蘇丹Fula油田辮狀河儲層內(nèi)夾層沉積成因及井間預(yù)測

袁新濤,吳向紅,張新征,晉劍利

(中國石油勘探開發(fā)研究院,北京 100083)

蘇丹Fula油田辮狀河儲層內(nèi)夾層沉積成因及井間預(yù)測

袁新濤,吳向紅,張新征,晉劍利

(中國石油勘探開發(fā)研究院,北京 100083)

針對辮狀河儲層內(nèi)隔夾層的復(fù)雜結(jié)構(gòu)特征,依據(jù)沉積學(xué)及高分辨率層序地層學(xué)基本原理,對Fula油田辮狀河儲層內(nèi)隔夾層的沉積成因及井間預(yù)測方法進行研究。結(jié)果表明:廢棄河道、壩間泥、心灘落淤層、越岸沉積是構(gòu)成辮狀河夾層的主要沉積類型,泥質(zhì)沉積物的保存與可容納空間、沉積物供給速度有著密切聯(lián)系；在沉積成因分析基礎(chǔ)上,可根據(jù)單井測井解釋和連井對比來描述各類夾層的空間形態(tài),建立夾層的沉積模式；在辮狀河相儲層中,應(yīng)用多點地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)方法預(yù)測井間泥質(zhì)夾層分布,可以更有效地體現(xiàn)夾層的幾何形態(tài)和分布規(guī)律,其更加符合辮狀河夾層的沉積模式。

層序地層學(xué)；辮狀河；夾層；沉積成因；井間預(yù)測；多點地質(zhì)統(tǒng)計；Fula油田

辮狀河儲層是碎屑巖沉積中重要的儲層類型之一,在世界各大油氣田中占有很重要的地位,世界范圍內(nèi)不乏有以辮狀河沉積為主要儲集單元的大油田,如國外的阿拉斯加和北海油田以及國內(nèi)的北大港油田等[1]。對于投入開發(fā)的該類油田,復(fù)雜的夾層分布是形成儲層非均質(zhì)性的主要原因,夾層的描述及預(yù)測是整個油藏儲層靜態(tài)表征的重點內(nèi)容?？偟膩砜?目前有關(guān)辮狀河儲層夾層的研究仍局限在探討其沉積模式[2-9]以及利用密井網(wǎng)條件對辮狀河心灘壩進行嘗試性構(gòu)型解剖[10-11],缺乏對辮狀河泥巖夾層在沉積學(xué)指導(dǎo)下進行井間預(yù)測的系統(tǒng)性研究,而且由于辮狀河類型多樣,儲層結(jié)構(gòu)復(fù)雜,在某一地區(qū)建立的沉積模式并不一定適用于其他地區(qū)。筆者選取蘇丹Fula油田辮狀河儲層作為研究對象,從沉積成因分析入手,對該油田夾層的分布模式和井間預(yù)測方法進行研究。

1 油藏地質(zhì)概況

Fula油田位于蘇丹西南部,Muglad盆地西北部。構(gòu)造上位于Fula凹陷中部構(gòu)造帶南部Fula斷裂帶上,主要為斷壘構(gòu)造。發(fā)育3套含油層系,包括下白堊統(tǒng)Abu Gabra組和Bentiu組地層,以及上白堊統(tǒng)Aradeiba組地層。其中Bentiu組為該油田的主力層,屬辮狀河沉積；地層厚度為380～487 m；儲層巖性為長石石英砂巖；儲層物性好,孔隙度平均為26.6%,滲透率平均為702×10-3μm2,屬高孔高滲儲層；總體上具有“砂包泥”的結(jié)構(gòu)特點,巖性夾層發(fā)育,其巖石類型為泥巖或泥質(zhì)粉砂巖(圖1)。油藏埋深約為1.25 km,原始油藏壓力11 MPa,壓力系數(shù)0.88,原始油氣比很低(小于3),飽和壓力很低(0.61 MPa)。原油為重質(zhì)油(18～22 API),地下原油黏度為0.15～1.0 Pa·s。地層水礦化度很低,平均低于1.0 g/L,pH值為7.6～7.8,屬于NaHCO3水型。目前該油田鉆井接近200口,平均井距150～200 m。

