基于沉积过程的三角洲前缘薄互层储层精细分析

2019-10-25李冰申春生李林张君博胡治华

沉积学报 2019年5期

李冰，申春生，李林，张君博，胡治华

中海石油（中国）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300459

0 引言

薄互层是指在纵向上储层（砂岩）与非储层（泥）相互交替出现且厚度均较小的一种沉积类型的岩体，垂向上呈现频繁的砂泥交替，在地震上一个反射相位是一套砂泥交替出现的储层综合反映[1-4]。针对薄互层内部的砂体分布特征，很难进一步通过地震资料来预测，如何提高薄互层及内部砂体的精细研究，就成为油田开发迫切需要研究的问题。

自1973 年Widess 首次运用楔状模型分析薄层厚度与地震响应的关系以来，国内外学者在薄互层内部定量预测薄层做了大量研究性工作。孙鲁平等[5]通过从地震资料中提取薄层频率属性（如峰值频率、中心频率等）建立了地震峰值频率与薄层厚度的关系。黄文锋等[6]构建了楔状薄互层模型，建立了薄互层地震响应与薄互层参数之间的联系。李雪英等[7]利用深度域相移法对等厚薄互层进行正演模拟，实现了等厚薄互层的定量预测。上述薄互层描述方法一般以Widess 模型为基础，利用地震属性识别厚度小于1/4λ 的孤立薄层。然而，在实际油田中经常遇到一组由多个厚度都小于1/4λ的薄层和之间的隔夹层组成的薄互层组。其地震响应不仅与组内的单一薄层厚度有关，而且与薄层层数、物性、流体性质差异以及反射子波频率和衰减系数有关。

利用上述时频域方法不能有效地描述薄互层内部的砂体分布特征，如何提高薄互层及内部砂体的精细研究，就成为油田开发迫切需要研究的问题。受沉积作用的影响，薄互层内部砂体之间有密切的成因联系，将沉积过程[8-13]融入到薄互层储层中，可以分析薄互层储层的合理性，重塑薄互层储层内部结构，实现薄互层储层内部单层砂体的形成机理，进一步加深薄互层储层的认识。为此，笔者以渤海湾P19 油田为例，基于沉积环境分析完成了三角洲前缘薄互层储层的精细刻画，为类似薄互层的展布特征及剩余油分布提供参考和依据。

1 地质概况

P19 油田位于渤海中南部海域渤南低凸起中段的东北端（图1）。为断裂背斜翼部构造，断裂系统发育，地层倾角7°～18°，主要含油层段位于新近系馆陶组，以辫状河三角洲前缘为主，纵向上单油层多且厚度较薄，约70%层数的厚度小于3 m，表现为砂泥岩薄互层的特征。根据岩性及旋回特征，馆陶组可划出多套砂层组，单一砂层组主要由砂、泥岩不等厚叠置构成，为地震可识别的最小单元，具有明显的砂—泥—砂结构（图2）。

图1 研究区构造位置Fig.1 Structural location in the study area

研究区主要为灰色、灰绿色细砂岩、中砂岩，岩芯上粒度呈反旋回特征（图3a），为河口坝沉积物，碎屑颗粒呈次棱角状（图3b，c），接触类型为孔隙式—接触式胶结，分选中等—差，成熟度低，黏土矿物主要为伊利石、高岭石，可见少量黄铁矿（图3d），具有辫状河三角洲前缘沉积的特点[14-16]。

P19油田2016年实施开发井，分层系开发，井距100～300 m，钻井资料较为丰富，含油面积3 km2，具有很大的调整空间。研究区丰富的地震资料和动态资料为本次研究奠定了坚实的基础。

图2 研究区馆陶组地层综合柱状图Fig.2 Comprehensive stratigraphic column of Guantao Formation in the study area

2 三角洲前缘薄互层储层精细分析

本次研究在层序地层学及标志层约束基础上，地震资料约束和分级控制原则相结合，对薄互层储层分为砂层组和单层砂体两个级次进行精细分析。本文以L70-III砂层组为例，利用研究区地震、钻井及测井资料，在精细时深标定基础上进行古地形分析及钻井揭示的沉积环境分析，再结合地震最小振幅属性，得到砂层组的展布范围；然后根据沉积过程分析[17-20]，得到薄互层内部单层砂体级次的沉积模式及演化特征，以此确定薄互层内部单层砂体的分布范围。从而实现了薄互层由砂层组级次到单层砂体级次的精细解剖。

图3 研究区馆陶组岩石特征Fig.3 Petrology characteristics of Guantao Formation in the study area

2.1 沉积环境特征

2.1.1 精细时深标定

声波测井曲线是地震分析过程中必不可少的资料，随钻纵、横波测井曲线的准确预测对该油田剩余油分布预测及井位优化研究工作具有很强的现实意义[21-27]。由于研究区大多数井都没有声波测井曲线，在没有声波测井资料的情况下，必须对其进行预测，目前常用的横波测井曲线的模拟预测是基于Han 公式、Greengerg-Castagna(GC)公式和Xu-White 模型完成的。本次研究基于油田实际地震资料，实际改进Han 岩石物理公式（公式1）得到可靠时深关系，得到回归声波数据曲线，制作合成地震记录（图4a），将井揭示储层和地震资料标定，再通过人工寻找标志层的办法，进行进一步的精细标定，从而保证砂层组级次的高精度控制，完成砂层组级次等时地层格架的建立。

