的几何形态，且不随时间和空间显著变化[13]。

辫状河多出现在潮湿或较潮湿的季节性变化比较明显的气候带或洪水平原，河水的净流量随季节更替而变化，流量不稳定[5]。洪水期与枯水期水动力的强弱变化，导致沉积物载荷量和搬运能力的变化，以及加积速率的变化，其必然表现为交错层系组厚度及规模的显著差异。辫状河道中侧积交错层，同一层系内细层的岩性往往不同，既可为粗、细频繁交替或数个粗粒的细层与数个细粒的细层相间分布，亦可粗细无规律地随机分布[18]。

2)hd估算的基础资料匮乏

成熟油气开发区取心资料少、成像测井资料匮乏极大地制约了单河道满岸深度的定量估算。为了获得具有代表性的交错层层组厚度，在岩心测量时应尽可能测量多个值，并且保证交错层组厚度的标准偏差与平均值之比为0.88(±0.30)[13]。成像测井资料是非取心井段交错层系组厚度、沙丘高度和满岸深度定量估算的关键基础资料，同时，基于测井资料的计算结果往往都需要有取心段进行校正和检验，以确保其可靠性[12-13]。取心资料少，一方面使得从岩心直接测量的交错层系组厚度不具代表性和统计意义，另一方面也限制了基于测井资料计算结果的约束和验证。而成像测井资料匮乏又使得非取心段单河道满岸深度定量估算缺少基础资料。

综合来看，辫状河沉积特征难以满足交错层系组平均厚度估算的前提条件，同时岩心和成像测井资料匮乏也限制了基于单河道满岸深度的构型单元定量表征方法的应用；因此，寻求关键参数更易获取、应用前提更为宽松的定量表征方法就成为辫状河构型单元研究的关键。

1.2 单一辫状河道宽度与构型单元规模之间的关系

单一辫状河道内主要包括辫状水道和心滩两种4级构型单元[6-8]，显然单一辫状河道控制了辫状水道和心滩砂体的形态和规模。目前，基于自然伽马(GR)、自然电位(VSP)和地层真电阻率(Rt)等常规测井资料的河道砂体识别技术已被广泛应用[19-20]，而基于水动力差异物质表现的单一辫状河道识别模式也取得了重要进展[21-22]。因此，以单一辫状河道宽度为关键参数约束构型单元规模，是一种符合辫状河沉积规律、操作性强的构型单元定量表征方法。

与辅水道相比，辫状水道水体能量强、曲弯度低的特征，决定了辫状河道的发育规模，因此将辫状水道围限的复合心滩(包括单一心滩)作为一个构型单元进行分析。鄂尔多斯盆地下石盒子组底部的盒8下亚段为“强物源供给的缓坡浅水辫状河三角洲沉积模式”[23]，因此选取具有强物源供给、常年流水的现代砂质辫状河平坦河道段，包括西藏拉萨河、雅鲁藏布江、俄罗斯勒拿河等13个河道段，应用Google Earth软件对单一辫状河道宽度、辫状水道宽度、复合心滩长度和复合心滩宽度分别进行测量(图1)。由于洪水期最大水流状态控制了辫状河河道形态和心滩规模，故以上4个参数在测量时均取最大值。又由于河道最大宽度与平水期河道最大宽度接近，心滩最大宽度和长度与枯水期心滩的宽度和长度接近[12]，为确保单一辫状河道宽度、复合心滩长度和宽度的准确性，采用平水期单一辫状河道最大宽度，具体测量时以河岸突然变陡时的线为界；采用枯水期所限制的范围对复合心滩的最大长度和最大宽度进行测量。分别对单一辫状河道宽度与构型单元规模关系进行拟合，其决定系数均在0.940 0以上(图2)。复合心滩内的单个心滩受辅助水道及水沟(或水槽)控制，其规模与单一辫状河道宽度相关性差，无法建立高相关度的经验公式。现代辫状河单一辫状河道宽度与构型单元规模关系如下：

图1 现代辫状河沉积单一辫状河道、辫状水道、复合心滩、单一心滩规模测量部位示意图Fig.1 Measurement location of single braided river channel, braided water channel, complex channel bar, and single channel bar for modern sedimentation

Wc=0.153 8Wr1.053 4，R2=0.949 1；

(7)

Lb=1.346 8Wr1.044 8，R2=0.951 0；

(8)

