饶阳凹陷大王庄地区沙一上亚段河口坝结构对油藏开发的影响

吕文睿 ，张 峰，纪友亮，周 勇，罗妮娜，张艺楼，梁星如，程煜宗

（1.中国石油大学（北京）地球科学学院北京，102249；2.中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249；3.中国石油华北油田分公司开发部，河北任丘 062552；4.中国石油华北油田分公司勘探开发研究院，河北任丘 062552；5.中国石油华北油田分公司第三采油厂，河北河间 062450）

0 引言

饶阳凹陷大王庄油田拥有丰富的油气资源，前人在该区开展了层序地层学研究、物源分析、沉积演化特征及圈闭特征研究，建立了饶阳凹陷古近系各组段的三级层序地层格架［1-6］；研究了不同构造演化阶段盆地内物源方向的差异性，认为发育来自北西向、南西向、西部方向的物源［7-11］；建立了河流—三角洲—湖泊沉积体系和沉积演化模式［2，5，12-15］，认为沙一上亚段Ⅲ，Ⅳ油组发育三角洲前缘亚相，包括水下分流河道，分流间湾和河口坝微相［9］；对饶阳凹陷古近系圈闭进行了分类和预测，指出沙河街组发育的圈闭类型主要为构造圈闭和岩性-构造复合圈闭，并对有利区带进行了预测［10，16］，然而这些研究尚未解决以下问题：①局部层位的层序划分方案存在争议；②饶阳凹陷中南部地区不同演化阶段物源方向具有差异性，不同学者对局部层位物源方向存在不同认识；③沉积相研究精度需要提高，油组级别的沉积相是优势相，未满足开发需要，需要进行小层级别的沉积微相研究；④该区河口坝储层内部结构的研究程度较低，对河口坝的规模、砂体形态和叠置样式认识浅。油田在开发过程中发现该区在沙一上亚段Ⅲ，Ⅳ油组同一断块同一小层内出现油水界面不统一的现象，说明同一小层内河口坝砂体不连通。河口坝内部结构和隔夹层的分布情况尚不明确。

利用205 口井的测井数据、152 口井的录井数据以及21 口井岩心描述资料（包括500 余张岩心照片），绘制砂体和沉积微相图、河口坝结构剖面图、油藏剖面及平面图、沉积模式图及油藏模式图。在沉积微相分析的基础上，对目的层河口坝砂体和内部隔夹层结构特征进行精细解剖，明确河口坝内部构型，确定该区的油藏模式，分析油水关系矛盾的原因以及河口坝内部结构对油藏开发的影响，为下一步油藏开发和评价提供依据。

1 研究区地质概况

冀中坳陷位于我国渤海湾盆地西部，主要包括饶阳、廊固、霸县等6 个含油凹陷［16］。其中饶阳凹陷是冀中坳陷的一个次级构造单元，位于冀中坳陷中部，属于典型的单断凹陷结构［17-24］。大王庄油田地处河北省肃宁县，构造上位于饶阳凹陷中部的肃宁—大王庄构造带南部，处于伸展构造发育带内（图1）［22-24］。本次解剖的对象为大王庄油田的留107—宁50、留485、留474、留483 等7 个位置相邻的区块，面积约为42 km2。其中留107 断块构造相对简单，是由东西两侧两条断层夹持的单斜［25-27］；宁50 断块构造相对复杂，受多条小断裂共同控制；留485 断块属于被断层复杂化的鼻状构造；留483 断块是被多条小断层控制的背斜构造；留477 断块位于留485 断块西北部，属于鼻状构造；留474 断块位于留483 断块的南部，是被3 条断层控制的断块圈闭［28］。

图1 饶阳凹陷大王庄地区Es1 sⅢ-5 小层油藏综合图Fig.1 Comprehensive map of Es1 sⅢ-5 reservoir in Dawangzhuang area of Raoyang Sag

