衡 勇, 段新國, 王勇飛, 高 偉, 劉成川

(1.中國石化西南油氣分公司 勘探開發(fā)研究院，成都 610041；2.中國石化西南油氣分公司 博士后工作站，成都 610041；3.油氣藏地質及開發(fā)工程國家重點實驗室(成都理工大學)，成都 610059)

四川盆地中江氣田中侏羅統(tǒng)沙溪廟組(J2s)河道砂巖氣藏具有河道窄、厚度薄、非均質性強和氣水分布復雜等特點，自2013年大規(guī)模開發(fā)以來，已累計產(chǎn)氣幾十億立方米，但采收率僅為30%左右，仍具有較大的開發(fā)潛力，開發(fā)難度較大。前人針對沙溪廟組河道砂巖氣藏做了大量研究，主要集中在成藏[1]、河道刻畫[2-3]、沉積和儲層特征[4-5]等方面。特別是在河道刻畫方面，采用地震波形分類技術、體分頻像素成像技術和多河道分期剝離及三維空間刻畫等關鍵技術對河道進行了識別和劃分[2]。但受地震縱向分辨率影響，利用地震資料無法對河道內部結構進行研究，而同一河道不同部位產(chǎn)能差異大，氣、水分布復雜，基于地震解釋的河道砂體展布預測已無法滿足氣藏中后期生產(chǎn)開發(fā)的需求，迫切需要對河道砂體內部結構進行解剖。

砂體內部結構是控制剩余油氣分布、優(yōu)化水平井參數(shù)和提高油氣采收率的關鍵因素[6]。砂體構型是指砂體構成單元的幾何形態(tài)、大小、方向及其相互關系[7]，國內外學者針對不同沉積體系砂體構型開展了大量研究，并建立了相應的構型模式[8-12]；但構型模式建立后的應用研究相對較少，且中江氣田沙溪廟組前期關于河道的研究主要依靠地震分析，針對河道砂體內部結構的研究相對較少，已有的構型研究無法解釋河道內部巖性(物性)封堵成因。本文在前人研究的基礎上，利用露頭觀察、巖心、測井和地震等資料，開展淺水三角洲分流河道砂體構型分析，建立構型模式，分析不同類型河道內部氣水分布特征，可為同類型氣藏剩余氣分布規(guī)律研究、水平井參數(shù)優(yōu)化和高效開發(fā)提供依據(jù)。

1 地質背景

早侏羅世-中侏羅世早期，四川盆地由前陸盆地演變?yōu)檗窒菖璧?，形成了大面積的湖泊沉積；中侏羅世中晚期，受盆地北部秦嶺造山帶和大巴山推覆帶強烈隆起影響，盆地內部沉積環(huán)境由湖泊沉積演變?yōu)楹恿?、三角洲和湖泊沉積[13]。中江氣田所在的川西拗陷東坡地區(qū)為背斜構造，西部發(fā)育多條烴源斷層(圖1-A)。沙溪廟組沉積時期，區(qū)內氣候干旱，地形相對平緩，為淺水三角洲沉積環(huán)境，以淺水三角洲平原、內前緣為主[14]，發(fā)育(水下)分流主河道、次河道、泛濫平原、河口壩、席狀砂等沉積微相。受沉積時期水體淺、地形平緩、構造相對穩(wěn)定、湖盆萎縮等因素影響，發(fā)育的淺水三角洲為以延伸距離較遠的分流河道和水下分流河道為主(圖1-B)，河口壩相對不發(fā)育[5,15]。

2 河道精細刻畫

沙溪廟組分流河道寬度較窄，井網(wǎng)多以線性井網(wǎng)為主[16]，側向控制程度較低。該類井網(wǎng)無法對河道的側向特征進行研究；而地震資料具有較高橫向分辨率，能夠較好地刻畫河道砂體的平面展布特征，井震結合能夠更好地對河道砂體進行刻畫。