式中:DTC 为拟合纵波时差，µs/ft；TVDSS 为海拔深度，m；VCLAY 为泥质含量，%；PORT 为总孔隙度，%；PORE 为有效孔隙度，%；SW 为含水饱和度，%；a，b，c，d，e，f，g表示常数系数。

2.1.2 地震属性分析

研究区馆陶组地震主频约为32 Hz，地震可识别砂层组的厚度约为9.7 m（波长/8）。在此基础上，以纯波地震资料为基础，利用道积分算法将地震资料的零相位与砂泥岩阻抗界面相对应，从而实现利用振幅包络直接刻画目的薄互层顶底界面（图4b），并根据该顶底界面分别提取一定时间厚度内的均方根振幅、最大振幅、最小振幅及平均振幅等地震属性，通过与钻井砂岩对比及分析，对比认为最小振幅属性值与井点厚度值吻合程度较高（图4c，d），储层平面预测钻井吻合率达到85%以上，呈现出砂岩越发育振幅越强的特征（图4c，e），为研究砂层组的平面展布和连通性提供了基础。

图4 研究区馆陶组砂层组地震剖面特征及最小振幅属性平面图Fig.4 Seismic profile map and minimum amplitude isoline map of Guantao Formation in the study area

2.1.3 沉积环境特征分析

古地形对沉积体系有一定的控制作用，波折带决定了沉积的卸载场所，沉积物一般会沿着低势地貌堆积，古地形的恢复有助于研究储层发育与分布特点、判断古地理环境及沉积演化特征等[28-31]。本研究首先根据实施井轨迹与地层的空间关系，消除视地层厚度的影响，结合上述等时精细地层格架，然后基于层拉平古地貌恢复技术，依据沉积环境认识，将目的层顶面拉平，视为古沉积时期的湖平面，此时底面的形态就可以认为是地层沉积前的相对古地貌。再通过编制研究区地层等厚图，对目的层的古地貌形态加以验证，这样就基本恢复了古地形形态。经计算，主要沉积区域坡度一般在0.5°～2°，呈现缓坡沉积特点（图5a），储层展布规律受控于分流河道，沿近东西向分流，主河道宽度350～500 m。主要包括河谷、高地、斜坡三种古地貌单元。

通过地震反射特征分析，结合砂体叠置样式，得出不同地震反射条件下的砂体叠置特点，结合岩芯观察与测井信息建立辫状河三角洲前缘下的主要微相单元模式（图5b），确定了砂层组级次下的沉积微相分布图，明确了不同成因砂体接触关系，展现了砂体的平面连续性，最终得到砂层组平面上的砂体沉积、迁移方向、垂向砂层组内砂体发育结构等模式认知（图5c）。河谷：为地形较低的古地貌单元，有一定的坡度，主要的水下分流河道卸载区，形成以河口坝沉积为主的微相单元，河谷内的砂体叠合厚度大于10 m，薄互层砂体多以“厚—薄—厚”式叠置；斜坡：为高地与河谷的连接区，主要发育水下分流河道边缘沉积，当河流作用加剧时，可在斜坡形成连续砂体，砂体叠合厚度5～10 m，砂体以多个砂泥等厚叠置为主；高地：为地形最高的地貌单元，在北部、南部各发育一个小高地，为小型分流河道或溢岸的卸载区域，当水量增多时，可形成多条小型分支河道，砂体叠合厚度0～5 m，砂体以多个薄层叠置或孤立薄层为主，为薄层发育区；平原:为地形最低的古地貌单元，坡度较小，主要的水体发育区，以泥质沉积为主，分布在东侧一带。

图5 研究区古地形及沉积环境分析Fig.5 Ancient landform and sedimentary environment in the study area

2.2 沉积模式及演化

受古环境的影响，河道砂体间垂向切割、侧向叠置频繁，深化沉积模式认识对于研究砂体的组合、叠置模式有着重要意义[32-35]。研究区薄互层的形成是由于辫状河顺着水流方向的间歇性沉积引起的，当湖水较发育时，主体区以泥质沉积为主，局部会有条带状薄层砂体沉积，且存在摆动，当河流作用增大时，大量沉积物沿着河谷方向卸载沉积下来，形成一套优质砂体。

通过对井剖面的精细对比，反应了沉积环境水体向下变深，砂岩厚度增大、泥岩减薄、砂泥比值加大的特征，它代表了可容纳空间减小的过程，辫状河三角洲沉积中心逐渐向湖中心推进。随着沉积时期推移，单层砂体厚度规模和展布范围逐渐扩大，连续性变好，呈现向湖盆增长的趋势（图6），可在单一方向上确定单层砂体的演化关系，共经历三个阶段：1）受古地形的控制影响，气候条件干旱，水流变小，湖泊推进，周边物源供给减少，碎屑沉积受湖水波浪作用较大，主要形成一些小型河道沉积；2）汇入新的主干河道，水下分流河道规模有所增大，且向北迁移；3）大量辫状河砂体顺着缓坡河谷区汇入研究区，在河谷沉积形成大量砂体。这些砂体纵向上相互叠置，平面上叠加连片，向东南部逐渐尖灭，形成三角洲前缘沉积，其分布范围取决于沟谷的宽度。

