延145～延128井区山西组致密砂岩气单砂体特征研究

潘福友

(北京福瑞宝能源科技有限公司,北京 100176)

高分辨率层序地层学有效提升了陆相地层精细划分与对比的精度及储层精细预测的准确性[1-2]，随着研究的不断深入，高分辨率层序地层学理论体系不断丰富和完善[1]。延145～延128井区位于鄂尔多斯盆地南部(图1)，是典型的致密气砂岩气藏[3-4]。自2009年开始试采，2012年正式开发，目前气田将进入产能递减期，亟须搞清研究区剩余气的分布特征。研究区砂体横向叠置关系复杂，具有“一砂一藏”的特点，因此需要对单砂体进行刻画。研究区处于鄂尔多斯盆地南北两大物源交汇区，前人在鄂尔多斯盆地的地层精细划分做了大量的研究，取得了一定的成果，但目前缺乏系统的对单砂体的刻画方法的研究和技术总结[5-6]。本文以高分辨率层序地层学划分与对比的基本理论、技术方法，系统研究延145～延128井区山西组地层的基准面旋回划分、旋回类型、砂体叠加样式，分析不同级别基准面旋回控制下砂体叠置样式，精细研究单砂体的纵向、横向叠置关系，构建不同级别基准面旋回控制下的单砂体定量描述模式和技术方法，为在复合砂体内精细描述单砂体提供了一种新的研究思路和技术手段，也为寻找剩余气指明了方向。

图1 研究区位置

1 区域地质背景

延145～延128井区构造上位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡东南部，气藏主要受岩性-地层控制，与苏里格、大牛地等都属于致密砂岩气藏[4-5]，自下而上发育地层有本溪组、太原组、山西组、石盒子组和石千峰组等，含气层为下石盒子组盒8段、山西组山1段、山2段及本溪组，主力含气层为山2段和本溪组，气藏埋深2 500～2 600 m。山西组地层以“北岔沟砂岩”之底为底界，整合沉积于太原组之上，总体上为一套砂泥序列，该组自下而上可分为山2段和山1段两套地层，山2段地层厚度为45～60 m,为一套含煤碎屑岩地层，岩性以粗粒、中粒石英砂岩为主，少量岩屑砂岩，夹薄层粉砂岩、泥岩，煤层比较发育，夹4#和5#煤层；山1段地层厚度为40～50 m，为一套少含煤碎屑岩地层，岩性以细粒、中粒岩屑砂岩为主，含少量岩屑石英砂岩，泥岩更为发育，含少量煤线[7-13]。延145～延128井区山2段垂向上砂岩粒度由粗变细，顶部发育大量煤层，呈现正粒序，为正旋回序列；山1段垂向上砂岩粒度由粗变细，直至岩性转变为泥岩，形成正旋回序列。受太原组沉积后期大规模水退的影响，研究区山西组沉积时期为浅水三角洲沉积，沉积微相主要包括水下分流河道、河口砂坝、水下分流河道间湾、水下天然堤、泥炭、沼泽等类型(图2)。

图2 延217井单井综合柱状图(山西组)

2 基准面旋回识别与划分

以基准面旋回的划分和对比的基础理论为指导，综合运用岩心、测井、录井、分析化验、野外露头等资料，通过取心井、野外露头识别出多级次的基准面旋回，明确山西组发育的不同级别基准面旋回的期次、规模、类型、组合样式及对应的测井响应特征，最终构建不同级次基准面旋回的划分依据和划分标准，进一步指导非取心井中基准面旋回识别与划分，同时开展高精度的等时地层精细对比，进而建立等时地层格架。通过大量的研究分析，在山西组中识别并划分出短期、中期、长期等级别的基准面旋回，不同级别的基准面旋回对砂体的发育特征、发育规模、叠加样式、横向迁移规律有着不同的控制作用。

2.1 中期基准面旋回

中期基准面旋回是由一系列具有进积、加积和退积叠加样式的短期基准面旋回叠加组成。延145～延128井区山西组山2段发育6个中期基准面旋回(表1)，主要表现为分段持续变浅的中期基准面旋回。不同沉积时期受到南北物源的影响，研究区砂体整体上呈南北向展布特征，整体来看，山23沉积微相主要有水下分流河道、分流间湾、和天然堤，物源主要来自北部，多条河道相互交叉叠置，形成大规模厚层砂体；山22以泥质沉积为主，发育多套煤层，以分流间湾沉积为主，河道基本不发育；山21砂体较山22发育，河道虽然交互叠置，单河道宽度整体较窄，分流间湾沉积广泛分布于河道之间，南部地区水下分流河道基本不发育。山13砂体较为发育，河道分布较窄，分流间湾沉积作用明显；山12砂体进一步发育，北部河道较窄，中南部地区河道频繁交叉叠置，河道宽度有所增加，分流间湾泥质沉积明显；山11砂体规模有所减少，水体逐渐变浅，河道也较窄，分流间湾泥质沉积作用明显。

