引用本文
杜家满, 赵永刚, 申荣荣, 于明航, 阴旭航. 鄂北S井区盒8上亚段砂体叠置类型及其对气藏分布的影响[J]. 录井工程, 2024,35(1): 119-126.
DU Jiaman, ZHAO Yonggang, SHEN Rongrong, YU Minghang, YIN Xuhang. Superposition types of sand bodies in the upper section of He 8 in S well area of northern Ordos Basin and its influence on gas reservoir distribution[J]. Mud Logging Engineering, 2024,35(1): 119-126.
Doi:10.3969/j.issn.1672-9803.2024.01.019  
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鄂北S井区盒8上亚段砂体叠置类型及其对气藏分布的影响
杜家满①,②, 赵永刚①,②, 申荣荣①,②, 于明航①,②, 阴旭航①,②
①西安石油大学地球科学与工程学院
②西安石油大学陕西省油气成藏地质学重点实验室
通信作者：赵永刚 1976年生,西安石油大学硕士生导师,教授,研究方向为沉积学与储层地质。通信地址：710065 陕西省西安市雁塔区西安石油大学电子二路18号。电话：13636809726。E-mail：yg_zhao@126.com

作者简介：杜家满 1999年生,西安石油大学矿物学、岩石学、矿床学专业在读硕士研究生,研究方向为沉积岩石学。通信地址：710065 陕西省西安市雁塔区西安石油大学电子二路18号。电话：18762068662。E-mail：1184258579@qq.com

收稿日期: 2023-10-18
基金: 国家自然科学基金项目“泥质纹层对致密砂岩油藏中构造缝垂向扩展的抑制机理”（编号：42002176）; 中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司项目“苏东41-33区块剩余储量评价及稳产对策研究”（编号：2022-12699）
摘要

为明确鄂北S井区盒8上亚段地层砂体叠置类型及其与气藏分布的关系,通过岩心观察、测井解释等方法对研究区盒8上亚段沉积微相类型、砂体的垂向叠置及侧向接触关系进行深入研究,再结合试气资料探讨不同砂体叠置类型的气藏分布特征。结果表明：鄂北S井区盒8上亚段为曲流河三角洲平原亚相,有利砂体对应的沉积微相类型为边滩与河道充填微相;砂体垂向叠置类型可划分为分离式、叠加式、切叠式、替代式,侧向接触关系可划分为间湾接触、堤岸接触、对接式、侧切式、替代式;鄂北S井区盒8上亚段砂体垂向叠置类型主要为侧向切叠式和替代式,增加了砂体在侧向上的连通性;盒8上亚段砂体侧向接触关系主要为侧切式,提升了砂体侧向上的连通程度,气藏储存关系较好;单一、孤立存在的砂体,其连通性较差,整体的含气性也较差。该研究对寻找低渗透背景下产能高、潜力大的砂体分布区具有重要指导意义。

关键词: 鄂北S井区; 盒8上亚段; 砂体垂向叠置; 砂体侧向接触; 气藏分布
中图分类号:TE132.1 文献标志码:A
Superposition types of sand bodies in the upper section of He 8 in S well area of northern Ordos Basin and its influence on gas reservoir distribution
DU Jiaman①,②, ZHAO Yonggang①,②, SHEN Rongrong①,②, YU Minghang①,②, YIN Xuhang①,②
①School of Geosciences and Engineering, Xi 'an Shiyou University, Xi'an,Shaanxi 710065,China
②Shaanxi Provincial Key Laboratory of Petroleum Accumulation Geology, Xi 'an Shiyou University, Xi'an, Shaanxi 710065,China
Abstract

In order to clarify the relationship between sand body superposition types and gas reservoir distribution in upper member of He 8 in S well area of northern Ordos Basin, the sedimentary microfacies types, vertical superposition and transverse contact relations of sand bodies in upper member of He 8 in the study area were studied by core observation and logging interpretation, and the gas reservoir distribution characteristics of different sand body superposition types were discussed combined with gas test data. The results show that the upper section of He 8 in S well area of northern Ordos Basin is meander river delta plain subfacies, and the sedimentary microfacies corresponding to the favorable sand bodies are the microfacies filled by the edge beach and the channel. Sand body vertical superposition types can be divided into separate, superposition, cut superposition and substitute, lateral contact modes can be divided into bay contact, bank contact, butt type, side cutting type and substitute type. The vertical superposition types of sand bodies in the upper section of He 8 in the S well area of northern Ordos Basin are mainly lateral shear superposition and substitution, which increases the lateral connectivity of sand bodies. The transverse contact relationship of the sand body in the upper section of He 8 is mainly lateral, which improves the lateral connectivity of the sand body, and the gas reservoir storage relationship is good. The single and isolated sand body has poor connectivity and the overall gas bearing is also poor. The study has important guiding significance for finding sand body distribution areas with high productivity and great potential under the background of low permeability.

