现代曲流河复合点坝砂体定量沉积特征研究/博士后文库

第1章曲流河储层构型的提出与研究进展 1.1问题提出及研究意义 油气储层是油气藏研究的核心，是勘探开发的直接目的层。储层分布特征、油气藏性质与油气储量、产量及产能都息息相关。针对油气储层进行深入研究，厘清其宏观展布特征、内部储层结构、储层参数分布，分析油气田开发过程中储层性质的动态变化特征，对于油气田勘探、开发具有重要价值。但是，储层研究具有其内在复杂性，特别是陆相沉积，砂体横向变化快、非均质性强。传统沉积学多为定性描述储层特征，已不能满足开发阶段的陆相储层研究需求。为了建立定量研究储层的科学方法，储层构型理论于20世纪末应运而生。 储层构型学由Miall（1985）首先提出，于20世纪90年代引入国内（吴胜和和王仲林，1999）。储层构型是指储层内部不同级次构成单元的形态、规模、方向及其叠置关系等。目前，储层构型是国内外老油田、河道砂体水平井剩余油挖潜的热点研究内容，同时也是难点与前沿技术（Miall，1985；Bristow et al.，1993；吴胜和，2010；秦国省等，2017；支树宝等，2019）。中外学者从古代露头、现代沉积到密井网地下储层等不同角度对储层沉积进行构型解剖。Allen（1977）在曲流河沉积物中**次明确划分了3级界面。Miall（1985，1997）提出了砂体结构单元分级界面分析，归纳总结出20种岩石相类型和9种基本构型单元。Nemec（1988）对三角洲前缘砂体露头、Gustavson（2010）对密西西比河曲流环非均质性级次进行了研究。此后，储层构型研究逐渐由曲流河向辫状河、三角洲以及深水沉积转变（Alexander，1992；Richards and Bowman，1998；Johnson and Graham，2004；Ambrose et al.，2009；van de Lageweg and Feldman，2018）。国内学者在现代沉积和露头研究（薛培华，1991；贾爱林等，2000；金振奎等，2014；陈骥等，2018；印森林等，2018；连丽聪等，2019）、储层表征方法（吴胜和和李宇鹏，2007；张显文等，2018；于兴河等，2018；逯宇佳等，2019）、储层发展方向性问题（裘怿楠和贾爱林，2000；马世忠等，2008）等方面均取得了一定的成果，指导了油田的开发生产。储层构型研究从*初的构型界面划分发展到现在，形成了层次分析、模式拟合、多维互动的研究思路，从对曲流河的研究逐渐扩展到对辫状河、网状河、三角洲、滨浅湖滩坝、冲积扇、深水沉积及碳酸盐岩沉积相类型的研究，并向着精细化和定量化方向发展。 自储层构型研究诞生至21世纪20年代，国内外的研究对象主要针对陆上密井网油田，这类油田具有丰富的资料基础，可以达到精细表征储层构型的目的（Johnson and Graham，2004；徐振永等，2007；吴胜和等，2008；刘钰铭等，2009）。相对陆上油田，海上油田具有井距大、井网稀、资料相对较少的特点，这对油田认识造成了很大的局限性（周守为，2009；胡光义等，2013a，2014）。油田*直接的资料是钻井资料，陆相曲流河单砂体侧向规模通常小于100m。随着加密调整，陆上油田井距一般能够控制这类储层的单元规模，而对于海上油田，即使在开发中后期井距也是350～400m，这种大井距超出了单个点坝范围，给油田地质研究带来了很大困难。仅由单井资料出发，依靠传统井震结合描述储层是不够的。例如，位于渤海中南部地区的秦皇岛32-6油田，其明化镇组储层被认为是一套具有曲流河特征的储层，这类储层的特点是复合河道带相变快、内部结构复杂、非均质性较强，严重制约了油气藏的评价和开发（陈飞等，2015）。