柳妮, 文華國, 于景維, 祁利祺

1) 成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室，成都，610059； 2) 新疆油田實驗地質(zhì)中心，新疆克拉瑪依，834000

內(nèi)容提要: 應(yīng)用高分辨層序地層對準(zhǔn)噶爾東部阜康東部斜坡區(qū)中侏羅統(tǒng)頭屯河組進(jìn)行層序的劃分，共劃分出1個長期基準(zhǔn)面旋回、三個中期基準(zhǔn)面旋回和10個短期基準(zhǔn)面旋回。在中期層序地層格架下，按照層內(nèi)非均質(zhì)性、層間和平面三個級次對各層序進(jìn)行非均質(zhì)性剖析，發(fā)現(xiàn)儲層宏觀非均質(zhì)性具有一定的規(guī)律性，主要在MSC2層序內(nèi)表現(xiàn)明顯。MSC2儲集砂體的非均質(zhì)程度最高，基準(zhǔn)面上升初期及下降末期，儲集砂體厚度較大，物性較好，是勘探開發(fā)有利區(qū)域。各層序的非均質(zhì)性主要受到A/S值變化所影響。

儲集層非均質(zhì)性是儲集層描述和表征的核心內(nèi)容，是制定油田勘探、開發(fā)方案的基礎(chǔ)，也是評價油藏、發(fā)現(xiàn)產(chǎn)能潛力以及預(yù)測最終采收率的重要地質(zhì)依據(jù)(于興河，2007)。近年來，國內(nèi)學(xué)者從非均質(zhì)性同沉積相關(guān)系，非均質(zhì)性與流動單元關(guān)系方面做過研究(林承焰，1993；張秀萍等，2014；房利利，2013)。

針對新疆準(zhǔn)噶爾東部阜康斜坡區(qū)東部勘探開發(fā)的需要，相繼進(jìn)行了構(gòu)造、地層以及沉積相等多方面的研究工作，取得了大量的研究成果(方世虎等，2007；魯兵等，2008；鮑志東等，2005；商琳等，2001；朱筱敏等，2008；胡宗全等，2002)。但是由于頭屯河組三角洲前緣河道砂體側(cè)向遷移頻繁，導(dǎo)致砂體大多為多期河道疊置而成，厚度差異大，因而對砂體的連通性和連續(xù)性缺乏深刻的認(rèn)識，嚴(yán)重影響了該地區(qū)的開發(fā)。高分辨層序地層往往是從沉積動力學(xué)的角度去解決沉積相分異及砂體疊置問題，在高分辨層序格架內(nèi)部，砂體發(fā)育位置及層次性會非常明顯，是研究儲集非均質(zhì)性成因的重要手段(龍國清等，2007；屈紅軍等，2003；靳松等，2007；柯光明等，2007；倪新鋒等，2007)。因此，有必要對該區(qū)高分辨層序地層格架內(nèi)儲集層非均質(zhì)性研究，為后期綜合調(diào)整提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

阜東斜坡區(qū)位于準(zhǔn)噶爾東部阜康凹陷東部緩坡之上，北臨奇臺凸起，東為北三臺凸起，南靠阜康斷裂帶(圖1)。研究區(qū)構(gòu)造簡單，中侏羅統(tǒng)頭屯河組地層埋深為1500m～3500m，不發(fā)育斷裂。本區(qū)頭屯河組主要發(fā)育辮狀河三角洲前緣沉積，巖石類型以細(xì)粒巖屑砂巖為主，是主要的油氣儲集巖。儲集層的孔隙度為4.2%～23.89%，平均為16.08%；滲透率為(0.01～185.41)×10-3μm2，平均為34.3×10-3μm2，屬于中孔—中低滲類型儲層。

圖1 準(zhǔn)噶爾東部阜康東部斜坡區(qū)構(gòu)造示意圖Fig. 1 Location and tectonic sketch of the East Fukang area, eastern Junggar Basin

