李冰，申春生，李林，張君博，胡治華

中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300459

0 引言

薄互層是指在縱向上儲(chǔ)層（砂巖）與非儲(chǔ)層（泥）相互交替出現(xiàn)且厚度均較小的一種沉積類型的巖體，垂向上呈現(xiàn)頻繁的砂泥交替，在地震上一個(gè)反射相位是一套砂泥交替出現(xiàn)的儲(chǔ)層綜合反映[1-4]。針對(duì)薄互層內(nèi)部的砂體分布特征，很難進(jìn)一步通過(guò)地震資料來(lái)預(yù)測(cè)，如何提高薄互層及內(nèi)部砂體的精細(xì)研究，就成為油田開發(fā)迫切需要研究的問(wèn)題。

自1973 年Widess 首次運(yùn)用楔狀模型分析薄層厚度與地震響應(yīng)的關(guān)系以來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在薄互層內(nèi)部定量預(yù)測(cè)薄層做了大量研究性工作。孫魯平等[5]通過(guò)從地震資料中提取薄層頻率屬性（如峰值頻率、中心頻率等）建立了地震峰值頻率與薄層厚度的關(guān)系。黃文鋒等[6]構(gòu)建了楔狀薄互層模型，建立了薄互層地震響應(yīng)與薄互層參數(shù)之間的聯(lián)系。李雪英等[7]利用深度域相移法對(duì)等厚薄互層進(jìn)行正演模擬，實(shí)現(xiàn)了等厚薄互層的定量預(yù)測(cè)。上述薄互層描述方法一般以Widess 模型為基礎(chǔ)，利用地震屬性識(shí)別厚度小于1/4λ 的孤立薄層。然而，在實(shí)際油田中經(jīng)常遇到一組由多個(gè)厚度都小于1/4λ的薄層和之間的隔夾層組成的薄互層組。其地震響應(yīng)不僅與組內(nèi)的單一薄層厚度有關(guān)，而且與薄層層數(shù)、物性、流體性質(zhì)差異以及反射子波頻率和衰減系數(shù)有關(guān)。

利用上述時(shí)頻域方法不能有效地描述薄互層內(nèi)部的砂體分布特征，如何提高薄互層及內(nèi)部砂體的精細(xì)研究，就成為油田開發(fā)迫切需要研究的問(wèn)題。受沉積作用的影響，薄互層內(nèi)部砂體之間有密切的成因聯(lián)系，將沉積過(guò)程[8-13]融入到薄互層儲(chǔ)層中，可以分析薄互層儲(chǔ)層的合理性，重塑薄互層儲(chǔ)層內(nèi)部結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)薄互層儲(chǔ)層內(nèi)部單層砂體的形成機(jī)理，進(jìn)一步加深薄互層儲(chǔ)層的認(rèn)識(shí)。為此，筆者以渤海灣P19 油田為例，基于沉積環(huán)境分析完成了三角洲前緣薄互層儲(chǔ)層的精細(xì)刻畫，為類似薄互層的展布特征及剩余油分布提供參考和依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

P19 油田位于渤海中南部海域渤南低凸起中段的東北端（圖1）。為斷裂背斜翼部構(gòu)造，斷裂系統(tǒng)發(fā)育，地層傾角7°～18°，主要含油層段位于新近系館陶組，以辮狀河三角洲前緣為主，縱向上單油層多且厚度較薄，約70%層數(shù)的厚度小于3 m，表現(xiàn)為砂泥巖薄互層的特征。根據(jù)巖性及旋回特征，館陶組可劃出多套砂層組，單一砂層組主要由砂、泥巖不等厚疊置構(gòu)成，為地震可識(shí)別的最小單元，具有明顯的砂—泥—砂結(jié)構(gòu)（圖2）。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置Fig.1 Structural location in the study area

研究區(qū)主要為灰色、灰綠色細(xì)砂巖、中砂巖，巖芯上粒度呈反旋回特征（圖3a），為河口壩沉積物，碎屑顆粒呈次棱角狀（圖3b，c），接觸類型為孔隙式—接觸式膠結(jié)，分選中等—差，成熟度低，黏土礦物主要為伊利石、高嶺石，可見少量黃鐵礦（圖3d），具有辮狀河三角洲前緣沉積的特點(diǎn)[14-16]。

