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砂砾质辫状河储层构型解剖及层次建模

吴小军 苏海斌 张士杰 冯利娟 王杰 印森林

吴小军, 苏海斌, 张士杰, 冯利娟, 王杰, 印森林. 砂砾质辫状河储层构型解剖及层次建模—以新疆油田重32井区齐古组油藏为例[J]. 沉积学报, 2020, 38(5): 933-945. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.120
引用本文: 吴小军, 苏海斌, 张士杰, 冯利娟, 王杰, 印森林. 砂砾质辫状河储层构型解剖及层次建模—以新疆油田重32井区齐古组油藏为例[J]. 沉积学报, 2020, 38(5): 933-945. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.120
WU XiaoJun, SU HaiBin, ZHANG ShiJie, FENG LiJuan, WANG Jie, YIN SenLin. Architecture Anatomy and Hierarchical Modeling of Sand⁃Gravel Braided River Reservoirs: A Case study of Zhong32 wells area, Qigu Formation reservoir, Fengceng oilfield[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2020, 38(5): 933-945. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.120
Citation: WU XiaoJun, SU HaiBin, ZHANG ShiJie, FENG LiJuan, WANG Jie, YIN SenLin. Architecture Anatomy and Hierarchical Modeling of Sand⁃Gravel Braided River Reservoirs: A Case study of Zhong32 wells area, Qigu Formation reservoir, Fengceng oilfield[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2020, 38(5): 933-945. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.120

砂砾质辫状河储层构型解剖及层次建模—以新疆油田重32井区齐古组油藏为例

doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.120
基金项目: 

国家自然科学基金项目 41502126, 41802123

国家科技重大专项 2016ZX05010005⁃004

详细信息

Architecture Anatomy and Hierarchical Modeling of Sand⁃Gravel Braided River Reservoirs: A Case study of Zhong32 wells area, Qigu Formation reservoir, Fengceng oilfield

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 41502126, 41802123

National Science and Technology Major Project 2016ZX05010005⁃004

  • 摘要: 针对准噶尔盆地风城油田上侏罗统齐古组砂砾质辫状河储层,利用岩芯、露头及密井网资料,结合砂砾质辫状河储层构型层次结构、模式拟合和嵌入式层次建模方法,确定了不同级次的构型界面,对砂砾质辫状河5~3级构型单元进行了识别,建立了不同级别构型分布样式、规模及三维构型模型。研究表明:1)研究区砂砾质辫状河4级构型单元主要包括心滩坝和辫状水道两类,辫状水道包括泥质半充填水道和泥质充填水道等构型单元,砂砾质辫状河3级构型单元包括心滩坝内部沟道及落淤层等;2)根据辫状河不同级次构型单元规模公式,对辫状河不同级次构型单元进行定量表征,结果表明,研究区单一砂砾质河道宽度50~180 m;单一充填河道宽度30~70 m,长度100~350 m;单一心滩坝宽度120~400 m,长度300~800 m;心滩坝内部落淤层长度和宽度分别为110~330 m、60~200 m,沟道长度和宽度分别为100~200 m、15~25 m;3)在精细构型解剖研究的基础上,提出利用层次建模与嵌入式建模结合的新方法建立构型三维模型。分层次建立了4级构型模型,而在心滩坝内部则采用规模约束建立落淤层、沟道以及填充河道3级构型单元模型,最终建立了与定性模式和定量规模相适应的多级次耦合三维构型模型。
  • 图  1  研究区齐古组底部构造图和岩性剖面图

    (a)齐古组底部构造图;(b)岩性剖面图

    Figure  1.  Structural contour map of the base of the Qigu Formation and comprehensive strata log

    图  2  山西大同市吴官屯露头剖面河道充填样式图

    (a)砂质充填河道样式及构型解剖;(b)半泥质充填河道样式及构型解剖;(c)泥质充填河道样式及构型解剖

    Figure  2.  Channel⁃filling patterns of Datong Wuguantun outcrop section, Datong, Shanxi

    图  3  重32 井区SAGD部署井心滩坝构型模式图

    Figure  3.  Architecture pattern of braided bar in the SAGD wells area, Zhong32 wells area

    图  4  落淤层剖面构型样式

    Figure  4.  Architecture pattern of fall silt deposits

    图  5  FHW113井平面剖面结合构型研究

    (a)水平井轨迹图;(b)水平井与邻井对比剖面图;(c)水平井平面图

    Figure  5.  Architecture study in plan and section

    图  6  研究区辫状河构型单元定量关系模型

    (a)心滩坝宽度与辫状河河道宽度定量关系;(b)心滩坝宽度与心滩坝宽长度定量关系;(c)沟道宽度与沟道长度定量关系;(d)落淤层宽度与落淤层长度定量关系

    Figure  6.  Quantitative relationship model of braided river architecture units

    图  7  研究区构型平面分布图

    Figure  7.  Plan distribution of architecture units

    图  8  重32井区J3 q 2 2⁃1⁃3三维构型建模

    (a)辫状水道模型;(b)心滩坝模型;(c)夹层模型;(d)三维嵌入式构型模型

    Figure  8.  3⁃D architecture modeling of Zhong32 wells area, J3 q 2 2⁃1⁃3

    图  9  重32井区三维建模构型剖面及井对比剖面

    Figure  9.  Contrast between 3⁃D modeling architecture units profile and well correlation profile