2 三角洲前缘亚相沉积特征分析

大王庄地区古近系属于河流—三角洲沉积体系及不断收缩的湖泊沉积。到沙一段晚期，凹陷抬升，接受广阔的河流—三角洲沉积［7，29］。根据以往研究成果［7，29］，沙一上亚段Ⅲ，Ⅳ油组沉积的主要物源为饶阳凹陷西南部的古滹沱河水系，次要物源包括西部和南部的水系，经北部的河间凹槽流出［1］。沉积相类型为三角洲前缘亚相，发育水下分流河道、分流间湾和河口坝等微相。

2.1 沉积特征及岩电特征分析

图2 大王庄地区三角洲前缘水下分流河道及河口坝沉积构造特征（a）平行层理，留100 井，3 069.30 m；（b）冲刷面，留100 井，3 068.15 m；（c）泥砾，留100 井，3 068.15 m；（d）泥砾，留491 井，3 153.85 m；（e）沙纹交错层理，宁32 井，3 068.40 m；（f）小型波状层理，留435 井，3 569.70 mFig.2 Sedimentary structural characteristics of subaqueous distribution channels and estuary bars in the delta front of Dawangzhuang area

图3 饶阳凹陷大王庄地区沙一上亚段三角洲前缘亚相测井曲线模板Fig.3 Logging curve template for delta front subfacies of upper Es1 in Dawangzhuang area of Raoyang Sag

大王庄地区三角洲前缘沉积亚相发育中—细砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩和泥岩，局部发育砾岩。其中水下分流河道发育灰黄色细粒长石砂岩、长石石英砂岩，在沉积构造上发育中至大型板状、槽状交错层理及平行层理［图2（a）］，具有冲刷面［图2（b）］，含泥砾［图2（c）—（d）］。在GR曲线上呈钟形或箱形［图3（a）］。河口坝发育浅灰色细粒岩屑长石砂岩、灰色长石石英砂岩及少量泥质粉砂岩。沉积构造主要为沙纹交错层理，小型波状层理［图2（e）—（f）］及滑塌变形等，内含泥质夹层。测井曲线呈齿化箱形、漏斗形，反映下细上粗的逆粒序特征［图3（b）］。水下分流河道叠置在河口坝之上，形成坝上河沉积模式，在测井曲线上表现为钟形和漏斗形［图3（c）］。分流间湾发育一套细粒悬浮成因的灰绿色泥岩、少量粉砂岩或泥质粉砂岩，发育浪成沙纹层理、水平层理，可见生物扰动构造，测井曲线呈低幅锯齿形［图3（d）］。

2.2 砂体及沉积微相平面展布分析

在张锐锋［23］研究成果的基础上，根据岩心、测井、地震资料识别层序界面和湖泛面，建立三级层序格架。通过标准井的高精度层序划分，结合地震合成记录，在沙一上亚段共划分出20 个准层序，每个准层序相当于1 个小层。其中沙一上亚段Ⅲ，Ⅳ油组共划分为10 个小层，厚度为8～15 m。其中Ⅲ油组划分为6 个小层，Ⅳ油组划分4 个小层。以第Ⅲ油组第5 小层为例，通过岩心、测井和地震的相标志，识别与划分沉积相类型［图4（a）］，再结合物源方向，根据砂体厚度绘制小层砂体厚度图［图4（b）］和小层沉积微相图［图4（c）］。

图4 饶阳凹陷大王庄地区沙一上亚段砂体厚度及沉积微相图Fig.4 Sand body thickness and sedimentary microfacies of upper Es1 in Dawangzhuang area of Raoyang Sag

在小层内部，发育水下分流河道和河口坝等2种砂体，二者属于连通关系。砂体平均厚度为4 m。靠近物源方向砂体厚度达到10 m，连通性强；远离物源处，砂体厚度逐渐减薄［图4（b）］，砂体总体上呈宽条带状分布。

大王庄地区发育水下分流河道、分流间湾和河口坝等3 种微相［图4（c）］。其中河道的宽度约为150～500 m，在靠近物源方向河道比较宽，到入湖之后，河道分叉变细。工区内有3 条主干水下分流河道，共发育数十条规模较小的水下分流河道，每条水下分流河道都发育一条河口坝，形态不同，多呈朵状，并叠置在一起，连片发育。宽度为900～1 250 m。