P19油田2016年實(shí)施開發(fā)井，分層系開發(fā)，井距100～300 m，鉆井資料較為豐富，含油面積3 km2，具有很大的調(diào)整空間。研究區(qū)豐富的地震資料和動(dòng)態(tài)資料為本次研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

圖2 研究區(qū)館陶組地層綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive stratigraphic column of Guantao Formation in the study area

2 三角洲前緣薄互層儲(chǔ)層精細(xì)分析

本次研究在層序地層學(xué)及標(biāo)志層約束基礎(chǔ)上，地震資料約束和分級(jí)控制原則相結(jié)合，對(duì)薄互層儲(chǔ)層分為砂層組和單層砂體兩個(gè)級(jí)次進(jìn)行精細(xì)分析。本文以L70-III砂層組為例，利用研究區(qū)地震、鉆井及測(cè)井資料，在精細(xì)時(shí)深標(biāo)定基礎(chǔ)上進(jìn)行古地形分析及鉆井揭示的沉積環(huán)境分析，再結(jié)合地震最小振幅屬性，得到砂層組的展布范圍；然后根據(jù)沉積過(guò)程分析[17-20]，得到薄互層內(nèi)部單層砂體級(jí)次的沉積模式及演化特征，以此確定薄互層內(nèi)部單層砂體的分布范圍。從而實(shí)現(xiàn)了薄互層由砂層組級(jí)次到單層砂體級(jí)次的精細(xì)解剖。

圖3 研究區(qū)館陶組巖石特征Fig.3 Petrology characteristics of Guantao Formation in the study area

2.1 沉積環(huán)境特征

2.1.1 精細(xì)時(shí)深標(biāo)定

聲波測(cè)井曲線是地震分析過(guò)程中必不可少的資料，隨鉆縱、橫波測(cè)井曲線的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)對(duì)該油田剩余油分布預(yù)測(cè)及井位優(yōu)化研究工作具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義[21-27]。由于研究區(qū)大多數(shù)井都沒(méi)有聲波測(cè)井曲線，在沒(méi)有聲波測(cè)井資料的情況下，必須對(duì)其進(jìn)行預(yù)測(cè)，目前常用的橫波測(cè)井曲線的模擬預(yù)測(cè)是基于Han 公式、Greengerg-Castagna(GC)公式和Xu-White 模型完成的。本次研究基于油田實(shí)際地震資料，實(shí)際改進(jìn)Han 巖石物理公式（公式1）得到可靠時(shí)深關(guān)系，得到回歸聲波數(shù)據(jù)曲線，制作合成地震記錄（圖4a），將井揭示儲(chǔ)層和地震資料標(biāo)定，再通過(guò)人工尋找標(biāo)志層的辦法，進(jìn)行進(jìn)一步的精細(xì)標(biāo)定，從而保證砂層組級(jí)次的高精度控制，完成砂層組級(jí)次等時(shí)地層格架的建立。

式中:DTC 為擬合縱波時(shí)差，μs/ft；TVDSS 為海拔深度，m；VCLAY 為泥質(zhì)含量，%；PORT 為總孔隙度，%；PORE 為有效孔隙度，%；SW 為含水飽和度，%；a，b，c，d，e，f，g表示常數(shù)系數(shù)。

2.1.2 地震屬性分析

研究區(qū)館陶組地震主頻約為32 Hz，地震可識(shí)別砂層組的厚度約為9.7 m（波長(zhǎng)/8）。在此基礎(chǔ)上，以純波地震資料為基礎(chǔ)，利用道積分算法將地震資料的零相位與砂泥巖阻抗界面相對(duì)應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)利用振幅包絡(luò)直接刻畫目的薄互層頂?shù)捉缑妫▓D4b），并根據(jù)該頂?shù)捉缑娣謩e提取一定時(shí)間厚度內(nèi)的均方根振幅、最大振幅、最小振幅及平均振幅等地震屬性，通過(guò)與鉆井砂巖對(duì)比及分析，對(duì)比認(rèn)為最小振幅屬性值與井點(diǎn)厚度值吻合程度較高（圖4c，d），儲(chǔ)層平面預(yù)測(cè)鉆井吻合率達(dá)到85%以上，呈現(xiàn)出砂巖越發(fā)育振幅越強(qiáng)的特征（圖4c，e），為研究砂層組的平面展布和連通性提供了基礎(chǔ)。

圖4 研究區(qū)館陶組砂層組地震剖面特征及最小振幅屬性平面圖Fig.4 Seismic profile map and minimum amplitude isoline map of Guantao Formation in the study area

