Genesis and distribution controlling factors of interlayers in sandy braided river: Case study of He8 section in Sulige Gasfield

  • Chao Luo , 1 ,
  • Jian-lin Guo , 2 ,
  • Yi-long Li 2 ,
  • Guang Ji 2 ,
  • Li-wei Dou 3 ,
  • Nan-xin Yin 1 ,
  • Cen Chen 1
Expand
  • 1. Chongqing University of Science & Technology,Chongqing 401331,China
  • 2. Research Institute of Petroleum Exploration & Development, PetroChina, Beijing 100083, China
  • 3. Chongqing Normal University, Chongqing 400047,China

Received date: 2018-11-19

  Revised date: 2019-04-29

  Online published: 2019-10-14

Highlights

Making clear distribution characteristics of the interlayer and its controlling factors are of great benefit to the development of sandy braided river reservoirs. Taking the braided river reservoir of He8 section of Sulige Gasfield as an example, the characteristics of modern sedimentary, outcrop, core and logging are combined to analyze the genetic characteristics of interlayers. The logging identification template of various interlayers is established. The three-dimensional geological model of various interlayers is constructed by using the multi-well linkage and flat-section analysis of the well network, and the distribution mechanism and controlling factors of the interlayers are defined. The results show that the floodplain, intercalation between bars, abandoned channel, falling-silt seams and chute are the main types of braided river interlayers. The floodplain has a large scale and continuous distribution with a width of 100-1 000m. The length to width ration shows irregularity in single intercalation between bars, and the width is less than 300m.The abandoned channel pattern is determined by the river disposal mode, and the width is 40-330m. The distribution of the silt layer is determined by the size of the accretion and the development position, and the width is 10-190m. The gully are of scattered distribution, and the width is generally less than 100m. The base level cycle controls the thickness of the partition. The configuration interface determines the distribution position of the interlayer and the inclination angle. The superimposed style of the braided river limited the proportion and size of the interlayer.

Cite this article

Chao Luo , Jian-lin Guo , Yi-long Li , Guang Ji , Li-wei Dou , Nan-xin Yin , Cen Chen . Genesis and distribution controlling factors of interlayers in sandy braided river: Case study of He8 section in Sulige Gasfield[J]. Natural Gas Geoscience, 2019 , 30(9) : 1272 -1285 . DOI: 10.11764/j.issn.1672-1926.2019.04.019

0 引言

现代沉积[1]和露头研究[2]表明,砂质辫状河隔夹层成因多样[3,4],几何特征[5]、大小[6]各异,组合关系不明确[7],而识别隔夹层不同成因[8,9]、建立隔夹层三维模型[10,11]并厘清其分布规律[12]是完善该类储层精细描述工作的重点。目前针对砂质辫状河隔夹层的精细研究还存在如下问题:①砂质辫状河沉积过程复杂,单一区域建立的隔夹层沉积模式并不具有普适性,在选择野外露头作为地下构型解剖的参考时,难以做到相同或相似沉积环境间的类比;②由于隔夹层并不是油气地质储量的组成部分,特别是对于气藏而言,气藏内流体的流动性明显强于油藏,对构型要素的研究往往集中于对有效储层大小[13]的分析,缺乏针对各类隔夹层定量规模的总结;③各类隔夹层分布控制因素认识不清,对后期开发调整、剩余储量挖潜提供的地质依据不充分。
苏里格气田是最为典型的砂质辫状河相致密气田,采用直井联合水平井开发方式,目前已完钻上千口水平井[14]。水平井实施过程中钻遇泥质隔夹层不可避免,复杂的隔夹层分布是影响水平井部署的重要因素。但由于水平井钻井成本高,当钻遇较厚的泥质隔夹层时,井筒与储层的接触范围减小,降低了水平井段的利用率,制约了水平井整体开发效果。水平井高效开发应用,需要保证较高的砂岩钻遇率,提高砂岩钻遇率需减少水平井在隔夹层中的钻遇。明确隔夹层成因机理、分布控制因素对深入认识其储层非均质性和水平井高效开发尤为重要。因此,以苏里格气田盒8段砂质辫状河储层为例,综合岩心、露头、测井及开发动态等多种资料,通过野外露头分析,搞清了各类隔夹层沉积成因,结合地下构型解剖,明确地下地质条件下各类隔夹层规模特征及其分布控制因素,采用三维地质建模刻画各类隔夹层在地下空间的分布特征,为相似气藏的隔夹层研究提供参考。

1 研究区地质概况

苏里格气田是国内已发现最大的致密砂岩气田,构造特征呈平缓的西倾单斜,属于典型的“低压、低渗、低丰度”气田[15]。下二叠统石盒子组盒8段沉积时期,由北向南发育的宽缓型砂质辫状河沉积体系构成了苏里格气田的主力产气层[16]。该时期河道频繁横向迁移,河道砂体侧向上多期叠置拼接,内部结构复杂,发育多层次隔夹层。

