羅賀元 羅水亮 李林祥 田振磊 胡光明 劉乾乾 馮建偉
(1.長江大學地球科學學院,湖北 武漢 430100;2.中國石化勝利油田分公司孤東采油廠,山東 東營 257200;3.中國石油大學(華東)地球科學與技術學院,山東 青島 266580)
曲流河的地下沉積單元為油氣提供了重要的儲集空間[1?2],了解其內部構型單元的分布已成為河道重建和油藏開發(fā)的重點研究內容[3?4]。目前渤海灣盆地孤東油田已經進入中、高含水期,儲層中的剩余油高度分散、分布規(guī)律復雜,受到曲流河帶內部構型單元的遮擋影響明顯,迫切要求人們開展精細的構型解剖。有多位學者進行過孤東油田館上段曲流河構型的研究:岳大力等[5]應用巖心資料、測井資料進行了點壩砂體的識別及點壩內部的解剖;郭長春等[6]通過巖石樣品分析,總結出目標區(qū)儲層的巖相類型,劃分了館上段發(fā)育的6種構型單元;李林祥[7]應用測井資料、巖心資料和動態(tài)資料進行了曲流河構型單元的識別,討論了構型單元對儲層的控制作用;周偉東等[8]綜合應用開發(fā)動態(tài)資料及測井資料進行曲流河構型單元的劃分并提出了點壩內部構型單元的定量模式。
雖然前人對孤東油田館上段曲流河構型有了一定的認識,但大多以傳統(tǒng)沉積相研究和井數(shù)據(jù)分析進行曲流河構型研究,很少有人將地震資料應用于研究區(qū)的構型研究;鉆井資料雖然縱向分辨率較高,但無法提供井間砂體結構的信息,其橫向精細程度是遠遠不夠的。研究區(qū)Ng31層是由單一曲流河帶多次遷移和廢棄形成的,內部單元結構復雜,若忽略了河道邊界的砂、廢棄泥巖、過渡位置以及疊加而成的砂體組合的邊界識別,便會導致得出的地質模型過于簡單[9]。研究區(qū)有較為完整的地震數(shù)據(jù),因此本文以孤東四區(qū)Ng31層為例,利用研究區(qū)地震資料橫向分辨率較高這一優(yōu)勢,通過地震信息獲得曲流河帶內部井間結構砂體信息,結合測井資料、動態(tài)資料對研究區(qū)進行構型解剖,進而實現(xiàn)對研究區(qū)儲層的精準預測。深入研究曲流河內部構型具有一定創(chuàng)新性,對剩余油的預測與挖潛可提供一定指導。
孤東油田位于渤海灣盆地沾化凹陷東部的一個大型披覆背斜構造上,是在中生界潛山背景上發(fā)育起來的近南北走向的一個整裝油藏。孤東油田四區(qū)位于中央隆起帶東營凹陷中部深洼陷區(qū),總體上表現(xiàn)為東高西低、南高北低的構造特征[10]。主要開發(fā)層位為新近系館陶組上段儲層,油層埋藏深度為1 200~1 440 m,沉積厚度為270~300 m,平均厚度為295 m,主要為細砂巖、粉砂巖和泥巖互層,儲層底部主要為粒度較粗的灰色細砂巖、中砂巖,向上粒度逐漸變細轉為粉砂、泥質粉砂巖[11?12]。沉積物粒度較細,其沉積類型為河流相,發(fā)育Ng1—Ng6共6個砂組,其中Ng3物性好,垂向上二元結構明顯,是典型的曲流河沉積的正韻律儲層[13?14]。Ng3的有效砂巖厚度較大,平均達到8 m,內部從上到下分為Ng31—Ng35共5個小層,其中Ng31為主力含油小層。該小層儲層具有孔隙度大、滲透率高、非均質性強、儲層結構疏松、易出砂的特征。
