曲流河片状沉积砂体精细刻画方法

2022-02-02马佳国王建立周卿王腾

中国海上油气 2022年6期

马佳国王建立周卿王腾

（中海石油（中国）有限公司天津分公司天津 300459）

油田开发中后期，砂体水淹严重，寻找隔夹层遮挡的剩余油发育区是油田稳产的重点，也是研究的难点。复合曲流河河道频繁改道、侧向迁移，点坝多次叠切沉积，造成砂体内部结构复杂，对砂体精细解剖难度很大。海上油田以大井网生产为主，井数据相对不足，严重制约对复合砂体各沉积单元的刻画，如废弃河道、点坝等，以及砂体期次、砂体切叠关系的认识［1-2］。胡光义等［3-4］将复合砂体构型分为十个级次，在油田开发尺度下，主要研究单一河道带、复合点坝、点坝、侧积体四个级次；根据沉积物供给与可容纳空间的关系，砂体切面形态可分为孤立型、侧叠型、堆叠型；其提出的地震敏感属性蛛网图从一定程度上能区分不同级次构型砂体，但油田实践中，操作较为复杂。赵晓明等［5］对平移型点坝形成机理与沉积特征进行了详细研究，对点坝砂体的精细解剖提供了较好的研究思路，但理论研究与实际应用存在一定的差距，特别是大井距生产的油田，如果缺少可靠平面属性指导砂体精细解剖，则砂体的构型可能与地下地质存在偏差，这种偏差在油田实际开发生产中具有较大影响。

本文以渤海海域曹妃甸油田明下段M砂体为例，以高分辨率地震资料为基础，借用高清晰度边缘检测属性切片，宏观上展示河道迁移过程，再结合地震剖面相和连井剖面相，分析各井区所属点坝及点坝间的关系。利用井震结合的方法，结合河道迁移沉积原理，对曲流河片状砂体进行精细解剖。

1 砂体概况及资料情况

研究区位于渤海湾盆地沙垒田凸起，研究对象为新近系明化镇组下段M砂体。钻井证实明下段沉积以单一曲流河为主，明上段沉积以极浅水三角洲为主，目标砂体属于过渡时期沉积，以曲流河连片沉积为主。砂体构造幅度为30 m，平均油柱高度9 m，局部发育纯油区，为构造岩性边水油藏类型。经过15年的开采，目前采出程度达到10%，综合含水率高达90%，为中低采出、高含水油田。开发早期认为砂体为片状沉积、全连通状态。随着开发的深入，暴露出许多问题，主要表现为：①部分邻井生产动态差异较大，累产和后期含水上升率差别大；②不同位置过路井证实砂体存在多个油水系统，并非为泛连通状态。生产动态证实由于河道多次侧向迁移及叠切沉积，砂体形成鳞片状沉积，并非泛连通片状。为挖潜剩余油，需要对砂体内部结构进行精细研究［6］。

为了能够使地震资料更清楚地反映砂体的微小变化，有针对性地设计采集参数，以获得高质量的高分辨率地震资料。资料处理用采样点密度速度建模方法，使同向轴准确归位，达到高信噪比和高分辨率，处理后目标研究区地震资料有效频宽为8～100 Hz，为刻画储层内部细节提供了良好资料基础。

2 井震结合研究方法

2.1 高精度边缘检测

边缘检测属性是一种突显地震数据空间不连续性的数学变化方法，该方法在断裂系统的解释中是一种非常成熟的技术方法。岩性变化带、河道、特殊岩性体等沉积单元反应在三维地震数据体上也是不连续的，因此物探工作者尝试利用边缘检测方法对河道进行刻画，但由于大部分地震资料不具备高分辨率能力，要达到清楚刻画岩性边界，或者河道等沉积要素，难度非常大［7-8］。

采用带倾角校正的振幅对比属性来进行数据体内不连续性检测。该方法分为3步，首先求取研究范围内的倾角体，然后求取地震数据体3个方向的变化梯度，最后通过自适应的方式为3个维度进行加权，以此来刻画微小差异［9］。图1为该方法与常规方法应用效果对比。

图1 边缘检测效果对比Fig.1 Edge detection effect comparison

2.2 砂体期次研究

等时切片技术是研究断裂发育体系或河道发育演化的重要工具。使用较为广泛的方法有3种：时间切片、沿层切片和地层切片。时间切片是对地震数据体沿某一固定时间进行切片显示，该方法在构造解释中应用较为广泛。沿层切片和地层切片都需要沿反射轴追踪的解释层进行约束，得到具有地质意义的属性切片［10-11］。

本次研究采用沿层切片技术，对河道及砂体的发育演化过程进行研究。图2a为河道发育早期，发育中等弯度曲流河，河道特征清晰，河道外围发育泥岩。图2b为河道发育中期，以侧向迁移，多次改道为主，砂体不断侧向沉积，叠切沉积，最终形成较大规模连片沉积砂。图2c为河道发育末期，河道边界清晰，钻井证实河道里填充为泥质粉砂岩［12-13］。图2b中河道多次迁移过程中废弃河道充填泥岩，局部区块具有分隔流体系统的作用，而图2c中末期河道较窄，下切较浅，充填泥质粉砂岩或粉砂质泥岩，一般不具备分隔流体系统作用。