2 層序劃分

利用33口取芯井資料以及50余口非取芯井、測井和三維地震資料，對研究區(qū)塊進(jìn)行了高分辨層序地層的劃分與對比，在分析控制可容納空間變化因素的基礎(chǔ)上，識別追蹤各級次層序界面，共劃分出一個長期旋回，3個中期旋回和10個短期旋回。其中長、中期旋回與巖性地層的組和段有很好的對應(yīng)關(guān)系(圖2)。

圖2 準(zhǔn)噶爾東部阜康東部斜坡區(qū)中侏羅統(tǒng)頭屯河組層序的劃分與地層對應(yīng)關(guān)系Fig. 2 Sequence stratigraphy and division of the Middle Jurassic Toutunhe Formatiom in the East Fukang slope area, eastern Junggar Basin

圖3 準(zhǔn)噶爾東部阜康東部斜坡區(qū)中侏羅統(tǒng)頭屯河組砂體粒度與滲透率韻律變化Fig. 3 Variation of permeability rhythmic and grain-size of sand of the Middle Jurassic Toutunhe Formatiom in the East Fukang slope area, eastern Junggar Basin (a)阜東5井，正韻律; (b)阜東7井，反韻律; (c)阜東2井，復(fù)合韻律; (d)阜東7井，均勻韻律 (a)Positive rhythm,FD5; (b)Negative rhythm,FD7; (c)Composite rhythm,FD2; (d)Homogeneous rhythm,FD7

3 宏觀非均質(zhì)性

3.1 層內(nèi)非均質(zhì)性3.1.1 粒度韻律

粒度韻律一般分為正韻律、反韻律、復(fù)合韻律和均質(zhì)韻律四類(圖3)，這些旋回在本區(qū)廣泛存在，其孔滲也表現(xiàn)出類似的縱向變化特征(圖3)。

3.1.2 滲透率韻律

本區(qū)比較常見的有正韻律、復(fù)合正韻律、均質(zhì)韻律(圖3)，其中正韻律和復(fù)合正韻律主要出現(xiàn)在水下分流河道沉積微相中。

3.1.3 滲透率非均質(zhì)程度

圖4 準(zhǔn)噶爾東部阜康東部斜坡區(qū)中侏羅統(tǒng)頭屯河組MSC2內(nèi)夾層示意圖(阜東10井)Fig. 4 Schematic diagram of interlayers in MSC2 of the Middle Jurassic Toutunhe Formation (well FD10) in the East Fukang slope area, eastern Junggar Basin

目前對儲集層宏觀非均質(zhì)性表征常用的方法為統(tǒng)計學(xué)方法以及嚴(yán)科法(勞倫茲曲線法的修正)。嚴(yán)科法適用于任何油藏，并且其計算的值理論在有界(0～1)，這要比以往統(tǒng)計學(xué)方法有優(yōu)勢，因此本次研究主要用嚴(yán)科法(郭宇航，2007；嚴(yán)科等，2008)。

表1 嚴(yán)科法所得準(zhǔn)噶爾東部阜康東部斜坡區(qū)中侏羅統(tǒng)頭屯河組各中期層序多井非均質(zhì)系數(shù)Table 1 StatisticTable of poly-wells heterogeneitic coefficients of the medium-term sequences of the Middle Jurassic Toutunhe Formation in the East Fukang slope area, eastern Junggar Basin with Yanke's method

嚴(yán)科法簡單來說就是計算每一塊巖樣相對應(yīng)的滲透率貢獻(xiàn)百分?jǐn)?shù)并求和，得出累計滲透率貢獻(xiàn)值，與每塊巖樣所對應(yīng)的序數(shù)百分?jǐn)?shù)在平面直角坐標(biāo)系上繪制出滲透率累計分布曲線。然后將滲透率貢獻(xiàn)率及其對應(yīng)的序數(shù)百分?jǐn)?shù)分別進(jìn)行倒數(shù)變換，并在直角坐標(biāo)下作圖，將不同形態(tài)的滲透率累積分布曲線轉(zhuǎn)換成斜率不同的直線，利用斜率來反映儲集層宏觀非均質(zhì)程度，要說明的是斜率值與儲集層非均質(zhì)程度成反比。