Keyword: S well area in northern Ordos Basin; the upper member of He 8; vertical superposition of sand body; lateral contact of sand body; gas reservoir distribution
0 引言

鄂北S井区盒8上亚段地层由于受构造作用、沉积作用以及成岩作用三者的共同影响, 存在储层物性差、溶蚀孔发育、非均质性强、有效砂体连续性和连通性差的特点, 同时研究区内单井控制储量低[1, 2]。研究表明, 在气田内进行注水采气时, 气田高含水及水淹特征通常直接受砂体叠置关系控制[3, 4, 5]。前期对该井区开展的储层地质、气藏工程、储量评价、气藏描述等方面研究所得到的认识与成果已不能有力地支撑该区块盒8上亚段气藏持续高效稳产, 亟待开展更为精细的砂体垂向叠置与侧向接触关系的研究, 并分析相应的气藏分布特点, 为寻找剩余气提供依据。

对于砂体叠置类型的分类, Donselaar等[6]对西班牙埃布罗盆地中新世韦斯卡河流扇的砂体叠置类型进行了划分, 并探讨了不同砂体叠置类型的连通性; 胡光义等[7]在研究渤海中南部的砂体展布特征时, 将明化镇组河道砂体同样划分为3种叠置类型, 包括垂叠、侧叠和孤立型砂体; 任双坡等[8]对泌阳凹陷古城油田泌浅10区盒3段单一河道砂体进行识别, 划分出的叠置类型主要包括垂向叠置、侧向叠置、垂向相切、侧向相切、垂向分隔5种垂向叠置模式, 以及间湾相隔式、水平搭接式、侧向切叠式3种平面接触样式; 许淑梅等[9]对准噶尔盆地腹部三工河组退积式辫状河三角洲砂体叠置类型进行划分, 划分出了河道强冲刷叠置砂体、河道弱冲刷叠置砂体、河上坝组合砂体、远砂坝-席状砂组合砂体、滩坝组合砂体5类不同叠置类型; 王波等[10]将鄂尔多斯盆地临兴地区盒4段河道砂体类型划分为单期孤立型、多期叠置型和多期互层型砂体3种类型。

由以上分析可知, 前人研究的砂体叠置类型划分方案及命名各不相同, 更值得注意的是, 同一分类方案下的不同砂体叠置类型的油气产能或勘探潜力也具有明显差异。例如, 王波等[10]研究认为, 单期孤立型砂体顶、底发育的泥岩段较厚, 其封闭条件好且内部隔夹层不发育, 含气饱和度高, 产水量小, 通常具有自然产能, 气藏勘探潜力巨大。由此可见, 砂体叠置类型的详细研究对寻找低渗透背景下产能高、潜力大的砂岩分布区具有重要指导意义。

1 研究区概况

鄂北S井区位于内蒙古自治区鄂尔多斯市乌审旗南部, 地质构造位置上位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡的西北方向, 占地面积为434 km2, 区域构造为宽缓的西倾斜坡, 每千米坡高起伏在3~10 m之间[11, 12, 13, 14]。鄂北S井区在单斜背景上发育多排近北东向低缓鼻隆, 其盒8上亚段及其邻近层位属冲积平原沉积背景下, 由多套含气组合叠加而成的岩性气藏[15]。

鄂北S井区盒8上亚段储层岩性主要为岩屑石英砂岩和砾石, 基本不含长石, 其中砂岩碎屑主要成分为石英和岩屑; 砾石成分主要为石英岩、变质岩与隧石, 且砾石中含有泥砾。砂岩的成分成熟度较低, 说明该研究区盒8上亚段具有距离物源近, 堆积速度快的特点。研究区井网分布密度呈现东部较密、西部较疏的特点（图1）, 为进行精细的沉积微相特征描述, 结合前人研究成果及特征标志层, 将盒8上亚段进行地质分层, 共划分为两个小层, 分别是盒8上亚段1小层和盒8上亚段2小层。