2 隔夹层成因

2.1 沉积特征认知

古水深一直是河流相储层沉积特征的一个重要方面,前人研究表明单期河道的沉积厚度与古水深近似,发育隔夹层的厚度、规模也与古水深关系紧密。Leclair等[17,18]系统分析整理了多条现代砂质辫状河的水文数据,描述了砂质辫状河发育的交错层理系与古水深的定量关系[式(1),式(2)]。取心井岩心资料表明,苏里格地区砂质辫状河交错层理系平均厚度为13~32cm(图1),计算得到辫状河沉积古水深为5~7m。根据本文研究建立的精细地层格架可知,盒 8亚段细分单层后,单层地层厚度约为4.6~6.8m,与经验公式计算的古水深结果吻合。综上所述,苏里格地区沉积古水深相对较深,有4~7m,发育的是中等规模的砂质辫状河。
图1 苏里格气田河道内交错层理系厚度

(a)S36-J11井,3 340.15~3 340.28m,0.13m;(b)S36-J11井,3 339.34~3 339.66m,0.32m;(c)S36-J11井,3 358.88~3 359.13m,0.25m;(d)S36-J11井,3 339.97~3 340.15m,0.18m;(e)S6-J1井,3 332.76~3 332.90m,0.14m;(f)S36-J20井,3 330.40~3 330.53m,0.13m;(g)S6-J1井,3 333.44~3 333.63m,0.19m;(h)S6-J6井,3 318.25~3 318.40m,0.15m;(i)S171井,3 634.2~3 634.33m,0.13m

Fig.1 Thickness of cross bedding system in Sulige Gasfield

H=(2.9±0.7)h [17]
d m=(H/0.086)0.84[18]
式中:h为交错层理系平均厚度,m;H为沙丘高度,m;d m为辫状河古水深,m

2.2 原型露头分析

砂质辫状河沉积过程复杂、储层结构规律不明显,在某一露头区建立的隔夹层沉积特征,特别是定量认识并不一定适用于其他区域,因此在确定隔夹层成因类型、分布特征时,需综合苏里格地区取心资料和露头分析,比较露头与研究区沉积水动力条件,特别是古水深参数,可以取得较好的效果。选取与研究目的层相同或相似沉积环境的野外露头进行类比,筛选了山西柳林、大同晋华宫地区的砂质辫状河沉积露头。其中山西柳林露头发育层位为下石盒子组盒8段,与苏里格气田主产气层段一致。而大同晋华宫地区砂质辫状河露头属于中侏罗统云冈石窟段,发育于现今盆地北边缘约10km,前人据区域地质资料分析推断[19],大同晋华宫地区侏罗系坳陷盆地边界范围与现今邻近,相距约30km,表明大同晋华宫地区露头剖面在盆地中所处的位置是比较靠近盆地边缘的部位,距物源区相对较近。与苏里格地区相似的物源条件[20],使得两区域发育的碎屑沉积物岩石学类型[21]、粒度特征[22,23]等较为相似。沉积水动力条件分析结果表明:露头区与地下沉积气候条件相近,同属于相对干旱的气候环境;山西柳林与大同晋华宫地区露头区单一期次砂体平均厚度分别为5.8m、6.7m,依据Miall[24,25]关于辫状河的分类标准均属于常年流水的深河型砂质辫状河,与苏里格地区盒8段发育的砂质辫状河沉积古水深相近。取心井观察显示,苏里格气田盒8段砂质辫状河内发育的隔夹层基本为泥质沉积物,这些泥质层应该沉积于流水速度较低的部位,对比野外露头发育的隔夹层类型(图2),主要包括泛滥平原、坝间泥、废弃河道、冲沟和落淤层5类。
图2 大同晋华宫地区辫状河露头剖面隔夹层类型

Fig.2 Interlayers type of braided river outcrop profile in Jinhuagong area, Datong city

2.3 成因特征分类

结合研究区野外露头和取心资料,进一步确定了各类隔夹层的岩性、粒度等沉积特征,分析了野外露头发育的隔夹层沉积特征,描述了隔夹层在空间的分布特点,刻画了隔夹层与砂体的组合关系。

2.3.1 泛滥平原

该类隔层在洪水泛滥末期发育,分布于辫状河道顶部或边部,厚度较大,以块状灰色泥岩为主[图2(a),图3(a)],内部可见典型的水平层理,偶有植物根茎及虫孔发育。洪泛期高能水流携带大量细粒沉积物质漫出水道,洪峰过后水体能量减弱,细粒物质在辫流带顶部、辫流带以外的洪泛区快速落淤堆积。和心滩的频繁迁移相比,整个辫状河道带的迁移频率要低得多,因此类似于大同晋华宫地区剖面,分布在辫流带边部的细粒沉积物保存条件更好,被后期水体破坏的概率更小,平面分布连续、沉积厚度更大,可作为单层划分与对比的主要标志。
图3 苏里格气田不同类型隔夹层岩心照片

Fig.3 Photographs of interlayers core in Sulige Gasfield

2.3.2 坝间泥

现代沉积研究表明,活动心滩坝一般高于水面或与水面持平,在心滩坝的两翼形成有效的阻水区域,在坝后辫状河道中的小范围区域会形成相对静水区域,悬浮物质通常会在此聚集,形成坝间沉积。坝间沉积以粉砂质泥岩和泥质粉砂岩为主,也包含植物碎屑、黏土,沉积构造极少发育[图2(a),图3(d),图3(f)],厚度不稳定。然而,河床附近的低速水流有时会造就小型波状层理,心滩下游河道汇聚水流流速增加的区域,有时可见坝间泥岩与河道粗碎屑物质呈指状交互的情况。心滩的频繁迁移使得坝间泥的沉积时间往往较短,厚度一般小于1m,向着坝侧缘的方向厚度逐渐增大,平面上通常呈分散片状,与辫状河道沉积交织。