    表  1  重32井区油藏构型单元类型及特征

    Table  1.   Types of architectural unit and characteristics, Zhong32 wells area

    构型单元 级次 岩性 韵律 沉积构造 测井曲线 露头几何形态 测井响应 岩芯照片
    心滩坝 4 中—细砂岩,夹粉砂质泥、钙泥质胶结细砂 均质韵律或不明显的正韵律 交错层理、平行层理 中高幅度微齿状箱型、箱形-钟形、微漏斗形 平面呈菱形或椭圆状,剖面呈顶突底平状
    辫状河(水)道 4 中—细砂岩 正韵律 交错、平行或 波状层理 中高幅微齿钟形 平面呈舌状,剖面呈顶平底突状
    废弃(充填)河道 4 粉砂质泥岩、泥岩 正韵律 平行层理 中低幅度微齿小型钟型 平面呈舌状,剖面呈顶平底突状
    泛滥平原 4 泥岩、粉砂质泥岩泥质粉砂岩 无明显韵律 水平、波状或块状层理 低幅度齿化线型 平面连片分布
    落淤层 3 粉砂质泥岩、泥岩 无明显韵律 水平层理 夹于心滩坝中,RT、GR等出现明显回返 土豆状、窄条状
    沟道 3 粉砂质泥岩 无明显韵律 水平层理 夹于心滩坝中,RT、GR等明显回返 窄条状
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    表  2  水平井与露头区心滩坝规模解释

    Table  2.   Scale of braided bar interpreted from horizontal wells and outcrop area

    井号 层位 水平井段长度/m 心滩坝宽度/m 心滩坝长度/m 宽长比
    露头1# 178 54 3.3
    露头2# 163 45 3.6
    露头3# 171 45 3.8
    露头4# 152 42 3.6
    FHW101 J3 q 2 2⁃2⁃2 399 285 74 3.9
    FHW102 J3 q 2 2⁃2⁃3 376 283 71 4.0
    FHW103 J3 q 2 2⁃2⁃2 400 317 79 4.0
    FHW104 J3 q 2 2⁃2⁃3 400 316 76 4.2
    FHW105 J3 q 2 2⁃2⁃2 403 264 72 3.7
    FHW106 J3 q 2 2⁃2⁃3 400 313 77 4.1
    FHW107 J3 q 2 2⁃2⁃2 391 280 70 4.0
    FHW108 J3 q 2 2⁃2⁃2 400 317 78 4.1
    FHW113 J3 q 2 2⁃1⁃4 304 300 78 3.9
    FHW114 J3 q 2 2⁃1⁃3 240 188 50 3.8
    FHW115 J3 q 2 2⁃1⁃3 252 189 57 3.3
    FHW116 J3 q 2 2⁃1⁃3 396 220 63 3.5
    FHW117 J3 q 2 2⁃2⁃2 393 302 74 4.1
    FHW118 J3 q 2 2⁃2⁃3 392 284 67 4.2
    FHW119 J3 q 2 2⁃1⁃4 337 249 61 4.1
    FHW120 J3 q 2 2⁃2⁃1 300 238 61 3.9
    FHW122 J3 q 2 2⁃2⁃2 345 231 66 3.5
    FHW123 J3 q 2 2⁃1⁃3 386 225 62 3.6
    FHW124 J3 q 2 2⁃1⁃4 404 206 56 3.7
    FHW125 J3 q 2 2⁃2⁃2 400 255 71 3.6
    FHW126 J3 q 2 2⁃2⁃3 394 241 68 3.6
    FHW127 J3 q 2 2⁃1⁃4 392 294 74 4.0
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-07-13
  • 修回日期:  2020-02-07
  • 刊出日期:  2020-10-10

目录

    砂砾质辫状河储层构型解剖及层次建模

    doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.120
      基金项目:

      国家自然科学基金项目 41502126, 41802123

      国家科技重大专项 2016ZX05010005⁃004

      作者简介:

      吴小军,男,1976年出生,高级工程师,油气田开发地质,E⁃mail: wuxiaojun@petrochina.com.cn

      通讯作者: 印森林,男,副教授,E⁃mail: yinxiang_love@qq.com
    • 中图分类号: P618.13

    摘要: 针对准噶尔盆地风城油田上侏罗统齐古组砂砾质辫状河储层,利用岩芯、露头及密井网资料,结合砂砾质辫状河储层构型层次结构、模式拟合和嵌入式层次建模方法,确定了不同级次的构型界面,对砂砾质辫状河5~3级构型单元进行了识别,建立了不同级别构型分布样式、规模及三维构型模型。研究表明:1)研究区砂砾质辫状河4级构型单元主要包括心滩坝和辫状水道两类,辫状水道包括泥质半充填水道和泥质充填水道等构型单元,砂砾质辫状河3级构型单元包括心滩坝内部沟道及落淤层等;2)根据辫状河不同级次构型单元规模公式,对辫状河不同级次构型单元进行定量表征,结果表明,研究区单一砂砾质河道宽度50~180 m;单一充填河道宽度30~70 m,长度100~350 m;单一心滩坝宽度120~400 m,长度300~800 m;心滩坝内部落淤层长度和宽度分别为110~330 m、60~200 m,沟道长度和宽度分别为100~200 m、15~25 m;3)在精细构型解剖研究的基础上,提出利用层次建模与嵌入式建模结合的新方法建立构型三维模型。分层次建立了4级构型模型,而在心滩坝内部则采用规模约束建立落淤层、沟道以及填充河道3级构型单元模型,最终建立了与定性模式和定量规模相适应的多级次耦合三维构型模型。

    English Abstract

    吴小军, 苏海斌, 张士杰, 冯利娟, 王杰, 印森林. 砂砾质辫状河储层构型解剖及层次建模—以新疆油田重32井区齐古组油藏为例[J]. 沉积学报, 2020, 38(5): 933-945. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.120
    引用本文: 吴小军, 苏海斌, 张士杰, 冯利娟, 王杰, 印森林. 砂砾质辫状河储层构型解剖及层次建模—以新疆油田重32井区齐古组油藏为例[J]. 沉积学报, 2020, 38(5): 933-945. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.120
    WU XiaoJun, SU HaiBin, ZHANG ShiJie, FENG LiJuan, WANG Jie, YIN SenLin. Architecture Anatomy and Hierarchical Modeling of Sand⁃Gravel Braided River Reservoirs: A Case study of Zhong32 wells area, Qigu Formation reservoir, Fengceng oilfield[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2020, 38(5): 933-945. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.120
    Citation: WU XiaoJun, SU HaiBin, ZHANG ShiJie, FENG LiJuan, WANG Jie, YIN SenLin. Architecture Anatomy and Hierarchical Modeling of Sand⁃Gravel Braided River Reservoirs: A Case study of Zhong32 wells area, Qigu Formation reservoir, Fengceng oilfield[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2020, 38(5): 933-945. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.120
      • 砂砾质辫状河是陆相沉积体系的重要类型,可形成大规模优质油气和地下水储层。心滩坝是构成砂质辫状河储层的主体构型要素,其成因复杂且类型多样,不同类型的内部构型特征存在较大差异,控制着地下流体流动规律,并往往导致注水开发过程中水窜、注水不受效等问题,造成剩余油大量富集。学者们研究表明,油田生产上影响砂砾质辫状河储层剩余油分布的因素主要有辫状水道与心滩坝间的构型界面、辫状河道内部不同级次的渗流屏障、心滩坝内部的垂积体等[18]。学者利用现代沉积、野外露头及密井网等资料开展了辫状河沉积过程数值模拟[910]、构型要素及其特征[1118]、隔夹层样式[1921]、低级次构型单元分布特征[2225]、储层地质知识库[26]、三维构型建模[2728]及其构型模式[29]等方面的研究,取得了较大的进展。砂砾质辫状河在准噶尔盆地西北缘三叠系、侏罗系广泛分布,油藏控制剩余地质储量大,占准噶尔盆地总剩余地质储量的32%左右。目前,准噶尔盆地辫状河研究主要集中于对露头与南缘安集海河大峡谷及奎屯河大峡谷等现代沉积的关注,对于油藏内部辫状河构型主要以定性沉积模式研究为主,对粗粒的砂砾质辫状河的研究还较少。从构型建模角度来讲,虽然已经开展了一些相类型三维构型建模研究,例如,曲流河[3031],然而对砂砾质辫状河三维构型模型的研究还较少。因此,针对砂砾质辫状河心滩坝沉积成因与构型模式的研究,对于深化河流沉积学理论,明确储层内部构型特征并指导砂质辫状河储层开发措施的科学调整与剩余油高效挖潜具有重要的理论和实践意义。本文拟以准噶尔盆地风城油田重32井区齐古组油藏为例,研究砂砾质辫状河不同构型单元的形态、规模及叠置关系等,并利用层次约束嵌入式建模方法,建立与构型认识一致的辫状河储层空间展布模型。