圖1 泥質(zhì)夾層巖心剖面(FN12井,1.27375～1.2768 km)Fig.1 Core section of shaly barrier and interbed (well FN12,1.27375～1.2768 km)

Bentiu組油藏屬塊狀底水油藏,儲層可進一步分為Bentiu 1、Bentiu 2、Bentiu 3共3個砂組,砂組之間沒有穩(wěn)定的隔層分隔。原油主要集中于Bentiu 1砂組內(nèi),因此該層將作為重點研究對象。對于該類型油藏,夾層分布直接影響著油藏內(nèi)流體運動規(guī)律和底水上升速度,準(zhǔn)確描述和預(yù)測夾層的空間分布是油藏合理開發(fā)的重要基礎(chǔ)。

2 泥質(zhì)夾層的沉積成因

Fula油田夾層基本為泥質(zhì)沉積物。根據(jù)碎屑顆粒在水流中的搬運和沉積作用原理,作為懸浮組分的泥質(zhì)顆粒,只能在靜水環(huán)境中沉積。因此,泥質(zhì)類夾層應(yīng)該沉積于流水速度極低的部位,主要包括廢棄河道、壩間泥、心灘落淤層和洪泛期越岸沉積這幾類。

2.1 廢棄河道

在有關(guān)辮狀河儲層沉積模式研究的早期,學(xué)者普遍認為由于辮狀河道的頻繁改道和沖刷,廢棄河道少見且基本不接受沉積。近年來國外學(xué)者通過露頭和現(xiàn)代沉積考察,認為辮狀河道廢棄是頻繁發(fā)生的,一個河道從形成至廢棄的周期一般從幾天至幾十年[12]。河道廢棄后,僅有少量的水流緩慢流過,其攜帶的懸浮顆粒由于流速的突然降低而沉積下來,形成泥巖或泥質(zhì)粉砂巖夾層。廢棄河道泥巖一般為塊狀層理,常見植物碎片；泥質(zhì)粉砂巖常具有波狀層理。與曲流河相不同的是,辮狀河廢棄河道彎度較小,有時具有多個分支,廢棄時間較短,河道有時會重新復(fù)活。從理論上講廢棄河道沉積的夾層可分臨時廢棄河道沉積和永久廢棄河道沉積兩種類型。前者沉積時間較短,形成夾層的厚度較小,其上覆蓋新的河道沉積；后者形成夾層的厚度較大,其上被洪泛期越岸沉積所覆蓋,但實際上由于辮狀河道沖刷頻繁,短期的洪泛沉積常遭受侵蝕而得不到保存,因此利用井資料來區(qū)分這兩種廢棄河道是很困難的。

圖2為Fula油田Bentiu 1地層夾層的連井對比剖面,剖面位置圖見圖2(a)。圖2(a)在平面上顯示了其中一條廢棄河道夾層的分布范圍,即廢棄河道A。沿該廢棄河道的對比剖面上看(圖2(b)),夾層A厚度為3～5 m,橫向分布穩(wěn)定。從垂直該廢棄河道的剖面看,A層延伸不到一個井距(圖2(c))。這條泥巖夾層的走向也驗證了該區(qū)古水流的方向。

2.2 壩間泥

在心灘背水流處,由于水流能量減弱,懸浮顆粒在心灘后翼或側(cè)翼沉積下來,形成壩間泥[13]。這類夾層巖性多為粉砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖,其厚度在心灘頂部較小,向壩的側(cè)緣部位逐漸增大。由于水流的突然減弱,在心灘從頂部到下游的方向,會出現(xiàn)沉積物粒度的突然變細。壩間泥少見層理構(gòu)造,常含有植物碎片。由于心灘的頻繁遷移,壩間泥的沉積時間往往較短。平面上通常呈分散片狀,有時候會和辮狀河道沉積交織在一起。通常來講,在整個河床中部水流流速高的地方,壩間泥較少沉積,而在河床邊部水流流速較低的地方,壩間泥較為發(fā)育。