2.1.3 沉積環(huán)境特征分析

古地形對(duì)沉積體系有一定的控制作用，波折帶決定了沉積的卸載場(chǎng)所，沉積物一般會(huì)沿著低勢(shì)地貌堆積，古地形的恢復(fù)有助于研究?jī)?chǔ)層發(fā)育與分布特點(diǎn)、判斷古地理環(huán)境及沉積演化特征等[28-31]。本研究首先根據(jù)實(shí)施井軌跡與地層的空間關(guān)系，消除視地層厚度的影響，結(jié)合上述等時(shí)精細(xì)地層格架，然后基于層拉平古地貌恢復(fù)技術(shù)，依據(jù)沉積環(huán)境認(rèn)識(shí)，將目的層頂面拉平，視為古沉積時(shí)期的湖平面，此時(shí)底面的形態(tài)就可以認(rèn)為是地層沉積前的相對(duì)古地貌。再通過(guò)編制研究區(qū)地層等厚圖，對(duì)目的層的古地貌形態(tài)加以驗(yàn)證，這樣就基本恢復(fù)了古地形形態(tài)。經(jīng)計(jì)算，主要沉積區(qū)域坡度一般在0.5°～2°，呈現(xiàn)緩坡沉積特點(diǎn)（圖5a），儲(chǔ)層展布規(guī)律受控于分流河道，沿近東西向分流，主河道寬度350～500 m。主要包括河谷、高地、斜坡三種古地貌單元。

通過(guò)地震反射特征分析，結(jié)合砂體疊置樣式，得出不同地震反射條件下的砂體疊置特點(diǎn)，結(jié)合巖芯觀察與測(cè)井信息建立辮狀河三角洲前緣下的主要微相單元模式（圖5b），確定了砂層組級(jí)次下的沉積微相分布圖，明確了不同成因砂體接觸關(guān)系，展現(xiàn)了砂體的平面連續(xù)性，最終得到砂層組平面上的砂體沉積、遷移方向、垂向砂層組內(nèi)砂體發(fā)育結(jié)構(gòu)等模式認(rèn)知（圖5c）。河谷：為地形較低的古地貌單元，有一定的坡度，主要的水下分流河道卸載區(qū)，形成以河口壩沉積為主的微相單元，河谷內(nèi)的砂體疊合厚度大于10 m，薄互層砂體多以“厚—薄—厚”式疊置；斜坡：為高地與河谷的連接區(qū)，主要發(fā)育水下分流河道邊緣沉積，當(dāng)河流作用加劇時(shí)，可在斜坡形成連續(xù)砂體，砂體疊合厚度5～10 m，砂體以多個(gè)砂泥等厚疊置為主；高地：為地形最高的地貌單元，在北部、南部各發(fā)育一個(gè)小高地，為小型分流河道或溢岸的卸載區(qū)域，當(dāng)水量增多時(shí)，可形成多條小型分支河道，砂體疊合厚度0～5 m，砂體以多個(gè)薄層疊置或孤立薄層為主，為薄層發(fā)育區(qū)；平原:為地形最低的古地貌單元，坡度較小，主要的水體發(fā)育區(qū)，以泥質(zhì)沉積為主，分布在東側(cè)一帶。

圖5 研究區(qū)古地形及沉積環(huán)境分析Fig.5 Ancient landform and sedimentary environment in the study area

2.2 沉積模式及演化

受古環(huán)境的影響，河道砂體間垂向切割、側(cè)向疊置頻繁，深化沉積模式認(rèn)識(shí)對(duì)于研究砂體的組合、疊置模式有著重要意義[32-35]。研究區(qū)薄互層的形成是由于辮狀河順著水流方向的間歇性沉積引起的，當(dāng)湖水較發(fā)育時(shí)，主體區(qū)以泥質(zhì)沉積為主，局部會(huì)有條帶狀薄層砂體沉積，且存在擺動(dòng)，當(dāng)河流作用增大時(shí)，大量沉積物沿著河谷方向卸載沉積下來(lái)，形成一套優(yōu)質(zhì)砂體。

