苏里格气田桃2区块山1段砂体特征及规模定量研究

杨 鹏，张志刚，韩茈茈

(1.中国石化集团 华北石油局，陕西 咸阳 712000； 2.中国石油长庆油田分公司 苏里格气田地质研究所,



苏里格气田桃2区块山1段砂体特征及规模定量研究

杨 鹏1，张志刚2，韩茈茈3

(1.中国石化集团 华北石油局，陕西 咸阳 712000； 2.中国石油长庆油田分公司 苏里格气田地质研究所,

西安 710018； 3.中国石油长庆油田分公司 第三采气厂，内蒙古 鄂尔多斯 017300)

通过利用桃2区块的基础地质资料和测井资料，分析砂岩的矿物成分和微观结构，研究砂体成因和叠置类型，并在收集和统计研究区山1段单砂体厚度范围的基础上，利用相关公式定量计算砂体规模.结果表明，研究区山1段的砂岩成熟度较低，孔隙类型以次生孔隙为主，边滩、决口扇和河底滞留沉积是主要的砂体成因类型，砂体的叠置类型可分为简单孤立型、冲刷叠置型以及冲刷切削型，并以简单孤立型为主.研究区的砂体发育良好，山11、山12、山13亚段单期河道宽度范围分别为69～151 m，107～200 m，107～200 m以及主砂带的宽度范围分别为665～1 460 m，1 035～1 934 m，1 035～1 934 m.在此基础上，绘制砂体平面展布图，可以看出研究区的砂体呈北北东至南南西向条带状展布，砂体厚度主要分布在10～20 m，具有曲流河的特征.

苏里格气田；山1段；砂体叠置；砂体规模；砂体展布

苏里格气田是我国现阶段规模最大的天然气田，其山西组以曲流河沉积相为主[1～3].经过长期的勘探开发验证，研究区仍然存在对沉积微相类型认识不清，同时由于砂体变化快以及地震分辨率较小，对砂体的规模把握不准等地质问题.本次研究，旨在通过充分利用基础地质资料和测井资料，分析砂岩的岩性和微观结构，研究砂体成因，划分砂体叠置类型和定量计算砂体规模，绘制砂体平面展布图，为水平井的整体开发提供可靠依据.

图1 研究区位置及鄂尔多斯盆地区域构造单元划分

1 研究区地质背景

苏里格气田横跨伊陕斜坡、伊盟隆起及天环坳陷三个构造单元，大部分位于伊陕斜坡东北部，2012年底累计探明天然气储量超过3×1012m3.根据岩性、电性、标志层等特征，苏里格气田二叠系地层自下而上划分为太原组、山西组、下石盒子组、上石盒子组、石千峰组.山西组根据沉积序列及岩性组合自下而上分为山2、山1两段.其中，山1段以砂泥岩沉积为主，又划分为山11，山12，山13三个亚段.该区具有良好的天然气成藏地质条件，本溪组和山2段的海陆交互相煤系沉积广泛，有机质的热演化程度高，形成了丰富的气源[4]，山1段和盒8段砂岩发育，形成了较好的致密砂岩储层，上石盒子组泥岩发育，作为区域性的盖层对天然气起到了良好的封盖作用.

研究区桃2区块位于苏里格气田中区东南部(图1)，面积约790 km2，该区块2007年投入开发，目前已完钻井323 口.本次研究的目的层段为山西组的山1段.

2 砂岩成分与结构

2.1 砂岩矿物成分

研究区山1段岩石类型以碎屑岩为主，砂岩碎屑组分以石英和岩屑为主，长石含量很少，通常不超过3%，岩性以岩屑砂岩为主，次为岩屑质石英砂岩，石英砂岩非常少见.碎屑组分中，山1段砂岩石英含量在27%～85%之间，平均49.6%，岩屑含量在3%～40%之间，平均19%(表1).由此可见，砂岩成分成熟度较低，说明沉积物搬运的距离较短.