研究區(qū)內有65口井,井距分布較均勻且井網(wǎng)密,相鄰兩排井的距離約為150 m,平均井口密度為125口/km2。工區(qū)內絕大多數(shù)井具有自然電位曲線、自然伽馬曲線、聲波時差曲線、深側向電阻率、淺側向電阻率曲線、微電位電阻率和微梯度電阻率曲線。結合聲波時差曲線與自然伽馬曲線的關系可得,該區(qū)砂巖的聲阻抗低于泥巖聲阻抗,這是地震解釋的基礎。地震數(shù)據(jù)覆蓋全區(qū)且地震資料質量較高,適合提取、顯示、標定地震屬性。地震數(shù)據(jù)主頻35 Hz,有效頻帶10~65 Hz,且地震數(shù)據(jù)提頻到45~65 Hz時可以解釋6~10 m地層特征,與研究區(qū)主力砂體平均厚度8 m對應,起到較好的解釋效果[15?16]。館陶組上段巖性相對簡單,主要由泥巖和砂巖組成,砂巖和泥巖的聲波時差分別為370~380 μs/m和450~465 μs/m。目的層砂巖、泥巖速度分別為2 650 m/s和2 160 m/s。解釋前,在研究區(qū)局部做了正演模擬(圖1),可從模擬結果中讀取不同形態(tài)、位置的砂體及砂體組合的波形數(shù)據(jù),指導地震波形數(shù)據(jù)的解釋。
圖1 研究區(qū)局部點壩砂體模型及正演模擬Fig. 1 Sand body model and forward modeling of local point bars in studied area
用自然電位曲線和聲波時差曲線合成地震記錄,對目的層位進行標定后,將地震資料進行90°或-90°相位轉換[17],轉換后目的層砂層都被轉換到地震波谷里,地震同相軸與巖性界面相匹配,同相軸的結構變化大致能夠反映曲流河帶內砂體結構信息,賦予了地震體以巖性意義。同時受沉積體形態(tài)、巖性差異、物性差異等影響,地震波的反射特征也不相同,主要體現(xiàn)為振幅強度、連續(xù)性等的不同。因此特定的地質體及地質體組合可以通過特定樣式的地震響應特征及同相軸特征凸顯出來。同時還利用地層切片技術描述河道演化規(guī)律:以時間域為單位,每隔20 ms沿著地震同相軸、垂直于時間軸方向對目的層位進行切片,由下到上讀取主體砂體在切片上的地震屬性特征,也可以直觀觀察到河道演化的過程[18],識別出6級構型界面。
曲流河儲層的構型劃分為以下幾個層次:復合河道砂體為6級構型單元,單一河道砂體為5級構型單元,單一點壩為4級構成單元素[19],側積體是點壩砂體的基本沉積構造單元,即3級構型單元。對研究區(qū)剩余油的分布起到較大控制作用的主要為3―6級構型單元,但目前應用地震資料難以刻畫到側積體級次,還需要結合更精細的定量研究,因此本文對此部分不作過多闡述。
孤東四區(qū)Ng31層主要河道砂體連片分布,通過單井標定,井點外推,生成連續(xù)的地層切片(圖2)。其地震屬性直觀地顯示出主體砂體的演化過程:Ng31層沉積前期,河流相砂體主要分布在西南部和北部,后來研究區(qū)東南出現(xiàn)新的河流相沉積(圖2(a)―(b))。Ng31層沉積中期,東南部河流相砂體分布范圍增加,表明出現(xiàn)新的遷移河道(圖2(b))。Ng31層沉積晚期,研究區(qū)內曲流河砂體分布范圍達到最大,且可以大致識別出3條主要的曲流河帶,其中最西邊的曲流河帶呈西南―東北方向,最東部一條曲流河帶呈東南―西北方向,且這條河道沉積最晚(圖2(c))。得出6級構型單元邊界特征和5級構型單元分布特征:復雜曲流河帶主要由3條單一河道帶頻繁擺動、疊加而成,古水流方向大致為南北走向,砂體主體是由西部遷移至主研究區(qū)的,南部河道逐漸增加。研究區(qū)北部曲流河帶砂體寬度較窄,可容空間小,對曲流河帶砂體限制作用強,河道間更容易形成垂向的侵蝕作用,砂體疊加程度最強,此處砂體疊加剖面不易識別;而南部曲流河帶砂體寬度較大,可容空間較大,對河道限制作用弱,河道遷移擺動幅度大,河道間以側向疊加為主,點壩間部分廢棄河道泥巖被保留,易形成疊加砂體組合,構型界面復雜,因此也是剩余油主要存在的區(qū)域。