2.1 地震屬性分析

中江氣田沙溪廟組河道砂具有“低阻抗、強波谷-強波峰”的特征[17]。對于非疊置河道，利用常規(guī)三維地震解釋，在地震層位拾取基礎上，沿層位開時窗提取振幅和波阻抗等屬性，能夠清晰地刻畫河道[2]。中江氣田沙溪廟組大部分河道彎曲度較低，且河道較窄，寬度在300～600 m(圖2-A、B)；部分砂組河道彎曲度較大，寬度可達3.5 km(圖2-C)。河道砂體的振幅和波阻抗差異明顯，能在一定程度上揭示河道砂內部的非均質性，振幅響應越強，砂體物性越好。

對于疊置且無實鉆井的河道，通過時頻域頻變能量融合技術和三維可視化子體追蹤技術的聯(lián)合使用，可實現(xiàn)同一相位內疊置河道期次識別與劃分[2]。以J2s11小層為例，首先針對河道開展大時窗分頻頻變能量融合，確定不同河道的宏觀展布和走向(圖3-A)；其次針對不同河道實施種子點控制和自動追蹤成像，采用不同顏色表示不同期次河道(圖3-B)，可進一步認識河道的發(fā)育期次。J2s11小層同一復合相位內可識別并劃分為4期河道。

圖3 中江氣田J2s11砂組河道砂分期刻畫Fig.3 Stage characterization of channel sand in J2s11 of Zhongjiang Gas Field (據(jù)劉興艷等[2]，略有修改)(A)頻變能量融合; (B)分河道子體追蹤; (C)地震剖面

2.2 井間對比

測井資料的縱向分辨率較高，有實鉆井時，可利用測井資料識別泥質隔夾層或鈣質隔夾層，在垂向上劃分單期河道。其中泥質隔夾層是一期河道結束到下一期河道沉積開始之間的細粒沉積，自然伽馬測井曲線回返明顯；鈣質層是單期河道發(fā)育結束后處于淺水蒸發(fā)環(huán)境形成，測井曲線上表現(xiàn)為高伽馬、低聲波時差特征。側向上則可通過河道砂體厚度差、高程差、廢棄河道識別單河道邊界。井間對比分析表明(圖4)，中江氣田沙溪廟組發(fā)育的河道彎度較低，河道疊置程度相對較弱，以孤立式為主，見少量疊加式和切割式，單河道寬度主要在300～600 m。

3 淺水三角洲分流河道內部構型分析

河道刻畫表明中江地區(qū)沙溪廟期發(fā)育大量彎度較低的窄河道，部分窄河道既不是典型的高彎度曲流河，又與順直型水下分流河道的垂向沉積特征不符。本次研究擬對分流河道內部結構進行分析，探討河道內部物性封堵的成因。

3.1 野外露頭及現(xiàn)代沉積分析

現(xiàn)代沉積和野外露頭觀察是構型研究的主要方法之一，現(xiàn)代沉積對于分析古代沉積具有指導意義，而露頭觀察能夠直觀地與地下儲層進行對比[18]。川西地區(qū)露頭觀察可見曲流河沉積的二元結構，河道中下段為河道滯留沉積和邊灘沉積，發(fā)育板狀交錯層理，巖性以中、細粒砂巖為主；河道上段以泥質沉積為主。邊灘由3～5期側積體組成，側積體厚度在3～7 m，側積層夾角在5°～15°，厚度在0.3～2 m(圖5)。研究區(qū)沙溪廟組為曲流河入湖的淺水三角洲沉積。

圖4 中江氣田沙溪廟組河道砂體剖面展布特征Fig.4 Profile distribution characteristics of channel sand body of Shaximiao Formation in Zhongjiang Gas Field

對曲流河入湖的現(xiàn)代淺水三角洲分析表明(圖6-A)，該類三角洲主要發(fā)育曲流型分流河道和順直型水下分流河道。曲流型分流河道主要發(fā)育于三角洲平原上部，與曲流河沉積類似，以側積為主，存在著頻繁的側向和前向遷移，易形成大規(guī)模寬帶狀復合河道砂體。沿入湖方向，河道彎度降低，逐漸演變?yōu)榈蛷澏确至骱拥篮晚樦焙拥馈５蛷澏确至骱拥乐饕l(fā)育于三角洲平原下部和枯水期的三角洲內前緣，其沉積模式與低彎度曲流河類似，發(fā)育河道和邊灘，但規(guī)模較小(圖6-B)；而順直河道主要發(fā)育于三角洲前緣。

