苏20区块位于苏里格气田的中西部, 区域构造处于鄂尔多斯盆地陕北斜坡西北部, 主力层系为二叠系盒8段和山西组, 是一个以河流砂体为主要储集层的低压、低渗透性、低丰度的大面积岩性气藏。苏20区块盒8段属于辫状河沉积体系, 辫状分流河道是砂体主要发育部位, 分流河道快速摆动使多个成因砂体在垂向及侧向相互连通, 形成了广泛分布的厚砂岩, 即河道砂体, 主要的砂体类型为心滩砂体和河道充填砂体, 其发育状况在各小层之间存在较大差异^[1]。野外露头考察表明, 表面上看, 横向分布稳定的砂体实际上是复合河道砂体, 由多条单河道砂体拼合叠置形成。单河道砂体之间在储集物性方面的明显差异和隔夹层的存在, 导致复合河道砂体含气不均匀。在开发早期, 只要确定单个河道砂体的展布特征, 就可以准确地建立储集层的地质模型, 但在开发后期, 需进一步识别复合河道砂体的空间叠置关系, 才能更好地挖掘剩余气^[2]。苏20区块有效储集层变化快、多期河道叠置、非均质性强、气水关系复杂, 具有典型的多级分叉、交叉汇聚的辫状河道沉积特点, 目前缺乏系统研究河道空间展布和演化规律, 如何定量化描述河道带宽度与不同期次河道带迁移特征, 确定有效砂体的分布范围, 是当前地质工作面临的难题。

本文通过观察苏20区块大量野外露头和岩心资料, 结合目标河道砂体的地质背景资料、沉积环境、单井测井资料, 深入分析测井相类型, 描述沉积相和砂体平面展布特征, 基于陈兴官等^[3]研究河道沉积砂体宽厚比成果, 从横向与纵向划定河道边界, 引入定量化解析方法, 应用砂地比参数实现复合叠置砂体解析, 对单一心滩进行识别和定量刻画, 解析了心滩内部结构, 确定了阻流带型剩余气分布模式。通过对有效砂体的定量表征, 明确有效砂体的空间展布规律, 确定井间剩余气分布类型, 从而提高了地质认识的可靠性, 有利于对致密气的挖掘, 为区块高效开发提供了重要依据。

苏20区块开发层系为二叠系盒8段和山1段, 本次研究以盒8段为主, 该层段属于复杂河流相岩性气藏, 沉积环境为辫状河沉积, 各细分层位砂岩厚度相对较大, 平面连续性好, 发育多条南北向展布的河道。

1.1 单一河道砂体识别

河道单砂体研究基于小层单砂体对比及构造研究成果, 进行精细地层对比, 重点对区域内主力含气层段盒8段进行深入研究并精细描述, 根据沉积旋回及沉积序列将盒8段分为盒8_上与盒8_下两个亚段, 每个亚段又划分为4个小层。

以现代河流沉积及野外露头揭示的沉积原始模型为指导、以砂体厚度分布作为控制、以经典的沉积模式和相序定律为依据、以单一河道边界识别标志为约束, 进行单一河道平面展布特征研究, 确定各单层河道砂体呈片状或北东向条带状分布, 单期河道宽为300~1 700 m, 平均宽度1 000 m(图1)。

图1

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	图1 单一河道平面分布特征

如对苏20区块北部切河道及顺河道两个方向剖面解析(图2), 将盒8_下1小层顶部泥岩拉齐, 比对刻画单砂体, 进而划分单期河道, 该区盒8_下1小层共刻画出3条单期主河道, 方向呈北东向, 宽度介于400~1 200 m之间。

图2

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	图2 苏20区块北部井区单砂体期次对比

1.2 叠置泛河道砂体定量化解析

辫状河单河道砂体不仅在垂向上叠置, 而且在侧向上拼合, 通过对苏20区块的叠置砂体砂地比特征研究总结得出, 一期分布砂地比为0~0.5, 二期分布砂地比为0.5~0.8, 三期分布砂地比> 0.8。以小层砂地比为参数, 根据参数变化范围对叠置泛河道砂体进行定量化解析, 从而实现单一河道识别。苏20区块东北部7-X井区开展精细地层对比, 根据测井相进行单砂体识别, 依据砂地比参数变化范围划分出三期河道, 基于叠置泛河道砂体定量化解析, 实现了河道砂体的精确定位(图3)。