表1 不同中期基准面旋回控制下的砂体展布特征

2.2 短期基准面旋回

短期基准面旋回是一套水深变化不大、成因上彼此联系极为密切的单一岩相或一组岩相的最小岩石地层单元叠加而成，具有一定的叠加样式。短期基准面旋回的识别和建立，可以充分根据岩心、测井资料等进行识别和划分，基准面旋回界面性质以连续沉积的界面为主，也可以是有侵蚀作用的或非沉积作用的间断面。通过对研究区内部取心井及测井资料的观察分析研究，结合野外地质露头，在延145～延128井区山西组储集砂体中能够识别出12个短期基准面旋回，自下而上可划分为Ⅵ个砂组12个小层，其中Ⅰ砂组包含第1～2号小层，Ⅱ砂组包含第3～4号小层，Ⅲ砂组包含第5～6号小层，Ⅳ砂组包含第7～8号小层，Ⅴ砂组包含第9～10号小层，Ⅵ砂组包含第11～12号小层。12个短期基准面旋回一共有4种类型，不同的短期基准面旋回发育特征决定了储集体的分布规律、砂体规模和叠加样式(图3)。

图3 不同类型短期基准面旋回特征

3 单砂体纵向叠置关系分析

3.1 野外地质剖面砂体叠置特征

野外地质剖面更为宏观连续，比测井、岩心更能揭示砂体纵向叠置关系，因此通过对保德扒楼沟(山23-1)、柳林成家庄(山23-1)两个山西组地层的野外观察，建立单砂体纵向识别划分标准，并能够有效指导单砂体纵向划分。

1)扒楼沟剖面。I砂组1号小层自下而上可以主要划分为3个部分：下部发育灰白色～灰色厚层状含粒粗砂岩、粗砂岩，底部冲刷面特征明显，见大型槽状交错层理特征，垂向以正粒序为主，多期水道沉积叠置；中部以灰色-灰白色中厚层状中粒砂岩，以多组板状交错层理为主，板状以下切、下截为特征，粒序特征不明显；上部发育中～细粒砂岩、粉～细砂岩和深灰色粉砂质泥岩，砂泥互层特征明显，可见流水砂纹，垂向上为典型的正粒序看，随着粒度的不断变小，体现了多期河道相互叠置、切割频繁的沉积背景。

2)成家庄剖面。I砂组1号小层自下而上可以主要划分为3个部分：下部发育厚层状粗砂岩、含砾粗砂岩，底部冲刷面特征明显，与下伏太原组地层呈岩性突变接触关系，槽状交错层理比较发育；上部为中～厚层状中～粗砂岩，发育多组板状交错层理，夹中层槽状交错层理，表现为向上变弱的正粒序；顶部为中砂岩与泥质粉砂岩互层，向上为典型的正粒序，随着粒度的不断变小，体现了多期河道相互叠置、切割频繁的沉积背景。

3.2 基准面旋回对砂体叠置关系的控制作用

由于可容纳空间/沉积物补给(A/S)的不同，在不同级别基准面旋回不断变化的不同阶段，对砂体结构特征、叠加样式和保存程度有不同的影响。通过研究不同A/S值条件下的砂体分布特征、分布规模、叠加样式，以短期基准面旋回为作图单元，应用密井网资料，延145～延128井区山西组总体上表现为基准面先上升后下降的特征。早期随着太原组沉积后期大规模的海退，以北岔沟砂岩为代表的山23砂体普遍发育，在研究区大面积存在，随着基准面旋回不断上升，由于沉积物供给速度减小，可容纳空间增大，砂体在平面上由面状、连片状向条带状、树枝状逐渐变化，砂体的宽度和厚度减小；后期在基准面下降的过程中，由于沉积物供给速度增加，可容纳空间变小，砂体在平面上由条带状向面状、连片状逐渐变化，砂体的宽度和厚度增加。

通过对保德扒楼沟和柳林成家庄的北岔沟砂岩(山23-1)的分析，并根据密井网的资料，通过研究分析认为：延145～延128井区山西组在短期基准面旋回的控制下发育多层式、叠加式、多边式、单边式、对接式、孤立式等6种砂体叠置模式(图4)。随着沉积物供给速率的增加和可容纳空间的减小，砂体叠置方式由孤立式向多层式过渡，叠置砂体厚度有增厚的趋势。随着基准面的不断上升及A/S值的不断增大，单砂体间切叠关系由多层式向孤立式过渡，且砂体间的连通性逐渐变差,结合气层的分布特征，延145～延128井区有效储层的砂体发育模式以切叠型、叠加型及独立型为主(图5)。

切叠型：砂岩粒度较粗，测井曲线有轻微回返(延175井为例)。

叠加型：砂岩以粗～中粒为主，测井曲线有明显回返(延161井为例)。

独立型：砂岩以中～细粒为主，稳定分布泥岩隔挡，测井曲线回返明显(延311E井为例)。

图4 不同A/S比值下的砂体叠置关系

图5 研究区典型砂体纵向叠置关系

4 单砂体横向识别

国内外对单一河道、复合河道的识别与划分进行过深入研究，这些研究主要从平面和剖面两个维度进行识别和划分，能否准确识别单一河道或复合河道的横向边界是进行单砂体精描的关键[14-15]。由于单砂体横向边界及井间不同单砂体接触关系的认识存在着极大的不确定性与主观性，因此如何精确描述单砂体的横向边界，是本区单砂体研究的一大难点。

