基于地震沉积学的复杂曲流带沉积相研究

刘 海, 林承焰, 董春梅, 栗宝鹃, 李 佳

(1.中国石油大学(华东)地球科学与技术学院,山东青岛 266580; 2.山东省油藏地质重点实验室,山东青岛 266580; 3.中海石油能源发展安全环保分公司,天津 300450)

中国的陆相沉积盆地中,河流相砂岩储层占有相当重要的储量比例(36.9%)[1],这些已开发的河流相油藏大多已进入高含水、特高含水阶段,但已采出量仅占地质储量的23%,仍然有大量的剩余石油残留在地下[2]。河流相储层砂体形态多样、规模差异大、内部结构错综复杂导致的油藏非均质性是造成这种结果的主要因素之一,精确地刻画储层空间展布特征是认识复杂河流储层砂体的分隔性和非均质性的关键。孔店油田馆二段发育曲流河沉积储层,由于河道的迁移摆动形成广泛分布的连片状河流相砂体,但其内部结构变化较快,常在几十米的范围内即发生剧烈的变化,现有井网无法对河道储层进行有效的控制,仅依靠井网资料难以完成研究区河流相储层的准确刻画,因此笔者选取孔店油田为典型研究区开展地震沉积学研究,结合测井和油井生产动态资料深入解剖河流储集层内部结构和渗流特性,为下一步开发调整提供指导。

1 研究区概况

孔店油田位于黄骅坳陷中部地区的孔店凸起(图1),是一个被断层切割的背斜构造带[3],黄骅坳陷经历了早期的断陷发育期和断坳期后[4],在中新世开始进入坳陷阶段,发育大规模坳陷式河流相砂岩沉积[5]。馆陶组为坳陷期早期沉积,埋深1 206～1 434 m,油田开发过程中又细分为三段。本次研究的目的层为馆二段Ng23砂层,位于馆二段底部,发育典型曲流河沉积。岩心分析数据表明该层主要为杂色泥岩夹板状交错层理细砂岩,局部可见砾石和泥岩碎屑,厚度约5～15 m,整体岩石类型为长石砂岩和长石岩屑砂岩,颗粒呈次圆状,分选性中等偏差,剖面上砂体多呈槽状、透镜状多期次迁移叠置。

图1 孔店油田构造位置Fig.1 Structural location of Kongdian Oilfield

2 复杂曲流带地震沉积特征

2.1 复杂曲流带沉积模式

孔店地区储层沉积基础研究表明该地区馆二段发育曲流河沉积,曲流河在其沉积到废弃的整个过程中受侧向加积的影响会发生频繁的绝口、改道现象,平面上多个时期的曲流河道沉积交织在一起,形成了广泛展布的曲流带网络。复杂曲流带内部分布多个时期的河道和点坝沉积,河道内可能充填砂岩或细粒泥岩、粉砂岩沉积。由于河道在发育后期充填过程中不同位置的水动力条件差异使其充填物质也不尽相同,包括水动力逐渐减弱条件下的砂质充填河道和河道水动力突然转变为较为平静环境下的半泥质或泥质充填河道[6]。泥质河道沉积下部与砂质河道充填相似,局部可见河道滞留沉积,但其上部主要以泥岩、粉砂岩等细粒沉积充填为主。点坝砂体广泛发育于各类河道砂体之间并被其切割,点坝砂体由于沉积速率高、持续时间长易在河道带内形成局部的富砂中心,泛滥平原沉积分布于河道带边界之外,由粉砂岩、泥岩等细粒物质等组成(图2)。

对于复杂曲流带沉积,前人通过现代沉积实例、野外露头和油田井网资料对复杂曲流带的形成过程和建造结构特征进行了研究[7-11]。对于地下资料,如何对井间储层进行刻画一直是难点和重点。本文中充分利用三维地震资料较高的横向分辨率来对研究区复杂曲流带沉积砂体进行精细解剖。

图2 复杂曲流带沉积模式Fig.2 Sedimentary pattern of complex meandering belt

2.2 地震沉积学方法

地震沉积学是建立在多学科基础上,根据基础地质研究成果及地质规律,利用三维地震资料来研究岩石的宏观特征、沉积结构、沉积相分布以及沉积发育史的一门学科[12],目前常见的技术主要有90°相位化、地层切片、地震属性融合、谱分解等[13-23]。本次研究通过对岩性校定过的地震数据进行地层切片处理[24],并结合井资料来分析复杂曲流带储层的地震沉积特征。