研究区山1段的泥岩颜色常见深灰色、灰黑色，砂岩呈灰白色和浅灰色，反映其沉积时为潮湿气候条件.

2.2 砂岩微观结构

根据对取心井的岩心观察，山1段砂岩以粗砂和中砂为主，其次为细砂、泥，总体表现出以相对较粗碎屑颗粒为主的特征.薄片资料表明，砂岩主要粒径范围0.3～1.6 mm，最大粒径可达10 mm，总体反映粒度较粗；分选程度为中等～好；磨圆度以次棱角状和次圆状为主；颗粒的接触类型为线状接触.孔隙类型以次生孔隙为主，常见铸模孔隙、晶间孔隙以及填隙物内溶孔(图2).可以看出，砂岩的结构成熟度较低，碎屑沉积物在沉积后经历了较强的压实和溶解作用.

表1 研究区主要岩石成分及含量(均值)统计表

(a) 铸模孔(充填有石英)

(b) 铸模孔(常见)

(c) 晶间孔(常见)

(d) 填隙物内溶孔(常见)

(e) 残余粒间孔(少见)

(f) 缝状孔隙(少见)

3 砂体成因类型

研究区在山11、山12、山13共3个亚段中均有较好的天然气显示，但山12与山13的产气情况要好于山11.在山1段时期发育的曲流河沉积可分为河道、河漫两个亚相，并可再继续细分为河底滞留、边滩、河漫滩、决口扇等沉积微相.

3.1 河底滞留沉积微相

砂体呈透镜状断续分布于河床底部，由底部冲刷面之上的含泥砾砂岩组成(图3(a,b))，厚度一般小于1 m.冲刷面上见到的泥砾与砾石的定向排列，指明了沉积时期的水流方向.

3.2 边滩沉积微相

边滩沉积是曲流河道的主要特征，单期河道的边滩沉积厚度为4～6 m.砂体主要由灰白色厚层、中厚层粗砂岩、中砂岩构成，边滩顶部粒度变细可过渡为灰绿色细砂岩，可见槽状层理和板状层理沉积构造(图3(c)).

3.3 河漫滩沉积微相

以发育低能细粒沉积物为特征，以深灰色、灰绿色、粉砂质泥岩为主，夹薄层溢岸沉积的泥质粉砂岩和细砂岩.常见水平层理、砂纹层理、网状干裂、菱铁矿和黄铁矿结核等沉积构造，可见植物碎片、虫孔等生物化石(图3(d,e,f,g)).

(a) 冲刷面之上泥砾(桃2-20-9井，山12)

(b) 泥砾(桃2-20-9井，山11)

(c) 板状层理(桃2-25-14井，山13)

(d) 水平虫孔(桃2-20-9井，山12)

(e) 菱铁矿结核(桃2-25-14，山11)

(f) 植物碎片(陕225井，山11)

(g) 泥岩中的干裂纹被砂充填(桃2-4-8井,山13)

(h) 水平-波状层理(桃2-20-9井，山13)

3.4 决口扇沉积微相

在山西组地层沉积过程中，物源丰富且水动力较强，使得在弯度较大的河道处，河水对河岸的侵蚀能量超过了天然堤的固水能量，水流冲破堤岸的阻挡形成了决口扇.岩石类型主要是粉、细粒岩屑砂岩，部分中粒岩屑砂岩，发育小型交错层理以及波状层理(图3(h)).

4 砂体叠置类型

曲流河的频繁横向迁移较使得砂体的宽度逐渐增加，并形成复合河道砂体.多期河道在垂向上叠置发育，由于河道下切程度的不同，复合砂体内部各单砂体的相互叠置关系也存在差异.本次研究学习借鉴了井涌泉、秦润森和胡光义等学者,对河流相砂体叠置样式的研究方法[5～7].其中，胡光义指出砂体叠置样式与可容纳空间增大(A)和沉积物供给增加(S)的相对大小有密切的关系,当A/S>1、0

4.1 简单孤立型

孤立型砂体主要为单期河道边滩沉积，其次为决口扇、天然堤、废弃河道等砂体沉积，砂体主要是为单一微相下形成的砂体，内部无夹层，与上下泥质层分界明显，沉积厚度小.砂体在沉积之后被河漫滩泥质沉积覆盖，发育成孤立型砂体.如图5所示，研究区山1段砂体叠置类型中，简单孤立型的砂体频率为53%，是主要的砂体叠置类型.