图2 河道及砂体发育演化Fig.2 Development and evolution of channel and sand body

2.3 沉积微相井震特征研究

曲流河片状砂体主要的沉积单元包括河床点坝、天然堤、泛滥平原、河床底部滞留沉积、末期河道和废弃河道等，理清测井曲线上的各沉积要素的响应特征，结合地震平面切片属性，即可对曲流河片状砂体精细解剖。点坝岩性以中砂岩、细砂岩为主，正韵律，发育槽状交错层理，孔渗性较好，GR曲线呈钟形、箱形（图3a）。天然堤岩性主要为细砂岩、粉砂岩，比较多见的有水平层理、小型槽状交错层理，GR曲线上呈现出指型特征，厚度较薄（图3b）。泛滥平原岩性以泥岩、粉砂岩为主，颜色上多呈现出灰色、灰黑色、黑色，GR曲线表现为低幅度线形（图3c）。河道滞留沉积以含砾砂岩为主，正韵律，GR曲线一般呈钟形（图3d）。末期河道或废弃河道发育粉砂质泥岩或泥质粉砂岩，末期河道为河道最晚期水线。废弃河道为河流改道或截弯取直形成的，两种河道GR曲线值界于泥岩基线和砂岩基线之间，一般厚度较薄，与下覆砂岩连通或通而不畅状态（图3e）。

图3 各沉积单元井曲线及地震剖面特征Fig.3 Well curve and seismic profile characteristics of each sedimentary unit

2.4 砂体接触关系研究

利用砂体宏观的切片属性，对砂体的沉积过程有大概了解，再借助实钻井的曲线及地震剖面，对砂体进一步精细解剖。过砂体的主要井位，切近东西方向和近南北方向两条地震剖面，看出砂体振幅响应差异较大，钻井证实砂体厚度分布不均，连续性也不完全一致，说明砂体切割叠置关系复杂，借助砂体平面属性、连井柱状图及地震剖面进行精细研究（图4、5）。图4a为西南-东北向连井线地震切片属性，从属性上可以看到多个点坝砂体、末期河道及废弃河道。图4b是对应井的连井柱状图，图4c是对应井的连井地震剖面。从图4c展示的连井地震剖面上清楚看出，A井钻遇早期点坝，其地震反射轴连续性好，反射强，GR曲线呈箱形。B井钻遇一期废弃河道，属性图上显示为灰色条带状不完整河道沉积，地震反射轴较弱，为两期点坝间的弱沉积体，从GR曲线上看其为钟形，即底部为砂岩或粉砂岩，向上渐变为泥岩。C井和D井钻遇晚期点坝，切片属性上为明显的点坝特征，其地震反射轴明显变胖，GR曲线呈标准箱形。E井和F井在切片属性上表现为点坝间沉积，从地震剖面上表现为弱连续性反射，与早期点坝期次一致，GR曲线上表现为指状或含有泥质夹层，因此推测为河床底部沉积。G井从切片属性和地震剖面上看，表现为另一期点坝沉积。

图4 西南—东北向实钻井切片属性图、连井柱状图、地震剖面图Fig.4 Southwest—northeast actual drilling slice attribute map，well-connected histogram，seismic profile map

图5a为北西-南东向连井线地震切片属性，图5b是对应井的连井柱状图，图5c是对应井的连井地震剖面。从地震剖面上清楚看出M井钻遇早期点坝，实钻GR曲线呈箱形，其地震反射轴连续性好，反射强。N井钻遇废弃河道，仅河道底充填砂岩，向上渐变为泥岩，GR曲线呈钟形。O井P井钻遇晚期点坝中部，地震反射强，连续性好，GR曲线为箱形。从属性切片上看Q井和R井钻遇点坝边部，地震反射轴连续性较好，反射强度一般，GR曲线表现为砂泥夹杂沉积，因此推测这两口井钻遇点坝叠切沉积体，其侧积夹层发育。

图5 北西—南东向实钻井切片属性图、连井柱状图、地震剖面图Fig.5 Northwest—southeast actual drilling slice attribute map，well-connected histogram，seismic profile map

3 砂体精细解剖

3.1 曲流河片状砂体发育过程

在低可容纳空间且沉积物供给充足的条件下，曲流河易形成片状砂体沉积［2-14］，其河道发育演化及砂体沉积过程分为四个阶段［15-16］。第一阶段以河道侧向迁移为主，即弯道水流受到重力和离心力的共同作用，使弯道水流呈螺旋流运动，不断侵蚀凹岸并在凸岸堆积，多个洪水期过程使河道弯度增加，凸岸形成多期侧积体（图6a）。第二阶段以河道截弯取直为主，即侧向迁移到一定阶段，同一侧的两个河弯之间形成狭颈，某期洪水将其冲开形成新河道的过程，此过程形成单一点坝及废弃河道（图6b）。第三阶段以新河道下切早期点坝形成新点坝的过程为主要特征，以垂向加积为主要特征，此过程易形成曲流带，甚至形成较大规模的鳞片状连片叠置砂，砂体整体呈泛连通状态，局部存在夹层遮挡的不连通点坝砂（图6c）。第四阶段以末期河道发育为主要特征，此过程以弱下切为主，形成较小点坝或无点坝形成（图6d）。