图1 研究区井网分布

2 沉积相识别标志
2.1 粒度特征

对鄂北S井区盒8上亚段地层进行取样实验和粒度分析以及砂岩薄片鉴定结果表明, 砂岩主要包括含砾粗砂岩、粗砂岩、中砂岩、细砂岩、粉砂岩以及泥质粉砂岩。

统计计算可知, 盒8上亚段C值为0.57~1.38 mm, M值为0.31 ~0.69 mm, 粒度标准偏差为0.53~1.76, 尖度为1.16~3.41（表1）。从分析结果可以看出, 几乎所有粒度分析样品都呈现出正偏态分布, 表明该研究区内砂岩分选性较差, 研究区距离物源区较近的特点。

表1 鄂北S井区盒8上亚段砂岩粒度分析统计数据
2.2 沉积构造

通过取心井岩心观察, 鄂北S井区Z 52井盒8上亚段1小层发育有大型交错层理, Z 54井盒8上亚段2小层砂岩发育有块状层理（图2）。其中：含砾粗砂岩以及中粗砂岩中多发育块状层理, 显示出该时期沉积环境中水动力较强、沉积物供给充足, 沉积速率较快, 微相类型划分为边滩微相; 中砂岩与细砂岩中发育板状交错层理, 相较于块状层理, 板状交错层理所对应的时期反映的是该沉积环境中水动力相对减弱、沉积物供给相对减少, 沉积和卸载二者变得相对均衡, 大型沙床前积或侧积作用会形成板状交错层理, 微相类型划分为河道充填微相。砂岩主要形成于边滩及河道充填微相所对应的沉积环境, 泥岩主要形成于河道间微相所对应的沉积环境。

图2 鄂北S井区盒8上亚段沉积构造

2.3 古生物化石

岩心观察及野外露头显示, 盒8上亚段地层中的古生物相标志主要为丰富的植物化石, 包括植物茎干及叶片等, 多见于泥岩和粉砂质泥岩中。如图3所示, 鄂北S井区Z 15井盒8上亚段1小层岩心中可见植物叶部化石, Z 53井盒8上亚段2小层岩心中可见植物根须化石, 而且岩心中也没有见到明显的水下沉积标志。

图3 鄂北S井区盒8上亚段古生物化石

3 沉积微相类型及特征

气井生产过程中, 气体在地层中运移受到储层物性的控制, 并最终受控于沉积微相, 因而对沉积微相的研究是进行气体运移规律研究的基础[16, 17]。基于鄂北S井区的沉积背景研究[18, 19], 通过对研究区盒8上亚段进行粒度、沉积构造特征、古生物化石特征以及自然伽马测井曲线相应差异等分析, 认为鄂北S井区盒8上亚段为曲流河三角洲平原环境, 且包含边滩、河道充填、废弃河道、堤岸（天然堤、决口扇）、河道间5种微相环境。

3.1 边滩

边滩为河道沉积主体。S 40-24井盒8上亚段1小层中灰色中粗砂岩和浅灰色粗砂岩是边滩岩（图4）。此外边滩底部一般可见部分含砾的粗砂岩, 且垂向上岩性呈现出明显的自下而上由粗变细的正旋回特点‎。边滩构造上主要发育槽状交错层理、板状交错层理以及楔状交错层理等。测井曲线的形态、幅值以及光滑程度的差异可以有效反映沉积环境, 特别是自然伽马曲线和自然电位曲线。边滩自然伽马测井曲线形态为高幅箱形、钟形及其组合形式, 曲流河的侧向加积作用是其形成的主要原因。

图4 S 40-24井盒8上亚段1小层砂体剖面

3.2 河道充填

河道充填微相位于河床最底部, S 49-39井盒8上亚段2小层部分单井相分析可见其粒度较粗, 主要由厚度相对较小的细砾岩和含砾粗砂岩组成（图5）, 岩石排列形态上多呈叠瓦状, 倾斜方向为河流上游方向（河流流向为倾斜反方向）。沉积物厚度较薄, 垂直深度在几厘米至几十厘米之间, 沉积旋回同边滩一样具有粒度向上变细的正旋回特点, 且河道充填的沉积规模向上变小。主要呈现为块状构造, 底部具有明显的冲刷面, 往上向边滩沉积过渡。