4.2 冲刷叠加型

冲刷叠加型叠置砂体的特征是后期河道冲刷接触前期河道沉积，后期河道水动力较强已经冲刷掉部分前期河道上部旋回的细粒沉积.两期河道砂体之间为一定厚度的泥质夹层，砂体保存完整.由于泥质夹层的存在，不同期次河道的砂体在垂向上并不连通,在界面处的自然伽马测井曲线有较明显回返.

4.3 冲刷切削型

冲刷切削型叠置砂体的特征是后期河道沉积时水动力强，不仅完全冲刷掉前期河道上部旋回的细粒沉积，并且冲刷掉部分前期河道沉积的砂体.两期河道之间没有夹层，前期河道砂体保存不完整.叠置的两期河道砂体紧密相连，增大了砂体的连通性.

图4 桃2区块山1段砂体叠置类型分类

图5 研究区山1段曲流河砂体叠置类型统计

在单井上，对砂体的叠置类型进行预测具有多解性，比如当砂体侧向上叠置时，由于单井打的位置不同观测到的可能是孤立型的砂体也可能是冲刷叠加或冲刷切削型的砂体.因此，还需要进行临井对比，并结合野外露头资料，对砂体的规模有一定的认识，才能对砂体的空间叠置情况更加准确地刻画.

5 砂体规模定量刻画

砂体规模与物源的供给以及水动力的强弱有关并受沉积相的控制，河流的水流结构决定着河道内流水的侵蚀、搬运和沉积作用，影响了砂体的沉积位置与砂体的形态.曲流河的水流结构呈螺旋型向前的不对称横向单环流体系，其控制了曲流河的沉积作用，形成了独有的点坝沉积.点坝砂体也是研究区砂体的主要类型，由于多期河道的侧向相互叠加，河道带宽度大于单期的河道宽度.

研究发现，河道水深与砂坝厚度有较好的相关性[8]：

h=1.5L

(1)

式中：h为水深，m；L为河道砂坝的厚度，m.

河道宽度与水深有如下关系[9]：

w=6.8h1.54

(2)

式中：w为河道宽度，m.

在曲流河体系中，曲流河河道带宽度(Wm)为多期河道迁移的总宽度，当曲率大于1.7时，它与河流的满槽河流深度有以下的统计关系[10]:

Wm=65.6h1.54

(3)

式中：Wm为最大河道带宽度，m；h为河道深度，m，在古代岩石记录中可以用点砂坝砂体厚度代替.

通过读取研究区50口井的测井曲线数据，收集到山1段159个单期河道单一微相下的砂体厚度，再利用以上公式，算出山11亚段、山12亚段、山13亚段沉积期，单期河道宽度和河道带的宽度(表2).

表2 研究区河道发育规模定量计算

6 砂体平面展布

图6 研究区山1段砂体平面展布图

在山西组沉积时期，受海西构造运动影响，盆地北部造山带持续抬升，北高南低的地形更加显著，地表坡度增大使得水动力增强，为盆地提供了充足的物质来源[11].蔺宏斌根据远离物源区稳定重矿物含量增加、不稳定重矿物含量减少的基本规律，对苏里格气田山1段重矿物含量及组合的变化规律进行了研究，发现正北和东北方向是山1段沉积时期的主要物源方向[12].物源影响着沉积体系的空间展布格局，也控制着砂体的展布特征，反过来砂体展布特征是反映物质来源的重要标志[13].