2.2.1 相位转换

标准的地震处理通常把零相位的地震数据体作为提供给解释者的最终结果,零相位数据体在地震解释中具有很多优点,包括子波对称、主瓣中心与反射界面一致等,但其也具有同相轴与砂体没有直接对应关系、薄层环境地震干涉等不足之处[25]。对地震道进行90°相位化处理可以将地震响应的主波瓣与砂层中心对应,可以显著提高用三维地震资料解释岩性的能力[24]。

在研究区关键井标定的基础上进行相位转换可知,在零相位地震剖面中,Ng23砂体对应的振幅在波峰与波谷之间,砂岩储层与振幅关系不清楚(图3(a));经过90°相位转换处理,储层段对应的地震振幅为波峰,储层与振幅关系明确(图3(b))。另外,岩石物理分析可知,经过相位转换之后,尽管砂、泥岩振幅值有部分重叠,但从统计数据上看砂岩的振幅值整体高于泥岩,在采样高值区较为集中,而泥岩则大多集中在低、负值区,为利用振幅属性识别储层提供了依据(图4)。

图3 馆陶组地震剖面对比Fig.3 Contrast of seismic section of Guantao Formation

图4 砂岩和泥岩90°相位地震数据振幅分布频率直方图Fig.4 90° phase seismic data amplitude histogram of distribution frequency of sandstones and mudstones

2.2.2 等时地层格架建立及地层切片提取

目前常见的地震切片主要包括时间切片、沿层切片和地层切片[26],其中时间切片和沿层切片在实际操作过程中都会不同程度地穿过倾斜的等时界面,而地层切片等比例分布在两个等时界面之间, 两个等时界面都呈整合关系,是等时界面上地震属性的显示[25]。沿等时地质界面提取地层切片并进行合理的解释可以表征对应区域的岩石、沉积特征,因此在进行地层切片之前需要建立目的层等时地层格架。

在河流相地层的对比中,通常选取普遍发育的泛滥平原沉积作为相对可靠的等时对比标志[27]。研究区馆陶组可以识别出两套普遍发育的泛滥平原沉积,分别位于位于馆二段底部及顶部。馆二段底部发育一套全区稳定发育的浅灰色泥岩(Ng2底),厚度为6～14 m,自然电位曲线贴近泥岩基线,零相位地震剖面上表现为强振幅,连续性较好。馆二段顶部发育一套杂色泥岩(Ng2顶),厚度为5～10 m,稳定性较好,大多数井都有钻遇,自然电位曲线贴近泥岩基线,零相位地震剖面上表现为强—中等振幅,连续性中等,可以作为提取地层切片的等时地质界面。本次研究在这两套泛滥平原沉积所对应的等时地震同相轴之间进行线性插值并采样提取了馆二段等时地层切片(图5)。

图5 孔店油田馆陶组90°相地位地震剖面Fig.5 90° phase seismic section of Guantao Formation in Kongdian Oilfield

2.3 地震沉积相特征及地质解释

2.3.1 地层切片沉积相分析

地层切片的解释是一个井资料与地震数据综合的过程[26],关键是综合前人在现代沉积、露头及油区实例等研究中获得的认识[28-32]来帮助识别地震属性切片上的沉积现象。值得注意的是,解释过程中要排除由于断层等原因导致的地震振幅异常的干扰,这类异常与地层沉积特征无关(图6),可以通过地震剖面与切片特征对照进行识别。

分析1 312 ms地层切片可以发现,Ng23砂层发育连片状复杂曲流带沉积,内部点坝沉积较为发育,为厚层板状交错层理细砂岩,测井曲线表现为略微向上收敛的钟形,少数呈箱形,地震切片上表现为不规则片状正值高幅异常区(红色)。点坝之间被河道沉积切割,河道底部薄层板状或槽状交错层理中细砂岩,代表了早期正常河道沉积。上部发育粉砂质砂岩,也可见粉砂岩、泥岩等细粒沉积充填形成的泥质河道[33]。这种岩性的垂向变化特征导致其测井曲线呈明显向上收敛的钟形。河道沉积在地震切片上表现为不同弯曲度的条带状中幅(正值)、低幅(正、负值)异常区,其振幅与点坝沉积相比明显较低,其中泥质河道沉积主要与低幅(正、负值)异常区对应。曲流带被泛滥平原泥岩沉积包围,岩性主要是厚层块状泥岩,测井曲线呈低幅平滑状,地震切片上表现为大片负值高幅异常区(蓝色)(图7)。

