潘福友

(北京福瑞寶能源科技有限公司,北京 100176)

高分辨率層序地層學有效提升了陸相地層精細劃分與對比的精度及儲層精細預測的準確性[1-2]，隨著研究的不斷深入，高分辨率層序地層學理論體系不斷豐富和完善[1]。延145～延128井區(qū)位于鄂爾多斯盆地南部(圖1)，是典型的致密氣砂巖氣藏[3-4]。自2009年開始試采，2012年正式開發(fā)，目前氣田將進入產(chǎn)能遞減期，亟須搞清研究區(qū)剩余氣的分布特征。研究區(qū)砂體橫向疊置關(guān)系復雜，具有“一砂一藏”的特點，因此需要對單砂體進行刻畫。研究區(qū)處于鄂爾多斯盆地南北兩大物源交匯區(qū)，前人在鄂爾多斯盆地的地層精細劃分做了大量的研究，取得了一定的成果，但目前缺乏系統(tǒng)的對單砂體的刻畫方法的研究和技術(shù)總結(jié)[5-6]。本文以高分辨率層序地層學劃分與對比的基本理論、技術(shù)方法，系統(tǒng)研究延145～延128井區(qū)山西組地層的基準面旋回劃分、旋回類型、砂體疊加樣式，分析不同級別基準面旋回控制下砂體疊置樣式，精細研究單砂體的縱向、橫向疊置關(guān)系，構(gòu)建不同級別基準面旋回控制下的單砂體定量描述模式和技術(shù)方法，為在復合砂體內(nèi)精細描述單砂體提供了一種新的研究思路和技術(shù)手段，也為尋找剩余氣指明了方向。

圖1 研究區(qū)位置

1 區(qū)域地質(zhì)背景

延145～延128井區(qū)構(gòu)造上位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡東南部，氣藏主要受巖性-地層控制，與蘇里格、大牛地等都屬于致密砂巖氣藏[4-5]，自下而上發(fā)育地層有本溪組、太原組、山西組、石盒子組和石千峰組等，含氣層為下石盒子組盒8段、山西組山1段、山2段及本溪組，主力含氣層為山2段和本溪組，氣藏埋深2 500～2 600 m。山西組地層以“北岔溝砂巖”之底為底界，整合沉積于太原組之上，總體上為一套砂泥序列，該組自下而上可分為山2段和山1段兩套地層，山2段地層厚度為45～60 m,為一套含煤碎屑巖地層，巖性以粗粒、中粒石英砂巖為主，少量巖屑砂巖，夾薄層粉砂巖、泥巖，煤層比較發(fā)育，夾4#和5#煤層；山1段地層厚度為40～50 m，為一套少含煤碎屑巖地層，巖性以細粒、中粒巖屑砂巖為主，含少量巖屑石英砂巖，泥巖更為發(fā)育，含少量煤線[7-13]。延145～延128井區(qū)山2段垂向上砂巖粒度由粗變細，頂部發(fā)育大量煤層，呈現(xiàn)正粒序，為正旋回序列；山1段垂向上砂巖粒度由粗變細，直至巖性轉(zhuǎn)變?yōu)槟鄮r，形成正旋回序列。受太原組沉積后期大規(guī)模水退的影響，研究區(qū)山西組沉積時期為淺水三角洲沉積，沉積微相主要包括水下分流河道、河口砂壩、水下分流河道間灣、水下天然堤、泥炭、沼澤等類型(圖2)。

圖2 延217井單井綜合柱狀圖(山西組)

2 基準面旋回識別與劃分

以基準面旋回的劃分和對比的基礎(chǔ)理論為指導，綜合運用巖心、測井、錄井、分析化驗、野外露頭等資料，通過取心井、野外露頭識別出多級次的基準面旋回，明確山西組發(fā)育的不同級別基準面旋回的期次、規(guī)模、類型、組合樣式及對應的測井響應特征，最終構(gòu)建不同級次基準面旋回的劃分依據(jù)和劃分標準，進一步指導非取心井中基準面旋回識別與劃分，同時開展高精度的等時地層精細對比，進而建立等時地層格架。通過大量的研究分析，在山西組中識別并劃分出短期、中期、長期等級別的基準面旋回，不同級別的基準面旋回對砂體的發(fā)育特征、發(fā)育規(guī)模、疊加樣式、橫向遷移規(guī)律有著不同的控制作用。