2.3.3 废弃河道

砂质辫状河道频繁废弃过程中,水动力减弱,河道内充填悬浮细粒颗粒形成灰色泥岩或泥质粉砂岩夹层。相比研究程度较高的高弯度曲流河,砂质辫状河废弃河道在废弃后往往可以重新复活,因此根据废弃河道废弃时间长短以及受后期水流改造程度的大小,可将该类沉积细分为砂质全充填、泥质半充填、泥质全充填三亚类。砂质全充填、泥质半充填废弃时间较短,形态受废弃河道与复活河道共同控制,河道底部沉积较粗的中—细砂岩、细砂岩,受复活河道改造情况影响,辫状河道上半部被粉砂质或泥质充填。泥质全充填废弃时间长,改造程度小,形成夹层的厚度较大,呈现较规整的河道顶平底凹形态。泥质半充填亚类表现出上半部近基线或呈现小幅度锯齿状,下半部呈现低幅钟形特征,不同于砂质全充填亚类的中高幅钟型特征;泥质全充填亚类则表现出近基线的低幅度弱齿化特征,形成的辫状河道顶面与坝体顶面高程差明显。大同晋华宫地区剖面辫状河露头中废弃河道多为砂质全充填、泥质半充填亚类,一般为块状层理,泥质粉砂岩常发育小型流水沙纹[图2(a),图3(b)]。

2.3.4 冲沟

冲沟发育于心滩坝中部、上部,为细粒悬浮物质沉积形成的泥岩夹层,剖面上呈透镜状,形成机制与废弃河道相似,侧向范围小于废弃河道。厚度相对较小,一般小于2m;平面上呈现细条带状,长度与心滩延伸距离近似。岩性以灰色粉砂质泥岩、泥岩为主,发育小型波状层理和水平层理[图2(b),图3(c)]。当持续性水流不断冲刷心滩,冲沟不断拓宽加深,可以演化为辫状河道。

2.3.5 心滩落淤层

心滩落淤层是洪峰过后憩水期在心滩核部、翼部、背水面尾部发育的近平行悬浮物[26],由于心滩落淤层为事件性沉积,接受沉积的时间较短,同时受后期辫状河道改造影响,落淤层厚度往往较薄。岩性主要由灰色泥岩、粉砂质泥岩构成,发育水平层理,有时可见波状层理。整体上,心滩落淤层在滩核、滩尾侧向上较为连续,类似于心滩的形状,呈现菱形或椭圆状近水平分布,倾角小于3°[图2(b),图3(e)]。
从野外露头来看,各类型隔夹层具有不同的几何形态、岩性特征、规模大小,在空间上与心滩砂体有机组合,构成了完整的砂质辫状河沉积(图4)。除上述5类主要隔夹层外,辫状河内还发育冲刷泥砾沉积,层厚为5~10cm,粒径在1cm左右,呈磨圆、次圆状,具有定向排列的特点。由于冲刷泥砾横向变化快,连续性较差,因此不作为主要隔夹层类型进行单独研究。
图4 山西柳林辫状河露头隔夹层分布特征

Fig.4 Distribution characteristics of interlayers in Liulin braided river outcrop, Shanxi Province

3 地下隔夹层识别

3.1 测井识别标志

采用岩心标度测井[27]的方式建立了各类隔夹层识别模板,确定不同类别隔夹层岩性、厚度、典型电性特征以及与构型界面的关系。从识别的结果来看,泛滥平原泥与废弃河道细粒沉积的厚度在5种类型的隔夹层中厚度占优势,而岩性上二者又有明显差别。泛滥平原为较纯的泥质沉积,废弃河道沉积含有较多的泥质粉砂岩、粉砂质泥岩,二者在电测曲线上有较大差别,其中自然伽马曲线表现尤为典型,废弃河道自然伽马响应值一般在30.6~58.9API之间,而泛滥平原泥质沉积自然伽马值一般介于41.5~127.3API之间。坝间泥岩、冲沟以及落淤层三者均有厚度小的特点。从取心井统计结果来看,坝间泥岩厚度在0.2~1.1m之间,平均厚度为0.4m;冲沟厚度在0.5~2.1m之间,平均厚度为1.2m;落淤层厚度在0.2~1.3m之间,平均厚度为0.5m。在三者的识别过程中,需要借助单层(构型单元)的分层界限,由于坝间泥岩分布在心滩坝间,也就是坝间泥岩具有与四级构型界面伴生的特征,而四级构型要素和界面较易识别。因此,依靠构型界面这一特征,可以在测井曲线上将坝间泥岩与冲沟、落淤层区分开来。参考自然伽马、声波时差以及电阻率曲线,可以进一步将冲沟、落淤层区分开。
表1 取心井隔夹层测井识别特征

