砂質(zhì)辮狀河砂體構(gòu)型及剩余油分布模式

蘇亞拉圖，李 千，張 波，杜發(fā)述，張 祺，徐詩奇

(中國石油華北油田分公司，河北 任丘 062550)

0 引 言

辮狀河河道砂體內(nèi)部復雜的構(gòu)型控制著油田開發(fā)中后期剩余油分布[1-4]，研究辮狀河砂體構(gòu)型和非均質(zhì)性對剩余油預測和挖潛及提高油田最終采收率意義重大。多個學者對辮狀河砂體構(gòu)型及其對剩余油控制作用進行過研究，雖取得了一定的認識，但存在以下問題：①多數(shù)學者認為邊灘砂體在辮狀河河道中發(fā)育較少，不屬于主要儲層成因砂體；②目前關于辮狀河構(gòu)型研究主要側(cè)重于心灘砂體，而河道砂體、邊灘砂體的內(nèi)部構(gòu)型需要進一步研究；③僅研究各個構(gòu)型單元及內(nèi)部非均質(zhì)性，很少研究各構(gòu)型單元之間的連通性及非均質(zhì)性特征?；谏鲜鰡栴},此次研究通過對山西大同鐵路橋剖面云崗組砂質(zhì)辮狀河以及現(xiàn)代河流沉積進行實測、解剖和觀察分析，建立多種類型砂體構(gòu)型模式，詳細描述了內(nèi)部夾層發(fā)育特征，預測不同砂體構(gòu)型內(nèi)剩余油富集區(qū)域，為挖潛砂質(zhì)辮狀河砂體內(nèi)剩余油提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于山西省大同市張寺窟村南鐵路兩側(cè)，露頭剖面為橫向剖面，走向近似東西向，與古水流方向近似垂直(圖1a、b)。

山西大同云崗地區(qū)中侏羅統(tǒng)云崗組屬于砂質(zhì)辮狀河，由下至上分為3段，依次為砂礫巖段、石窟段及泥巖段(圖1c)。此次研究目的層段為石窟段，該段發(fā)育大型槽狀交錯層理、板狀交錯層理中粗粒砂巖，夾少量的細砂和粉砂巖，平均古水流方向為187 °[5-6]。

圖1 山西大同云崗組露頭地理位置與地層分布[2]

2 巖相及成因砂體類型

2.1 巖相類型

Miall將河流巖相劃分為18種類型[7]，陳彬滔[8]、于興河[9]等對山西云崗組露頭區(qū)巖相進行過劃分。此次研究通過對鐵路橋剖面實際觀測分析，將露頭區(qū)砂質(zhì)辮狀河巖相劃分為9種類型(圖2，表1)。

2.2 成因砂體

鐵路橋剖面C(圖1c)云崗組砂質(zhì)辮狀河砂體由2期河道單元組成，其中，底部河道單元不完整，側(cè)向邊界和頂?shù)捉缇唇衣?，而頂部的河道單元砂體形態(tài)比較完整(圖3a)；剖面B(圖1c)為相對較為完整的1期河道單元。

利用鐵路橋剖面B、C，并結(jié)合現(xiàn)代河流沉積特征剖析認為，研究區(qū)砂質(zhì)辮狀河河道主要成因砂體有河道砂(CH)、心灘砂(CB)和邊灘砂(PB)3種，各成因砂體內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外部形態(tài)以及巖相特征等都有顯著的差異。

2.2.1 河道砂(CH)

剖面露頭上辮狀河河道砂體呈底凹頂平的外部幾何形態(tài)，剖面出露寬度為25.0～35.0 m，實際寬度約為40.0～50.0 m，厚度約為5.0～6.0 m；剖面C、B河道砂巖相組合為Gt-St-Sh-Fl-M、Ge-St-Sh-M(圖3e、圖4g)，底部可見沖刷面和滯留礫巖相；向上過渡為槽狀交錯層理中-粗砂巖相、水平層理細-中砂巖相、板狀交錯層理中-粗砂巖相，反映水動力環(huán)境逐漸減弱。

圖2 大同中侏羅統(tǒng)砂質(zhì)辮狀河露頭典型照片

表1 鐵路橋云崗組砂質(zhì)辮狀河典型巖相類型及沉積成因[2]Table 1 Typical lithofacies and sedimentary genesis of sandy braided-river in the Yungang Formation of Tieluqiao[2]

2.2.2 心灘砂(CB)

