苏20区块河流相砂体刻画方法研究及应用

2021-08-05南雪芬朱振文于富美房金伟李东林李国良

录井工程 2021年2期

南雪芬朱振文于富美房金伟李东林李国良高磊

(中国石油渤海钻探油气合作开发分公司)

0 引言

苏20区块位于苏里格气田的中西部，区域构造处于鄂尔多斯盆地陕北斜坡西北部,主力层系为二叠系盒8段和山西组，是一个以河流砂体为主要储集层的低压、低渗透性、低丰度的大面积岩性气藏。苏20区块盒8段属于辫状河沉积体系，辫状分流河道是砂体主要发育部位，分流河道快速摆动使多个成因砂体在垂向及侧向相互连通，形成了广泛分布的厚砂岩，即河道砂体，主要的砂体类型为心滩砂体和河道充填砂体，其发育状况在各小层之间存在较大差异[1]。野外露头考察表明，表面上看，横向分布稳定的砂体实际上是复合河道砂体，由多条单河道砂体拼合叠置形成。单河道砂体之间在储集物性方面的明显差异和隔夹层的存在，导致复合河道砂体含气不均匀。在开发早期，只要确定单个河道砂体的展布特征，就可以准确地建立储集层的地质模型，但在开发后期，需进一步识别复合河道砂体的空间叠置关系，才能更好地挖掘剩余气[2]。苏20区块有效储集层变化快、多期河道叠置、非均质性强、气水关系复杂，具有典型的多级分叉、交叉汇聚的辫状河道沉积特点，目前缺乏系统研究河道空间展布和演化规律，如何定量化描述河道带宽度与不同期次河道带迁移特征，确定有效砂体的分布范围，是当前地质工作面临的难题。

本文通过观察苏20区块大量野外露头和岩心资料，结合目标河道砂体的地质背景资料、沉积环境、单井测井资料，深入分析测井相类型，描述沉积相和砂体平面展布特征，基于陈兴官等[3]研究河道沉积砂体宽厚比成果，从横向与纵向划定河道边界，引入定量化解析方法，应用砂地比参数实现复合叠置砂体解析，对单一心滩进行识别和定量刻画，解析了心滩内部结构，确定了阻流带型剩余气分布模式。通过对有效砂体的定量表征，明确有效砂体的空间展布规律，确定井间剩余气分布类型，从而提高了地质认识的可靠性，有利于对致密气的挖掘，为区块高效开发提供了重要依据。

1 河道砂体精细刻画方法

苏20区块开发层系为二叠系盒8段和山1段，本次研究以盒8段为主，该层段属于复杂河流相岩性气藏，沉积环境为辫状河沉积，各细分层位砂岩厚度相对较大，平面连续性好，发育多条南北向展布的河道。

1.1 单一河道砂体识别

河道单砂体研究基于小层单砂体对比及构造研究成果，进行精细地层对比，重点对区域内主力含气层段盒8段进行深入研究并精细描述，根据沉积旋回及沉积序列将盒8段分为盒8上与盒8下两个亚段，每个亚段又划分为4个小层。

以现代河流沉积及野外露头揭示的沉积原始模型为指导、以砂体厚度分布作为控制、以经典的沉积模式和相序定律为依据、以单一河道边界识别标志为约束，进行单一河道平面展布特征研究，确定各单层河道砂体呈片状或北东向条带状分布，单期河道宽为300～1 700 m，平均宽度1 000 m(图1)。

如对苏20区块北部切河道及顺河道两个方向剖面解析(图2)，将盒8下1小层顶部泥岩拉齐，比对刻画单砂体，进而划分单期河道，该区盒8下1小层共刻画出3条单期主河道，方向呈北东向，宽度介于400～1 200 m之间。

1.2 叠置泛河道砂体定量化解析

辫状河单河道砂体不仅在垂向上叠置，而且在侧向上拼合，通过对苏20区块的叠置砂体砂地比特征研究总结得出，一期分布砂地比为0～0.5，二期分布砂地比为0.5～0.8，三期分布砂地比>0.8。以小层砂地比为参数，根据参数变化范围对叠置泛河道砂体进行定量化解析，从而实现单一河道识别。苏20区块东北部7-X井区开展精细地层对比，根据测井相进行单砂体识别，依据砂地比参数变化范围划分出三期河道，基于叠置泛河道砂体定量化解析，实现了河道砂体的精确定位(图3)。