Wb=0.601 1Wr1.011 8，R2=0.965 9。

(9)

其中：Wr为单一辫状河道宽度；Wc为辫状水道宽度；Lb为复合心滩长度；Wb为复合心滩宽度。

1.3 基于单一辫状河道宽度的构型单元定量表征方法及步骤

根据岩心、测井等基础资料和现代辫状河单一辫状河道宽度与构型单元规模关系，采用以下步骤对4级构型单元进行定量表征。

1)根据单井构型单元解释结果，结合砂体厚度和古水流方向，绘制单层砂体等厚图，确定同期辫状河道平面分布(砂泥界线)。

2)建立垂直辫状河道的连井对比剖面，根据河道顶部高程差异、河道砂体规模差异、不连续的相变砂体和测井曲线差异[21-22]，确定连井剖面内单一辫状河道间的界线位置。

3)根据辫状河沉积模式进行多条连井对比剖面间单一辫状河道界线组合，确定单层内单一辫状河道分布，进而测量单一辫状河道宽度。

4)根据现代辫状河单一辫状河道宽度与构型单元规模关系，确定辫状水道宽度、单一辫状河道宽度、复合心滩(包括单一心滩)长度及宽度等4级构型单元规模。

5)以辫状水道与复合心滩规模定量计算结果为约束，根据心滩砂体顶面相对深度比水道砂体浅，并结合单层砂体等厚图和辫状河水动力规律，在单一辫状河道内确定复合心滩和辫状水道的几何形态，并绘制4级构型单元平面分布图。

6)在密集井网区，针对复合心滩开展多条连井对比剖面解剖，分析辅助水道位置及规模，进而确定单个心滩位置和几何形态。

图2 现代辫状河单一辫状河道宽度与构型单元规模关系Fig.2 Curve relationship of the width of single braided channels vs. the geometric shape of reservoir architecture units of modern braided river

2 实例应用

2.1 气藏地质概况及储层构型分级

苏××提高采收率试验区(简称“试验区”)位于鄂尔多斯盆地苏里格气田苏D区块北部，总面积61.8 km2，完钻井62口，是目前苏里格气田井网密度最大的井区。盒8下亚段砂岩是该试验区内最为重要的储集砂体之一，岩性以中—粗粒岩屑石英砂岩和细—中粒岩屑砂岩为主，孔隙结构以岩屑溶孔、晶间孔等次生孔隙为主，平均孔隙度为9.6%，平均渗透率为0.70×10-3μm-2，属于低孔隙、低渗透、强非均质性的致密砂岩气藏[24-26]，致密气来源于石炭—二叠系煤系烃源岩[27]。

盒8段沉积期，鄂尔多斯盆地呈现北隆南倾的构造格局，由于风化作用强烈，物源供给充足，辫状河入湖后形成的三角洲持续向湖盆推进，形成了盒8下亚段的辫状河三角洲平原亚相内的辫状河沉积。三角洲平原亚相为三角洲沉积的陆上部分，其沉积环境和沉积特征与河流相有较多的共同之处[28]，遭受水体的侵蚀(即水下剥蚀)较弱，因此盒8下亚段辫状河三角洲平原亚相内的辫状河沉积，可以根据相似的现代河流沉积进行拟合。自上而下将盒8下亚段细分为盒8下1和8下2两个小层和盒8下1-1、盒8下1-2、盒8下1-3、盒8下2-1、盒8下2-2、盒8下2-3共6个单层。根据Miall河流相构型要素分析方法[6-8]，按照层次分析的思路，由大到小进行构型单元分级：将小层对应于7级构型单元，代表多期辫状河道，即多个同期辫状河道纵向相互叠置的复合体；将单层对应于6级构型单元，代表同期辫状河道，即平面上多个并排的单一辫状河道复合体；将较长周期的大洪水期内形成的、经多次洪水改造的单一辫状河道对应于5级构型单元；将单一辫状河道内的辫状水道和复合心滩对应于4级构型单元。

2.2 构型单元单井识别特征

试验区辫状河沉积包括辫状河道、溢岸、泛滥平原3种亚相，由于辫状河的频繁摆动，溢岸砂体欠发育，辫状水道和心滩是该区主要的构型单元。在单井构型单元识别过程中，对于取心井段以实际岩心观察结果为准；对于非取心井段，则需结合录井资料，研究区岩心与测井响应关系，以及岩性、沉积相典型测井响应特征进行综合判定。