2.1 中期基準面旋回

中期基準面旋回是由一系列具有進積、加積和退積疊加樣式的短期基準面旋回疊加組成。延145～延128井區(qū)山西組山2段發(fā)育6個中期基準面旋回(表1)，主要表現(xiàn)為分段持續(xù)變淺的中期基準面旋回。不同沉積時期受到南北物源的影響，研究區(qū)砂體整體上呈南北向展布特征，整體來看，山23沉積微相主要有水下分流河道、分流間灣、和天然堤，物源主要來自北部，多條河道相互交叉疊置，形成大規(guī)模厚層砂體；山22以泥質(zhì)沉積為主，發(fā)育多套煤層，以分流間灣沉積為主，河道基本不發(fā)育；山21砂體較山22發(fā)育，河道雖然交互疊置，單河道寬度整體較窄，分流間灣沉積廣泛分布于河道之間，南部地區(qū)水下分流河道基本不發(fā)育。山13砂體較為發(fā)育，河道分布較窄，分流間灣沉積作用明顯；山12砂體進一步發(fā)育，北部河道較窄，中南部地區(qū)河道頻繁交叉疊置，河道寬度有所增加，分流間灣泥質(zhì)沉積明顯；山11砂體規(guī)模有所減少，水體逐漸變淺，河道也較窄，分流間灣泥質(zhì)沉積作用明顯。

表1 不同中期基準面旋回控制下的砂體展布特征

2.2 短期基準面旋回

短期基準面旋回是一套水深變化不大、成因上彼此聯(lián)系極為密切的單一巖相或一組巖相的最小巖石地層單元疊加而成，具有一定的疊加樣式。短期基準面旋回的識別和建立，可以充分根據(jù)巖心、測井資料等進行識別和劃分，基準面旋回界面性質(zhì)以連續(xù)沉積的界面為主，也可以是有侵蝕作用的或非沉積作用的間斷面。通過對研究區(qū)內(nèi)部取心井及測井資料的觀察分析研究，結(jié)合野外地質(zhì)露頭，在延145～延128井區(qū)山西組儲集砂體中能夠識別出12個短期基準面旋回，自下而上可劃分為Ⅵ個砂組12個小層，其中Ⅰ砂組包含第1～2號小層，Ⅱ砂組包含第3～4號小層，Ⅲ砂組包含第5～6號小層，Ⅳ砂組包含第7～8號小層，Ⅴ砂組包含第9～10號小層，Ⅵ砂組包含第11～12號小層。12個短期基準面旋回一共有4種類型，不同的短期基準面旋回發(fā)育特征決定了儲集體的分布規(guī)律、砂體規(guī)模和疊加樣式(圖3)。

圖3 不同類型短期基準面旋回特征

3 單砂體縱向疊置關(guān)系分析

3.1 野外地質(zhì)剖面砂體疊置特征

野外地質(zhì)剖面更為宏觀連續(xù)，比測井、巖心更能揭示砂體縱向疊置關(guān)系，因此通過對保德扒樓溝(山23-1)、柳林成家莊(山23-1)兩個山西組地層的野外觀察，建立單砂體縱向識別劃分標準，并能夠有效指導單砂體縱向劃分。

1)扒樓溝剖面。I砂組1號小層自下而上可以主要劃分為3個部分：下部發(fā)育灰白色～灰色厚層狀含粒粗砂巖、粗砂巖，底部沖刷面特征明顯，見大型槽狀交錯層理特征，垂向以正粒序為主，多期水道沉積疊置；中部以灰色-灰白色中厚層狀中粒砂巖，以多組板狀交錯層理為主，板狀以下切、下截為特征，粒序特征不明顯；上部發(fā)育中～細粒砂巖、粉～細砂巖和深灰色粉砂質(zhì)泥巖，砂泥互層特征明顯，可見流水砂紋，垂向上為典型的正粒序看，隨著粒度的不斷變小，體現(xiàn)了多期河道相互疊置、切割頻繁的沉積背景。

2)成家莊剖面。I砂組1號小層自下而上可以主要劃分為3個部分：下部發(fā)育厚層狀粗砂巖、含礫粗砂巖，底部沖刷面特征明顯，與下伏太原組地層呈巖性突變接觸關(guān)系，槽狀交錯層理比較發(fā)育；上部為中～厚層狀中～粗砂巖，發(fā)育多組板狀交錯層理，夾中層槽狀交錯層理，表現(xiàn)為向上變?nèi)醯恼Ｐ?；頂部為中砂巖與泥質(zhì)粉砂巖互層，向上為典型的正粒序，隨著粒度的不斷變小，體現(xiàn)了多期河道相互疊置、切割頻繁的沉積背景。