3 三角洲河口坝内部结构特征

为了明确河口坝的内部结构特征、隔夹层的类型及其分布特征［30］，总结三角洲前缘亚相的沉积模式，在对饶阳凹陷大王庄地区河口坝沉积特征分析的基础上，选取顺物源和垂直物源的2 个剖面，解剖砂体的内部结构和隔夹层特征，剖面位置参见图4（c）。

选取沙一上亚段Ⅲ油组第5 小层进行顶拉平，并计算河口坝前积体的倾角。计算方法为：确定2 口井之间的水平距离a，以及2 口井前积体顶面与小层顶面的距离h1和h2，则前积体的倾角的计算公式［31］为

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3.1 顺物源方向河口坝及隔夹层的结构特征

3.1.1 河口坝结构特征

根据岩性资料、GR曲线特征刻画河口坝、水下分流河道和泥质隔夹层的特征。在大王庄地区沙一上亚段第Ⅲ油组第5 小层内，在顺物源方向选取11 口井建立连井剖面，井距约150～500 m。共识别了7 期河口坝，多期河口坝叠置，呈S 形前积。水下分流河道覆盖在河口坝上面，形成“坝上河”沉积模式［图5（a）］。在近物源端，单一河口坝长度为580～1500 m，厚度为4～8 m，规模较大。水下分流河道具有水动力强，规模大的特征；在三角洲进积过程中，伴随湖平面下降，水下分流河道会下切河口坝，且程度较大。水下分流河道分叉少，数量总体较少，在近物源端仅切过一条水下分流河道［图5（a）］。

在距物源中端处，河口坝砂体的数量较近物源端增多，但规模与其相比要小。单一河口坝长度为530～720 m，厚度为2～6 m，不同期次河口坝在坝缘处相连。由于水动力相对减弱，此处水下分流河道规模也较靠近物源端减小，水下分流河道下切河口坝程度降低，水下分流河道分叉变多，数量增多。在距物源远端处，河口坝规模变小，数量较多，一共发育3 期。不同期次河口坝之间有些是孤立存在，有些在坝缘处相连。单一河口坝长度为170～350 m，厚度约1～4 m。水下分流河道不断分叉，数量增多，规模达到最小，水动力最弱，携带的沉积物以细粒的粉砂质泥岩和泥岩为主。

3.1.2 泥质隔夹层结构特征

在对河口坝结构分析的基础上，对同一条顺物源剖面的隔夹层特征进行分析［图5（a）］。①识别隔夹层：根据岩性资料，隔夹层主要为泥质粉砂岩、粉砂质泥岩和泥岩；在岩电特征上，GR曲线可见回返现象，自然电位曲线也可见回返现象，或幅度差变小的现象。②对该剖面［图5（a）］上的每一口井进行隔夹层的识别和划分。并根据野外露头测量资料，隔夹层倾角为0.4°～3.0°，在顺物源剖面上呈S 形前积，据此，刻画出剖面上泥质隔夹层的分布形态［图5（a）］。部分泥质位于不同期次河口坝之间，是由于湖泛时间较长或者河口坝摆动到其他位置形成的，其厚度和规模较大，延伸距离可达到一个注采井距之上，属于“隔层”，在河口坝顶部较薄，在底部较厚，而有些泥质位于河口坝内部，厚度和规模均较小，延伸距离小于一个注采井距，属于“夹层”。

在靠近物源端，泥质隔夹层厚度为0.6～1.6 m（表1），主要为不同期次河口坝顶部的“隔层”，厚度分布不均匀，局部发育薄的泥质“夹层”。在距物源中端处，发育多期河口坝，也存在多期泥质隔夹层，厚度为0.4～1.8 m（表1），既有位于河口坝间的“隔层”，也有位于河口坝内部的“夹层”。在最远端，隔夹层的厚度为0.3～1.7 m（表1），河口坝间的“隔层”数量增多，但规模变小，而在河口坝内部的泥质“夹层”数量增多的同时，规模也变大。

表1 饶阳凹陷大王庄地区Es1 sⅢ-5 泥质隔层和泥质夹层厚度Table 1 Thickness of muddy barriers and interbeds of Es1 sⅢ-5 in Dawangzhuang area of Raoyang Sag m