1.3 主河道方向预测

通过单一河道和单砂体的构型分析，识别主河道位置，预测主河道方向，以宽厚比成果为指导，根据河道对称性绘制连井剖面来追踪河道边界。

苏20区块砂体受物源和沉积环境控制，其盒8段砂体多呈近北东向条带状展布。盒8上1小层属于弱辫状河沉积体系，其中盒8上11和盒8上12砂体平面上主要发育4～5条主河道，各条主河道继承性强，相对较为孤立，河道宽度在300～1 700 m之间。盒8上2小层属于强辫状河沉积体系，纵向上砂岩最发育，河道连片分布、宽度大、分布广、河道间面积较小。其中盒8上21和盒8上22砂体平面上主要发育5～6条主河道，各条主河道继承性强，河道带纵横交错，形成了辫状的河道带网络，主体河道宽度在400～3 600 m之间。盒8下1小层中盒8下11砂体属于弱辫状河沉积体系，平面上主要发育4～5条主河道，各条主河道继承性强，整体河道范围窄，在东南部局部区域较为发育，存在多期河道叠置复合砂体，宽度在300～1 400 m之间；盒8下12砂体属于强辫状河沉积体系，平面上主要发育4条主河道，各条主河道继承性强，交汇分流频繁，河道宽度在250～2 500 m之间。盒8下2小层中盒8下21、盒8下22砂体属于弱辫状河沉积体系，呈长条状连片分布，宽度在300～1 500 m之间，局部富集。

图1 单一河道平面分布特征

图2 苏20区块北部井区单砂体期次对比

图3 苏20区块东北部7-X井区多期河道叠置图

2 辫状河心滩空间解析

苏里格气田苏20区块盒8段发育辫状河心滩沉积。心滩是辫状河区别于其他河流相的典型标志，也称河道砂坝，是在多次洪泛事件不断向下游移动的过程中，由垂向加积或者顺流加积而形成的一种沉积环境[4]。依据地质资料、录井资料与测井资料，可在已识别出的河道砂体内，根据垂向层序、砂顶相对深度、测井曲线特征等识别单一心滩。依据水平井解剖和密井网解析等方法确定心滩沉积的长度或宽度。

2.1 单一心滩识别

心滩砂体是盒8段辫状河储集层中最主要的构型单元，砂体厚度为6～15 m，以灰白色或浅灰色含砾粗砂岩、粗砂岩、细砾岩等粗粒沉积为主，大、小型槽状交错层理发育。单一心滩坝砂体的识别是辫状河储集层构型分析的重点，也是后续单一心滩坝解剖的前提。心滩典型识别特征是：心滩自然电位和自然伽马曲线为箱形，微电极曲线幅度差大，而辫状河道为正韵律，其电测曲线大多为钟形。

2.2 单一心滩定量表征

心滩多呈纺锤型，心滩沉积的长度为心滩沉积长轴方向的头部与尾部的距离，宽度为心滩沉积短轴方向的两翼端部之间的距离[4]。苏里格气田苏20区块水平井方向分两种，一种是垂直河道方向，一种是平行河道方向。通过对水平井钻遇心滩的统计，在垂直河道方向上钻遇的心滩代表着心滩的宽度，一般为250～600 m，平均为360 m，心滩之间有50～120 m泥质充填，代表着心滩之间的距离。平行河道方向上钻遇的心滩代表着心滩的长度，一般为550～1 100 m，平均为700 m，心滩之间有多个泥质充填，代表着心滩内部的不均质性。如图4所示。

2.3 心滩内部阻流带研究

根据现代辫状河(永定河)的野外露头解剖，顺流沉积剖面上，在心滩上部及辫状河道与心滩交接处发育多个落淤夹层，形成心滩内部阻流带，岩性分为泥质和钙质夹层。试气资料表明直井在砂体范围内存在流动边界，证实“阻流带”可影响复合砂体渗流能力和直井储量动用程度，形成一定规模的剩余气[5]。

利用本区丰富的水平井测井资料，根据自然伽马曲线识别水平井内部阻流带的存在，开展阻流带定量分析。选取平行河道方向水平段长的水平井进行剖析(图5)。水平井轨迹地质剖面显示复合砂体内部不连通，发育多个“阻流带”，垂直水流方向展布，宽度为5～30 m，间隔70～220 m。沿河道方向的水平井通过多段压裂能克服阻流带的影响，最大限度动用心滩储量，但存在钻遇不到主心滩的风险；垂直河道的水平井能钻遇多个心滩，但和直丛井一样由于阻流带存在，影响复合砂体渗流能力，剩余一部分地质储量无法开发。复合砂体内阻流带型剩余储量约占气田总剩余储量的25%。