圖2 Ng31不同沉積時期主體砂體演化切片F(xiàn)ig. 2 Main sand body slices of Ng31 in different sedimentary periods
以研究區(qū)井18?16至井8?11地震剖面為例,利用井震結合方法,來說明5級構型界面的識別過程。①處地震振幅減弱,地震波同相軸整體有向下凹的趨勢,通過①處后,地震波重新趨于穩(wěn)定,振幅變強(圖3(a)),與正演剖面圖(圖1)1、2處的波形變化特征相似,判斷此處砂體變薄且不連續(xù),可能有泥巖的存在。②處出現(xiàn)明顯的地震波型錯位特征,同時地震波同相軸抬升,會出現(xiàn)明顯高程差(圖3(a)),這種地震波形特征也可在正演模擬中找到相對應的模型(圖1)2處。測井相顯示:井18?28測井曲線呈箱形,相鄰的井18?23為鋸齒形,說明井18?28所在的河道在井18-23處被漸棄,說明井18?23與井18?28所在河道不同(圖3(b))。而②處的測井曲線特征為:井18?16、井18?28和井8?11目的層砂體厚度都為7 m左右,但砂體頂面高度差在10 m以上,說明所在河道于不同時期形成,且井8?11所在河道頂界面高于井18?16所在河道,后者先于前者形成(圖3(b))。
圖3 單一河道砂體的地震和測井響應特征Fig. 3 Seismic response and log response of single channel sand bodies
再選井18?8至井10?9進行分析,③、④處地震波幅突然變弱,出現(xiàn)上凸形態(tài),兩邊砂體所在處地震波振幅強烈,地震波呈不連續(xù)狀,波幅呈強―弱―強―弱―強(圖3(c)),測井相顯示井7?8、井9?8目的層為大段泥巖和泛濫平原沉積(圖3(d)),泛濫平原多由泥巖和粉砂質泥巖組成,此兩處砂體界面極薄,所以井18?8至井10?9砂體剖面呈現(xiàn)整段厚―薄―厚―薄―厚的狀態(tài)。該種地震相可以反映出不同段河道砂體所在的單一河道界面。不同河道間沉積顆粒的厚度不同,而不同厚度的砂體又可以在地震剖面上表征出來,因此地震波波形突變也可作為5級構型界面的識別標志之一。
總結5級構型界面識別規(guī)律:砂(泥)之間的巖性、厚度變化和高程差而引起的砂體不連續(xù)性普遍會導致震波振幅、頻率、波形和地震波連續(xù)性的變化,如地震波強度減弱,地震波幅變小,連續(xù)性變差等。同時同相軸會出現(xiàn)一定程度的上凸或下凹。一般分為廢棄河道引起的地震波形特征、高程差異引起的地震波形變化和河道間細粒沉積引起的地震波形變化,因此可以利用地震剖面上的特征識別5級構型界面。
3.3.1 4級構型界面識別
點壩受曲流河帶側向加積控制形成,是曲流河河道內最重要的沉積單元,也是控制剩余油分布的最主要因素。根據(jù)其位置的不同,將點壩砂體分為3部分:形成于點壩開始沉積一側的砂體(PI砂體)、位于點壩末端的砂巖(PE砂體)以及點壩的主體部位砂體(圖4)。圖4(a)為復雜曲流河帶平面,截面AB為截取的曲流河帶橫切剖面(圖4(b))。PI的正演特征分別表現(xiàn)為:PI砂體的頂界面與點壩砂體頂界面高度相當,底界面卻明顯高于點壩主體砂體的底界面,從點壩主體向PI砂體方向,地震波呈上翹鍥形,同時同相軸也有一個短暫上翹的趨勢(圖4(c))。PE的正演特征分別表現(xiàn)為:PE從點壩主體向末端方向,由于砂體尖滅,砂體上方泥巖厚度增加導致上方地震波幅度變弱,波谷上部零相位減小程度比下部零相位減小程度大,底界面略高于點壩主體底界面,而頂部界面明顯低于點壩主體砂體的頂部界面(圖4(d))。