      • 新疆风城油田重32井区侏罗系齐古组超稠油油藏位于准噶尔盆地西北缘风城油田西部,为一个被断裂切割的单斜断块油藏,南部以风16井断裂为边界,东北部以重32井东断裂为边界,西北部以风16井北断裂为边界。研究区分为重32吞吐开发区与SAGD开发区(图1a)。研究区自下而上发育了二叠系下乌尔禾组(P2 w)、侏罗系八道湾组(J1 b)、侏罗系三工河组(J1 s)、侏罗系齐古组(J3 q)、白垩系吐谷鲁群(K1 tg)。研究区齐古组发育一套典型砂砾质辫状河沉积体,其复合韵律特征较为明显,可划分为J3 q 2 1、J3 q 2 2、J3 q 2 3三个中期旋回;其中J3 q 2 2小层划分为J3 q 2 2⁃1、J3 q 2 2⁃2、J3 q 2 2⁃3三个短期旋回,其中J3 q 2 2⁃1、J3 q 2 2⁃2为本次研究的主要目的层。根据岩性、沉积旋回及测井韵律特征,将目的层J3 q 2 2⁃1、J3 q 2 2⁃2分别划分为4个超短期旋回,各超短期旋回间泥岩隔夹层分布不稳定(图1b)。储层岩性包含砂砾岩、粗砂岩、含砾砂岩、中砂岩、细砂岩和粉砂岩,储集岩碎屑组分主要为凝灰岩和石英,含量分别为31.9%和27.8%,其次为长石,含量18.6%。岩石颗粒分选中等,磨圆度以次棱角—次圆状为主。储层孔隙度22.1%~35.0%,平均约31.2%;储层渗透率(161.7~3 610)×10-3 μm2,平均约1 780.8×10-3 μm2,属高孔、高渗储层。研究区共有开发井867口,其中水平井52口,平均井距70~100 m,局部区域井距达到50 m,直井测井系列完整,28口水平井测井资料较全,并且区内取芯井多达17口。另外,研究区北部出露有与工区完全一致的侏罗系齐古组油砂矿露头,为本次研究奠定了较好的资料基础。

        图  1  研究区齐古组底部构造图和岩性剖面图

        Figure 1.  Structural contour map of the base of the Qigu Formation and comprehensive strata log

      • 参考Miall(1985)构型分级,本次研究重点表征了辫状河储层的4、3级构型单元的分布[1415],即辫流带与泛滥平原间的构型界面、辫状河(水)道与心滩坝间构型界面、心滩坝内部增生体(沟道与落淤层)与心滩坝间构型界面。重32井区齐古组辫状河主要发育辫状水道、心滩坝、泛滥平原、沟道及落淤层5种构型单元(图2)。

        图  2  山西大同市吴官屯露头剖面河道充填样式图

        Figure 2.  Channel⁃filling patterns of Datong Wuguantun outcrop section, Datong, Shanxi

      • 辫状河道是砂砾质辫状河中的主要微相单元之一,呈顶平底凸状,其砂岩厚度与同期心滩坝砂岩厚度相当或略小,岩性主要以中—细砂岩为主,夹不等粒粗砂岩、细砂岩,泥质粉砂岩等,以板状交错层理、平行层理和波状层理等沉积构造为主,底部常见冲刷面、含泥砾,砂体厚度整体较大,具有典型的河流相自下而上变细的正韵律特征,代表了河道发育的一个完整周期。根据河道中充填的沉积物粒度差异特征,其测井曲线特征具有多样性,既具有GR中高值、SP负异常、高RT、中低DEN,曲线形态以钟形为主的特点;又具有GR、RT、DEN表现为钟形或箱—钟形的特点;还具有GR、RT、DEN曲线存在多个或一个尖峰,幅度差较小等特征(表1)。

        表 1  重32井区油藏构型单元类型及特征

        Table 1.  Types of architectural unit and characteristics, Zhong32 wells area

        构型单元 级次 岩性 韵律 沉积构造 测井曲线 露头几何形态 测井响应 岩芯照片
        心滩坝 4 中—细砂岩,夹粉砂质泥、钙泥质胶结细砂 均质韵律或不明显的正韵律 交错层理、平行层理 中高幅度微齿状箱型、箱形-钟形、微漏斗形 平面呈菱形或椭圆状,剖面呈顶突底平状
        辫状河(水)道 4 中—细砂岩 正韵律 交错、平行或 波状层理 中高幅微齿钟形 平面呈舌状,剖面呈顶平底突状
        废弃(充填)河道 4 粉砂质泥岩、泥岩 正韵律 平行层理 中低幅度微齿小型钟型 平面呈舌状,剖面呈顶平底突状
        泛滥平原 4 泥岩、粉砂质泥岩泥质粉砂岩 无明显韵律 水平、波状或块状层理 低幅度齿化线型 平面连片分布
        落淤层 3 粉砂质泥岩、泥岩 无明显韵律 水平层理 夹于心滩坝中,RT、GR等出现明显回返 土豆状、窄条状
        沟道 3 粉砂质泥岩 无明显韵律 水平层理 夹于心滩坝中,RT、GR等明显回返 窄条状
      • 心滩坝也是重32井区齐古组(J3 q 2 2)主要的砂体构型单元,为多次洪水期沉积物垂向加积的结果,砂体一般厚度较大。岩性主要以中—细砂岩、细砂岩为主,单层砂体厚度较大,底部常见冲刷面、泥砾。沉积构造以块状层理、槽状及板状交错层理、平行层理为主,可见生物扰动痕迹。其含油级别很高,多为饱含油或富含油级别。垂向上沉积物以粗粒碎屑为主,呈正韵律或均质韵律的特征。GR、SP、DEN、RT测井曲线形态以箱形、箱形—钟形、微漏斗形为主,具有低GR、高RT、低DEN的特征(表1)。