Table 1 Identification characteristics of interlayer logging in coring wells

隔夹层类型 岩性 厚度/m 自然伽马/API 构型界面
泛滥平原 泥岩等 1.5~7.5/4.6 41.5~127.3 4、5、6
废弃河道 泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、粉砂岩等 1.2~6.6/4.2 30.6~58.9 4
坝间泥岩 泥岩等 0.2~1.1/0.4 37.8~75.1 4
冲沟 粉砂质泥岩、泥质粉砂岩等 0.5~2.1/1.2 27.8~63.5 3、4
落淤层 泥岩等 0.2~1.3/0.5 30.3~125.5 3
综合各类隔夹层在岩心、构型界面上的多种特征,对单井进行了隔夹层的识别及分类。以S36-J11井为例,该井第2次取心层段为H8x 1-2、H8x 1-3、H8x 2-1,共识别了各类泥质层段7层,其中落淤层2层、冲沟1层,泛滥—平原2层,废弃河道泥1层,坝间泥岩1层,坝间泥岩分布在H8x 1-2、H8x 1-3 2个单层间(图5)。
图5 S36-J11取心井隔夹层划分

Fig.5 Interlayer partition in coring well of S36-J11

3.2 隔夹层平面、剖面分布特征

各类成因类型的隔夹层在空间分布、边界条件和规模特征参数等信息上有不同显示,是野外露头分析、密井网解剖等手段得到的综合性地质资料集合,对同类构型单元的分析、预测有指导作用。采取平面及剖面相结合的思路,对S36密井网的储层构型开展分析,明确了各类隔夹层的空间分布,过S36-J1井—S36-2-21井—S36-J2井剖面可作为隔夹层分布特征的典型代表,H8x 2-1、H8x 2-2平面上呈现不同的分布特征。H8x 2-1上S36-J11井上发育坝间泥、S36-2-21井发育废弃河道;H8x 2-2在S36-J1井发育废弃河道,S36-2-21井发育冲沟,S36-J2井发育落淤层。

3.2.1 泛滥平原

顶部的H8x 1-1泛滥平原延伸范围较大,呈厚层块状(表2),自然伽马曲线表现为典型的靠近基线的线性或微齿线形,根据标志层高程差、废弃河道平面分布,从确定的泛滥泥岩边界来看,其分布范围较大、连续性好,一般延伸距离可超过2个井距(图6,图7),宽度最大可达到1 000m左右。
表2 盒8段各类隔夹层定量地质参数统计表

Table 2 Quantitative geological parameters of interlayers in He 8 formation

成因类型 野外露头实测
向何形态 规模尺度/m
平面 剖面 宽度 长度
泛滥平原 不规则片状 厚层状 100~1 000 800~2 000
废弃河道 条带 顶平底凸透镜状 40~330 500~980
坝间泥岩 条带 透镜片状 10~300 265~480
冲沟 窄条带 小型透镜状 8~100 240~630
落淤层 椭圆 斜列薄板状 10~190 140~320
图6 过S36-J1―S36-J2井多期次心滩叠合与隔夹层分布

Fig.6 Distribution map of multistage bars and interlayers crossing from Well S36-J1 to S36-J2

图7 过S36-3-19井—S36-J8井多期次心滩叠合与隔夹层分布

Fig.7 Distribution map of multistage bars and interlayers crossing from Well S36-3-19 to Well S36-J8

3.2.2 坝间泥岩

该类夹层在岩心、测井资料上特征不明显,可通过组合平面构型单元的相对位置加以识别。鄂尔多斯盆地由北至南的物源方向决定了盒8段心滩走向主要以南北向为主,苏里格气田水平井钻遇上下2期次心滩过程中,常钻遇这类夹层,由于其规模较其他夹层小,在水平井钻井过程中不需要做较大调整。该剖面上,S36-J1井在H8x 1-3心滩坝尾处所形成的坝间泥,在H8x 2-1顶部发育,在H8x 2-1层对应为坝头位置。这类夹层仅发育在坝尾,呈椭圆或长条状[图6(a)],剖面上呈透镜状或楔形,且与心滩坝砂体呈指状互层,受后期河道沉积冲刷破坏所致,该类夹层长宽比规律性不强,长宽特征差异大,宽度一般在300m以内,长度有时可接近单个心滩的长度。

3.2.3 废弃河道

过S36-J1井—S36-2-21井—S36-J2井剖面上,发育两处废弃河道。其中S36-2-21井H8x 2-1层发育砂质充填型,S36-J1井H8x 2-2层发育泥质半充填型,侧向上延伸到南部的S36-J7井处。由于废弃河道为河道废弃后充填形成的,其规模、形态受辫状河道控制,多呈顶平底凸透镜状(表2)。考虑到现代辫状河沉积与研究区特征(特别是构型规模)的一致性,对西藏拉萨河、伊通河、雅鲁藏布江上游等15个中等规模的现代砂质辫状河道段水文地质条件进行调研,应用Google Earth软件对单河道平水期规模数据进行测量。通过单井确定的单一辫状河道水深,利用现代沉积、古露头建立的数学关系,结合苏里格地区丰富的钻井资料,建立苏里格地区砂质辫状河单河道宽度与辫状河水深的关系。计算结果表明,盒8段单层废弃河道的平均宽度为40~330m,平均为155m。

3.2.4 冲沟

冲沟沉积发育于S36-2-21井H8x 2-2层处,自然伽马曲线回返明显,幅度一般大于2/3,主要向着该井所处心滩长轴方向延展。由于冲沟是洪泛期辫状河道切割心滩坝顶部形成的小型水道,几何规模受心滩规模控制,与心滩的长宽有较好的相关性。利用柳林地区露头资料和卫星照片数据对22个典型心滩坝上冲沟与心滩长宽进行回归统计,建立了心滩宽度与冲沟泥岩宽度、心滩长度与冲沟泥岩长度之间的关系。结果显示冲沟泥岩宽度为8~100m,平均宽度为60m,沟道泥岩长度为240~630m,平均长度为425m;冲沟与所在心滩长轴方向基本一致,夹角小于20°,多为0°~10°。