2.3 心灘落淤層

洪水泛濫末期,隨著水體能量的減弱,大量懸浮顆粒在心灘頂部沉積下來,形成心灘落淤層。巖性通常為泥巖或粉砂巖,有時見波狀層理。心灘落淤層沉積為事件性沉積,而且由于辮狀河心灘的快速遷移,心灘頂部接受沉積的時間較短,因此心灘落淤層的厚度往往較薄。平面上,心灘落淤層類似于心灘的形狀,呈菱形或橢圓形。

圖2 夾層對比剖面Fig.2 Contrast section of barrier and interbed

2.4 越岸沉積

與心灘落淤層類似,該類夾層也形成于洪水泛濫末期。起初高能水流攜帶細粒沉積物漫出主河道,后隨著水體能量減少這些細粒物質(zhì)沉積下來,生成洪泛期越岸沉積泥巖。巖性主要為泥巖和粉砂巖,具波狀層理或塊狀層理。由于和心灘的頻繁遷移相比,整個辮狀河道帶的遷移頻率要低的多,因此與心灘接受落淤層沉積不同,河道帶兩岸可連續(xù)多次長時期接受懸浮物沉積。與心灘落淤層相比,越岸沉積廣闊且連續(xù),厚度也相應(yīng)較厚。如果能夠得到保存,就會在辮狀河相儲層中形成較穩(wěn)定隔層。

辮狀河儲層內(nèi)的夾層除上述4種成因類型外,在辮狀河道底部沉積的泥礫也往往形成巖性夾層。但這些泥礫富集層在空間上分布極不穩(wěn)定,物性差異較大,規(guī)模小,因此并不作為主要的夾層成因類型。

3 夾層分布模式

3.1 泥質(zhì)巖類保存條件

辮狀河儲層內(nèi)部泥質(zhì)夾層的形成,除了受前期成因因素控制外,還受到后期河道侵蝕和沖刷的影響。宏觀上講,在可容納空間較小和沉積物供應(yīng)速度較大的情況下(低A/S),這種侵蝕和沖刷作用就越強,能夠保存下來的泥質(zhì)巖類就越少,而在可容納空間較大和沉積物供應(yīng)速度較小的情況下,泥質(zhì)巖類能夠保存下來的就越多(高A/S)。體現(xiàn)在巖性剖面上,前者環(huán)境下沉積的儲層具有很高的砂地比,而后者情況下儲層砂地比有所降低。Fula油田Bentiu 1儲層砂地比高達80%,屬于低A/S環(huán)境沉積。

圖3 泥質(zhì)沉積界面與基準(zhǔn)面的垂向距離Fig.3 Vertical distance between shaly deposition interface and base level

從微觀上講,對于廢棄河道、壩間泥、落淤層、越岸沉積這4類泥質(zhì)沉積來說,保存條件也有所差別。從圖3可以看出,這4類泥質(zhì)沉積的實際物理沉積界面離基準(zhǔn)面的距離有所差異,這也可以理解為在局部它們具有不同的可容納空間。如果基準(zhǔn)面進一步降低,處于高部位的河岸兩側(cè)會最先高過基準(zhǔn)面,由沉積區(qū)轉(zhuǎn)為剝蝕區(qū),而低部位的廢棄河道則很難高過基準(zhǔn)面。因此在沉積物供應(yīng)速度基本相等的情況下,按照低A/S泥巖難保存而高A/S泥巖易保存這個原則,廢棄河道泥巖更容易保存,其次為壩間泥和心灘落淤層,而越岸沉積可容納空間最小,將來最易遭受沖刷和侵蝕。在高A/S環(huán)境下,這種差異性可能很小,可以忽略。但在低A/S環(huán)境下,這種差異就明顯表現(xiàn)出來。對于Fula油田Bentiu 1儲層,很難找到延伸兩個井距以上的越岸沉積泥巖,而廢棄河道泥巖則容易通過井間對比識別出來(圖2)。