3.2 分流河道內部結構分析

3.2.1 曲流型分流河道

曲流型分流河道沉積過程和模式與曲流河沉積類似[19]，彎曲度較高，以側積為主，發(fā)育廢棄河道和邊灘構型單元，邊灘為強振幅，顏色主要為黃色，泥巖或粉砂質泥巖以灰色為主(圖7)。廢棄河道底部為河道砂巖沉積，上部被泥質或純泥巖等細粒沉積充填，測井曲線上底部自然電位和自然伽馬曲線呈指狀、箱形或鐘形；頂部自然電位和自然伽馬為近泥巖基線的小型鋸齒狀或直線狀(圖7-B)。廢棄河道相物性較差，常形成巖性-物性遮擋條帶，其振幅異常響應較弱。邊灘相巖性主要為中砂巖或者細砂巖，物性較好，垂向多呈均質韻律，測井曲線上表現(xiàn)為鐘形、箱形或鐘形-箱型復合型，振幅響應較強。邊灘內部由3～5期側積體和側積層構成(圖7-C)，側積體以中細粒砂巖為主，平面上呈新月狀，剖面上呈楔狀。側積層主要為有機質淤泥等細粒沉積物，厚度在2～4 m，產(chǎn)狀多呈斜插的泥質楔子，平面上呈弧形條帶狀，其頂部傾角較大，底部傾角較小，測井曲線上表現(xiàn)為自然伽馬呈小幅回返。

圖5 玉成橋—太平鎮(zhèn)—三岔湖的野外露頭照片F(xiàn)ig.5 Photographs showing outcrops at Yuchengqiao-Taipingzhen-Sanchahu

圖6 鄱陽湖的現(xiàn)代淺水三角洲沉積和低彎度曲流河沉積Fig.6 Shallow water delta deposits in Poyang Lake and low sinuosity meandering river deposits

圖7 曲流型分流河道內部結構Fig.7 Internal structure of meandering distributary channels

3.2.2 低彎度分流河道

沿河流入湖方向，坡度降低，流速降低，沉積物減少，可容納空間/沉積速率比值增大，河流側積能力減弱，河道由曲流型分流河道演變?yōu)榈蛷澏确至骱拥馈５蛷澏确至骱拥赖某练e模式與曲流型分流河道類似，但規(guī)模較小，多為單河道沉積[6]，具有河道砂體寬度小、河道內部側積體發(fā)育少、側積層保存完整的特征(圖8)。井震結合分析表明，中江氣田沙溪廟組低彎度分流河道極為發(fā)育，呈窄條帶狀分布，寬度在0.3～1 km，由廢棄河道和規(guī)模較小的邊灘組成，邊灘振幅響應強，平面上呈新月狀，邊灘寬度在0.2～0.8 km，長度在1～5 km，由1～2期側積體構成，側積體厚度在4～10 m，物性較好。以X304井為例，測井解釋平均孔隙度為11.3%，滲透率為0.28×10-3μm2，物性較好。廢棄河道巖石顆粒較細，物性較差，地震異常響應較弱，如Z31井鉆遇的廢棄河道測井解釋泥質含量(質量分數(shù))高達36%，平均孔隙度為4.3%，平均滲透率為0.012×10-3μm2，物性較差，(廢棄)河道的分隔使得小邊灘呈“香腸式”分布(圖6-B、圖8)。對邊灘規(guī)模統(tǒng)計表明，低彎度分流河道邊灘寬度和長度呈良好的正相關關系，與現(xiàn)代沉積的低彎度曲流河具有相似特征[20](圖9)。

圖8 低彎度分流河道內部結構Fig.8 Internal structure analysis of low sinuosity distributary channel

圖9 低彎度河道邊灘長度-寬度圖(曲率<1.15)Fig.9 Diagram showing length and width of riverside bank with low curvature