3.2.5 心滩落淤层

心滩落淤层发育主要受心滩坝底形以及落淤层发育于心滩的部位(滩头、滩核、滩尾部)所决定。滩头部位受水流冲刷严重,落淤泥岩最不易保存;滩翼受对称环流作用影响,辫状河道的迁移冲刷使得低部位沉积的落淤层往往被破坏;滩核和滩尾分布位于心滩中央及缓部背水流位置,地势高且平坦,受水流冲刷作用影响很小,落淤泥岩发育、保存条件较好,一般呈水平状分布[28,29]。落淤层沉积过程受控于与之伴生发育的增生体,因此单一增生体的长度、宽度限制了落淤层的规模。根据盒8段各单层单一增生体厚度为3~6m,根据经验公式确定增生体宽度一般在100~400m之间,从而可得出心滩内部落淤层最大宽度范围为100~400m,最大长度范围为300~800m。在增生体规模约束下,进一步分析了密井网落淤层的解剖结果。S6、S36密井网加密区内,平均1个心滩有近7口井钻遇,通过长、短轴多方位的连井对比,对心滩内落淤层进行井间匹配分析,可以识别空间分布规律,并统计落淤层厚、宽、长等几何参数信息。精细表征了12个心滩坝内部发育的35个落淤层,发现落淤层大部分位于心滩坝的翼部、后部,且多呈椭圆或菱形薄片状分布。例如S36-J2井、S36-J6井的H8x 2-2层发育的落淤层,在自然伽马曲线上显示为小幅度回返,发育于该井所在心滩坝的核部及偏翼部。统计的35个落淤层宽度分布在10~190m之间,平均为110m;长度分布在140~320m之间,平均为238m,长度、宽度占增生体长宽的15%~35%,以20%~25%最为集中。

3.3 隔夹层三维模型

针对苏里格气田,选取投入开发时间长、井排距小、动静态资料完善的S6加密区,该区储集层钻遇率约为60%~90%,资料证实各类隔夹层发育情况良好,具有较好代表性,可作为精细刻画隔夹层的三维建模区。对于辫状河隔夹层这类离散变量的模拟,序贯指示方法作为离散变量模拟的最常用算法,其实用性已被广泛证实,由于序贯指示模拟过程过度依赖变差函数分析的结果,各类隔夹层空间几何形态及分布规律在模拟结果中难以体现,同时苏里格地区砂质辫状河隔夹层分布复杂,经过后期改造的隔夹层,难以用规则几何参数来定义。基于此,采用Petrel软件,以S6-J19井区为例,建立了该区域隔夹层分布模型,具体建模步骤如下:①通过S36-J11等取心井岩心刻度测井,在S6-J19密井网区构造模型的基础上,完成包含S6-J18、S38-16-4、S6-J15等11口单井上各类型隔夹层的识别;②进行三维网格划分,考虑隔夹层平面和垂向网格的划分要能够充分表现隔夹层复杂的三维形态,同时兼顾部分夹层(如S6-11-12井H8x 2-2发育的落淤层)厚度较薄的特征,要求平面网格要小于20m×20m,垂向网格不大于0.1m,最终整个密井网工区网格数为115×78×58=520 260个;③以单井隔夹层识别结果作为建模硬数据,各类隔夹层的地质参数信息以及解剖结果为约束条件,采用序贯指示+人机互动的方式,最终建立了S6-J19典型井区的隔夹层三维分布模型,通过不断修正建立的隔夹层模型,使得模型中隔夹层的分布特征符合地质参数及分布规律。
综合纵向、横向对比以及综合地质认识结果,得到密井网区各井上隔夹层的厚度、长、宽、展布方向等信息,建立多个加密区隔夹层的分布模型。从模型可见,废弃河道、坝间泥、落淤层、泛滥平原、冲沟构成了砂质辫状河隔夹层的主体,冲沟分布在心滩坝顶端,废弃河道泥岩与心滩坝侧向叠置,坝间泥和落淤层充填其中,连片状泛滥平原沉积向辫状河体系间方向不断增厚,各类隔夹层与各类储层共同拼合了辫状河构型空间结构。从S6-J19井隔夹层三维建模的结果来看,除泛滥平原沉积外,各类夹层侧向规模均难以跨越1个井距(图8),这主要是受砂体的叠置样式所决定的,该井区为强水动力条件,砂体频繁迁移叠置,使得夹层的规模较小,难以有效保存。
图8 S6-J19典型井区H8x 2-2隔夹层三维分布建模

Fig.8 3D distribution modeling of interlayers in H8x 2-2 crossing S6-J19 well area