图6 曲流河发育演化过程Fig.6 Development and evolution of meandering river

3.2 点坝的识别

点坝是曲流河沉积形成的重要沉积单元，在地震反射剖面上表现为强反射轴或透镜状反射，其有效储层厚，物性好。研究区中有多口井钻遇点坝砂体，单一点坝砂体在测井曲线上表现为箱形特征，复合点坝砂体中间含有泥质夹层［17-18］。研究区中S水平井，水平段长250 m，其从点坝边部入层，钻穿整个点坝，尾端钻遇点坝边部废弃河道。图7a为S井平面属性图，可以看出，S井的GR曲线表现为标准箱型特征，曲线红色充填色代表泥质含量高，箭头位置为点坝边部。图7b为实钻井的地震剖面，点坝呈透镜状，可能为两期叠置点坝，但水平井仅钻穿早期点坝，未钻遇晚期点坝，整个水平段物性非常好，平面属性刻画砂体的砂体物性与实钻井证实的砂体物性完全吻合。

图7 点坝识别Fig.7 Identification of point bar

3.3 废弃河道的识别

废弃河道是河道截弯取直过程中早期河道被粉砂质泥或泥岩充填形成的，在地震剖面上表现为弱振幅响应或泥岩响应特征，钻井揭示储层缺失或者减薄。早期废弃河道可能被晚期河道切割并沉积点坝砂，只有最晚期废弃河道能被保存，且规模较小，连续性差，因此利用地震属性较难刻画。但利用井震结合的方法，结合地质沉积模式，废弃河道是可以刻画的［11-19］。图8a为T井钻遇废弃河道的地震切片属性特征，为牛轭特征或月牙特征，与现代野外沉积观察特征一致，较易识别。图8b为该井的地震剖面特征，表现为弱反射或无反射特征，反射轴连续性差。

图8 废弃河道识别Fig.8 Identification of abandoned river

3.4 侧积夹层的刻画

通过野外露头及岩心照片可以观察到，侧积泥岩层厚度在20～40 cm（图9a、b）。图9c为设计在点坝里的水平井，根据实钻测井曲线，可以看到至少存在3期侧积层，其伽马曲线特征为短暂尖峰回返，与两侧点坝砂岩低伽马值形成鲜明对比。根据伽马曲线判断水平钻遇长度为2 m左右，以侧积层倾角3°到10°计算，侧积层厚度为10～30 cm，其在地震切片属性及剖面上均无响应，因此侧积夹层只能依据废弃河道、点坝的位置，结合侧井曲线和沉积模式进行刻画。

图9 观察与实钻侧积层Fig.9 Observation and actual drilling of sidelay

3.5 末期河道的刻画

末期河道是砂体沉积的最晚期，小型洪水期形成的小型河道，通常宽度在50 m以内，其下切早期砂体能力较为局限，下切深度在2 m以内，河道内充填物以泥质粉砂岩或粉砂质泥岩。因其与下覆砂岩粘连，在地震剖面上仅有微弱响应，常规地震属性方法可能无法识别，砂体解释过程中常被忽略，其主要影响水平井着陆深度，对低油柱底水油藏影响较大。两口钻遇末期河道井，从地震切片属性图直接测量河道宽度为30 m左右（图10a）；从GR曲线上看（图10b），垂厚在1.5～2.0 m，河道充填物岩性界于纯砂岩和纯泥岩之间，与早期砂岩连通好。

图10 末期河道特征Fig.10 Characteristics of end stage river channel

4 砂体平面沉积微相研究

对稀井网沉积微相的研究，应该从井资料出发，无井控区以地震切片属性为主要依据，因此切片属性对沉积单元响应的可靠性至关重要［20-21］。为验证切片属性的正确性，选取4口井作为验证（图11）。H井钻遇点坝边部，实钻证实为纯砂岩，厚度为9.9 m，J井和K井分别钻遇另一点坝的边部和中部，实钻证实均为纯砂岩，且边部的J井物性不如K井物性，J井砂岩厚度为5.7 m，K井砂岩厚度为11.7 m，I井钻遇废弃河道，实钻证实物性为粉砂岩，厚度为1.2 m。4口井砂岩厚度、物性、井曲线显示特征与井所在切片位置及地震剖面特征都相当吻合（图11）。统计研究区内所有过路井曲线反映河、砂、泥分布规律与井点所在切片属性平面位置反映地质情况，两者吻合率超过90%，证实切片属性能较真实反映沉积现象。