图3

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	图3 苏20区块东北部7-X井区多期河道叠置图

苏里格气田苏20区块盒8段发育辫状河心滩沉积。心滩是辫状河区别于其他河流相的典型标志, 也称河道砂坝, 是在多次洪泛事件不断向下游移动的过程中, 由垂向加积或者顺流加积而形成的一种沉积环境^[4]。依据地质资料、录井资料与测井资料, 可在已识别出的河道砂体内, 根据垂向层序、砂顶相对深度、测井曲线特征等识别单一心滩。依据水平井解剖和密井网解析等方法确定心滩沉积的长度或宽度。

2.2 单一心滩定量表征

心滩多呈纺锤型, 心滩沉积的长度为心滩沉积长轴方向的头部与尾部的距离, 宽度为心滩沉积短轴方向的两翼端部之间的距离^[4]。苏里格气田苏20区块水平井方向分两种, 一种是垂直河道方向, 一种是平行河道方向。通过对水平井钻遇心滩的统计, 在垂直河道方向上钻遇的心滩代表着心滩的宽度, 一般为250~600 m, 平均为360 m, 心滩之间有50~120 m泥质充填, 代表着心滩之间的距离。平行河道方向上钻遇的心滩代表着心滩的长度, 一般为550~1 100 m, 平均为700 m, 心滩之间有多个泥质充填, 代表着心滩内部的不均质性。如图4所示。

图4

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	图4 苏20区块水平井心滩解析

2.3 心滩内部阻流带研究

根据现代辫状河(永定河)的野外露头解剖, 顺流沉积剖面上, 在心滩上部及辫状河道与心滩交接处发育多个落淤夹层, 形成心滩内部阻流带, 岩性分为泥质和钙质夹层。试气资料表明直井在砂体范围内存在流动边界, 证实“ 阻流带” 可影响复合砂体渗流能力和直井储量动用程度, 形成一定规模的剩余气^[5]。

利用本区丰富的水平井测井资料, 根据自然伽马曲线识别水平井内部阻流带的存在, 开展阻流带定量分析。选取平行河道方向水平段长的水平井进行剖析(图5)。水平井轨迹地质剖面显示复合砂体内部不连通, 发育多个“ 阻流带” , 垂直水流方向展布, 宽度为5~30 m, 间隔70~220 m。沿河道方向的水平井通过多段压裂能克服阻流带的影响, 最大限度动用心滩储量, 但存在钻遇不到主心滩的风险; 垂直河道的水平井能钻遇多个心滩, 但和直丛井一样由于阻流带存在, 影响复合砂体渗流能力, 剩余一部分地质储量无法开发。复合砂体内阻流带型剩余储量约占气田总剩余储量的25%。

图5

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	图5 苏20区块内N-YH水平井内部阻流带解析

岩心精细描述是确定有效单砂体厚度的重要手段, 在岩电关系标定的基础上, 结合测井资料对非取心井进行有效单砂体厚度解剖。分析表明, 苏20区块孤立型有效单砂体厚度主要介于0.5~22 m之间, 厚度中值在1.5~4 m之间, 小于5 m厚度占全部的86.6% (图6)。

图6

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	图6 苏20区块有效砂体厚度频率

有效单砂体宽度、长度规模分析可通过密井网解剖进行, 以苏20区块东北部为例, 从垂直河道方向剖面解析(图7), 钻遇含气砂体59个, 其中宽度大于1 800 m的1个(1.6%), 1 200~1 800 m的2个(3.3%), 600~1 200 m的5个(8.4%), 小于600 m的51个(86.4%)。结合动态分析、干扰试井、野外露头对比, 说明有效砂体南北向长度一般小于700 m, 东西向宽度一般小于500 m。气田有效单砂体展布面积主要为0.08~0.32 km², 平均为0.24 km²。根据储量丰度与有效单砂体平均规模折算, 1 km²地层内平均发育有效砂体 20~30个。80%的有效砂体呈孤立状分布, 规模小, 平均尺寸小于400 m× 600 m; 20%的有效砂体呈垂向叠置、侧向搭接, 规模较大, 储量占总储量的45%。