图6 研究区三角洲前缘沉积模式Fig.6 Depositional model of braided delta front in the study area

图7 研究区馆陶组薄互层砂体叠置样式Fig.7 Superposition pattern of thin interbed layers of Guantao Formation in the study area

2.3 储层内部结构解剖

辫状河三角洲前缘薄互层内部单层砂体以多种叠置样式存在[36-40]，对于砂体的连通关系及注水效果具有很重要的影响，对于这种薄互层纵向、平面沉积变化，其精细研究可以将该砂层组的沉积模式与成因相结合，更能体现其本质。

2.3.1 纵向期次划分

不同阶段形成的砂体其规模与薄互层的沉积过程有着较好的耦合性：初期由于水下分流河道较多，沉积物较分散，随着演化沉积物逐渐集中，多以侧向沉积为主，至末期河道流量达到高峰，水下分流河道水动力较强，多以垂向加积为主，薄互层砂体呈现多种叠置样式。

本文通过分析认为在研究区主要有三种砂体叠置关系，同位叠覆型（图7a）：主要分布在研究区高部位，其水动力较强，大量砂体优先卸载，单层砂体持续性堆积，在同一位置多期叠置；侧向切叠型（图7b）：主要在河谷的边部，受古地形与水流动力的影响，沉积不稳定，容易在侧向上多期叠置，夹层数量增多；侧翼接触型（图7c）：处于研究区的边部，为沉积远端，为小型水下分流河道发育区，不同的河道砂体相对独立，当水流量增多时，部分河道会相遇，导致砂体有所接触。

对于叠置复合河道，在形成过程中新河道对老河道存在不同程度的侵蚀冲刷，因此冲刷面即为两期河道的沉积界面。本文通过岩芯观察发现界面回返幅度值在0.8 之下的界面在测井曲线上响应是明显的，可以作为未取芯井中河道间界面识别和期次划分依据。因此，在砂层组精细地层格架下，利用测井资料将薄互层细分到单层砂体级别。划分结果：目的砂层组内部主要发育三个单层砂体，砂体厚度2～8 m，泥岩隔层厚度1～4 m（图8a）。

2.3.2 平面砂体演化

受沉积环境的影响，相似的沉积单元具有相似的砂体分布信息。类比现代河流及周边相似油田，辫状河三角洲前缘水下分流河道砂体平面上多呈条带状，剖面具有中间厚、两侧均匀减薄或尖灭的特点[41-45]，统计厚度2～6 m 的单层砂体的宽厚比为80～100。在上述砂层组沉积展布范围基础上，以沉积过程为指导，以相似砂体分布参数作约束，结合井点实钻砂体厚度，最终实现单层砂体的边界刻画。

图8 研究区单层砂体叠置及平面分布样式Fig.8 Superposition and plane distribution pattern of thin interbed layers in the study area

图9 研究区应用实例分析Fig.9 Application case analysis in the study area

不同阶段形成的砂体其规模与薄互层的沉积过程有着较好的耦合性，初期小型水下分流河道众多，以多条沉积带为主，后期沉积物卸载集中，形成主要沉积带，沿其方向砂体呈连续沉积，导致平面上砂体的展布空间有所不同。平面上研究区主要有两种砂体接触关系，轴向叠置：水动力较强，单层砂体持续性向前沉积形成，不会发生侧向迁移摆动；侧向迁移：单层砂体在推进过程中，填洼补平，水道多有侧向迁移，然后邻近地区再沉积形成的（图8b）。

从图8c 中可以看出，砂层组内部砂体从下到上逐渐变宽变厚，展现了一个湖水缩进的演化过程。通过统计，研究区馆陶组单层砂体呈北西—南东向窄条状展布，宽400～600 m，宽厚比70～150 m，北西—南东向具有一定的连通性，河道边缘为薄层发育区。

3 应用效果

对研究区馆陶组进行了薄互层储层的发育状况及内部单层砂体的精细分析，取得了良好的应用效果。在实际生产中验证了薄互层划分结果的合理性及单层砂体的平面连续性，以J39 井组为例，B42ST02、J39井完钻后砂体出现不同程度的亏压，且J39、J44井完钻后出现分段水淹（图9a），即证实了砂体连续性，也为剩余油分布规律及下一步优化调整提供了依据。在综合调整项目中指导井位部署和优化40 井次，以J38 井为例，根据薄互层精细刻画结果，原设计井位位于砂体边缘，向西南砂体变厚，据此将该井位置向西南优化了60 m，该井实施后，生产油层厚度比钻前设计增加15%，产能增加48 m3/d（图9b）。滚动评价新增储量500×104m3，产能超设计1.4倍。通过对单层砂体级次的研究，提高注采对应率23%，保证了开发井的高产与注水井的显著效果。