4 隔夹层分布控制因素分析

通过隔夹层平面、剖面分析结果,以及建立的隔夹层三维地质模型,分析了隔夹层分布控制因素。

4.1 沉积层序控隔层

隔层主要包括泛滥平原、废弃河道,二者具有厚度大、分布相对稳定的特点,特别是泛滥平原泥质沉积。其规模主要受基准面旋回控制(A/S值低时,保存条件差,延伸井距短;A/S值高时,保存条件好,延伸井距长),A/S值除了控制砂体发育的规模、叠置关系以外,也同样控制隔夹层的保存条件。具体表现为A/S值低时,辫状河叠置带发育,沉积水动力最强,古河道持续发育,心滩厚层粗砂岩与河道充填砂岩切割叠置,泛滥平原泥岩较少发育。A/S值高时,辫状河沉积过渡带、体系间较为发育,剖面上呈现砂泥岩互层交互特征,砂体规模小、连续性差,沉积的泛滥平原泥岩厚度较大。H8x亚段作为1个完整的中期旋回,该中期旋回为上升半旋回优势发育的不对称旋回,内部细分的H8x 2-3、H8x 2-2、H8x 2-1、H8x 1-3、H8x 1-2、H8x 1-1 6个单层,其层间发育的隔层平均厚度分别为2.0m、3.7m、4.0m、2.4m、5.9m、6.7m(图9)。整体来看,从下部的H8x 2-3到上部的H8x 1-1,除去中间H8x 1-3、H8x 1-2之间发育的隔层厚度为2.4m以外,隔层的厚度呈现不断增大的趋势,这完全符合H8x亚段的旋回结构。其中,H8x 1-2、H8x 1-1水动力弱,叠置带分布范围相对较小,叠置带分布面积占研究区总面积的比例小于30%,过渡带和体系间展布面积优势明显,二者面积之和超过60%;H8x 2-3、H8x 2-2为该区砂体最为发育的层段,叠置带分布范围最广,过渡带和体系间展布范围萎缩,叠置带、过渡带和体系间占面积比例分别为58%、35%和7%。平面上,由辫状河叠置带向过渡带到体系间,沉积砂体厚度具有整体变小的侧向变化规律,反之泛滥平原泥岩具有相应增厚的趋势。盒8段各单层间泛滥平原在体系间呈连片状分布,过渡带多呈宽条带状,二者长宽延伸数公里乃至数十公里。而叠置带内的窄条带状泛滥平原泥岩规模最小,厚度一般小于3m,但宽度一般也在700~1 500m之间,长度能达到1 000~2 000m之间。
图9 隔层厚度垂向分布特征

Fig.9 Vertical distribution characteristics of interlayer thickness

4.2 构型界面控夹层

夹层主要包含落淤层、冲沟、坝间泥,对苏里格地区以及露头区辫状河夹层沉积与构型界面特征进行分析发现,四级乃至三级构型界面控制着夹层的发育位置,限制了各类夹层的发育规模。以大同晋华宫地区剖面露头东段为例,该露头位于辫状河沉积叠置带,砂体大范围叠置发育,剖面上夹层较少发育。该复合砂体为上下2期次河道叠置形成(图10),在2期砂体间,心滩坝沉积尾部发育坝间泥岩,四级构型界面控制了该坝间泥岩的展布范围,使得该坝间泥岩向西倾,倾角5°,剖面上分布范围较小。下部心滩内,仅仅能通过岩性、颜色上的变化,确定出三级构型界面的位置,而未见有夹层发育。而在上部心滩中,通过进一步完成三级构型界面的识别,确定了冲沟、落淤层发育的位置,冲沟、落淤层倾向向东,与坝间泥岩相反,倾角较小,只有1.5°。冲沟和落淤层保存情况较好,侧向上延伸范围大于坝间泥。可见由于四级、三级构型界面特征的差异,造成了不同夹层间倾向、倾角的差异。
图10 大同晋华宫地区辫状河夹层沉积与构型界面特征

Fig.10 Interlayer sediment and configuration interface of braided river outcrop profile in Jinhuagong area, Datong City

4.3 砂体叠置样式控比例

按照砂体叠置样式的不同,可划分出孤立型、侧向切叠型、垂向叠置型分布样式(图11),不同类型的砂体叠置样式,具有不同的隔夹层分布特征。统计了近360口水平井实钻隔夹层参数,平均1 032m水平段一般钻遇隔夹层3~8段,对比了水平井在辫状河沉积孤立型、侧向切叠型、垂向叠置型内钻遇隔夹层所占的比例。其中孤立型中钻遇隔夹层长度341.2m,其中泛滥平原、废弃河道、坝间泥岩、冲沟、落淤层所占比例分别为63.4%、19.3%、0.3%、6.9%、10.1%;侧向切叠型钻遇隔夹层长度为210.8m,各自所占比例分别为13.4%、23.1%、11.2%、18.7%、33.6%,垂向叠置型水平段钻遇隔夹层长度148.9m,各类隔夹层所占比例分别为8.5%、30.9%、3.4%、20.7%、36.5%。可见,孤立型砂体分布样式中隔层最为发育,而垂向叠置型夹层最发育,但夹层样式少于、规模也小于侧向切叠型。在苏里格地区水平井规模化应用中,筛选垂向叠置型砂体部署水平井,钻遇气层平均长度为829.3m,气层钻遇率为83.5%,日产7.1×104m3,可以取得较高的产量。
图11 辫状河砂体叠置样式与隔夹层分布模式

Fig.11 Mode chart of overlay pattern about braided sand body and interlayer distribution