通過(guò)對(duì)井剖面的精細(xì)對(duì)比，反應(yīng)了沉積環(huán)境水體向下變深，砂巖厚度增大、泥巖減薄、砂泥比值加大的特征，它代表了可容納空間減小的過(guò)程，辮狀河三角洲沉積中心逐漸向湖中心推進(jìn)。隨著沉積時(shí)期推移，單層砂體厚度規(guī)模和展布范圍逐漸擴(kuò)大，連續(xù)性變好，呈現(xiàn)向湖盆增長(zhǎng)的趨勢(shì)（圖6），可在單一方向上確定單層砂體的演化關(guān)系，共經(jīng)歷三個(gè)階段：1）受古地形的控制影響，氣候條件干旱，水流變小，湖泊推進(jìn)，周邊物源供給減少，碎屑沉積受湖水波浪作用較大，主要形成一些小型河道沉積；2）匯入新的主干河道，水下分流河道規(guī)模有所增大，且向北遷移；3）大量辮狀河砂體順著緩坡河谷區(qū)匯入研究區(qū)，在河谷沉積形成大量砂體。這些砂體縱向上相互疊置，平面上疊加連片，向東南部逐漸尖滅，形成三角洲前緣沉積，其分布范圍取決于溝谷的寬度。

圖6 研究區(qū)三角洲前緣沉積模式Fig.6 Depositional model of braided delta front in the study area

圖7 研究區(qū)館陶組薄互層砂體疊置樣式Fig.7 Superposition pattern of thin interbed layers of Guantao Formation in the study area

2.3 儲(chǔ)層內(nèi)部結(jié)構(gòu)解剖

辮狀河三角洲前緣薄互層內(nèi)部單層砂體以多種疊置樣式存在[36-40]，對(duì)于砂體的連通關(guān)系及注水效果具有很重要的影響，對(duì)于這種薄互層縱向、平面沉積變化，其精細(xì)研究可以將該砂層組的沉積模式與成因相結(jié)合，更能體現(xiàn)其本質(zhì)。

2.3.1 縱向期次劃分

不同階段形成的砂體其規(guī)模與薄互層的沉積過(guò)程有著較好的耦合性：初期由于水下分流河道較多，沉積物較分散，隨著演化沉積物逐漸集中，多以側(cè)向沉積為主，至末期河道流量達(dá)到高峰，水下分流河道水動(dòng)力較強(qiáng)，多以垂向加積為主，薄互層砂體呈現(xiàn)多種疊置樣式。

本文通過(guò)分析認(rèn)為在研究區(qū)主要有三種砂體疊置關(guān)系，同位疊覆型（圖7a）：主要分布在研究區(qū)高部位，其水動(dòng)力較強(qiáng)，大量砂體優(yōu)先卸載，單層砂體持續(xù)性堆積，在同一位置多期疊置；側(cè)向切疊型（圖7b）：主要在河谷的邊部，受古地形與水流動(dòng)力的影響，沉積不穩(wěn)定，容易在側(cè)向上多期疊置，夾層數(shù)量增多；側(cè)翼接觸型（圖7c）：處于研究區(qū)的邊部，為沉積遠(yuǎn)端，為小型水下分流河道發(fā)育區(qū)，不同的河道砂體相對(duì)獨(dú)立，當(dāng)水流量增多時(shí)，部分河道會(huì)相遇，導(dǎo)致砂體有所接觸。

對(duì)于疊置復(fù)合河道，在形成過(guò)程中新河道對(duì)老河道存在不同程度的侵蝕沖刷，因此沖刷面即為兩期河道的沉積界面。本文通過(guò)巖芯觀察發(fā)現(xiàn)界面回返幅度值在0.8 之下的界面在測(cè)井曲線上響應(yīng)是明顯的，可以作為未取芯井中河道間界面識(shí)別和期次劃分依據(jù)。因此，在砂層組精細(xì)地層格架下，利用測(cè)井資料將薄互層細(xì)分到單層砂體級(jí)別。劃分結(jié)果：目的砂層組內(nèi)部主要發(fā)育三個(gè)單層砂體，砂體厚度2～8 m，泥巖隔層厚度1～4 m（圖8a）。

2.3.2 平面砂體演化

受沉積環(huán)境的影響，相似的沉積單元具有相似的砂體分布信息。類比現(xiàn)代河流及周邊相似油田，辮狀河三角洲前緣水下分流河道砂體平面上多呈條帶狀，剖面具有中間厚、兩側(cè)均勻減薄或尖滅的特點(diǎn)[41-45]，統(tǒng)計(jì)厚度2～6 m 的單層砂體的寬厚比為80～100。在上述砂層組沉積展布范圍基礎(chǔ)上，以沉積過(guò)程為指導(dǎo)，以相似砂體分布參數(shù)作約束，結(jié)合井點(diǎn)實(shí)鉆砂體厚度，最終實(shí)現(xiàn)單層砂體的邊界刻畫。

