蘇20區(qū)塊河流相砂體刻畫方法研究及應用

南雪芬 朱振文 于富美 房金偉 李東林 李國良 高 磊

(中國石油渤海鉆探油氣合作開發(fā)分公司)

0 引 言

蘇20區(qū)塊位于蘇里格氣田的中西部，區(qū)域構(gòu)造處于鄂爾多斯盆地陜北斜坡西北部,主力層系為二疊系盒8段和山西組，是一個以河流砂體為主要儲集層的低壓、低滲透性、低豐度的大面積巖性氣藏。蘇20區(qū)塊盒8段屬于辮狀河沉積體系，辮狀分流河道是砂體主要發(fā)育部位，分流河道快速擺動使多個成因砂體在垂向及側(cè)向相互連通，形成了廣泛分布的厚砂巖，即河道砂體，主要的砂體類型為心灘砂體和河道充填砂體，其發(fā)育狀況在各小層之間存在較大差異[1]。野外露頭考察表明，表面上看，橫向分布穩(wěn)定的砂體實際上是復合河道砂體，由多條單河道砂體拼合疊置形成。單河道砂體之間在儲集物性方面的明顯差異和隔夾層的存在，導致復合河道砂體含氣不均勻。在開發(fā)早期，只要確定單個河道砂體的展布特征，就可以準確地建立儲集層的地質(zhì)模型，但在開發(fā)后期，需進一步識別復合河道砂體的空間疊置關(guān)系，才能更好地挖掘剩余氣[2]。蘇20區(qū)塊有效儲集層變化快、多期河道疊置、非均質(zhì)性強、氣水關(guān)系復雜，具有典型的多級分叉、交叉匯聚的辮狀河道沉積特點，目前缺乏系統(tǒng)研究河道空間展布和演化規(guī)律，如何定量化描述河道帶寬度與不同期次河道帶遷移特征，確定有效砂體的分布范圍，是當前地質(zhì)工作面臨的難題。

本文通過觀察蘇20區(qū)塊大量野外露頭和巖心資料，結(jié)合目標河道砂體的地質(zhì)背景資料、沉積環(huán)境、單井測井資料，深入分析測井相類型，描述沉積相和砂體平面展布特征，基于陳興官等[3]研究河道沉積砂體寬厚比成果，從橫向與縱向劃定河道邊界，引入定量化解析方法，應用砂地比參數(shù)實現(xiàn)復合疊置砂體解析，對單一心灘進行識別和定量刻畫，解析了心灘內(nèi)部結(jié)構(gòu)，確定了阻流帶型剩余氣分布模式。通過對有效砂體的定量表征，明確有效砂體的空間展布規(guī)律，確定井間剩余氣分布類型，從而提高了地質(zhì)認識的可靠性，有利于對致密氣的挖掘，為區(qū)塊高效開發(fā)提供了重要依據(jù)。

1 河道砂體精細刻畫方法

蘇20區(qū)塊開發(fā)層系為二疊系盒8段和山1段，本次研究以盒8段為主，該層段屬于復雜河流相巖性氣藏，沉積環(huán)境為辮狀河沉積，各細分層位砂巖厚度相對較大，平面連續(xù)性好，發(fā)育多條南北向展布的河道。

1.1 單一河道砂體識別

河道單砂體研究基于小層單砂體對比及構(gòu)造研究成果，進行精細地層對比，重點對區(qū)域內(nèi)主力含氣層段盒8段進行深入研究并精細描述，根據(jù)沉積旋回及沉積序列將盒8段分為盒8上與盒8下兩個亞段，每個亞段又劃分為4個小層。

以現(xiàn)代河流沉積及野外露頭揭示的沉積原始模型為指導、以砂體厚度分布作為控制、以經(jīng)典的沉積模式和相序定律為依據(jù)、以單一河道邊界識別標志為約束，進行單一河道平面展布特征研究，確定各單層河道砂體呈片狀或北東向條帶狀分布，單期河道寬為300～1 700 m，平均寬度1 000 m(圖1)。

如對蘇20區(qū)塊北部切河道及順河道兩個方向剖面解析(圖2)，將盒8下1小層頂部泥巖拉齊，比對刻畫單砂體，進而劃分單期河道，該區(qū)盒8下1小層共刻畫出3條單期主河道，方向呈北東向，寬度介于400～1 200 m之間。