      • 泛滥平原为相对细粒沉积。工区隔夹层类型主要为泥质沉积物,主要岩性为灰白色、灰色泥岩、泥质粉砂岩,厚度0.5~3 m。层理以水平层理为主,局部可见波状层理,同时,各辫流带底部可见冲刷面,导致泛滥平原泥岩保存不完整。整体上泛滥平原泥质隔夹层GR曲线回返明显,RT曲线呈低幅,且幅度差一般较小,厚度大于0.2 m的纯泥岩GR幅度值(∆GR=GR值⁃砂岩的GR基线值)大于0.4,RT幅度值小于10 Ω·m;厚度大于0.2 m的粉砂质泥岩的GR幅度值大于0.25,电阻率幅度值为10 ~100 Ω·m;厚度范围为0.1~0.2 m的泥质粉砂岩与纯泥岩的GR幅度值为0.1~0.25,受上下砂岩影响,其RT幅度值响应不敏感(表1)。

      • 纯泥岩沟道较少,其多以灰色、灰白色粉砂质泥岩和泥质粉砂岩为主,为研究区储层内重要的夹层类型之一。沉积构造以块状层理为主,可见水平层理,一般是在短暂的洪水间歇期或者水动力减弱时小的串沟中落淤而形成的GR、DEN和RT曲线有回返,但幅度相对较小(表1)。

      • 落淤层为心滩坝内部的细粒泥质类物性夹层,纯泥岩较少,多以灰色泥岩、灰白色泥质粉砂岩为主,沉积构造以块状层理为主,可见波纹层理,GR、DEN和RT曲线有较明显回返(表1)。

      • 山西省大同市郊的云冈石窟附近中侏罗统云冈组较好的出露了辫状河露头剖面(吴官屯剖面),其产状较为平缓,倾角约为4°~8°,最大为10°。该剖面出露总体岩性以含砾中—粗砂岩为主,占据了出露厚度的80%以上,各种块状和低角度的板状交错层理较为常见,剖面中东部泥质含量逐渐增大,砂砾质辫状河沉积特征明显。剖面连续性好,可视宽度和厚度分别为240×13 m,与古水流方向斜交。据前人所建立的砂砾质辫状河的分布样式可知[17],按其充填岩相类型及充填厚度的不同,可识别砂质、半泥质和泥质充填三种河道充填样式,其中,半泥质与泥质充填河道属于两类废弃河道(图2)。

        砂质充填河道是指河道内充填以砂质岩相偏粗粒沉积物为主的辫状水道,其砂体厚度与同期发育心滩坝体厚度相同或略小。发育以大型槽状交错层理为主,局部见板状交错层理、波状层理等沉积构造,呈粒度向上变细的正韵律,体现了一期河道发育的完整旋回。

        图2a处砂质河道为例,其槽状形态明显,侧向与心滩坝拼接。该河道可视最宽约为20 m,厚约为4 m。侧向岩性界面易于识别,岩相变化迅速,由规模局限、不规则的交错层理快速变化为反映厚层心滩坝沉积的较大规模的大型板状交错层理。河道内局部可见规模较小的含泥细粒充填物质,一般宽、厚不超过20 cm,反映了河道多次废弃—下切冲刷—再充填的特征。

        半泥质充填河道是指河道底部充填砂质偏粗粒度岩相,顶部泥质细粒岩相充填的辫状水道类型,其砂体厚度与同期沉积的心滩坝体厚度差异较大。以图2b为例,底部发育块状、槽状层理砂岩相,而顶部发育泥质粉砂岩,夹含薄层条带状粗砂—细砾的粉砂质泥岩。顶部发育的细粒沉积物,表明了在河道废弃后相对安静水体条件下,较多细粒悬浮物沉积下来。该河道可视最宽处约为30 m,砂体厚度约为1.5 m(未出露全),顶部泥岩厚约为2 m。

        泥质充填河道是指河道内充填沉积物以泥质岩相为主体的辫状水道。以图2c为例,局部发育泥质粉砂岩与粉砂质泥岩(小于5 cm)薄互层,与两侧心滩坝砂体之间存在明显的岩相界面。这类河道展示了“向心式”的充填特征,说明河道废弃后,在相对安静水体下,沉积物机械分异作用明显。该河道最宽约为12 m,最大可见厚度约为3 m。

      • 研究区J3 q 2 2为砂砾质辫状河下游气候干旱期沉积体,沉积时“事件性”、“突发性”强,沉积水动力强度较大,因此,心滩坝发育规模较大。此外,通过对心滩坝构型模式的梳理分析,结合上述露头考察、密井网SAGD资料的沉积微相精细表征以及动态生产分析资料,重32井区SAGD部署区的心滩坝内部夹层构型具有水平以及对称斜列式的分布模式,剖面上呈顶凸底平、平面上呈菱形状分布。据此建立了研究区的心滩坝内部构型模式(图3)。心滩坝中心部位夹层近于水平,在背水面夹层较平缓,长轴迎水面夹层则稍陡;在短轴方向,受水流侧向加积影响,夹层在心滩坝两翼略微倾斜;在长轴方向,洪水期心滩坝呈顺流加积式,坝增高且加长;在平水期心滩坝呈侧向加积式,坝展宽。在坝顶有时会被冲刷形成沟道。整体来说,心滩坝中心位置夹层近水平且数量较少,边缘部位夹层略微倾斜且数量多。