5 结论

(1)通过苏里格气田S36-J11等井的取心资料以及山西柳林等地区相似古水深条件的野外露头解剖,确定了砂质辫状河隔夹层类型成因类型,划分出废弃河道、坝间泥岩、泛滥平原、冲沟以及落淤层5类。
(2)岩心标定测井,确定不同类别隔夹层岩性、厚度信息以及与构型界面的关系,结合S36-J1密井网区多井对比得到了各类隔夹层平剖面规模等特征,基于Petrel软件建立了能反映三维分布规律的隔夹层模型。
(3)分析了砂质辫状河内隔夹层发育控制因素,其中基准面旋回控制隔层厚度,盒8段不对称旋回结构使得隔夹层的厚度至下而上整体呈不断增大的趋势,最大可达6.7m;构型界面控制夹层分布、倾向及倾角,空间上距离相近的夹层往往存在倾向相反、倾角差异较大的情况;辫状河沉积砂体叠置样式控制隔夹层比例,孤立型砂体分布样式中隔层最为发育,而垂向叠置型夹层最发育,但夹层样式少于、规模也小于侧向切叠型。
1
Lynds R , Hajek E . Conceptual model for predicting mudstone dimensions in sandy braided-river reservoirs[J].AAPG Bulletin,2006,90(8):1273-1288.

2
Best J , Woodward J , Ashworth P , et al . Bar-top hollows: A new element in the architecture of sandy braided rivers[J].Sedimentary Geology,2006,22(5):241-255.

3
Robinson J W McCabe P J . Sandstone-body and shale-body dimensions in a braided fluvial system: Salt wash sandstone member (Morrison Formation), Garfield County, Utah[J].AAPG Bulletin,1997,81(8):1267-1291.

4
Ian A L , Gregory H S S , James L B , et al . Deposits of the sandy braided South Saskatchewan River: Implications for the use of modern analogs in reconstructing channel dimensions in reservoir characterization[J].AAPG Bulletin,2013,97(4):553-576.

5
Skelly R L , Bristow C S , Ethridge F G . Architecture of channel-belt deposits in an aggrading shallow sandbed braided river: the Lower Niobrara River, northeast Nebraska[J].Sedimentary Geology,2003,158(3):249-270.

6
Hooke J . Coarse sediment connectivity in river channel systems: A conceptual framework and methodology[J].Geomorphology,2003,56(1):79-94.

7
Sambrook S G H , Ashworth P J , Best J L , et al . The sedimentology and alluvial architecture of the sandy braided South Saskatchewan River, Canada[J]. Sedimentology, 2006, 53(2):413-434.

8
Ma Zhixin , Fu Bin , Wang Wensheng , et al . Horizontal well geosteering strategies in braided river reservoir based on hierarchical analysis[J].Natural Gas Geoscience,2016,27(8):1380-1387.

马志欣,付斌,王文胜,等 .基于层次分析的辫状河储层水平井地质导向策略[J].天然气地球科学, 2016,27(8):1380-1387.

9
Best J L , Ashworth P J , Bristow C S , et al . Three-dimensional sedimentary architecture of a large, mid-channel sand braid bar, Jamuna river, Bangladesh[J]. Journal of Sedimentary Research, 2003,73(4):516-530.

10
Niu Bo , Gao Xingjun , Zhao Yingcheng , et al . Architecture characterization and modeling of channel bar in paleo-braided river: A case study of dense well pattern area of Sazhong in Daqing Oilfield[J]. Acta Petrolei Sinica,2015,36(1):89-100.

牛博,高兴军,赵应成,等 .古辫状河心滩坝内部构型表征与建模——以大庆油田萨中密井网区为例[J].石油学报,2015,36(1):89-100.

11
Yuan Xintao , Wu Xianghong , Zhang Xinzheng , et al . Sedimentary origin and interwell prediction of interbeds in braided river reservoir, Fula Oilfield in Sudan[J].Journal of China University of Petroleum,2013,37(1):8-12.

袁新涛,吴向红,张新征,等 .苏丹Fula油田辫状河储层内夹层沉积成因及井间预测[J].中国石油大学学报:自然科学版,2013,37(1):8-12.

12
Sun Tianjian , Mu Longxin , Zhao Guoliang . Classification and characterization of barrier-intercalation in sandy braided river reservoirs:Taking Hegli Oilfield of Muglad Basin in Sudan as an example[J].Petroleum Exploration and Development, 2014, 41(1):112-120.

孙天建,穆龙新,赵国良 .砂质辫状河储集层隔夹层类型及其表征方法——以苏丹穆格莱特盆地Hegli油田为例[J].石油勘探与开发,2014,41(1):112-120.

13
Luo Chao , Luo Shuiliang , Jia Ailin , et al . Architecture differences of subsurface reservoir in Quan 3 formation of eastern Fuxin uplifting[J]. Journal of Central South University: Science and Technology,2016,47(5):1637-1648.

罗超,罗水亮,贾爱林,等 .扶新隆起带东缘泉三段储层构型差异[J].中南大学学报:自然科学版,2016,47(5):1637-1648.

14
Guo Zhi , Jia Ailin , He Dongbo , et al . Characteristics of braided river sedimentary system zones in Sulige Gasfield, Ordos Basin[J].Oil & Gas Geology,2016,37(2):197-204.

郭智, 贾爱林, 何东博,等 . 鄂尔多斯盆地苏里格气田辫状河体系带特征[J].石油与天然气地质, 2016, 37(2):197-204.