通过国家科技重大专项和相关课题研究，在储层沉积相、储层非均质性、隔夹层及储层油气水认识和三维地质建模等方面均获得了一些成果，取得了沉积体系展布、砂体叠置样式、砂体地震响应规律等方面的新认识，提出了适应于海上油田地质研究尺度的复合砂体构型概念，并得到学术界的认同（井涌泉等，2014；张宇焜等，2016；范廷恩等，2017；马良涛等，2017；胡光义等，2018）。但是，关于复合砂体的定量规模、成因类型等研究，目前仍处于空白阶段，需要加大研究力度，并推广到油田的实际生产应用中。 本书即建立在此基础上，充分利用前人已开展的多轮综合地质研究成果和认识，进行曲流河复合砂体构型特征的精细化研究。研究内容包括系统厘定曲流河复合砂体的内部构型级次，描述并总结不同构型级次复合砂体的充填样式和空间分布特征，在此基础上对各级次复合砂体的定量规模进行测量统计。探讨不同级次曲流河复合砂体的成因类型、分布样式，进一步分析内部隔夹层的分布特征。*终，将成果应用于渤海中南部目标研究区，明确曲流河复合砂体构型单元与井网井距的关系。 1.2国内外研究进展 1.2.1储层构型研究进展 储层构型指储层内部不同级次构成单元的形态、规模、方向及其叠置关系等，其研究的主要内容包括构型界面和构型要素。其中，构型界面指一套具有等级序列的岩层接触面。根据这些接触面，可将研究地层段划分为具有成因关联的地层单元块体。例如，Miall（1985）提出了曲流河6级界面的划分方案；Miall（1985，1996）认为，3～5级界面所限定的构型单元是真正意义上的储层构型单元，定义为构型要素。相比传统沉积相研究，储层构型研究更加细化和深化。 1.现代沉积 储层构型研究*早源于野外露头的沉积地质学分析，具有便于观察测量、与实际地下储层特征有可对比性等优点，是早期构型研究的主要对象，但是只能进行剖面观测，平面展布具有局限性（周银邦等，2011）。而研究现代沉积的地质特征，测量定量参数，可以在一定程度上弥补露头剖面研究的局限性和片面性。随着卫星遥感和地理信息系统的发展，沉积体平面特征越来越直观地呈现在人们面前。需要注意的是，人类活动通常会改变原始自然沉积特征，所以，在选取现代沉积考察点时，应尽量选择受人类活动影响较小的地区。 因此，综合应用野外露头与现代沉积，将二者优势互补、相得益彰，成为沉积构型研究的重要方法，同时也取得了具有里程碑意义的成果。 早期，构型研究对象主要是曲流河、三角洲和风成沉积物，主要针对野外露头。学者尝试通过露头定量解剖建立起构型要素和界面的分级分类体系。1965年，Allen将曲流河和三角洲沉积体划分为分级序列，分级次对露头区的地质特征进行描述，考虑水流大小的影响，*终将序列级次按照从小到大划分为小型波痕、大型波痕、沙丘、河道和整合，即5个等级的“综合体系”（Allen，1965）；1977年，Allen首次提出河流相储层构型(fluvial architecture)的概念，并对河道和溢岸沉积的几何形态及内部组合进行了描述（Allen，1977）；同年，Brookfield在风成沉积底形分级体系中，提出了臂形韵律层、沙丘、空气动力波痕和冲击波痕4个同期沉积、不同级次的“风成底形单元”（Brookfield，1977）；1983年，Allen在此基础上，利用分级思想针对英国威尔士泥盆系砂岩露头进行了深入剖析，建立了3类构型界面（Allen et al.，1983）。 1985年，Miall提出了界面级次、岩相组合类型、结构单元等概念，标志着储层构型思想的诞生。*早，储层构型是应用于曲流河储层分析的（Miall，1985）。之后，Miall和其他学者不断改进、完善，*终明确了6级界面、20种岩相类型组合、9种结构单元的分类方案（Miall，1988，1991）。储层构型理论成为当今油气勘探领域的三大进展之一。 此后，众多学者借鉴该思想，开展了大量现代沉积和野外露头研究工作，针对不同的沉积相类型划分了相应的构型单元，并建立了丰富的构型模式，包括曲流河、三角洲、冲积扇、海底扇、滨岸砂体和碳酸盐岩礁滩相等，为后续地下储层构型研究奠定了坚实的理论基础。