        图  3  重32 井区SAGD部署井心滩坝构型模式图

        Figure 3.  Architecture pattern of braided bar in the SAGD wells area, Zhong32 wells area

      • 沟道主要形成于间洪期。在洪水期过后,心滩坝渐渐出露水面之上,小规模不规则水流冲刷其表面会冲出若干的小规模水道(沟道),洪水期这些沟道被悬浮细粒物质所充填,常常呈窄条带状零散断续的分布在心滩坝内。平面上沟道与古水流方向多呈斜交样式,为小规模窄条带状断续分布特征,剖面上与水道的形态顶平底凸一致,为渗流中的物性较差部位。

      • 在洪泛事件间歇期,受洪水能量减弱的影响,心滩坝上细粒悬浮沉积物质垂积形成了落淤层(泥质披覆层),其岩性主要以泥质粉砂岩、粉砂质泥岩和泥岩为主。以识别的心滩坝为约束,开展单井心滩坝内部夹层(落淤层)识别→连井组合落淤层。平面上,按组合样式落淤层分为广泛连片落淤层、局部连片落淤层,其中第一种样式落淤层未受到沟道冲刷改造形成大面积连片分布,第二种样式主要是由沟道不规则冲刷而使落淤层分散不连续分布。结合辫状河心滩坝内部隔夹层分布模式[1011]精细分析可知,剖面上沟道和落淤层呈互相交切或者平行分布,单期落淤层呈近水平状分布,两翼略微显倾斜状,多期落淤层之间近平行分布,侧向延伸规模存在差异,工区实际研究发现落淤层顺物源方向构型单元倾角约1.1°,垂直物源方向倾角约1.8°~3.6°(图4)。落淤层平面延伸范围主要在井间组合基础上,依据落淤层在单井分布的特点,在心滩坝内部其向周围延伸约半个井距(30 m左右)范围来确定其平面规模与展布特点,其形态呈土豆状或带状向周围扩展(图3)。

        图  4  落淤层剖面构型样式

        Figure 4.  Architecture pattern of fall silt deposits

      • 五级构型单元是对单层内的单一辫流带的研究,单一辫流带宽度研究方法主要利用经验公式法等进行预测[12]。经验公式主要是由Bridge采用大量的野外露头及现代沉积实例建立,并利用测井曲线进行了相应的验证与对比研究,主要适用于砂砾质辫状河宏观规模的控制。重32井区埋藏浅(油藏中部深度200 m)利用经验公式及连井对比,确定重32井区SAGD开发区J3 q 2 2的2个5级构型单元宽度。根据Bridge等[12]建立的经验公式预测单一辫流带宽度,其预测公式如下:

        w c b m i n = 59.9 h a 1.8 (1)
        w c b m a x = 192 h a 1.37 (2)
        h a = 0.55 h d (3)

        式中:w cbmin为单一辫流带最小宽度,m;w cbmax为单一辫流带最大宽度,m;ha 为平均单河道满岸深度,m;hd 为单河道满岸深度,m。

        根据构型界面识别及剖面对比结果统计,研究区J3 q 2 2⁃1单河道满岸深度为11.9~23.6 m,平均17.8 m;J3 q 2 2⁃2单层单河道满岸深度为16.0~21.4 m,平均18.7 m。利用Bridge经验公式计算J3 q 2 2⁃1得到平均单河道满岸深度为6.5~13.0 m,平均10.3 m,计算出单一辫流带宽度在1.8~6.4 km之间,平均4.1 km;计算J3 q 2 2⁃1得到平均单河道满岸深度为8.8~11.8 m,平均10.3 m,计算出单一辫流带宽度在3~5.6 km之间,平均4.3 km。研究区宽度2.9 km左右。由于辫状河沉积体的强下切与冲刷作用,泛滥平原保存不完整,以局部透镜状分布为主,厚度明显小于辫流水道与心滩坝复合体,因此确定研究区2个单层辫状河沉积体为同一个辫流带。

      • 根据上述构型模式及定义,4级构型单元的单砂体规模主要是指对位于同一个辫流带内部的心滩坝和辫状水道规模,即确定心滩坝规模与辫状水道侧向规模。

      • 一般情况下,单一水道与心滩坝构型单元宽度规模预测方法主要有井间构型单元对比法、经验公式法等。由于研究区资料丰富,既有同源的风城油砂山露头和密井网资料,又有26对SAGD水平井录井及测井资料,且水平井钻井轨迹垂直于物源方向,为辫状水道及心滩坝宽度规模预测有利条件,因此,本次河道及心滩坝宽度规模主要采用构型单元对比法建立辫状水道宽度与心滩坝宽度的关系预测其规模。

        通过对研究区26对水平井测录井资料进行解释,确定水平井钻遇岩性,同时结合露头和水平井周围直井进行对比,确定构型单元样式,采用“模式拟合、层次约束”的方式(图5),确定心滩坝与辫状水道宽度规模。