3.2 基準面旋回對砂體疊置關(guān)系的控制作用

由于可容納空間/沉積物補給(A/S)的不同，在不同級別基準面旋回不斷變化的不同階段，對砂體結(jié)構(gòu)特征、疊加樣式和保存程度有不同的影響。通過研究不同A/S值條件下的砂體分布特征、分布規(guī)模、疊加樣式，以短期基準面旋回為作圖單元，應用密井網(wǎng)資料，延145～延128井區(qū)山西組總體上表現(xiàn)為基準面先上升后下降的特征。早期隨著太原組沉積后期大規(guī)模的海退，以北岔溝砂巖為代表的山23砂體普遍發(fā)育，在研究區(qū)大面積存在，隨著基準面旋回不斷上升，由于沉積物供給速度減小，可容納空間增大，砂體在平面上由面狀、連片狀向條帶狀、樹枝狀逐漸變化，砂體的寬度和厚度減??；后期在基準面下降的過程中，由于沉積物供給速度增加，可容納空間變小，砂體在平面上由條帶狀向面狀、連片狀逐漸變化，砂體的寬度和厚度增加。

通過對保德扒樓溝和柳林成家莊的北岔溝砂巖(山23-1)的分析，并根據(jù)密井網(wǎng)的資料，通過研究分析認為：延145～延128井區(qū)山西組在短期基準面旋回的控制下發(fā)育多層式、疊加式、多邊式、單邊式、對接式、孤立式等6種砂體疊置模式(圖4)。隨著沉積物供給速率的增加和可容納空間的減小，砂體疊置方式由孤立式向多層式過渡，疊置砂體厚度有增厚的趨勢。隨著基準面的不斷上升及A/S值的不斷增大，單砂體間切疊關(guān)系由多層式向孤立式過渡，且砂體間的連通性逐漸變差,結(jié)合氣層的分布特征，延145～延128井區(qū)有效儲層的砂體發(fā)育模式以切疊型、疊加型及獨立型為主(圖5)。

切疊型：砂巖粒度較粗，測井曲線有輕微回返(延175井為例)。

疊加型：砂巖以粗～中粒為主，測井曲線有明顯回返(延161井為例)。

獨立型：砂巖以中～細粒為主，穩(wěn)定分布泥巖隔擋，測井曲線回返明顯(延311E井為例)。

圖4 不同A/S比值下的砂體疊置關(guān)系

圖5 研究區(qū)典型砂體縱向疊置關(guān)系

4 單砂體橫向識別

國內(nèi)外對單一河道、復合河道的識別與劃分進行過深入研究，這些研究主要從平面和剖面兩個維度進行識別和劃分，能否準確識別單一河道或復合河道的橫向邊界是進行單砂體精描的關(guān)鍵[14-15]。由于單砂體橫向邊界及井間不同單砂體接觸關(guān)系的認識存在著極大的不確定性與主觀性，因此如何精確描述單砂體的橫向邊界，是本區(qū)單砂體研究的一大難點。

結(jié)合野外地質(zhì)剖面的實地研究考察，并結(jié)合本區(qū)的大量鉆井資料，單砂體界面可以細分到4級界面，可細分到4級界面(長期基準面旋回界面)。4級界面為巨型底型的界面，上下巖相組合有變化，在本區(qū)為水下分流河道底部沖刷面；5級界面(中期基準面旋回界面)為分布面積較廣的席狀砂體，在延145～延128井區(qū)表現(xiàn)為水下分流河道或者河口壩充填復合體的界面，一般為平至微向上凹，以切割—充填地形及底部滯留礫石為標志；6級界面(短期基準面旋回界面)為限定河道群或古河谷的界面，在本區(qū)相當于各細分小層的界面，綜合研究認為可以通過河道砂體垂向厚度的變化、河道等高程對比方法、單砂體期數(shù)的變化及測井曲線形態(tài)的變化等精確描述砂體橫向邊界。

4.1 厚度變化

通過保德扒樓溝(山23-1)、柳林成家莊(山23-1)野外地質(zhì)剖面觀察、實際測量及描述(表2、圖6)，可以明確垂直于單一水下分流河道方向砂體厚度在剖面上通常表現(xiàn)為“中間厚兩邊薄”的特點，若同一沉積單元內(nèi)井間單一沉積砂體厚度變化連續(xù)出現(xiàn)“厚-薄-厚”的變化特征，其向兩側(cè)“由薄變厚”的位置可作為分流河道的界線，有效指導研究區(qū)的單砂體識別與劃分。