圖4 點壩疊加模式及正演模型Fig. 4 Point bar superimposition pattern and forward model
3.3.2 曲流河帶內部點壩疊加特征
總結研究區(qū)點壩疊加模式,發(fā)現(xiàn)主要分為點壩起始部位疊加廢棄河道、廢棄河道砂體相互疊加和點壩主體疊加點壩3種砂體組合方式,在正演模擬的指導下(圖1)建立了這3種組合方式的概念模型,并對其地震剖面進行解釋(圖5)。
3.3.2.1 點壩起始部位疊加廢棄河道
砂體組合形式為:前期河道為砂體末端(即PE砂體),后期河道為點壩前期砂體(PI砂體)。疊加對應的地震剖面特征表現(xiàn)為:從廢棄河道方向向點壩起始方向,由于廢棄河道處泥巖含量較高,而點壩起始部位砂巖顆粒較細,所以疊加處地震反射波能量較弱,地震波整體呈強―弱―強;在疊加處由于砂體尖滅,同相軸會降低,后由于出現(xiàn)下一個點壩初期的疊加,同相軸又抬升。井18?16向井18?18方向,同相軸整體呈高―低―高。當后期有點壩疊加PE砂體時,由于廢棄河道泥巖吸水性差和泥巖的遮擋,阻隔了附近水井的水驅效果,疊加帶下部將會形成剩余油富集區(qū)。由于曲流河內部不斷出現(xiàn)新的河道截流老河道,因此會出現(xiàn)很多后期疊加河道為新的點壩起始部位砂體,前期被疊加河道為被截流的點壩末端,這也是研究區(qū)最常見的砂體疊合方式。
3.3.2.2 廢棄河道砂體相互疊加
砂體疊加方式是前期河道為PE砂體,后期河道為PE砂體疊加,且后期河道為末期河道,處于曲流河帶相帶邊界。2種砂體疊加處地震剖面特征表現(xiàn)為:疊加帶處,由于砂體間存在明顯的泥巖間隔,地震波振幅會變得無限弱,接近零相位,到后期點壩主體處振幅恢復成原來的強度,地震波整體呈強―弱―強,同相軸整體呈高―低―高的下凹趨勢。圖5的②處由于構型界面物性和遮擋性的原因,疊加帶兩側剩余油都相對富集,疊加部位剩余油分布在油水井間兩點壩兩端范圍內。結合井11?7所處的相帶邊界沒有油井、水井,井網(wǎng)不完善且水驅控制程度低的現(xiàn)狀,該處容易形成剩余油富集區(qū)。
圖5 曲流河帶內部點壩接觸模式Fig. 5 Point bars contact patterns in meander belt
3.3.2.3 點壩主體疊加點壩
砂體疊加方式為前期河道為點壩砂體,后期河道為點壩主體疊加,此時點壩疊加區(qū)下部剩余油不富集,由于點壩主體砂體厚度較厚,疊加帶處存在明顯高度差,且后期點壩比前期點壩界面高4 m以上,哪怕在注水時,水驅的動力也對點壩上部儲油層波及小,導致點壩上部形成剩余油富集區(qū)。該種疊加方式易在地震剖面上識別,2種砂體疊加處地震剖面特征表現(xiàn)為:地震波振幅在疊加處變弱且由于厚度調諧效應,在疊加處同相軸有明顯抬升。
在原始地震剖面中目的層對應負相位同相軸連續(xù)性好(圖6(a)),但僅能夠大致識別出曲流河帶外邊界的輪廓。將地震波提高到65 Hz時,地震剖面的橫向分辨率能夠清晰地反映點壩砂體的結構特征,井18?7與井7?7間顯示同相軸極性變化明顯,井18?7向井7?7處地震波呈上翹鍥形,同相軸短暫上翹,顯示點壩PI砂體形態(tài)特征,井7?7目的層砂體左側處顯示點壩PE砂體形態(tài)特征(圖6(b)),二者疊加處與圖4的PI―PE地震正演剖面模型吻合,此處為點壩起始部位—廢棄河道疊加,推斷此處應有剩余油聚集。地震剖面上井11?7與井9?7之間呈現(xiàn)明顯的廢棄河道疊加特征,說明砂體間存在泥巖間隔,兩期河道不連通。砂體疊加處地震剖面與3. 3. 2. 1總結的PI―PE特征吻合,因此2個點壩砂體的疊加形式為PI―PE疊加(圖6(c)),此處剩余油富集在疊加部位至點壩兩端內。