3.2.3 順直型分流河道

水下分流河道是三角洲平原河道的水下延伸部分，與河流沉積相似，但河道彎度較小，以順直型河道為主，河道寬度窄，在200～400 m。水下分流河道由前積層和前積體構型要素組成，前積層是在較弱水動力條件下沉積的泥質薄層，前積體是強水動力條件下沉積的砂巖構型單元，其構型模式可分為退積型、加積型和進積型[10]。受湖平面升降影響，研究區(qū)3種類型均較為發(fā)育，但受沉積時期坡度較緩、水體較淺等因素影響，退積、進積型前積體和前積層的傾角較小，多平行于河道頂面(圖10)，剖面上多表現(xiàn)為垂向加積的特點。部分水動力條件較弱的河道前積層保存較好，河道內部水平夾層較為發(fā)育(圖10)；水動力條件較強的分流河道，前積層沉積后被沖刷破壞，河道內部夾層不發(fā)育(圖11)。

3.3 沙溪廟組淺水三角洲河道構型模式

前人研究、現(xiàn)代沉積、野外露頭和井震結合分析表明，中江氣田沙溪廟組為曲流河入湖的河控淺水三角洲沉積體系，發(fā)育曲流型分流河道、低彎度分流河道、順直型水下分流河道。曲流型分流河道以側積為主，發(fā)育廢棄河道和邊灘構型單元，邊灘規(guī)模較大，由3～5期側積體組成。沿入湖方向，河道的可容納空間/沉積速率比值增大，河流側積能力減弱，分流河道逐漸演變?yōu)榈蛷澏群拥篮晚樦毙秃拥?。低彎度河道發(fā)育廢棄河道和小型邊灘，邊灘規(guī)模較小，由1～2期側積體組成。順直型河道以垂積為主，水動力條件強的順直河道，前積層被沖刷侵蝕，夾層不發(fā)育；水動力條件較弱的順直型河道，整體物性較差，且前積層保存條件好，夾層發(fā)育(圖12)。

4 分流河道內部結構對氣水分布的影響

中江氣田沙溪廟組氣藏為深源淺聚、斷砂疏導的次生氣藏[8]，斷層在成藏有利期是油氣運移的通道，而在其后的調整期又是油氣散失的通道。生烴高峰期在10～100 Ma B.P.(中白堊世，燕山晚幕-喜馬拉雅期)，天然氣自須家河組沿斷層自下而上運移至侏羅系，再沿總體致密且非均質性較強的河道砂體側向運移聚集[20]。喜馬拉雅期的構造調整運動使得研究區(qū)西部斷裂帶整體抬升，近斷層處裂縫發(fā)育，天然氣散失，河道砂體基本含水；遠離斷層處，受河道內部結構差異的影響，不同類型河道天然氣的散失和保存情況存在差異。

4.1 曲流型分流河道內部氣水分布

曲流型分流河道主要發(fā)育于J2s14小層，其邊灘與斷層相接，邊灘砂體物性好，天然氣充注程度高；廢棄河道砂體物性較差，可形成環(huán)狀的巖性-物性遮擋條帶。邊灘由5期側積體組成，①、②和③號側積體西部高東部低，且高部位與斷層相接，側積體內部天然氣沿側積體向高部位聚集并通過斷層散失，因此含氣性差，測試以產(chǎn)水為主；鉆遇①號和②號側積體的X2井測試產(chǎn)氣 1 600 m3/d，產(chǎn)水15.98 m3/d；鉆遇②和③號側積體的X4井測試產(chǎn)氣 4 600 m3/d，產(chǎn)水69.5 m3/d。受側積層封隔影響，④和⑤號側積體與斷層之間連通性差，天然氣保存條件較好，含氣性較好，鉆遇④、⑤號側積體的X5井(直井)和X6井測試產(chǎn)氣分別為 8 700 m3/d和 82 100 m3/d，不產(chǎn)水(圖13)。

圖10 夾層發(fā)育的順直型分流河道內部結構Fig.10 Internal structure of straight distributary channel with interlayer

圖11 夾層被沖刷破壞的順直型分流河道Fig.11 Straight distributary channel with interlayer destroyed by scouring

圖12 中江氣田沙溪廟組分流河道構型模式圖Fig.12 Pattern of distributary channel configuration of Shaximiao Formation in Zhongjiang Gas Field