在对砂体规模有充分认识的基础上，结合全区完钻井山1段砂体的厚度，并适当考虑物源方向，绘制了研究区山1段砂体平面展布图(图6).经过统计，桃2区块山1段砂体厚度主要分布在10～20 m.可看出，砂体呈北北东至南南西向条带状展布，总体表现为曲流河道砂的局面，砂体展布的方向也再一次印证了研究区的物质来源为北东方向.由于多次单期河道在垂向上的叠置，研究区内砂体整体发育较好.

7 结论

(1)研究区山1段砂体砂岩岩性以岩屑砂岩为主，岩屑质石英砂岩为辅，砂岩粒度较粗，孔隙类型以次生孔隙为主，成分和结构成熟度较低.可看出，沉积环境对砂岩的改造作用弱，沉积物的搬运距离短.

(2)研究区山1段发育曲流河沉积，分为河底滞留、边滩、河漫滩、决口扇等沉积微相.不同成因砂体在垂向上相互叠置，根据实际砂体叠置情况，将研究区山1段砂体叠置类型分为简单孤立型、冲刷叠加型和冲刷切削型，其中简单孤立型的砂体频率为53%，是主要的砂体叠置类型.

(3)对砂体规模定量研究，得出单河道宽度范围山11亚段为69～151 m，山12亚段为107～200 m，山13亚段为107～200 m.河道带宽度范围山11亚段为665～1 460 m，山12亚段为1 035～1 934 m，山13亚段为1 035～1 934 m.

(4)苏里格气田桃2区块山1段砂体呈北北东至南南西向条带状展布，表现出曲流河道砂的局面，厚度的主要分布范围为10～20 m.研究区的砂体整体发育良好，顺物源方向延伸较远的厚层叠置砂体，应作为水平井开发的主要目标砂体.对于致密砂岩气的开采，同样适用的水平井设计思路是以沉积相为约束，找到厚层的叠置优势相砂体，在砂体的规模和延伸方向之内进行钻进，提高打井成功率及开采开发效果.

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[责任编辑 仲 圆]

The Quantitative Research on Characteristics and Scale of Sand Bodiesin Section Shan 1 of Block Tao 2 in Sulige Gasfield

YANG Peng1，ZHANG Zhi-gang2，HAN Zi-zi3

(1.Sinopee North China Petroleum Bureau,Xianyang 712000, China;2.Sulige Gas Field Research Center of Changqing Oilfield Company, PetroChina, Xi’an 710018, China;3.The Tthird Gas Recovery of Changqing Oilfield Company, PetroChina, Ordos 017300, China)

By using the basic geological data and the logging data of the block Tao 2, and analyzing the mineral composition and microstructure of sandstone and studying on the formation and the type of sand body, based on the collection and statistics of thickness range of single sand body in the section Shan 1 of the study area, the scale of sand body is quantitatively calculated by using of the relevant formula. The results show that the maturity of sandstone in the section Shan 1 of the study area is relatively low, the pore types are mainly secondary pores, beach, crevasse splay and river deposited are the main sand body types, the overlapping types of sand bodies can be divided into the simple type of isolation, the scouring and folding type and the erosion cutting type. In addition, the type of the sand body is mainly the simple type of isolation. The sand body in the study area is well developed, the single channel width ranges in the sub-section Shan 11, Shan 12 and Shan 13 are 69～151 m, 107～200 m and 107～200 m respectively, and the main sand belt width ranges are 665～1 460 m, 1 035～1 934 m, 1 035～1 934 m respectively. The plane distribution map of sand body is draw on this basis, and we can see that the sand body in the study area is strip distributed from the North East to the South West, the thickness of sand bodies are mainly distributed in the 10～20 m and it has the characteristics of meandering river.

Sulige gasfield; section Shan 1; sand body stack; scale of sand body; distribution of sand body

1008-5564(2016)04-0085-07

2016-01-20

杨 鹏(1991—)，男，陕西汉中人，中国石化集团华北石油局助理工程师，硕士，主要从事油气田地质与勘探研究.

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