图5 S 49-39井盒8上亚段2小层砂体剖面

3.3 废弃河道

Z 28井中可见废弃河道微相的自然伽马测井曲线表现为箱形+漏斗形的组合形态, 其中漏斗形部分代表了曲状河三角洲平原亚相中的废弃河道沉积环境（图6）。其岩性主要为中砂岩、细砂岩, 一般砂厚在3.5~4.1 m之间, 而自然伽马测井曲线中显示中高幅值、微齿化箱形的地层部分为河道充填微相。

图6 Z 28井盒8上亚段1小层砂体剖面

3.4 堤岸

一是天然堤沉积。天然堤微相发育于曲流河的凹岸。鄂北S井区Z 28井盒8上亚段2小层部分的岩心及测井数据表明, 天然堤微相对应的岩石主要为薄层粉砂质砂岩、泥质粉砂岩和泥岩互层, 分选程度一般, 表明其与物源有一定的距离, 构造上可见砂纹层理、水平层理以及小型波状交错层理等。自然伽马测井曲线所呈现的形态是中低幅度的指形或锯齿状。二是决口扇沉积。决口扇沉积微相的岩性主要为灰绿色、棕色和其他杂色泥岩或者粉砂质泥岩, 几乎不存在砂岩, 分选程度较好, 表明其与物源有较远距离。构造上可见波纹层理和水平层理, 自然伽马测井曲线形态以直线状或微齿状为主, 呈现出低幅值并靠近泥岩基线的形态。根据该研究区的沉积背景和沉积环境特征分析, 该研究区内主要发育粒度稍粗的决口扇微相（图7）。

图7 Z 28井盒8上亚段2小层砂体剖面

3.5 河道间

河道间微相中砂体较少, 岩石以灰绿色泥岩以及粉砂质泥岩为主, 自然伽马测井曲线表现为中低幅值锯齿状, 且层位上表现为基准面旋回正韵律分布, 研究区S 40-24井盒8上亚段2小层上便存在多次基准面旋回正韵律（图8）。

图8 S 40-24井盒8上亚段2小层砂体剖面

4 砂体叠置与气藏分布关系
4.1 砂体叠置类型及特征

据现有砂体叠置类型研究来看, 不同地区、不同层位在砂体叠置类型的命名上还没有完全统一, 但从砂体叠置类型的成因机制上来看, 同样的砂体叠置关系反映出同一种或近乎类似的成因机制。砂体叠置样式主要受到沉积物物源供给、水动力、河道迁移等因素控制, 同时应将研究井区所在位置特有的沉积背景考虑在内。

通过对鄂北S井区盒8上亚段的单井、连井砂体叠置关系进行剖面刻画, 详细剖析砂体叠置形态和砂体厚度变化特征, 将研究区盒8上亚段砂体的叠置关系划分为垂向叠置、侧向接触两大类。

4.1.1 砂体垂向叠置类型

砂体垂向叠置主要是分析不同期次砂体上下有无发生接触, 及其接触的程度如何, 测井曲线特征在单砂体的垂向关系上的判别起到了较为重要的作用, 是判别的主要依据。目前砂体垂向叠置类型主要分为：分离式、叠加式（垂向叠加、侧向叠加）、切叠式（侧向切叠、垂向切叠）、替代式4大类[20]。

4.1.2 砂体侧向接触类型

砂体侧向接触主要是分析相同层位同一期次的砂体在侧向上的接触关系, 是在垂向期次划分之后进行的砂体侧向关系研究, 是对同期次不同位置发育的河道砂体侧向有无接触的分析, 对砂体连通性有重要影响。目前砂体侧向接触关系主要分为：间湾接触、堤岸接触、对接式、侧切式、替代式。