圖6 曲流河帶內點壩疊加結構識別Fig. 6 Identification of point bars superposition structure in meander belt
同期水井累注情況顯示:井11?9 Ng4層累注14.0×104m3,井11?8 Ng3層累注39.4×104m3,井11?N7的Ng5層累注7.76×104m3,說明井11?N7地層在這個時期不吸水,該井與井10?9不連通,同時由于上部的水井11?8遮擋,井11?N7注入水很難向油井12?10推進。因此推測在井11?N7附近形成由遮擋帶-水井流線綜合遮擋形成的剩余油富集區(qū)。具體位于井9?7、井10?9、井11?8以南及以東方向(圖7)。井11CN7是后期Ng31層鉆遇的1口井,該井微電極曲線幅度差變大,且水淹程度低,自然電位曲線呈現(xiàn)箱型(圖8),在Ng31層位處于的疊加帶附近,且預測的疊加帶附近為廢棄河道底部薄層砂體。而井11CN7鉆遇的Ng31層為厚度1.2 m的薄層砂體,且經沉積微相分析后判斷為廢棄河道底部砂體。該砂體的電阻率電性高,水淹程度低,說明此處存在組合砂體的遮擋。
圖7 研究區(qū)河道帶分布及點壩分布特征Fig. 7 Distribution characteristics of channel belt and point bars in studied area
圖8 井11CN7電性特征Fig. 8 Electrical property of Well 11CN7
分析可得:使用65 Hz分頻地震剖面可以較好地刻畫井18?7所在的河流相砂體與井7?7所在的河流相砂體,井7?7所在的河流相砂體與井9?7所在的河流相砂體,井9?7所在的河流相砂體與井11?7間的砂體疊加帶特征。井18?7所在河流相砂體在井18?7右側呈PI砂體特征,井7?7所在河流相砂體在井7?7右側呈PE砂體特征,左側呈PI砂體特征,井9?7所在河流相砂體在井9?7左側呈PI砂體特征,右側呈PE砂體特征,井11?7所在河流相砂體在井的左側呈PE砂體特征,因此反映出井9?7所在砂體同時與兩側河流相砂體都形成了構型界面的遮擋,兩側都存在剩余油富集區(qū)。
(1)河流相砂體開始集中在西部,后遷移至研究區(qū),東南部砂體分布范圍擴大,河流擺動遷移形成連片分布;可應用廢棄河道、高程差等導致的地震波形變化劃分5級構型界面,大致分為3條南北發(fā)育的單一曲流河帶。4級構型按形成時間和形態(tài)特征可以細分為PI、PE和點壩主體砂體,主體沉積區(qū)存大量點壩疊合體,因此也往往有剩余油富集。
(2)地震剖面上地震波穩(wěn)定且強反射處表示砂體厚度穩(wěn)定且連續(xù),地震波強度變弱處代表砂體尖滅或砂體弱疊加;強能量底凸上凹對應點壩其實疊加廢棄河道,底平上凹對應廢棄河道之間疊加,底抬升上凸特征對應點壩主體疊加點壩,地震橫向信息能夠較好地反映曲流河帶內部構型特征。
(3)利用上述構型方法在研究區(qū)內識別出的1個剩余油富集區(qū),位于井9?7、井10?9、井11?8以南及以東方向,現(xiàn)場應用效果較好,驗證了地震構型解釋的準確性,地震構型分析方法在Ng31層內應用效果較好。研究區(qū)曲流河砂體一般較厚,是較好的儲層,加強對其內部構型的精細研究對于后期開發(fā)油田曲流河儲層的挖潛具有十分重要的意義。