        图  5  FHW113井平面剖面结合构型研究

        Figure 5.  Architecture study in plan and section

        根据水平井解释及与图3露头区测量结果进行拟合,重点对露头区进行原型模型的分析(表2),密井网区的心滩坝与露头区相似性较强,体现在心滩坝宽度、心滩坝长度及宽长比相似度很高。重32井区SAGD开发区心滩坝与辫状水道间存在明显的关系(图6a)。根据拟合公式,对研究区辫状河8个韵律层单砂体进行预测,结果表明心滩坝宽度在120~400 m,河道宽度约50~180 m,总体呈“宽坝窄河道”的特征,心滩坝宽度约为水道宽度的3.8倍。其中J3 q 2 2⁃1⁃1的辫状水道相对发育,辫状水道宽度在80~250 m,其他各韵律层主要发育心滩坝(图7)。

        表 2  水平井与露头区心滩坝规模解释

        Table 2.  Scale of braided bar interpreted from horizontal wells and outcrop area

        井号 层位 水平井段长度/m 心滩坝宽度/m 心滩坝长度/m 宽长比
        露头1# 178 54 3.3
        露头2# 163 45 3.6
        露头3# 171 45 3.8
        露头4# 152 42 3.6
        FHW101 J3 q 2 2⁃2⁃2 399 285 74 3.9
        FHW102 J3 q 2 2⁃2⁃3 376 283 71 4.0
        FHW103 J3 q 2 2⁃2⁃2 400 317 79 4.0
        FHW104 J3 q 2 2⁃2⁃3 400 316 76 4.2
        FHW105 J3 q 2 2⁃2⁃2 403 264 72 3.7
        FHW106 J3 q 2 2⁃2⁃3 400 313 77 4.1
        FHW107 J3 q 2 2⁃2⁃2 391 280 70 4.0
        FHW108 J3 q 2 2⁃2⁃2 400 317 78 4.1
        FHW113 J3 q 2 2⁃1⁃4 304 300 78 3.9
        FHW114 J3 q 2 2⁃1⁃3 240 188 50 3.8
        FHW115 J3 q 2 2⁃1⁃3 252 189 57 3.3
        FHW116 J3 q 2 2⁃1⁃3 396 220 63 3.5
        FHW117 J3 q 2 2⁃2⁃2 393 302 74 4.1
        FHW118 J3 q 2 2⁃2⁃3 392 284 67 4.2
        FHW119 J3 q 2 2⁃1⁃4 337 249 61 4.1
        FHW120 J3 q 2 2⁃2⁃1 300 238 61 3.9
        FHW122 J3 q 2 2⁃2⁃2 345 231 66 3.5
        FHW123 J3 q 2 2⁃1⁃3 386 225 62 3.6
        FHW124 J3 q 2 2⁃1⁃4 404 206 56 3.7
        FHW125 J3 q 2 2⁃2⁃2 400 255 71 3.6
        FHW126 J3 q 2 2⁃2⁃3 394 241 68 3.6
        FHW127 J3 q 2 2⁃1⁃4 392 294 74 4.0

        图  6  研究区辫状河构型单元定量关系模型

        Figure 6.  Quantitative relationship model of braided river architecture units

        图  7  研究区构型平面分布图

        Figure 7.  Plan distribution of architecture units

      • 心滩坝顺流长度的表征方法主要有野外露头法、密井网精细对比法及经验公式法等。重32井区SAGD开发区水平井钻井方向为垂直物源方向,该资料不能有效支撑心滩坝长度的定量预测,但该区域南部为70 m左右的密井网区域。根据野外露头及密井网资料,拟合出心滩长度与宽度的关系(图6b,c)。

        根据经验公式,对研究区辫状河8个韵律层心滩长度进行预测,结果表明研究区心滩坝长度在300~800 m,心滩坝宽度约为河道宽度的3.0倍左右(图7)。

      • 研究区沟道沉积为重要的夹层类型,其宽度的预测对特殊类油藏具有重要价值,特别是针对SAGD井网超稠油开发有重要的意义。由于沟道规模相对较小且改道频繁,预测难度很大,目前沟道规模研究方法主要为经验公式法。根据研究区资料的实际情况,单井虽然能识别沟道,但由于厚度较薄,横向对比困难,即使水平井也不能钻遇完整的沟道,因此,沟道宽度经验公式主要利用前述山西大同吴官屯野外露头剖面的考察与测量,沟道宽度在4~12 m左右,厚度在0.3~0.55 m之间,根据露头测量结果建立的经验公式,对研究区沟道宽度进行预测(图6c)。剖面上沟道厚度在0.2~1 m,局部发育,多数在同一心滩坝之上只有一口井可见,根据拟合公式计算沟道宽度规模在15~25 m(图7)。