通過對研究區(qū)頭屯河組中期層序中多井非均質(zhì)系數(shù)k的統(tǒng)計，結(jié)果如表1。從表中可以看出，研究區(qū)儲集層有較強的非均質(zhì)性。具體表現(xiàn)在MSC1k值小于0.1的約占38%，k值在0.3～0.6約占38%，k最大值為0.488，表明MSC1儲集層的非均質(zhì)性較強；MSC2k值小于0.1的約占20%，k最大值為0.622，說明MSC2儲集層的非均質(zhì)性相比較更加強；MSC3由于樣品較少，不具有對比性，但就目前結(jié)果來看，其非均質(zhì)性同MSC1相似。

圖5 準(zhǔn)噶爾東部阜康東部斜坡區(qū)北42—阜東6—北27—阜東052井中侏羅統(tǒng)頭屯河組等時地層格架對比圖Fig. 5 Sequence stratigraphic comparison of the Middle Jurassic Toutunhe Formation in the wells B42—FD6—B27—FD052, the East Fukang slope area, eastern Junggar Basin

3.1.4 層內(nèi)夾層

研究區(qū)識別出的夾層以泥巖和粉砂質(zhì)泥巖為主，鈣質(zhì)泥巖較少。夾層分布的形式從巖芯上看主要是泥質(zhì)條帶或者薄層泥巖，從測井曲線上看主要是齒形高伽馬段(圖4)，主要分布于水下分流河道砂體上部或河口壩砂體的周圍。平面上夾層主要以兩種方式分布。其一分布于水下分流河道與分流間灣之間的區(qū)帶，這是由于該區(qū)域中水動力既能維持較厚砂體的沉積，又能使泥質(zhì)夾層不被砂體沖刷掉；其二是以前三角洲泥的形式覆蓋于河口壩上部，起到局部蓋層作用。

3.2 層間非均質(zhì)性

層間非均質(zhì)性一般以分層系數(shù)和砂巖密度來刻畫。分層系數(shù)為一套層系或者一個油藏內(nèi)砂層的層數(shù)，一般情況下，單位厚度上鉆遇的砂層越多，代表層間的非均質(zhì)性越強。在油氣開發(fā)領(lǐng)域，砂巖密度同砂地比是一個概念，趙虹(2004)總結(jié)出當(dāng)砂巖密度大于50%時，砂體為大面積連片分布，且砂體的連通性好，在垂向上砂體連續(xù)疊置；當(dāng)砂體密度為30%～50%時，為局部連通的帶狀分布砂體；小于30%時為連通性差的孤立性砂體。

表2準(zhǔn)噶爾東部阜康東部斜坡區(qū)中侏羅統(tǒng)頭屯河組砂厚與砂巖密度統(tǒng)計表

Table2Statistic
TableofsandstonethicknessandsandstonedensityintheMiddleJurassicToutunheFormationintheEastFukangslopearea,easternJunggarBasin

層序鉆遇砂層井?dāng)?shù)砂巖厚度(m)砂巖密度最小值最大值平均值最小值最大值平均值MSC1441360450.1410.30MSC24314115610.1110.36MSC34008033.72010.38

透過研究區(qū)砂體對比剖面(圖5)可看出研究區(qū)MSC2的分層系數(shù)要大于研究區(qū)的其他區(qū)域，說明MSC2的非均質(zhì)性要強，結(jié)合沉積背景可推測當(dāng)時中部沉積環(huán)境以頻繁的湖進(jìn)湖退為特征，導(dǎo)致砂泥混雜堆積，沖刷頻現(xiàn)，這說明單層砂體物性要好。

通過對工區(qū)44口井的砂厚及砂巖密度進(jìn)行統(tǒng)計(表2)，可知MSC3與MSC2砂巖很發(fā)育，砂巖密度大于30%，尤其是MSC2砂體厚度平均值也較高，砂體局部連片分布，且砂體的連通性好，在垂向上砂體連續(xù)疊置。