1.2 疊置泛河道砂體定量化解析

辮狀河單河道砂體不僅在垂向上疊置，而且在側(cè)向上拼合，通過對蘇20區(qū)塊的疊置砂體砂地比特征研究總結(jié)得出，一期分布砂地比為0～0.5，二期分布砂地比為0.5～0.8，三期分布砂地比>0.8。以小層砂地比為參數(shù)，根據(jù)參數(shù)變化范圍對疊置泛河道砂體進行定量化解析，從而實現(xiàn)單一河道識別。蘇20區(qū)塊東北部7-X井區(qū)開展精細地層對比，根據(jù)測井相進行單砂體識別，依據(jù)砂地比參數(shù)變化范圍劃分出三期河道，基于疊置泛河道砂體定量化解析，實現(xiàn)了河道砂體的精確定位(圖3)。

1.3 主河道方向預測

通過單一河道和單砂體的構(gòu)型分析，識別主河道位置，預測主河道方向，以寬厚比成果為指導，根據(jù)河道對稱性繪制連井剖面來追蹤河道邊界。

蘇20區(qū)塊砂體受物源和沉積環(huán)境控制，其盒8段砂體多呈近北東向條帶狀展布。盒8上1小層屬于弱辮狀河沉積體系，其中盒8上11和盒8上12砂體平面上主要發(fā)育4～5條主河道，各條主河道繼承性強，相對較為孤立，河道寬度在300～1 700 m之間。盒8上2小層屬于強辮狀河沉積體系，縱向上砂巖最發(fā)育，河道連片分布、寬度大、分布廣、河道間面積較小。其中盒8上21和盒8上22砂體平面上主要發(fā)育5～6條主河道，各條主河道繼承性強，河道帶縱橫交錯，形成了辮狀的河道帶網(wǎng)絡，主體河道寬度在400～3 600 m之間。盒8下1小層中盒8下11砂體屬于弱辮狀河沉積體系，平面上主要發(fā)育4～5條主河道，各條主河道繼承性強，整體河道范圍窄，在東南部局部區(qū)域較為發(fā)育，存在多期河道疊置復合砂體，寬度在300～1 400 m之間；盒8下12砂體屬于強辮狀河沉積體系，平面上主要發(fā)育4條主河道，各條主河道繼承性強，交匯分流頻繁，河道寬度在250～2 500 m之間。盒8下2小層中盒8下21、盒8下22砂體屬于弱辮狀河沉積體系，呈長條狀連片分布，寬度在300～1 500 m之間，局部富集。

圖1 單一河道平面分布特征

圖2 蘇20區(qū)塊北部井區(qū)單砂體期次對比

圖3 蘇20區(qū)塊東北部7-X井區(qū)多期河道疊置圖

2 辮狀河心灘空間解析

蘇里格氣田蘇20區(qū)塊盒8段發(fā)育辮狀河心灘沉積。心灘是辮狀河區(qū)別于其他河流相的典型標志，也稱河道砂壩，是在多次洪泛事件不斷向下游移動的過程中，由垂向加積或者順流加積而形成的一種沉積環(huán)境[4]。依據(jù)地質(zhì)資料、錄井資料與測井資料，可在已識別出的河道砂體內(nèi)，根據(jù)垂向?qū)有颉⑸绊斚鄬ι疃?、測井曲線特征等識別單一心灘。依據(jù)水平井解剖和密井網(wǎng)解析等方法確定心灘沉積的長度或?qū)挾取?/p>

2.1 單一心灘識別

心灘砂體是盒8段辮狀河儲集層中最主要的構(gòu)型單元，砂體厚度為6～15 m，以灰白色或淺灰色含礫粗砂巖、粗砂巖、細礫巖等粗粒沉積為主，大、小型槽狀交錯層理發(fā)育。單一心灘壩砂體的識別是辮狀河儲集層構(gòu)型分析的重點，也是后續(xù)單一心灘壩解剖的前提。心灘典型識別特征是：心灘自然電位和自然伽馬曲線為箱形，微電極曲線幅度差大，而辮狀河道為正韻律，其電測曲線大多為鐘形。