      • 落淤层为研究区另一类重要夹层类型,是影响研究区SAGD开发效果的重要因素,准确预测其规模不仅具有重要的理论意义,同时对超稠油SAGD井网改善开发效果至关重要。落淤层的预测与沟道类似同样采用露头法、密井网组合对比法以及经验公式法。本次研究主要采用露头测量确定其宏观规模,然后建立拟合图版及公式,最后结合工区密井网精细对比组合法确定落淤夹层的规模范围。首先根据辫状河露头的考察与测量,获得心滩坝内部的夹层展布宽度与厚度规模,露头剖面测量的落淤夹层剖面厚度0.1~0.4 m,宽度2~20 m。根据露头测量数据建立落淤层宽度与厚度图版(图6d),利用此图版,结合单井落淤层解释预测了研究区落淤层平面分布形态及其规模。

        根据单井构型解释落淤层厚度0.2~2 m,结合(图6d)预测出落淤层规模,宽度在20~200 m。剖面上心滩坝内部落淤层近水平状分布,横向可以对比(图4),平面上落淤层范围受心滩坝约束,呈土豆状分布。经统计研究区落淤层发育比较局限,一般1~2口井可见,个别3~4口井可见(图7)。

      • 从建模角度来说,储层构型单元属于离散属性参数,目前,对于构型单元建模的随机模拟算法主要有基于目标体模拟、截断高斯模拟、序贯指示模拟、示性点过程、多点地质统计学模拟等[27],这些对构型单元的定量建模存在较大的困难[28],研究方法依靠的关键资料主要有地震资料、密井网资料和野外露头模型等[3233]。因此,本次建模工作主要根据前期构型研究成果,采用Direct油藏建模软件的嵌入式层次建模模块,再现了研究区储层三维构型模型。

        第一层次,心滩坝、辫状水道构型三维模型构建。利用基于界面的多维约束储层构型建模方法,即根据多维信息(单井、剖面和平面构型),通过界面建模构建目标体的外部几何形态,采用嵌入式方法建立储层构型单元的三维分布。1)井间及平面构型模型建立,以优化的三角剖分法创建包含所有井点的连井剖面,开展井间剖面对比并分析井间心滩坝与辫状水道的接触关系及尖灭形态等,建立各心滩坝与辫状水道的构型剖面;随后,将上述所有构型剖面进行平面投影,结合构型模式,并以剖面几何形态为约束自动生成心滩坝、辫状水道平面分布模型;2)辫状水道模型建立,综合井点、剖面及平面模型信息,建立研究区辫状水道厚度分布图,结合辫状水道构型单元分布图生成辫状水道构型模型,如图8a为J3 q 2 2⁃1⁃3韵律层辫状水道模型;3)心滩坝模型建立根据单井心滩坝构型单元解释成果,利用Direct软件平面相约束建模的方法,根据心滩坝构型单元平面分布图,结合单井解释厚度为约束,自动生成心滩坝模型,图8b为J3 q 2 2⁃1⁃3韵律层心滩坝模型。

        图  8  重32井区J3 q 2 2⁃1⁃3三维构型建模

        Figure 8.  3⁃D architecture modeling of Zhong32 wells area, J3 q 2 2⁃1⁃3

        第二个层次,心滩坝内部落淤层、沟道以及填充河道的构型建模。对于心滩坝内部落淤层、充填河道采用基于面的嵌入式建模方法。具体步骤如下:1)在心滩坝范围内,用单井上识别出的落淤层的位置作为空间控制点,采用基于面的方法生成落淤层面;2)用井点上落淤层的厚度作为条件点,在每个单一的心滩坝内部使用克立金插值得到落淤层的厚度分布,将此厚度值赋于面之上,即可以得到心滩坝内部落淤层的确定性分布模型,如图8c为研究区落淤层隔夹层模型。最后分别将落淤层、沟道嵌入到心滩模型中,将泥质充填河道模型嵌入到辫状水道模型中,最终建立研究区储层构型模型(图8d)。三维模型剖面能够较为准确的表现出各级次构型单元的沉积特征及空间形态(图9)。

        图  9  重32井区三维建模构型剖面及井对比剖面

        Figure 9.  Contrast between 3⁃D modeling architecture units profile and well correlation profile

      • (1) 在岩芯观察描述及前人研究基础上,研究区辫状河辫状水道厚度与心滩坝厚度相当,水动力能量强,河道呈强烈摆动式;研究区四级构型单元河道、心滩坝表现为宽坝窄河道的特征;隔夹层主要有泛滥平原泥岩、泥质充填河道、落淤层及沟道沉积。

        (2) 研究区单一辫流带宽度4 100 m,河道宽度在50~180 m;心滩坝宽度在120~400 m,心滩坝长度在300~800 m;泥质充填河道的宽度30~70 m,长度100~350 m;落淤层宽度60~200 m,长度110~330 m;沟道宽度15~25 m,长度100~200 m。

        (3) 在“多维互动、模式拟合、层次建模”的思路指导下,采用嵌入式建模方法,分层次建立了研究区三维精细构型模型,再现了辫状河的沉积形态,清晰地展示了“宽坝窄河道”的构型分布样式,泥质、半泥质充填的局限水道在砂质充填的辫状水道背景内呈孤立透镜体分布,落淤层主要呈连片或局部分散状,而沟道呈窄条带状在心滩坝内随机分布。

    参考文献 (33)

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