3.3 平面非均質(zhì)性

平面非均質(zhì)性主要受沉積相帶的控制，平面上沉積微相的差異，會導(dǎo)致平面上非均質(zhì)變化，主要是通過砂體幾何形態(tài)與連通性以及砂體滲透率非均質(zhì)系數(shù)平面展布來表征。

3.3.1 砂體的幾何形態(tài)及連通性

砂體幾何形態(tài)和連續(xù)性受控于沉積相，不同沉積環(huán)境形成的砂體具有各自不同的特點，主要通過砂體等值線圖來表示。

從圖6中可以看出，MSC1和MSC2中砂巖的厚度普遍較大，多含厚度>50m以上的砂體，比較而言，MSC2的砂體總體要厚些，基本分布在研究區(qū)的中北部和南部。而且MSC2和MSC3平面上砂體的分布要比MSC1要廣，順物源方向砂體厚度慢慢減薄。在MSC2和MSC3的南部地區(qū)，不同方向的物源提供的沉積物堆積于此，砂體延伸較遠(yuǎn)，連續(xù)性很好。

砂體的橫向連通性主要依賴于同時期砂體之間的對比，圖3是選取代表性的砂體對比剖面，對高分辨層序格架內(nèi)砂體進(jìn)行了精細(xì)的劃分與對比，很明顯的反映出砂體之間的連通狀況：MSC2和MSC3砂體的連通性要好于MSC1，MSC2砂體連通性為最好。

3.3.2 砂體滲透率非均質(zhì)系數(shù)平面展布

本文應(yīng)用的是非均質(zhì)性系數(shù)k的平面等值線圖表征平面非均質(zhì)性(圖7)。

將14口井結(jié)合新疆油田地質(zhì)實驗中心所提供的數(shù)據(jù)，對阜東斜坡區(qū)頭屯河組的平面非均質(zhì)性進(jìn)行研究，由于頭三段的樣品較少，不具有很強的規(guī)律性，因此在這不討論，只討論頭一段與頭二段的平面非均質(zhì)性。頭一段的平面非均質(zhì)性特征如下：北部和中部的非均質(zhì)性變化方向同研究區(qū)的物源方向基本一致，隨著物源方向非均質(zhì)性逐漸減弱；頭二段的平面非均質(zhì)性對同頭一段相比而言，非均質(zhì)性弱的區(qū)域有所減小，中—強的區(qū)域有很大程度增加，整體的非均質(zhì)性要強于頭一段。

4 層序地層學(xué)同非均質(zhì)性強度關(guān)系探討

不難看出，上述儲集層宏觀非均質(zhì)性同高分辨層序密切相關(guān)，尤其是A/S值(可容納空間與沉積物補給量之比)。因為A/S值變化是諸多控制沉積作用因素的綜合響應(yīng)，能夠決定可容納空間沉積物堆積速度、保存程度和內(nèi)部結(jié)構(gòu)(如堆積樣式)(鄭榮才等，2010)。隨著A/S值的變化，造成沉積物沉積過程中儲集層的厚度、砂巖的粒度、分選性和泥質(zhì)含量等變化，從而在基準(zhǔn)面變化過程中所形成的儲集砂體的孔隙度及滲透率發(fā)生規(guī)律性變化，從而影響儲集層非均質(zhì)性。

圖7 準(zhǔn)噶爾東部阜康東部斜坡區(qū)中侏羅統(tǒng)頭屯河組一段(a)和二段(b)非均質(zhì)性系數(shù)K等值線圖Fig. 7 Contour map of coefficient of anisotropy in the First Member(a) and the Second Member (b) of the Toutunhe Formation in the East Fukang slope area, eastern Junggar Basin