2.2 單一心灘定量表征

心灘多呈紡錘型，心灘沉積的長度為心灘沉積長軸方向的頭部與尾部的距離，寬度為心灘沉積短軸方向的兩翼端部之間的距離[4]。蘇里格氣田蘇20區(qū)塊水平井方向分兩種，一種是垂直河道方向，一種是平行河道方向。通過對水平井鉆遇心灘的統(tǒng)計，在垂直河道方向上鉆遇的心灘代表著心灘的寬度，一般為250～600 m，平均為360 m，心灘之間有50～120 m泥質(zhì)充填，代表著心灘之間的距離。平行河道方向上鉆遇的心灘代表著心灘的長度，一般為550～1 100 m，平均為700 m，心灘之間有多個泥質(zhì)充填，代表著心灘內(nèi)部的不均質(zhì)性。如圖4所示。

2.3 心灘內(nèi)部阻流帶研究

根據(jù)現(xiàn)代辮狀河(永定河)的野外露頭解剖，順流沉積剖面上，在心灘上部及辮狀河道與心灘交接處發(fā)育多個落淤夾層，形成心灘內(nèi)部阻流帶，巖性分為泥質(zhì)和鈣質(zhì)夾層。試氣資料表明直井在砂體范圍內(nèi)存在流動邊界，證實“阻流帶”可影響復合砂體滲流能力和直井儲量動用程度，形成一定規(guī)模的剩余氣[5]。

利用本區(qū)豐富的水平井測井資料，根據(jù)自然伽馬曲線識別水平井內(nèi)部阻流帶的存在，開展阻流帶定量分析。選取平行河道方向水平段長的水平井進行剖析(圖5)。水平井軌跡地質(zhì)剖面顯示復合砂體內(nèi)部不連通，發(fā)育多個“阻流帶”，垂直水流方向展布，寬度為5～30 m，間隔70～220 m。沿河道方向的水平井通過多段壓裂能克服阻流帶的影響，最大限度動用心灘儲量，但存在鉆遇不到主心灘的風險；垂直河道的水平井能鉆遇多個心灘，但和直叢井一樣由于阻流帶存在，影響復合砂體滲流能力，剩余一部分地質(zhì)儲量無法開發(fā)。復合砂體內(nèi)阻流帶型剩余儲量約占氣田總剩余儲量的25%。

圖4 蘇20區(qū)塊水平井心灘解析

圖5 蘇20區(qū)塊內(nèi)N-YH水平井內(nèi)部阻流帶解析

3 有效砂體定量表征

巖心精細描述是確定有效單砂體厚度的重要手段，在巖電關(guān)系標定的基礎上，結(jié)合測井資料對非取心井進行有效單砂體厚度解剖。分析表明，蘇20區(qū)塊孤立型有效單砂體厚度主要介于0.5～22 m之間，厚度中值在1.5～4 m之間，小于5 m厚度占全部的86.6% (圖6)。

有效單砂體寬度、長度規(guī)模分析可通過密井網(wǎng)解剖進行，以蘇20區(qū)塊東北部為例，從垂直河道方向剖面解析(圖7)，鉆遇含氣砂體59個，其中寬度大于1 800 m的1個(1.6%)，1 200～1 800 m的2個(3.3%)，600～1 200 m的5個(8.4%)，小于600 m的51個(86.4%)。結(jié)合動態(tài)分析、干擾試井、野外露頭對比，說明有效砂體南北向長度一般小于700 m，東西向?qū)挾纫话阈∮?00 m。氣田有效單砂體展布面積主要為0.08～0.32 km2，平均為0.24 km2。根據(jù)儲量豐度與有效單砂體平均規(guī)模折算，1 km2地層內(nèi)平均發(fā)育有效砂體 20～30個。80%的有效砂體呈孤立狀分布，規(guī)模小，平均尺寸小于400 m×600 m；20%的有效砂體呈垂向疊置、側(cè)向搭接，規(guī)模較大，儲量占總儲量的45%。

有效砂體受沉積相及砂巖厚度展布控制作用較明顯，在辮狀河心灘、曲流河邊灘等砂巖厚度較大的區(qū)域有效儲集層厚度最大；辮狀河道、曲流河道砂巖相對較發(fā)育的區(qū)域有效儲集層、氣層厚度相對較大；泛濫平原相砂巖不發(fā)育的區(qū)域有效儲集層及氣層基本不發(fā)育。有效砂體平面上分布整體受控于砂體展布，主要取決于物性發(fā)育情況，受物源控制，蘇20區(qū)塊東部有效砂體發(fā)育程度好于西部，其中：盒8上2和盒8下1小層呈長條狀較為連片分布，寬度規(guī)模在400～2 300 m之間，在中東部井區(qū)局部富集；盒8上1和盒8下2小層呈長條狀零星分布，寬度規(guī)模在300～1 500 m之間。