图7

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	图7 苏20区块东北部东西向气藏剖面

有效砂体受沉积相及砂岩厚度展布控制作用较明显, 在辫状河心滩、曲流河边滩等砂岩厚度较大的区域有效储集层厚度最大; 辫状河道、曲流河道砂岩相对较发育的区域有效储集层、气层厚度相对较大; 泛滥平原相砂岩不发育的区域有效储集层及气层基本不发育。有效砂体平面上分布整体受控于砂体展布, 主要取决于物性发育情况, 受物源控制, 苏20区块东部有效砂体发育程度好于西部, 其中:盒8_上2和盒8_下1小层呈长条状较为连片分布, 宽度规模在400~2 300 m之间, 在中东部井区局部富集; 盒8_上1和盒8_下2小层呈长条状零星分布, 宽度规模在300~1 500 m之间。

应用有效砂体定量表征技术表明, 苏20区块致密气储集层有效砂体规模小, 横向连通性差, 发育频率低, 空间上以孤立分布为主。目前600 m× 1 000 m和600 m× 800 m井网, 无法充分控制含气砂体, 井间存在剩余储量, 将是下步井位优化部署的可选方向。水平井动用目的层单一, 纵向上储量损失大, 可以考虑层间加密动用剩余储量。

根据前述研究成果, 苏20区块部分井网为600 m× 1 000 m井网, 目前很难充分控制不同规模含气砂体, 存在较多剩余储量。应用地质、地球物理、气藏工程方法, 根据单砂体研究成果, 对区域、井间、层间逐级开展剩余储量精细解剖, 定性判断剩余储量类型。根据苏20区块不同区域的储集层特征和剩余储量类型制定相应的加密方式。

苏20区块东北部为孤立条带状含气砂体, 有效砂体分布范围小, 横向气藏连通性差、纵向发育频率低、平面孤立分布、气层对应率低于40%。采用600 m× 500 m井网加密, 井网密度3.0口/km²。2020年实施2丛8口井, 平均钻遇气层厚度15.3 m, 平均无阻气产量14.4× 10⁴ m³/d, 初期平均产气1.12× 10⁴ m³/d。天然气采收率由31.24%预测提高到39.44%, 提高8.2%。

苏20区块东南部为复合连片分布含气砂体, 有效砂体规模较大、气藏横向连通性强、纵向发育频率高、平面连片分布、气层对应率高于70%。采用加密井网600 m× (500~600)m, 井网密度2.56口/km²。2020年实施1丛5口井, 平均钻遇气层厚度17.3 m, 平均无阻气产量7.9× 10⁴ m³/d, 初期平均产气0.88× 10⁴ m³/d。天然气采收率由30.9%预测提高到37.9%, 提高7%。

苏20区块38口水平井中有35口井的目的层为盒8_上2小层, 2020年针对水平井漏失型储量在区块东南部实施4口井, 平均钻遇气层厚度14.3 m, 平均动用气层厚度12.8 m, 平均无阻气产量18.4× 10⁴ m³/d, 初期平均产气1.38× 10⁴ m³/d。天然气采收率由30.6%预测提高到36.9%, 提高6.3%。

(1)通过对单一河道识别, 叠置河道定量化解析, 主河道方向预测研究, 开展苏20区块河道砂体刻画, 明确各单层河道分布特征, 实现河道砂体精确定位。

(2)通过对单一心滩识别、定量化表征以及心滩内部阻流带研究, 确定心滩沉积的有效厚度、长度与宽度值, 为苏20区块心滩沉积微相的地质建模提供依据, 也为加密井优选提供借鉴。

(3)通过应用有效砂体定量表征技术表明, 苏里格气田致密气储集层有效砂体规模小, 横向连通性差, 发育频率低, 空间上以孤立分布为主。由于目前600 m× 1 000 m和600 m× 800 m井网, 无法充分控制含气砂体, 无法动用井间剩余储量, 应是下步井位优化部署的可选方向。

(4)通过不同剩余储量类型研究, 制定了苏20区块井网加密方式, 实施效果显著。

(编辑 唐艳军)