15
Luo Chao , Jia Ailin , Guo Jianlin , et al . Analysis on effective reservoirs and length optimization of horizontal wells in the Sulige Gasfield[J].Natural Gas Industry,2016,36(3):41-48.

罗超,贾爱林,郭建林,等 .苏里格气田有效储层解析与水平井长度优化[J].天然气工业,2016, 36(3):41-48.

16
Zhang Ji , Hou Kefeng , Li Fuping , et al . Reserves evaluation of tight sandstone gas reservoir based on reservoir geological knowledge database: A case study of Su 14 block in Sulige Gasfield, Ordos Basin[J].Natural Gas Geoscience,2017,28(9):1322-1329.

张吉,侯科锋,李浮萍,等 .基于储层地质知识库约束的致密砂岩气藏储量评价——以鄂尔多斯盆地苏里格气田苏14区块为例[J].天然气地球科学,2017,28(9):1322-1329.

17
Leclair S F , Bridge J S . Interpreting the height of dunes and paleochannel depths from the thickness of medium scale sets of cross strata[C]∥AAPG Annual Meeting Expended Abstracts: AAPG,1999:80.

18
Leclair S F , Bridge J S . Quantitative interpretation of sedimentary structures formed by river dunes[J]. Journal of Sedimentary Research,2001,71(5):713-716.

19
Yu Xinghe , Ma Xingxiang , Mu Longxin ,et al . Geological Model and Interface Analysis of Braided River[M].Beijing: Petroleum Industry Press, 2004.

于兴河,马兴祥,穆龙新,等 .辫状河储层地质模式及层次界面分析[M].北京:石油工业出版社, 2004.

20
Lin Hongbin , Hou Mingcai , Chen Hongde , et al . Provenance analysis and its geological significance of Shan1 session and He8 session in northern Sulige Gas Field, Ordos Basin, China[J]. Geological Bulletin of China,2009,28(4):483-492.

蔺宏斌,侯明才,陈洪德,等 .鄂尔多斯盆地苏里格气田北部下二叠统山1段和盒8段物源分析及其地质意义[J].地质通报,2009,28(4):483-492.

21
Xiao Jianxin , Sun Fenjin , He Naixiang , et al . Permian Shanxi Formation and member 8 of Xiashihezi Formation in Ordos Basin:Palaeogeography and catchment area for sediments derived from north and south provenances[J]. Journal of Palaeogeography,2008,10(4):341-354.

肖建新,孙粉锦,何乃祥,等 .鄂尔多斯盆地二叠系山西组及下石盒子组盒8段南北物源沉积汇水区与古地理[J].古地理学报,2008,10(4):341-354.

22
Tian Jingchun , Wu Qi , Wang Feng ,et al .Research on development factors and the deposition model of large area reservoir sandstones of He8 section of Xiashihezi Formation of Permian in Ordos Basin[J].Acta Petrologica Sinica,2011,27(8):2403-2412.

田景春,吴琦,王峰,等 .鄂尔多斯盆地下石盒子组盒8段储集砂体发育控制因素及沉积模式研究[J].岩石学报,2011,27(8):2403-2412.

23
Li Yilong , Jia Ailin , He Dongbo . Control factors on the formation of effective reservoirs in tight sands:Examples from Guang'an and Sulige Gasfields[J].Acta Petrolei Sinica,2013, 34(1):71-82.

李易隆,贾爱林,何东博 .致密砂岩有效储层形成的控制因素[J].石油学报,2013,34(1):71-82.

24
Miall A D .The Geology of Fluvial Deposits:Sedimentary Facies,Basin Analysis and Petroleum Geology[M].Berlin: Springer-Verlag Incorporated,1996:581-583.

25
Miall A D . Reconstructing the architecture and sequence stratigraphy of the preserved fluvial record as a tool for reservoir development: A reality check[J].AAPG Bulletin,2006,90(7): 989-1002.

26
Yu Kuanhong , Jin Zhenkui , Gao Baishui , et al . Sedimentary characteristics of central bar in Nanchang section,Ganjiang River[J].Geoscience,2015,29(1):89-96.

余宽宏,金振奎,高白水,等 .赣江南昌段江心洲沉积特征[J].现代地质,2015,29(1):89-96.

27
Bridge J S , Tye R S . Interpreting the dimensions of ancient fluvial channel bars, channels, and channel belts from wireline-logs and cores[J].AAPG Bulletin,2000,84(8):1205-1228.

28
Yang Shaochun , Zhao Xiaodong , Zhong Siying , et al . Inner heterogeneity within braided bar of braided river reservoir and its influence on remaining oil distribution[J].Journal of Central South University:Science and Technology,2015,46(3):1066-1074.

杨少春,赵晓东,钟思瑛,等 .辫状河心滩内部非均质性及对剩余油分布的影响[J].中南大学学报:自然科学版,2015,46(3):1066-1074.

29
Yin Senlin , Wu Shenghe , Xu Changfu , et al . Percolation differences of sedimentary outcrop in sand-gravel braided river: A case study of Triassic upper Karamay formation outcrop in the northwest edge of Junggar Basin[J]. Journal of China University of Mining & Technology, 2014, 43(2):286-293.

印森林,吴胜和,许长福,等 .砂砾质辫状河沉积露头渗流地质差异分析——以准噶尔盆地西北缘三叠系克上组露头为例[J].中国矿业大学学报,2014,43(2):286-293.

Outlines

/