结合野外地质剖面的实地研究考察，并结合本区的大量钻井资料，单砂体界面可以细分到4级界面，可细分到4级界面(长期基准面旋回界面)。4级界面为巨型底型的界面，上下岩相组合有变化，在本区为水下分流河道底部冲刷面；5级界面(中期基准面旋回界面)为分布面积较广的席状砂体，在延145～延128井区表现为水下分流河道或者河口坝充填复合体的界面，一般为平至微向上凹，以切割—充填地形及底部滞留砾石为标志；6级界面(短期基准面旋回界面)为限定河道群或古河谷的界面，在本区相当于各细分小层的界面，综合研究认为可以通过河道砂体垂向厚度的变化、河道等高程对比方法、单砂体期数的变化及测井曲线形态的变化等精确描述砂体横向边界。

4.1 厚度变化

通过保德扒楼沟(山23-1)、柳林成家庄(山23-1)野外地质剖面观察、实际测量及描述(表2、图6)，可以明确垂直于单一水下分流河道方向砂体厚度在剖面上通常表现为“中间厚两边薄”的特点，若同一沉积单元内井间单一沉积砂体厚度变化连续出现“厚-薄-厚”的变化特征，其向两侧“由薄变厚”的位置可作为分流河道的界线，有效指导研究区的单砂体识别与划分。

表2 扒楼沟山23剖面砂体宽厚比数据

图6 利用砂体厚度变化划分单砂体

4.2 等高程差异

在同一等时地层格架内，发育稳定的标志层是沉积等时界面，可以进行有效的追踪对比。受沉积环境的变化、河道水流及其迁移等因素的影响，在同一沉积时期，不同位置发育的水下分流河道砂体、河口砂坝在同一期次上有着时间先后的差异，进而导致同一沉积单元内不同的水下分流河道、河口砂坝等砂体顶面距等时界面的相对距离也有差异(图7)。

图7 利用高程差异区分单砂体

4.3 单砂体期数

不同井之间，纵向上砂体的发育期数不同，因此通过单砂体期数的变化也可以有效区分不同的单砂体，晚期沉积的水下河道砂体、河口砂坝会对早期沉积水下分流河道砂体、河口砂坝砂体进行切割或叠加(图8)。

图8 应用单砂体期次变化划分单砂体

4.4 测井曲线形态变化

不同井之间，同一沉积微相，如果测井曲线形态明显不同，则属于不同期次的单砂体。不同水下分流河道、河口砂坝在沉积形成过程中，其沉积时期时的水动力作用、地形等沉积因素存在差异，形成同一微相测井曲线响应特征存在差异。比如AC声波曲线规模、幅度差异及GR齿化程度不同可以很好地反映水下分流河道、河口砂坝的水动力特点，这种测井曲线形态的差异可有效识别单砂体(图9)。

图9 应用曲线形态变化划分单砂体

4.5 单砂体划分综合分析

综合运用上述研究方法和技术手段来确定各单砂体的横向边界，同时通过多方向反复对比与闭合可以有效减小单砂体横向边界识别的不确定性和主观性。在上述单砂体纵向界面识别、横向边界确定方法研究基础上，通过建立不同方向的剖面对每一个单砂体进行追踪对比解释、落实边界(图10)，并逐步完成所有单砂体的追踪落实，实现所有单砂体解释的闭合。即依据这一结果可以沿任意方向建立起若干单砂体联通剖面，并能确保在不同剖面上同一井单砂体划分的一致性。

图10 典型单砂体在不同方向对比剖面中的边界特征

5 单砂体展布特征与剩余气分布关系

通过在全区选取顺物源剖面和垂直物源剖面共57条，实现了研究区的“全覆盖”，山232时期属早期填平补齐阶段，厚度变化大，结合剖面特征来看，砂体期次特征明显，可划分为4个期次。其中，第4期共识别出5个单砂体，第3期共识别出19个单砂体，第2期共识别出51个单砂体，第1期共识别出98个单砂体，在单砂体发育规模上，山232小层单砂体厚度一般集中在1.0～3.0 m，平均2.68 m，山231小层单砂体厚度一般集中在2.5～5.5 m，平均4.28 m。主力层山23气层厚度大于4 m的完钻井几乎全部动用投产，结合试气、试采现状，研究认为独立型砂体叠置关系是未来的剩余气的挖潜对象。

6 结论

1)山西组可识别出4种类型的短期基准面旋回和2种类型的中期基准面旋回。

2)砂体发育多层式、叠加式、多边式、单边式、对接式、孤立式等6种叠置样式，有效砂体以叠加式、切割式、孤立式为主，叠加式和切割式砂体连通性较好；孤立式砂体连通性一般。

3)综合河道砂体垂向厚度的变化、河道等高程对比方法、单砂体期数的变化及测井曲线形态的变化等方法精确描述砂体横向边界，通过后续钻井资料证实，这种砂体横向边界刻画结果更加可靠。

4)孤立型单砂体可以作为下一步挖潜的对象。