4.2 低彎度河道內部氣水分布特征

低彎度分流河道內部由(廢棄)河道和小規(guī)模的邊灘構成，中江氣田沙溪廟組儲層致密化時間大概在早白堊世晚期，主要成藏期在白堊紀。在主要成藏期，河道砂巖尚未完全致密化[21]，天然氣自須家河組經(jīng)斷層垂向運移至沙溪廟組后，經(jīng)裂縫、廢棄河道底部砂巖和邊灘砂巖運移充注。邊灘砂巖物性好，充注程度高，含氣性好；廢棄河道砂巖物性較差，充注程度低，含氣性相對較差。晚白堊世晚期以后，烴源巖大規(guī)模排烴終止，河道砂巖中無酸性熱液進入，成巖環(huán)境逐漸轉變?yōu)槠珘A性的封閉環(huán)境，碳酸鹽膠結物得以沉淀，儲層更加致密，進一步致密化的廢棄河道沉積形成巖性(物性)封堵。喜馬拉雅期為氣藏調整時期，近斷層處，裂縫發(fā)育，天然氣散失，河道砂巖內部多為氣水同層，如X304井測試產(chǎn)氣 3 700 m3/d，產(chǎn)水8.64 m3/d；遠離斷層處，受廢棄河道和成巖作用影響，河道內部砂巖物性封堵發(fā)育，且天然氣的浮力遠低于天然氣充注時期的源儲剩余壓力差，天然氣無法克服物性封堵的毛細管壓力而發(fā)生運移，因此，小邊灘砂體內部和河道低部位天然氣保存較好，氣藏整體呈“香腸式”分布(圖14)。

圖13 中江氣田曲流型分流河道內部氣水分布特征Fig.13 Gas-water distribution characteristics of meandering distributary channels in Zhongjiang Gas Field

圖14 低彎度分流河道氣水剖面特征Fig.14 Characteristics of gas-water profile in low sinuosity distributary channel

4.3 順直型河道內部氣水分布特征

順直型水下分流河道以垂向加積為主，河道內部主要發(fā)育水平夾層，該類夾層無法在河道內部形成有效的巖性(物性)封堵，除個別河道部分區(qū)域受成巖作用影響物性封堵發(fā)育外，順河道方向砂體連通性較好，非均質性較弱。受天然氣充注時期儲層未完全致密化影響，巖性(物性)封堵不發(fā)育的順直型河道中，天然氣易向高部位運移聚集，河道砂體內部氣水分布呈上氣下水的分布模式。構造高部位以氣層位主，構造低部位則主要為氣水同層或水層。近斷層處，天然氣向高部位斷層發(fā)育區(qū)運移散失；但受河道坡度小且砂巖致密影響，天然氣逸散的浮力無法克服微細孔喉的毛管壓力，相對大孔喉或裂縫發(fā)育區(qū)域的天然氣發(fā)生逸散，因此，順直型河道近斷層區(qū)域總體表現(xiàn)為氣水同產(chǎn)(圖15)。

5 結 論

a.中江氣田沙溪廟組為曲流河入湖的淺水三角洲平原-前緣沉積，發(fā)育曲流型分流河道、低彎度分流河道、順直型水下分流河道，河口壩相對不發(fā)育，河道寬度窄、疊置程度弱。

b.曲流型分流河道以側積為主，發(fā)育邊灘和廢棄河道，邊灘由3～5期側積體組成，側積層和廢棄河道泥質含量高，物性差，形成環(huán)狀巖性(物性)封堵，導致部分側積體含氣性較好。

c.低彎度分流河道發(fā)育小型邊灘和(廢棄)河道，邊灘由1～2期側積體組成，側積層保存完整。

圖15 順直型水下分流河道氣水剖面特征Fig.15 Gas-water profile characteristics of straight underwater distributary channel

受(廢棄)河道形成的巖性(物性)封堵影響，河道內部氣、水呈“香腸式”分布，且構造低部位氣層也較為發(fā)育。

d.順直型分流河道以垂向加積為主，發(fā)育水平夾層，順河道方向非均質性弱，巖性(物性)封堵相對不發(fā)育，因此該類河道砂體中呈上氣下水分布模式，構造高部位以氣層為主，構造低部位和近斷層處主要為氣水同層或水層。