3.2 垂直物源方向河口坝及隔夹层的结构特征

在沙一上亚段第Ⅲ油组第5 小层内，在垂直物源方向选择9 口井建立连井剖面［图5（b）］，剖面位置参见图4（c）。

在剖面上共识别出5 个孤立的河口坝［图5（b）］，具有底平顶凸的形态，中间厚度较大，约为22～87 m，向两侧厚度逐渐减薄。不连通的河口坝是由不同的水下分流河道所控制，水下分流河道具有顶平底凸的形态。有些河口坝之间的距离比较远，尤其是Ⅰ号和Ⅱ号河口坝之间为水下分流间湾泥质，由不同的主干水下分流河道控制。有些河口坝之间的距离小，在边缘处叠置在一起，如Ⅱ号、Ⅲ号和Ⅳ号河口坝，属于同时期沉积的河口坝。其中Ⅳ号河口坝的长宽比最大。

垂向上发育多期河口坝，砂体彼此间不连通。不同井区发育的期次各不相同，在L107井区，由于河道在远端不断分叉改道，因此只钻遇了一期河口坝（Ⅰ号河口坝），而在L477 井和L483 井处，则钻遇了3～4 期河口坝（Ⅱ—Ⅴ号河口坝）。

不同期次河口坝之间发育泥质“隔层”，厚度为1～4 m，而同一期次河口坝内部也发育一定的泥质“夹层”，对应于GR曲线上的回返现象。泥质夹层分布规模不等，在Ⅲ号河口坝内部发育规模很大的泥质夹层，而其他河口坝内部的泥质夹层较薄，规模较小。

3.3 三角洲前缘亚相沉积模式分析

在对大王庄地区河口坝及泥质隔夹层内部结构特征分析的基础上，建立三角洲前缘亚相的沉积模式（图6）。

研究区三角洲前缘亚相发育水下分流河道，河口坝和分流间湾等3 种微相。水下分流河道在靠近物源方向为水动力较强、宽度较大的主干河道。在向前延伸过程中，水下分流河道不断分叉改道，水动力减弱，河道变窄。在剖面上（图6），水下分流河道表现为顶平底凸的形态。

河口坝为水下分流河道入湖时卸载沉积物形成的舌状砂体。由于水下分流河道不断进积，形成多期河口坝，呈叠瓦状分布在河道两侧。湖平面上升时，河口坝间形成泥质隔层（图6）。在顺物源剖面上，河口坝呈S型侧向叠置前积，在靠近水下分流河道处，河口坝砂体间的泥质隔层较薄，而在河口坝底部，泥质隔层厚度越来越大。前积体具有一定的倾角，为0.4°～0.6°。在垂直物源剖面上，河口坝表现为底平顶凸的形态，垂向上发育多期河口坝。在单一河口坝内部，存在薄层泥岩作为夹层。

图6 大王庄地区三角洲前缘亚相沉积模式Fig.6 Sedimentary model of delta front subfacies in Dawangzhuang area

4 三角洲前缘河口坝结构对油藏开发的控制作用

对饶阳凹陷大王庄地区三角洲前缘亚相进行油藏特征解剖，在第Ⅲ油组第5 小层的沉积微相图上，根据构造特征和每一口井的试油数据、有效厚度数据，确定油水界面和含油边界，绘制含油面积图（参见图1）。从图1（c）中可以看出，受岩性和构造因素共同控制，工区存在3 种类型的油藏：岩性油藏、构造油藏和岩性-构造复合油藏（图7）。河口坝之间发育泥质隔层，将圈闭分隔开，形成具有不同油水界面的油藏（参见图1）。在工区内选择一条顺物源方向，2 条垂直物源方向的剖面，进行剖面上油藏特征的解剖，分析河口坝和隔夹层特征对油藏开发的控制作用。

图7 饶阳凹陷大王庄地区沙一上亚段油藏模式图Fig.7 Reservoir model of upper Es1in Dawangzhuang area of Raoyang Sag