心滩以细砾岩-粗砂岩为主，内部发育泥质夹层，砂体厚度较厚，一般6～15 m，垂向韵律性不明显，发育大、小型槽状交错层理；GR值较低，曲线呈低幅齿化箱形、箱形钟形叠加等特征，VSP曲线以箱形、齿化箱形、漏斗形为主，Rt曲线较平直(图3)。

辫状水道以粗-细砂岩为主，底部面常见冲刷面，泥砾定向分布，砂体厚度2～6 m，垂向上正韵律，发育大、小型槽状交错层理及斜层理、平行层理；GR曲线以高幅箱形、齿化箱形为主，VSP曲线以低幅钟形为主，Rt曲线呈漏斗形、齿化漏斗形等(图3)。

泛滥平原以泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩为主，成层性明显，波状层理、水平层理发育；GR曲线近基线，基本无幅度差(图3)。

2.3 构型单元定量表征

根据心滩、辫状水道和泛滥平原单井识别特征对试验区盒8下亚段辫状河储层构型单元进行识别。结合砂体厚度和古水流方向，绘制单层砂体等厚图(图4)，进而确定辫状河道(心滩和辫状水道)与泛滥平原沉积边界(图5)。

在垂直辫状河道的连井对比剖面内，根据河道顶部高程差异、河道砂体规模差异、不连续的相变砂体和测井曲线差异(图6)，确定连井剖面内单一辫状河道间的界线位置。根据辫状河沉积模式，组合单一辫状河道界线，确定单层内单一辫状河道平面分布(图5)。

试验区内盒8下1-3单层主要发育完整的5条复合连片分布的单一辫状河道，其宽度为1 050～1 890 m(图5)。根据现代辫状河单一辫状河道宽度与构型单元规模关系，计算辫状水道宽度为234～435 m，复合心滩长度为1 931～3 569 m，复合心滩宽度为685～1 242 m。

图3 J11井盒8下亚段构型单元单井识别特征Fig.3 Characteristics of braided river reservoir architecture units of the lower part of 8th member of Xiashihezi Formation in well J11

图4 盒8下1-3单层砂体等厚图Fig.4 Isopach map of sandstone body of the 1-3 layer of the lower part of 8th member of Xiashihezi Formation

A—A′、B—B′为图6中剖面线位置。图5 盒8下1-3单层辫状河道平面分布图Fig.5 Horizontal distribution map of single braided river channels of the 1-3 layer of the lower part of 8th member of Xiashihezi Formation

以单层砂体等厚图(图4)为基础，根据心滩和辫状水道形态特征，以4级构型单元规模为参照，并结合辫状河水动力规律，在单一辫状河道内组合复合心滩和辫状水道，并确定其平面分布(图7、图8a)。

在密集井网区建立横向和纵向多条连井对比剖面(图8b、c、d、e)，在剖面内识别辅助水道，在平面上根据辫状河水动力规律分析其展布，进而确定复合心滩内单个心滩的位置和几何形态(图7、图8a)。实际测量结果显示，单个心滩长度为660～1 880 m，宽度为310～1 030 m。

图7 盒8下1-3单层4级构型单元平面分布图Fig.7 Horizontal distribution map of braided river reservoir architecture units of the 1-3 layer of the lower part of 8th member of Xiashihezi Formation

a.连井对比剖面位置图；b.C--C′连井对比剖面砂体解释图；c.D--D′连井对比剖面砂体解释图；d.E--E′连井对比剖面砂体解释图；e.F--F′连井对比剖面砂体解释图。图8 盒8下1-3单层密集井网区复合心滩解剖图Fig.8 Interpretation of the complex channel bar of the 1-3 layer of the lower part of 8th member of Xiashihezi Formation in the dense well spacing area

3 结论

1)基于辫状河道对辫状水道和心滩砂体形态和规模的控制作用，建立了现代单一辫状河道宽度与构型单元关系定量模型，提出了基于单一辫状河道宽度的构型单元定量表征方法。

2)苏××提高采收率试验区盒8下1-3单层发育5条单一辫状河道，其宽度为1 050～1 890 m，辫状水道宽度为234～435 m，复合心滩长度和宽度分别为1 931～3 569 m、685～1 242 m。密集井网区解剖表明，单个心滩长度和宽度分别为660～1 880 m、310～1 030 m。