應用有效砂體定量表征技術(shù)表明，蘇20區(qū)塊致密氣儲集層有效砂體規(guī)模小，橫向連通性差，發(fā)育頻率低，空間上以孤立分布為主。目前600 m×1 000 m和600 m×800 m井網(wǎng)，無法充分控制含氣砂體，井間存在剩余儲量，將是下步井位優(yōu)化部署的可選方向。水平井動用目的層單一，縱向上儲量損失大，可以考慮層間加密動用剩余儲量。

圖6 蘇20區(qū)塊有效砂體厚度頻率

圖7 蘇20區(qū)塊東北部東西向氣藏剖面

4 應用效果

根據(jù)前述研究成果，蘇20區(qū)塊部分井網(wǎng)為600 m×1 000 m井網(wǎng)，目前很難充分控制不同規(guī)模含氣砂體，存在較多剩余儲量。應用地質(zhì)、地球物理、氣藏工程方法，根據(jù)單砂體研究成果，對區(qū)域、井間、層間逐級開展剩余儲量精細解剖，定性判斷剩余儲量類型。根據(jù)蘇20區(qū)塊不同區(qū)域的儲集層特征和剩余儲量類型制定相應的加密方式。

蘇20區(qū)塊東北部為孤立條帶狀含氣砂體，有效砂體分布范圍小，橫向氣藏連通性差、縱向發(fā)育頻率低、平面孤立分布、氣層對應率低于40%。采用600 m×500 m井網(wǎng)加密，井網(wǎng)密度3.0口/km2。2020年實施2叢8口井，平均鉆遇氣層厚度15.3 m,平均無阻氣產(chǎn)量14.4×104m3/d,初期平均產(chǎn)氣1.12×104m3/d。天然氣采收率由31.24%預測提高到39.44%，提高8.2%。

蘇20區(qū)塊東南部為復合連片分布含氣砂體，有效砂體規(guī)模較大、氣藏橫向連通性強、縱向發(fā)育頻率高、平面連片分布、氣層對應率高于70%。采用加密井網(wǎng)600 m×(500～600)m，井網(wǎng)密度2.56口/km2。2020年實施1叢5口井，平均鉆遇氣層厚度17.3 m,平均無阻氣產(chǎn)量7.9×104m3/d,初期平均產(chǎn)氣0.88×104m3/d。天然氣采收率由30.9%預測提高到37.9%，提高7%。

蘇20區(qū)塊38口水平井中有35口井的目的層為盒8上2小層， 2020年針對水平井漏失型儲量在區(qū)塊東南部實施4口井，平均鉆遇氣層厚度14.3 m,平均動用氣層厚度12.8 m, 平均無阻氣產(chǎn)量18.4×104m3/d,初期平均產(chǎn)氣1.38×104m3/d。天然氣采收率由30.6%預測提高到36.9%，提高6.3%。

5 結(jié)束語

(1)通過對單一河道識別，疊置河道定量化解析，主河道方向預測研究，開展蘇20區(qū)塊河道砂體刻畫，明確各單層河道分布特征，實現(xiàn)河道砂體精確定位。

(2)通過對單一心灘識別、定量化表征以及心灘內(nèi)部阻流帶研究，確定心灘沉積的有效厚度、長度與寬度值，為蘇20區(qū)塊心灘沉積微相的地質(zhì)建模提供依據(jù)，也為加密井優(yōu)選提供借鑒。

(3)通過應用有效砂體定量表征技術(shù)表明，蘇里格氣田致密氣儲集層有效砂體規(guī)模小，橫向連通性差，發(fā)育頻率低，空間上以孤立分布為主。由于目前600 m×1 000 m和600 m×800 m井網(wǎng)，無法充分控制含氣砂體，無法動用井間剩余儲量，應是下步井位優(yōu)化部署的可選方向。

(4)通過不同剩余儲量類型研究，制定了蘇20區(qū)塊井網(wǎng)加密方式，實施效果顯著。