4.1 顺物源剖面油藏结构分析

该剖面（参见图1）构造特征为西南高，北东低，发育2 个小型背斜构造，L485 井为构造最高点，断层发育较少。根据单井的试油数据确定油水界面，绘制油层和水层的分布特征。从图1 中可以看出，除了受上倾方向断层控制的断鼻油藏外，还有受岩性控制的上倾尖灭油藏。同一小层内发育多个河口坝单砂体（参见图1），单砂体间的泥质隔层控制着油藏的分布，不同的单砂体具有不同的油水界面。对于同一河口坝单砂体内部的泥质夹层，由于其厚度薄，规模小，不影响砂体的连通性。该剖面油气主要集中在西南部，在东北部发育多套水层。

4.2 垂直物源剖面油藏结构分析

（1）过L427 井—L70-71 X 井油藏剖面

此剖面西南低，北东高，发育2 个小型背斜构造及多条断层［图8（a）］，L70-80 井为本剖面的最高点。由于断层数量较多，本剖面发育多个断鼻构造油藏，断层作为油气的隔挡，使得断层两侧发育不同的油水层。垂向上，多期河口坝叠置，泥质隔层将其分开，同一单井的不同期次砂体发育不同的油水层（L70-270 井），对于油水同层的砂体，不同期次单砂体具有不同的油水界面（L70-26 井）。单砂体内部薄层的泥质夹层并不影响砂体的连通性。

（2）过L111 井—L70-418 X 井油藏剖面

在工区的南部又选择一条垂直物源方向的剖面，该剖面发育一个向斜构造，西南和北东方向高，中部地势低。L70-151 井位于本剖面构造最低点［图8（b）］。油藏受断层和河口坝之间隔层共同控制。该剖面砂体延伸较广，同一单砂体内具有高处产油，低处产水的正常油水关系，而垂向上被隔层隔开的不同河口坝单砂体发育不同的油水界面。

4.3 油藏模式分析

沙一上亚段Ⅲ、Ⅳ油组沉积时期，大王庄地区的储集层为三角洲前缘亚相发育的水下分流河道和河口坝砂体，分布范围比较广，二者属于连通关系；烃源岩是沙一下亚段的湖泊泥岩；盖层为上覆的沙一上亚段泥岩，属于下生上储的生储盖组合模式［10］。在沉积过程中，水下分流河道覆盖在河口坝之上，河口坝在前积过程中发育隔层，隔层将砂体分隔开，形成不同的圈闭。在成藏过程中，受构造因素和岩性因素控制，油气进入圈闭中，由于泥质隔层的隔档，泥质隔层两侧的储集层具有不同的油水界面（参见图7）。

5 结论

（1）饶阳凹陷大王庄地区沙一上亚段Ⅲ，Ⅳ油组发育三角洲前缘亚相，包括水下分流河道、河口坝和分流间湾沉积微相，河口坝和水下分流河道砂体属于连通关系，顺着物源到入湖处，砂体厚度逐渐减薄。河口坝之间发育泥质隔层，厚度较大；河口坝内部发育泥质夹层，厚度较薄。

（2）在顺物源剖面上，共发育7 期河口坝，呈S形前积；水下分流河道叠覆在河口坝之上，形成“坝上河”沉积模式。在近物源端，水下分流河道水动力强，水下分流河道下切河口坝程度大；河口坝数量少，规模大；泥质隔层厚度较小。在远离物源端，河道水动力降低，数量增多；河口坝规模增大；河口坝之间的泥质隔层和内部夹层数量均增多。

（3）在垂直物源剖面上，一共划分为5 个孤立的河口坝，具有底平顶凸的形态，中间厚度较大，两侧厚度逐渐减薄。不同河口坝由不同的水下分流河道控制，具有顶平底凸的形态。垂向上发育多期河口坝，不同期砂体间不连通。河口坝之间和内部发育的泥质隔夹层对应于GR曲线上的回返现象。

（4）对饶阳凹陷大王庄地区油藏特征进行平面和剖面上的解剖，并建立油藏模式。不同期次河口坝砂体之间发育泥质隔层作为隔挡，使隔层两侧的储集层具有不同的油水界面，属于2 套油水系统，而河口坝内部夹层厚度薄，规模小，并不影响连通性。