剖面露頭上心灘砂呈底平頂凸狀，剖面出露寬度約為78.0～80.0 m，實際寬度約為100.0～130.0 m，厚度約為11.0～13.5 m；剖面C、B心灘砂巖相組合為Ge-St-Sp-Fl-Sp-St、St-Sp-Fl-Sh(圖3g、圖4f)。底部發(fā)育大型槽狀交錯層理中-粗砂巖或礫巖相，向上為板狀交錯層理中-粗砂巖相、平行層理中-粗砂巖相，頂部發(fā)育低角度交錯層理細-中砂巖相。

心灘砂頂部通常發(fā)育串溝(圖4c、d)。串溝為平水期短暫強水流在心灘頂部沖刷出的溝道，其沉積特征與廢棄河道類似(圖4e)，剖面上呈底凹頂平，厚度約為0.2～2.5 m，寬度約為5.0～25.0 m，發(fā)育小型槽狀交錯層理細-中砂和塊狀泥巖相(圖4a、b)。

圖3 剖面C辮狀河巖相、砂體構(gòu)型特征及發(fā)育模式

2.2.3 邊灘砂(PB)

陳彬滔等[8]認為邊灘砂體只與河道砂或廢棄河道伴生，不屬于辮狀河主要構(gòu)型。于興河等[9]認為辮狀河河道內(nèi)邊灘儲層質(zhì)量好，但數(shù)量少。此次研究中利用Google地圖軟件觀察和研究現(xiàn)代河流沉積發(fā)現(xiàn)，平坦開闊地區(qū)發(fā)育的辮狀河寬度大，彎曲度小，基本不發(fā)育邊灘；地形狹窄區(qū)域發(fā)育的辮狀河均有一定的彎曲度，邊灘普遍發(fā)育，其發(fā)育頻率基本與心灘一致，發(fā)育面積約占心灘面積的1/6～1/5(圖3d)，但多期疊置分布后邊灘砂也可成為具有一定規(guī)模的儲集層。

辮狀河邊灘砂主要特點如下。

(1) 成因上與曲流河邊灘形成模式一致，在彎曲的河道里，橫向環(huán)流作用使凹岸侵蝕，被侵蝕物質(zhì)在凸岸堆積成邊灘；根據(jù)辮狀河邊灘形成位置可分為依附河岸性邊灘和依附心灘性邊灘2種(圖3c)。剖面C中邊灘屬于依附心灘性邊灘，外形呈頂?shù)灼叫械腻浶?，寬度約為36.5 m，厚度約為6.0 m，多發(fā)育板狀交錯層理中-粗砂巖相，向河道中心方向過渡成平行交錯層理中-粗砂巖相，巖相序列為Sp-M-Sp-M-Sp-Sl(圖3f)。依附河岸性邊灘巖相組合特征與依附心灘性邊灘一致[10-11]，但其發(fā)育規(guī)模和形態(tài)有所差異，依附河岸性邊灘順流方向延伸長，砂體寬度和彎曲度小，發(fā)育頻率相對較低，而依附心灘性邊灘順流方向延伸相對短，砂體寬度和彎曲度都較大(圖3c、d)，在狹窄性辮狀河道中普遍發(fā)育。

圖4 剖面B辮狀河巖相、砂體構(gòu)型特征及發(fā)育模式

(2) 因辮狀河彎曲度相對曲流河小，形成邊灘規(guī)模相對較小。利用Google地圖統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，曲流河邊灘寬度一般為河道寬度的3～5倍，而辮狀河邊灘寬度一般僅占單個辮狀河道的1/3～1/2。

(3) 相對于曲流河，邊灘的巖性比較粗，邊灘內(nèi)泥巖側(cè)積夾層薄，厚度約為5.0～10.0 cm，連續(xù)性較差，邊灘底部一般不發(fā)育。

3 砂體構(gòu)型特征

對鐵路橋砂質(zhì)辮狀河砂體進行詳細研究，劃分出層系，層系組，心灘增生體、邊灘增生體、河道增生體，心灘砂、邊灘砂、河道砂，單期河道等5級構(gòu)型單元[12-14]，不同構(gòu)型單元由不同級次界面限定(表2)。

砂質(zhì)辮狀河內(nèi)部4級構(gòu)型砂體相互疊置關系及其內(nèi)部夾層、韻律特征是油田開發(fā)中后期控制剩余油富集的主要因素，因此，重點對4級砂體構(gòu)型進行研究。