表2 扒樓溝山23剖面砂體寬厚比數(shù)據(jù)

圖6 利用砂體厚度變化劃分單砂體

4.2 等高程差異

在同一等時地層格架內(nèi)，發(fā)育穩(wěn)定的標志層是沉積等時界面，可以進行有效的追蹤對比。受沉積環(huán)境的變化、河道水流及其遷移等因素的影響，在同一沉積時期，不同位置發(fā)育的水下分流河道砂體、河口砂壩在同一期次上有著時間先后的差異，進而導致同一沉積單元內(nèi)不同的水下分流河道、河口砂壩等砂體頂面距等時界面的相對距離也有差異(圖7)。

圖7 利用高程差異區(qū)分單砂體

4.3 單砂體期數(shù)

不同井之間，縱向上砂體的發(fā)育期數(shù)不同，因此通過單砂體期數(shù)的變化也可以有效區(qū)分不同的單砂體，晚期沉積的水下河道砂體、河口砂壩會對早期沉積水下分流河道砂體、河口砂壩砂體進行切割或疊加(圖8)。

圖8 應用單砂體期次變化劃分單砂體

4.4 測井曲線形態(tài)變化

不同井之間，同一沉積微相，如果測井曲線形態(tài)明顯不同，則屬于不同期次的單砂體。不同水下分流河道、河口砂壩在沉積形成過程中，其沉積時期時的水動力作用、地形等沉積因素存在差異，形成同一微相測井曲線響應特征存在差異。比如AC聲波曲線規(guī)模、幅度差異及GR齒化程度不同可以很好地反映水下分流河道、河口砂壩的水動力特點，這種測井曲線形態(tài)的差異可有效識別單砂體(圖9)。

圖9 應用曲線形態(tài)變化劃分單砂體

4.5 單砂體劃分綜合分析

綜合運用上述研究方法和技術(shù)手段來確定各單砂體的橫向邊界，同時通過多方向反復對比與閉合可以有效減小單砂體橫向邊界識別的不確定性和主觀性。在上述單砂體縱向界面識別、橫向邊界確定方法研究基礎(chǔ)上，通過建立不同方向的剖面對每一個單砂體進行追蹤對比解釋、落實邊界(圖10)，并逐步完成所有單砂體的追蹤落實，實現(xiàn)所有單砂體解釋的閉合。即依據(jù)這一結(jié)果可以沿任意方向建立起若干單砂體聯(lián)通剖面，并能確保在不同剖面上同一井單砂體劃分的一致性。

圖10 典型單砂體在不同方向?qū)Ρ绕拭嬷械倪吔缣卣?/p>

5 單砂體展布特征與剩余氣分布關(guān)系

通過在全區(qū)選取順物源剖面和垂直物源剖面共57條，實現(xiàn)了研究區(qū)的“全覆蓋”，山232時期屬早期填平補齊階段，厚度變化大，結(jié)合剖面特征來看，砂體期次特征明顯，可劃分為4個期次。其中，第4期共識別出5個單砂體，第3期共識別出19個單砂體，第2期共識別出51個單砂體，第1期共識別出98個單砂體，在單砂體發(fā)育規(guī)模上，山232小層單砂體厚度一般集中在1.0～3.0 m，平均2.68 m，山231小層單砂體厚度一般集中在2.5～5.5 m，平均4.28 m。主力層山23氣層厚度大于4 m的完鉆井幾乎全部動用投產(chǎn)，結(jié)合試氣、試采現(xiàn)狀，研究認為獨立型砂體疊置關(guān)系是未來的剩余氣的挖潛對象。

6 結(jié)論

1)山西組可識別出4種類型的短期基準面旋回和2種類型的中期基準面旋回。

2)砂體發(fā)育多層式、疊加式、多邊式、單邊式、對接式、孤立式等6種疊置樣式，有效砂體以疊加式、切割式、孤立式為主，疊加式和切割式砂體連通性較好；孤立式砂體連通性一般。

3)綜合河道砂體垂向厚度的變化、河道等高程對比方法、單砂體期數(shù)的變化及測井曲線形態(tài)的變化等方法精確描述砂體橫向邊界，通過后續(xù)鉆井資料證實，這種砂體橫向邊界刻畫結(jié)果更加可靠。

4)孤立型單砂體可以作為下一步挖潛的對象。