4.2 实例分析

S 44-15井-S 44-45井盒8上亚段连井剖面, 结合砂体数据及沉积背景绘制出砂体叠置剖面（图9）。S 44-15井盒8上亚段2小层两段砂体垂向上单一分布, 两段砂体间连通性较差, 砂体厚度约为3~6 m, 同时自然伽马测井曲线表现为两个箱形中间夹着高幅值, 高幅值自然伽马曲线显示该小段为泥岩, 即两个砂体中间夹着泥岩。S 44-34C5井盒8上亚段1小层中的砂体与盒8上亚段2小层中的砂体间隔约为18 m, 砂体连通性差。S 44-40井盒8上亚段1小层中的砂体孤立存在, 与其他层位砂体连通性较差, 而就整个盒8上亚段层位而言, S 44-40井与S 44-45井两个相邻井盒8上亚段中砂体较厚且砂体为垂向叠加式、替代式、侧切式3种, 砂体连通性较好, 是气藏的聚集地。

图9 S 44-15井-S 44-45井盒8上亚段连井砂体叠置剖面

S 39-31C3井-S 49-29C2井盒8上亚段连井砂体叠置剖面与物源方向一致, 整体上垂直物源方向的砂体较为丰富, 且砂体连通性好（图10）。S 39-31C3井盒8上亚段为3个间隔开的砂体, 单井中砂体连通性较差, 且砂体厚度在4~7 m之间。从S 39-31C3井-Z 33井3口相邻连井砂体叠置情况看, 虽垂向上单井砂体均表现为分离式, 但相邻井中因砂体规模较为可观, 出现侧向的砂体替代式、侧切式与对接式接触等, 即3口相邻井的砂体连通性较好, 易于气藏形成。S 45-30C4井-S 49-29C2井4口连井也在侧向连通性较好, 且S 48-29C1井盒8上亚段砂体叠置形式为垂向叠加式, 砂体连通性较好, 与S 45-30C4井砂体存在侧向替代。而S 44-31井盒8上亚段中几乎不存在砂体, 垂向上气体较少, 侧向上与其他邻井连通性差, 气体不易存留。

图10 S 39-31C3井-S 49-29C2井盒8上亚段连井砂体叠置剖面

4.3 含气性分析

不同砂体垂向叠置类型反映出其在沉积环境和砂体物性等条件上均具有明显的差异, 这也造成了砂体含气程度的参差。鄂尔多斯盆地上古生界烃源岩具有“ 广覆式生烃” 特征, 地层发育稳定, 构造相对不发育, 生成的天然气就近运移至岩性圈闭成藏, 因此具有大面积分布的特点。鄂北S井区中由于受构造、沉积和成岩作用的共同影响, 存在储层物性差、溶蚀孔发育、非均质性强、有效砂体连续性和连通性差的特点。

研究区内盒8上亚段垂向叠置类型比之侧向接触类型而言, 垂向叠置的发育程度较好, 其中侧向切叠式与侧向叠加式两种类型在垂向叠置类型中较为发育。切叠式及叠加式分别增加了砂体侧向连通程度和砂体纵向连通程度。通过对研究区内物性进行分析, 孔隙度在7.99%~8.72%之间, 渗透率在0.546~0.605 mD之间, 饱和度在33.93%~36.45%之间。反映出该气藏在平面上表现为大面积展布, 在纵向上为多层层叠, 形式为岩性集群式的成藏。

研究区盒8上亚段层位为曲流河三角洲平原亚相, 沉积的砂体往往以透镜状、河道条带状及其叠置形态分布, 即砂体形态决定了气藏分布的空间形态。

5 结论

（1）通过对鄂北S井区盒8上亚段进行粒度、沉积构造特征、古生物化石特征以及自然伽马测井曲线相应差异等分析, 认为该区盒8上亚段为曲流河三角洲平原环境, 且包含边滩、河道充填、废弃河道、堤岸（天然堤、决口扇）、河道间5种微相环境。

（2）通过对鄂北S井区盒8上亚段的单井、连井砂体叠置关系剖面刻画, 详细剖析砂体叠置形态和砂体厚度变化特征, 将该研究区盒8上亚段砂体的叠置关系划分为垂向叠置、侧向接触两大类。

（3）鄂北S井区气藏在平面上宏观表现为大面积展布, 实际上在纵向上为多层层叠, 形式为岩性集群式的成藏。研究区盒8上亚段层位为曲流河三角洲平原亚相, 沉积的砂体往往以透镜状、河道条带状及其叠置形态分布, 砂体形态决定了气藏分布的空间形态。

编辑 孔宪青

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