图4 苏20区块水平井心滩解析

图5 苏20区块内N-YH水平井内部阻流带解析

3 有效砂体定量表征

岩心精细描述是确定有效单砂体厚度的重要手段，在岩电关系标定的基础上，结合测井资料对非取心井进行有效单砂体厚度解剖。分析表明，苏20区块孤立型有效单砂体厚度主要介于0.5～22 m之间，厚度中值在1.5～4 m之间，小于5 m厚度占全部的86.6% (图6)。

有效单砂体宽度、长度规模分析可通过密井网解剖进行，以苏20区块东北部为例，从垂直河道方向剖面解析(图7)，钻遇含气砂体59个，其中宽度大于1 800 m的1个(1.6%)，1 200～1 800 m的2个(3.3%)，600～1 200 m的5个(8.4%)，小于600 m的51个(86.4%)。结合动态分析、干扰试井、野外露头对比，说明有效砂体南北向长度一般小于700 m，东西向宽度一般小于500 m。气田有效单砂体展布面积主要为0.08～0.32 km2，平均为0.24 km2。根据储量丰度与有效单砂体平均规模折算，1 km2地层内平均发育有效砂体 20～30个。80%的有效砂体呈孤立状分布，规模小，平均尺寸小于400 m×600 m；20%的有效砂体呈垂向叠置、侧向搭接，规模较大，储量占总储量的45%。

有效砂体受沉积相及砂岩厚度展布控制作用较明显，在辫状河心滩、曲流河边滩等砂岩厚度较大的区域有效储集层厚度最大；辫状河道、曲流河道砂岩相对较发育的区域有效储集层、气层厚度相对较大；泛滥平原相砂岩不发育的区域有效储集层及气层基本不发育。有效砂体平面上分布整体受控于砂体展布，主要取决于物性发育情况，受物源控制，苏20区块东部有效砂体发育程度好于西部，其中：盒8上2和盒8下1小层呈长条状较为连片分布，宽度规模在400～2 300 m之间，在中东部井区局部富集；盒8上1和盒8下2小层呈长条状零星分布，宽度规模在300～1 500 m之间。

应用有效砂体定量表征技术表明，苏20区块致密气储集层有效砂体规模小，横向连通性差，发育频率低，空间上以孤立分布为主。目前600 m×1 000 m和600 m×800 m井网，无法充分控制含气砂体，井间存在剩余储量，将是下步井位优化部署的可选方向。水平井动用目的层单一，纵向上储量损失大，可以考虑层间加密动用剩余储量。

图6 苏20区块有效砂体厚度频率

图7 苏20区块东北部东西向气藏剖面

4 应用效果

根据前述研究成果，苏20区块部分井网为600 m×1 000 m井网，目前很难充分控制不同规模含气砂体，存在较多剩余储量。应用地质、地球物理、气藏工程方法，根据单砂体研究成果，对区域、井间、层间逐级开展剩余储量精细解剖，定性判断剩余储量类型。根据苏20区块不同区域的储集层特征和剩余储量类型制定相应的加密方式。

苏20区块东北部为孤立条带状含气砂体，有效砂体分布范围小，横向气藏连通性差、纵向发育频率低、平面孤立分布、气层对应率低于40%。采用600 m×500 m井网加密，井网密度3.0口/km2。2020年实施2丛8口井，平均钻遇气层厚度15.3 m,平均无阻气产量14.4×104m3/d,初期平均产气1.12×104m3/d。天然气采收率由31.24%预测提高到39.44%，提高8.2%。

苏20区块东南部为复合连片分布含气砂体，有效砂体规模较大、气藏横向连通性强、纵向发育频率高、平面连片分布、气层对应率高于70%。采用加密井网600 m×(500～600)m，井网密度2.56口/km2。2020年实施1丛5口井，平均钻遇气层厚度17.3 m,平均无阻气产量7.9×104m3/d,初期平均产气0.88×104m3/d。天然气采收率由30.9%预测提高到37.9%，提高7%。

苏20区块38口水平井中有35口井的目的层为盒8上2小层， 2020年针对水平井漏失型储量在区块东南部实施4口井，平均钻遇气层厚度14.3 m,平均动用气层厚度12.8 m, 平均无阻气产量18.4×104m3/d,初期平均产气1.38×104m3/d。天然气采收率由30.6%预测提高到36.9%，提高6.3%。