圖8 研究區(qū)單層砂體疊置及平面分布樣式Fig.8 Superposition and plane distribution pattern of thin interbed layers in the study area

圖9 研究區(qū)應(yīng)用實(shí)例分析Fig.9 Application case analysis in the study area

不同階段形成的砂體其規(guī)模與薄互層的沉積過(guò)程有著較好的耦合性，初期小型水下分流河道眾多，以多條沉積帶為主，后期沉積物卸載集中，形成主要沉積帶，沿其方向砂體呈連續(xù)沉積，導(dǎo)致平面上砂體的展布空間有所不同。平面上研究區(qū)主要有兩種砂體接觸關(guān)系，軸向疊置：水動(dòng)力較強(qiáng)，單層砂體持續(xù)性向前沉積形成，不會(huì)發(fā)生側(cè)向遷移擺動(dòng)；側(cè)向遷移：?jiǎn)螌由绑w在推進(jìn)過(guò)程中，填洼補(bǔ)平，水道多有側(cè)向遷移，然后鄰近地區(qū)再沉積形成的（圖8b）。

從圖8c 中可以看出，砂層組內(nèi)部砂體從下到上逐漸變寬變厚，展現(xiàn)了一個(gè)湖水縮進(jìn)的演化過(guò)程。通過(guò)統(tǒng)計(jì)，研究區(qū)館陶組單層砂體呈北西—南東向窄條狀展布，寬400～600 m，寬厚比70～150 m，北西—南東向具有一定的連通性，河道邊緣為薄層發(fā)育區(qū)。

3 應(yīng)用效果

對(duì)研究區(qū)館陶組進(jìn)行了薄互層儲(chǔ)層的發(fā)育狀況及內(nèi)部單層砂體的精細(xì)分析，取得了良好的應(yīng)用效果。在實(shí)際生產(chǎn)中驗(yàn)證了薄互層劃分結(jié)果的合理性及單層砂體的平面連續(xù)性，以J39 井組為例，B42ST02、J39井完鉆后砂體出現(xiàn)不同程度的虧壓，且J39、J44井完鉆后出現(xiàn)分段水淹（圖9a），即證實(shí)了砂體連續(xù)性，也為剩余油分布規(guī)律及下一步優(yōu)化調(diào)整提供了依據(jù)。在綜合調(diào)整項(xiàng)目中指導(dǎo)井位部署和優(yōu)化40 井次，以J38 井為例，根據(jù)薄互層精細(xì)刻畫結(jié)果，原設(shè)計(jì)井位位于砂體邊緣，向西南砂體變厚，據(jù)此將該井位置向西南優(yōu)化了60 m，該井實(shí)施后，生產(chǎn)油層厚度比鉆前設(shè)計(jì)增加15%，產(chǎn)能增加48 m3/d（圖9b）。滾動(dòng)評(píng)價(jià)新增儲(chǔ)量500×104m3，產(chǎn)能超設(shè)計(jì)1.4倍。通過(guò)對(duì)單層砂體級(jí)次的研究，提高注采對(duì)應(yīng)率23%，保證了開發(fā)井的高產(chǎn)與注水井的顯著效果。

4 結(jié)論

（1）針對(duì)地震資料難以進(jìn)一步刻畫薄互層儲(chǔ)層的難點(diǎn)，本文在沉積過(guò)程分析基礎(chǔ)上，對(duì)三角洲前緣薄互層儲(chǔ)層進(jìn)行了分級(jí)精細(xì)描述，為類似油田的研究和開發(fā)提供了指導(dǎo)。

（2）根據(jù)實(shí)際改進(jìn)Han 巖石物理公式取得了較好的時(shí)深標(biāo)定結(jié)果，結(jié)合古地形、地震屬性及測(cè)井分析，恢復(fù)了砂層組級(jí)次的沉積環(huán)境特征。

（3）闡明了研究區(qū)L70-III 砂層組的形成過(guò)程，共經(jīng)歷了三個(gè)演化階段，不同階段單層砂體的規(guī)模及疊置樣式與其沉積過(guò)程具有較好的相關(guān)性。