3.2 夾層沉積模式

通過Fula油田單井夾層測井解釋和連井剖面對比,并參考前人現(xiàn)代沉積考察和露頭描述成果,可粗略估計廢棄河道、壩間泥、心灘落淤層、越岸沉積這4類泥質(zhì)沉積的空間幾何形態(tài)。廢棄河道在平面上呈低彎度蛇曲狀,剖面上呈透鏡狀；而壩間泥呈橢圓或長條狀,剖面上為透鏡狀或楔形；心灘落淤層為橢圓或菱形薄片狀；越岸沉積由于受水流沖刷和侵蝕作用,呈不規(guī)則片狀。具體的參數(shù)見表1?？傮w來看,夾層的井間對比效果較差,只有廢棄河道在順河道方向以及越岸沉積在一兩個井距范圍內(nèi)才可以得到有效對比,大多數(shù)情況下夾層只有單井鉆遇甚至沒有井鉆遇。這就給油藏內(nèi)夾層的空間預(yù)測帶來了很大困難。

通過上述泥質(zhì)夾層的成因及空間幾何形態(tài)分析,可建立Fula油田辮狀河儲層內(nèi)夾層的沉積和分布模式(圖4)。廢棄河道、壩間泥、心灘落淤層、越岸沉積是辮狀河泥質(zhì)夾層的主要沉積成因類型。其中心灘落淤層和越岸沉積為洪泛期事件沉積,而廢棄河道和壩間泥除接受洪泛沉積外,主要為水流突然減速后的靜水沉積。這些泥質(zhì)巖類經(jīng)過后續(xù)沖刷和改造后,辮狀河儲層內(nèi)的夾層形成了廢棄河道泥巖、壩間泥+落淤層、越岸沉積的三元結(jié)構(gòu)組合。從圖4可以看出,廢棄河道泥巖與河道砂巖互相疊置,越岸沉積向河道帶外側(cè)方向不斷增多,壩間泥和落淤層充填于其中,這三者與河道砂巖一起,共同組成了辮狀河儲層的空間結(jié)構(gòu)。

表1 夾層幾何形態(tài)Table 1 Geometric shapes of barrier and interbed

圖4 泥質(zhì)夾層沉積模式Fig.4 Sedimentary model of shaly barrier and interbed

4 夾層井間預(yù)測

由于辮狀河儲層內(nèi)泥質(zhì)夾層分布復(fù)雜,井間對比效果較差,而地震反演的精度又遠遠達不到夾層預(yù)測的精度,因此要想預(yù)測夾層的空間分布,還得借助地質(zhì)建模手段。對于巖性這種離散變量的模擬,傳統(tǒng)的建模算法主要包括兩類,即基于像素的序貫指示算法和基于目標(biāo)的示性點過程法。但是,這兩類算法在模擬夾層分布時都存在一些不完善的地方。序貫指示算法模擬井間夾層分布時,能夠保證模擬結(jié)果完全忠實于井點數(shù)據(jù),但由于其模擬過程主要依靠變差函數(shù)分析,僅受控于變程、方位角等簡單參數(shù),辮狀河泥質(zhì)夾層的空間幾何形態(tài)及分布規(guī)律并沒有得到體現(xiàn)?；谀繕?biāo)的算法雖然能夠定義每種夾層的幾何形態(tài),但前提是要在單井識別出每個夾層的具體類型和展布方向,這無論從工作量還是準(zhǔn)確度方面都是不可能完成的。另外,基于目標(biāo)的模擬方法僅能夠定義規(guī)則形狀,辮狀河儲層內(nèi)泥質(zhì)沉積在后期沖刷和改造后,形成的夾層形態(tài)復(fù)雜,很難用幾何尺寸或方向來定義。