MSC1時期，研究區(qū)基準(zhǔn)面總體大幅上升，A/S>1，水下分流河道的側(cè)向遷移活動范圍擴(kuò)大，區(qū)內(nèi)發(fā)育退積型辮狀河三角洲，由于物源供給影響三角洲前緣河道砂體以及河口壩砂體厚度中等，粒度變細(xì)、泥質(zhì)含量增高，其孔隙度和滲透率減小，前積范圍較局限。MSC2時期，基準(zhǔn)面上升與下降頻繁交替，A/S值在約為1，物源補給基本可填充湖平面升高創(chuàng)造出的可容空間，地層疊加樣式以加積—進(jìn)積為主，使得三角洲發(fā)育的范圍相對擴(kuò)大，前緣河道砂與砂壩雖然厚度相對較小，但連通性很好，不同期儲集砂體之間相互疊置與切割，同時細(xì)粒物質(zhì)在湖平面升高時期充填粗粒之中，堵塞孔隙，是連通性發(fā)生變化，物性條件變復(fù)雜，造成該時期砂體非均質(zhì)性最強。MSC3時期，基準(zhǔn)面開始下降，可容納空間急劇降低，A/S<1使得研究區(qū)發(fā)育大型進(jìn)積型三角洲，范圍要大于MSC2時期所形成的三角洲，但由于后期構(gòu)造運動的剝蝕使得砂體厚度總體不大。

圖8 準(zhǔn)噶爾東部阜康東部斜坡帶頭屯河組短期旋回試油結(jié)果統(tǒng)計圖Fig. 8 Statistical graph of oil production test data of the short-term cycles in the Middle Jurassic Toutunhe Formation in the East Fukang slope area, eastern Junggar Basin (a)短期層序含油層段統(tǒng)計 ; (b)短期層序產(chǎn)液量(油+水)統(tǒng)計; (c)短期層序有效儲層統(tǒng)計 (a)Statistics of oil-bearing bed in short-term sequences ；(b)statistics of liquid(oil and water) producing capacity in short-term sequences；(c)statistics of effective reservoirs in short-term sequences

重點要說明的是MSC2時期形成的儲集層非均質(zhì)性最強，油田勘探結(jié)果表明頭屯河組絕大部分油層都分布在頭二段，應(yīng)探討其內(nèi)部有利儲集層砂體的分布，為油田今后設(shè)計開發(fā)方案設(shè)計提供基礎(chǔ)地質(zhì)信息。通過A/S值變化同儲集砂體的關(guān)系，認(rèn)為本研究區(qū)在MSC2基準(zhǔn)面上升初期(SSC4)，沉積動力以強烈充填進(jìn)積為主，極易形成沖刷面，儲集層砂體沉積速度快且厚度較大，粒度粗，成分成熟度與結(jié)構(gòu)成熟度較好，物性較好，垂向上砂體疊置，平面上砂體連片；MSC2基準(zhǔn)面下降早中期(SSC7)，沉積動力以退積為主，逐漸過渡為加積，儲集層單砂體沉積厚度不均一，粒度細(xì)，物性中等，在垂向以及橫向上多以透鏡狀產(chǎn)出，總體厚度較大。因此SSC4與SSC7應(yīng)為頭二段中有利儲集層發(fā)育區(qū)，這與精細(xì)油層勘探結(jié)果相一致(圖8)。

5 結(jié)論

研究區(qū)頭屯河組共劃分一個長期旋回，3個中期旋回和10個短期旋回。在中期層序地層格架中，三個層序中的儲集層層內(nèi)、層間、平面均有較強非均質(zhì)性。A/S值控制研究區(qū)儲集層宏觀非均質(zhì)性強度，由于A/S值在1處上下浮動，儲集層非均質(zhì)性具有一定規(guī)律性。中期旋回在基準(zhǔn)面上升初期及下降末期，砂體分布范圍較大，連通性較好，垂向厚度大，易形成有利儲集層。MSC2儲集層非均質(zhì)性最強，其上升初期及下降末期分別對應(yīng)SSC4與SSC7，經(jīng)油田勘探后認(rèn)為識有利儲集層發(fā)育區(qū)。這種強非均質(zhì)性儲集層對于優(yōu)化開發(fā)方案設(shè)計、提高油田采收率等具重要意義。