1990年，Webber和Geuns对得克萨斯州Fran Kline点坝侧积体的构型样式进行了研究分析，并建立了曲流河的侧积模式（Webber and Geuns，1990）。之后，油气田生产开发进一步对储层研究提出精度更高的要求，使得储层构型研究不仅针对构型单元的划分和构型模式的建立，也开始向储层非均质性、储层质量、储层建模等方面进一步延伸，并逐渐进入了实际应用阶段。Jol和Chough于2001年分析了韩国东南部Kyongsang盆地白垩纪地层冲积层序构型的厚砂岩、薄砂岩和泥岩3种组分特征（Jol and Chough，2001）。Deptuck等于2003年利用阿拉伯海尼日尔三角洲的高分辨率多波二维和三维地震数据，分析了斜坡上部的近海底河道和堤岸体系的沉积储层构型模式（Deptuck et al.，2003）。 20世纪90年代，储层构型研究逐渐引入国内，早期研究通过借鉴国外研究思路，对野外露头和现代沉积进行定性描述和定量统计，建立了一系列曲流河-三角洲的定量模式知识库，用于指导地下类似储层的表征。其中比较有代表性的成果有：李思田等(1993)对鄂尔多斯盆地多种陆相成因砂体的野外露头进行了描述和研究；付清平和李思田(1994)开展了鄂尔多斯盆地三角洲前缘相露头特征的研究工作；林克湘等(1995)对青海油砂山水下分流河道砂体露头进行了研究；尹燕义等(1998)对吉林饮马河现代点坝沉积进行了定量测量和研究；马世忠和杨清彦(2000)研究了辽宁昌图纪家岭泉头组曲流河点坝的野外露头；马凤荣等(2001)开展了嫩江大马岗点坝的研究工作。 现代沉积的研究极大丰富和完善了储层构型研究的成果，使储层构型研究定量化程度大为提高。Leeder（1973）对曲流河规模定量分析进行了开创性的研究工作，通过对现代典型曲流河沉积的大量统计和测量分析，得出了点坝砂体厚度大致等于曲流河满岸深度的结论。弯曲度k>1.7的曲流河满岸宽度W与满岸深度h具有较好的相关性，可以拟合出如下经验公式： W=6.8h1.54 随后，Lorenz（1983）通过对现代曲流河数据统计分析，指出弯曲度k>1.7的曲流河满岸宽度W与单一曲流带宽度Wm的关系为 Wm=7.44W1.01 薛培华（1991）对拒马河现代曲流河点坝研究后指出，点坝砂体在平面上分布的*大宽度是河弯的弯顶处，一般为60～70m，*大达150m。 卫星遥感技术的大幅进步为现代沉积学的定量研究提供了又一重要手段。Google Earth(谷歌地球)可以方便地定量测量曲流河规模，宏观地观察曲流河的形态特征，为地质研究提供了新的工具和思路。国内外学者利用Google Earth开展了大量研究工作，张斌等（2007）通过Google Earth曲流河遥感图像，定义了曲流河的部分几何参数，并选取典型样本进行测量；岳大力等（2007）应用Google Earth测量了嫩江月亮泡段的河道和点坝规模参数，统计拟合，形成了相关的经验公式，并应用于地下点坝储层构型的表征和研究；李宇鹏等（2008）利用Google Earth对嫩江和亚马孙河典型曲流段进行测量，得到了点坝长度和对应曲流河宽度之间的正相关线性函数关系，并指出该关系具有指导曲流河点坝地下储层构型定量表征的意义和价值；石书缘等（2012）利用Google Earth测量了一系列现代曲流河河道和点坝的几何规模数据，并将其综合对比分析，建立了曲流河储层定量化地质知识库系统。 2.地下储层构型研究 地下储层构型研究的主要思路是充分利用三维地震信息和测录井信息进行表征，充分依据地震响应反射终止关系、内部结构特征和外部形态及组合关系进行地震相分析和识别，然后进行储层沉积相和构型研究（Mitchum et al.，1977）。 近年来，针对地下不同沉积相类型储层开展了大量理论和应用研究，尤其2000年