為了避免上述方法的不足,在Fula油田辮狀河儲層夾層井間預(yù)測中采用了多點地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)模擬方法。該方法分為兩步完成:第一步,以井網(wǎng)相對較密的一個小區(qū)塊為研究對象,選取一段地層進行序貫指示模擬,得到夾層的初始分布模型,在此基礎(chǔ)上依照辮狀河夾層分布模式手動修改,從而建立夾層的三維訓(xùn)練圖像(圖5)。第二步,以訓(xùn)練圖像作為控制參數(shù),建立全區(qū)夾層的分布模型。

圖6是多點地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)算法和序貫指示算法建立的夾層模型的剖面對比。從圖中來看,應(yīng)用多點地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)算法的模擬結(jié)果,更加符合辮狀河儲層內(nèi)夾層的沉積模式,各類泥質(zhì)夾層的形態(tài)和分布規(guī)律均得到了體現(xiàn)。而采用序貫?zāi)M算法的模擬結(jié)果,看不出各類夾層之間的差異,夾層的井間分布形態(tài)僅僅為平行地層方向從井點向周圍的簡單外推。

圖5 夾層訓(xùn)練圖像Fig.5 Training image of barrier and interbed

圖6 夾層模擬結(jié)果剖面Fig.6 Section of barrier and interbed in lithologic model

5 結(jié) 論

(1)廢棄河道、壩間泥、心灘落淤層、越岸沉積是形成辮狀河相儲層內(nèi)夾層的主要的沉積成因類型。廢棄河道和壩間泥主要為靜水沉積,心灘落淤層和越岸沉積為洪泛期末事件沉積。

(2)辮狀河儲層內(nèi)泥質(zhì)沉積的保存與可容納空間、沉積物供給速度有關(guān)。廢棄河道泥巖更容易保存,其次為壩間泥和心灘落淤層,而越岸沉積最易遭受沖刷和侵蝕。

(3)在辮狀河相儲層中,應(yīng)用多點地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)方法預(yù)測井間泥質(zhì)夾層分布可以更有效地體現(xiàn)夾層的幾何形態(tài)和分布規(guī)律,更加符合辮狀河夾層的沉積模式。

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(編輯 徐會永)

Sedimentary origin and interwell prediction of interbeds in braided river reservoir,Fula Oilfield in Sudan

YUAN Xin-tao,WU Xiang-hong,ZHANG Xin-zheng,JIN Jian-li
(Research Institute of Petroleum Exploration and Development,Beijing 100083,China)

According to the characteristics of complicated reservoir architecture of braided river and based on the basic principle of sedimentology and high resolution sequence stratigraphy,sedimentary origin of interlayer and interbed were analyzed and a method was proposed for predicting impermeable layer between wells.The results show that abandoned channel,interbar mud,fall silt and overbank are main origin types in barrier and interbed construct.Preservation of muddy deposition is closely related to accommodation space and sedimentary alimentation.Based on analysis of deposit genesis,shapes of different interbed types of mud were described according to single well log interpretation and well correlation.And sedimentary model of barrier and interbed was developed.Furthermore,the sedimentary model can be used in constructing training image after optimal selection.Prediction of barrier and interbed achieved by multi-point statisctics can effectively reflect the geometric morphology and distribution of interbed,which is more consistent with the sedimentary model of the braided river.

sequence stratigraphy；braided river；barrier and interbed；sedimentary origin；interwell prediction；multi-point statistics；Fula Oilfield

P 631.4

A

1673-5005(2013)01-0008-05

10.3969/j.issn.1673-5005.2013.01.002

2012-06-16

國家重大專項(2011ZX05032-001)

袁新濤(1977-),男,高級工程師,博士,主要從事油氣田開發(fā)地質(zhì)方面的研究。E-mail:xintaosky@163.com。