图6 地层切片测井相标定Fig.6 Logging facies calibration of stratal slice

2.3.2 典型地层切片解释

在Ng23砂层沉积过程中,河道砂体经历了多期次的迁移和叠置,在相标定地层切片的基础上,按照时间顺序对Ng23砂层内部典型地层切片进行分析并结合垂向剖面构型可以了解该砂层不同沉积时期的内部结构特征及垂向叠置过程。

图7中地层切片(a)、(b)、(c)分别与Ng23层早、中、晚期沉积对应:在Ng23沉积早期(图7(a)),研究区发育两条主要的曲流带沉积,分别位于中部和北部,平面上呈宽阔条带状展布,垂向上河道主体部位砂体厚度较大,点坝内部被河道或泥质河道分隔,平面上呈串珠状分布,研究区西南部发育小规模低弯度曲流河道,河道带间发育广阔的泛滥平原沉积(图8);到Ng23沉积中期(图7(b)),多期曲流带由于侧向迁移拼接、交切使得其宽度较大(图8),平面分布大范围增加,平面上河道和泥质河道沉积广泛发育,点坝沉积呈散落状分布,泛滥平原规模显著变小,仅在研究区北部及西南小范围发育,研究区北部发育小规模曲流河道;到Ng23沉积晚期(图7(c)),河道规模显著变小且相对孤立(图8),仅在研究区局部地区发育数条窄河道,整体形态呈现弯曲状,点坝沉积在曲流河道局部发育,泛滥平原大范围分布,说明此时到曲流带发育晚期,河道沉积已经急剧萎缩并逐渐废弃。

2.4 开发动态验证

油田开发过程中将Ng23作为一个单元进行开发。通过地震沉积特征的分析可知,在看似均质的复杂曲流带砂体是多期河道叠置形成,内部泥质河道是普遍存在的,泥质河道的存在会使砂体内部发育渗流屏障或低渗带,导致砂体连续性变差。在注水开发中,控制砂体内流体的运移,是影响注采关系的重要因素之一。当注水井与采油井之间存在泥质河道时,则会发生注水不受效或者注水受阻的情况。监测资料显示井K1037-3未检测到来自注剂井K1037-1的示踪剂,这种现象可能是由于两口井之间的泥质河道遮挡所导致,同样井K1041未检测到来自注剂井K1031的示踪剂,通过地震沉积学分析可知二者之间也发育泥质河道;而在K1042井组的监测过程中,与注剂井距离相近的K1042-2和K1034-2井之间受效时间存在明显差异,说明泥质河道的存在对水驱速率造成的影响是K1034-2井反应时间延迟的重要原因(图9,表1)。这些区域由于水驱效率低下,是剩余油形成的潜在区域,后期可以针对泥质河道的遮挡区域进行合理的开发措施调整。

图7 孔店油田Ng23地层切片及沉积解释Fig.7 Typical stratal slice and sedimentary interpretation of Ng23 in Kongdian Oilfield

图8 孔店油田Ng23沉积构型对比剖面Fig.8 Contrast section of architecture of Ng23 in Kongdian Oilfield

图9 Ng23复杂曲流带砂体叠合图Fig.9 Sandstones superposition map of complex meandering belt of Ng23

注剂井注剂日期监测井与注剂井距离/m初见示踪剂日期时间间隔/d水驱速度/(m·d-1)K1037-1K1031K10422008-05-212009-05-20 2013-07-16K1037-2165K1037-3225K1022195K1041225K1042-3100K1042-2190K1034-21952008-12-191361.2— 2009-11-291931.0— 2013-09-27731.42013-12-211581.22014-01-281961.0

3 结 论

(1) 孔店油田地震资料分析表明90°相位属性与岩性具有良好的对应关系,使得地震沉积学在储层沉积精细刻画中可以很好地应用,对典型地层切片的精细地质解释可清晰地刻画出不同时期各类沉积砂体的形态及边界。

(2) 孔店油田Ng23砂层发育复杂曲流带,内部可识别出点坝、河道、泥质河道和泛滥平原微相,Ng23砂层是曲流带从发育到废弃的过程中各类沉积砂体多期次的迁移和叠置形成。

(3) 从开发角度,泥质河道沉积的存在会导致砂体连续性变差,明显影响开发过程中的油水运动,导致剩余油在注水无法波及区域局部富集,是后期开发措施调整的目标区域。