河道砂由3～4個河道增生體在垂向上加積構(gòu)成。底部增生體寬度約為25.0 m，厚度約為1.5 m，寬厚比較小，底部為不對稱下凹狀，頂部為傾斜狀，發(fā)育大型槽狀交錯層理中-粗砂巖和滯留礫巖相；頂部增生體寬度約為30.0 m，厚度約為1.0 m，寬厚比較大，呈底凹頂平狀，發(fā)育小型槽狀交錯層理中-細砂巖相。剖面由下至上河道增生體寬厚比增大，巖性變細，反映河流發(fā)展后期水動力強度減弱過程。心灘砂由5個心灘增生體垂向疊置沉積構(gòu)成，底部增生體呈底凹頂平狀，寬度約為100.0～130.0 m，厚度約為1.5～2.0 m，發(fā)育滯留礫巖相和大型槽狀交錯層理中-粗砂巖相；中部增生體呈板狀，寬度約為70.0～90.0 m，厚度約為0.8～1.0 m，發(fā)育小型槽狀交錯層理中-粗砂巖相和板狀交錯層理中-粗砂巖相；上部增生體在剖面上表現(xiàn)為底平頂凸透鏡狀，寬度為40.0～60.0 m，厚度為1.5～2.0 m，發(fā)育小型槽狀交錯層理細-中砂巖相。該心灘砂增生體由下至上逐漸變厚，反映逐步減弱的水動力環(huán)境。

表2 鐵路橋剖面砂質(zhì)辮狀河砂體構(gòu)型單元與界面級次劃分Table 2 Braided-river sandbody configuration unit and interface order division in the Tieluqiao profile

邊灘砂由5個邊灘增生體側(cè)向加積構(gòu)成。每個側(cè)積體呈下窄上寬的鍥狀，傾角為25～30 °，由板狀交錯層理中-粗砂巖相過渡為平行層理中-粗砂巖相和低角度交錯層理細-中砂巖相。

4 剩余油分布規(guī)律

4.1 夾層發(fā)育特征

通過露頭研究發(fā)現(xiàn)，各成因砂體間都有清晰的巖相界面，有的界面上還沉積一套薄層泥巖(圖3a、b)，成為4級構(gòu)型砂體間的滲流屏障，稱之為轉(zhuǎn)換夾層。

平面上河道砂每個增生體從邊部向河道中心巖石粒度變粗，雜基含量減少，物性變好[15-16]?？v向上因河道沖刷能力強，河道增生體間夾層保存較少，僅在河道邊部少量發(fā)育，但沉積物粒度自下而上逐漸變細，具有顯明的正韻律特征。

心灘砂內(nèi)夾層主要于各心灘增生體之間發(fā)育，如每期心灘砂增生體上形成落淤層、被細粒物質(zhì)充填保存的串溝等。但夾層容易被后期增生體沖刷而難以保存，增生體間不一定都發(fā)育夾層。

邊灘砂由若干個傾斜的增生體構(gòu)成，增生體間發(fā)育泥巖夾層，且夾層側(cè)向延伸較長，平面和縱向非均質(zhì)性均較強。

4.2 剩余油富集模式

考慮剖面成因砂體空間疊置關系和不同注采井網(wǎng)，總結(jié)出9種剩余油分布模式[17-25]，并詳細研究4、5級構(gòu)型界面對剩余油分布控制作用。

4.2.1 剩余油分布模式

單一成因砂體內(nèi)的注采井網(wǎng)，由于河道砂底部物性好、邊灘砂底部連通性好，剩余油主要富集在砂體頂部。2個成因砂體疊置，注水井僅鉆遇單一成因砂體且4級界面上發(fā)育夾層時注水見效狀況差，整體采出程度低，若不發(fā)育轉(zhuǎn)換夾層，因底部物性和連通性好，水洗效率高，剩余油少。2個成因砂體疊置，注采井鉆遇2個成因砂體時底部吸水強，水驅(qū)階段儲量動用程度高，剩余油主要富集在砂體頂部。

4.2.2 砂體構(gòu)型對剩余油分布控制作用

(1) 單一成因砂體內(nèi)注采井網(wǎng)。由于河道砂儲層物性好，且滲透率垂向正韻律性及重力作用，底部水洗效果好，剩余油主要富集在采油井上部(圖5a)。心灘砂縱向儲層物性差異小，但增生體間往往發(fā)育泥質(zhì)夾層，由于重力作用，每個增生體底部易形成水洗通道，而靠近采油井上部和各增生體頂段剩余油較為富集(圖5b)。邊灘砂發(fā)育側(cè)積泥導致平面非均質(zhì)性強，但底部側(cè)積泥發(fā)育較少，連通性好，水洗效果好，剩余油主要富集在邊灘頂部(圖5c)。

(2) 2個成因砂體疊置，注采井僅鉆遇單一成因砂體。注水井位于河道砂，采油井位于心灘砂時，若發(fā)育轉(zhuǎn)換夾層，采油井不見效，心灘砂內(nèi)剩余油富集；若不發(fā)育轉(zhuǎn)換夾層，砂體底部物性好，且受重力作用和物性影響，河道砂和心灘砂底部采出程度高(圖5d)。采油井位于河道砂，注水井位于心灘砂時，若發(fā)育轉(zhuǎn)換夾層，采油井不見效，河道砂內(nèi)剩余油富集；若不發(fā)育轉(zhuǎn)換夾層，受物性和重力作用影響，河道砂和心灘壩底部采出程度高，剩余油少(圖5e)。

注水井位于河道砂體(或心灘砂)，采油井位于邊灘砂時，若發(fā)育轉(zhuǎn)換夾層，采油井不見效，邊灘砂內(nèi)剩余油富集；若不發(fā)育轉(zhuǎn)換夾層，河道砂體底部物性、連通性好，同時受重力影響，吸水強、剩余油少(圖5f)。采油井位于河道砂(或心灘砂)，注水井位于邊灘砂時，若發(fā)育轉(zhuǎn)換夾層，采油井不見效，河道砂(或心灘砂)彈性生產(chǎn)，采出程度低，剩余油富集；若不發(fā)育轉(zhuǎn)換夾層，邊灘砂底部連通性好，河道充填和心灘壩底部物性好，洗油效率高，剩余油主要富集在邊灘砂和河道砂(或心灘砂)頂部(圖5g)。

(3) 2個成因砂體疊置，注采井鉆遇2個成因砂體。注水井上段為河道砂體，下段為心灘砂，采油井位于心灘中心時(圖5h)，由于心灘砂儲層物性相對較好，注入水沿著砂體底部突進水淹，而心灘壩頂部剩余油富集；如果砂體間發(fā)育轉(zhuǎn)換夾層，因注水井上段吸水差，河道砂采出程度相對較低，若不發(fā)育轉(zhuǎn)換夾層，注入水沿著底部物性段突進，剩余油主要富集在遠離心灘壩一側(cè)河道砂上段。采油井上段為河道砂，下段為心灘砂，注水井位于心灘中心時(圖5i)，若發(fā)育轉(zhuǎn)換夾層，河道砂屬于彈性區(qū)域；若不發(fā)育轉(zhuǎn)換夾層，屬于二線井網(wǎng)區(qū)域，故河道砂采出程度低，剩余油富集。

圖5 成因砂體疊置關系及剩余油分布模式

5 結(jié) 論

(1) 現(xiàn)代河流沉積研究發(fā)現(xiàn)，地形狹窄區(qū)域發(fā)育的辮狀河均有一定的彎曲度，發(fā)育邊灘砂，其發(fā)育頻率基本與心灘一致，發(fā)育面積約占心灘面積的1/6～1/5，但多期疊置分布后可成為具有一定規(guī)模的儲集層。根據(jù)沉積位置可分依附河岸性邊灘和依附心灘性邊灘2種。依附河岸性邊灘順流方向延伸長，砂體寬度和彎曲度小，發(fā)育頻率相對較低，而依附心灘性邊灘順流方向延伸相對短，砂體寬度和彎曲度都較大，在狹窄性辮狀河道中普遍發(fā)育。

(2) 通過精細解剖砂體和詳細研究現(xiàn)代河流沉積特征，將邊灘砂歸入辮狀河河道主要成因砂體中，共識別出河道砂、心灘砂和邊灘砂3種成因砂體。河道砂(CH)呈底凹頂平狀，底部可見沖刷面和滯留礫巖相；心灘砂(CB)呈底平頂凸狀，頂部通常發(fā)育串溝。邊灘砂(PB)呈頂?shù)灼叫械腻浶?，發(fā)育側(cè)積夾層。

(3) 結(jié)合砂體4、5級構(gòu)型界面特征及注采井網(wǎng)部署情況，總結(jié)了9種剩余油富集模式。單一成因砂體內(nèi)注采井網(wǎng)，由于河道砂底部物性好、邊灘砂底部連通性好，剩余油主要富集在砂體頂部；2個成因砂體疊置，注水井僅鉆遇單一成因砂體且4級界面上發(fā)育夾層時注水見效狀況差，整體采出程度低。若不發(fā)育轉(zhuǎn)換夾層，因底部物性和連通性好，水洗效率高，含油飽和度低。2個成因砂體疊置，注采井鉆遇2個成因砂體時底部吸水強，水驅(qū)動用程度高，剩余油主要富集在砂體頂部。