砂质辫状河砂体构型及剩余油分布模式

苏亚拉图，李 千，张 波，杜发述，张 祺，徐诗奇

(中国石油华北油田分公司，河北 任丘 062550)

0 引 言

辫状河河道砂体内部复杂的构型控制着油田开发中后期剩余油分布[1-4]，研究辫状河砂体构型和非均质性对剩余油预测和挖潜及提高油田最终采收率意义重大。多个学者对辫状河砂体构型及其对剩余油控制作用进行过研究，虽取得了一定的认识，但存在以下问题：①多数学者认为边滩砂体在辫状河河道中发育较少，不属于主要储层成因砂体；②目前关于辫状河构型研究主要侧重于心滩砂体，而河道砂体、边滩砂体的内部构型需要进一步研究；③仅研究各个构型单元及内部非均质性，很少研究各构型单元之间的连通性及非均质性特征。基于上述问题,此次研究通过对山西大同铁路桥剖面云岗组砂质辫状河以及现代河流沉积进行实测、解剖和观察分析，建立多种类型砂体构型模式，详细描述了内部夹层发育特征，预测不同砂体构型内剩余油富集区域，为挖潜砂质辫状河砂体内剩余油提供依据。

1 研究区概况

研究区位于山西省大同市张寺窟村南铁路两侧，露头剖面为横向剖面，走向近似东西向，与古水流方向近似垂直(图1a、b)。

山西大同云岗地区中侏罗统云岗组属于砂质辫状河，由下至上分为3段，依次为砂砾岩段、石窟段及泥岩段(图1c)。此次研究目的层段为石窟段，该段发育大型槽状交错层理、板状交错层理中粗粒砂岩，夹少量的细砂和粉砂岩，平均古水流方向为187 °[5-6]。

图1 山西大同云岗组露头地理位置与地层分布[2]

2 岩相及成因砂体类型

2.1 岩相类型

Miall将河流岩相划分为18种类型[7]，陈彬滔[8]、于兴河[9]等对山西云岗组露头区岩相进行过划分。此次研究通过对铁路桥剖面实际观测分析，将露头区砂质辫状河岩相划分为9种类型(图2，表1)。

2.2 成因砂体

铁路桥剖面C(图1c)云岗组砂质辫状河砂体由2期河道单元组成，其中，底部河道单元不完整，侧向边界和顶底界均未揭露，而顶部的河道单元砂体形态比较完整(图3a)；剖面B(图1c)为相对较为完整的1期河道单元。

利用铁路桥剖面B、C，并结合现代河流沉积特征剖析认为，研究区砂质辫状河河道主要成因砂体有河道砂(CH)、心滩砂(CB)和边滩砂(PB)3种，各成因砂体内部结构、外部形态以及岩相特征等都有显著的差异。

2.2.1 河道砂(CH)

剖面露头上辫状河河道砂体呈底凹顶平的外部几何形态，剖面出露宽度为25.0～35.0 m，实际宽度约为40.0～50.0 m，厚度约为5.0～6.0 m；剖面C、B河道砂岩相组合为Gt-St-Sh-Fl-M、Ge-St-Sh-M(图3e、图4g)，底部可见冲刷面和滞留砾岩相；向上过渡为槽状交错层理中-粗砂岩相、水平层理细-中砂岩相、板状交错层理中-粗砂岩相，反映水动力环境逐渐减弱。

图2 大同中侏罗统砂质辫状河露头典型照片

表1 铁路桥云岗组砂质辫状河典型岩相类型及沉积成因[2]Table 1 Typical lithofacies and sedimentary genesis of sandy braided-river in the Yungang Formation of Tieluqiao[2]

2.2.2 心滩砂(CB)

剖面露头上心滩砂呈底平顶凸状，剖面出露宽度约为78.0～80.0 m，实际宽度约为100.0～130.0 m，厚度约为11.0～13.5 m；剖面C、B心滩砂岩相组合为Ge-St-Sp-Fl-Sp-St、St-Sp-Fl-Sh(图3g、图4f)。底部发育大型槽状交错层理中-粗砂岩或砾岩相，向上为板状交错层理中-粗砂岩相、平行层理中-粗砂岩相，顶部发育低角度交错层理细-中砂岩相。

心滩砂顶部通常发育串沟(图4c、d)。串沟为平水期短暂强水流在心滩顶部冲刷出的沟道，其沉积特征与废弃河道类似(图4e)，剖面上呈底凹顶平，厚度约为0.2～2.5 m，宽度约为5.0～25.0 m，发育小型槽状交错层理细-中砂和块状泥岩相(图4a、b)。

图3 剖面C辫状河岩相、砂体构型特征及发育模式

2.2.3 边滩砂(PB)

陈彬滔等[8]认为边滩砂体只与河道砂或废弃河道伴生，不属于辫状河主要构型。于兴河等[9]认为辫状河河道内边滩储层质量好，但数量少。此次研究中利用Google地图软件观察和研究现代河流沉积发现，平坦开阔地区发育的辫状河宽度大，弯曲度小，基本不发育边滩；地形狭窄区域发育的辫状河均有一定的弯曲度，边滩普遍发育，其发育频率基本与心滩一致，发育面积约占心滩面积的1/6～1/5(图3d)，但多期叠置分布后边滩砂也可成为具有一定规模的储集层。

辫状河边滩砂主要特点如下。

(1) 成因上与曲流河边滩形成模式一致，在弯曲的河道里，横向环流作用使凹岸侵蚀，被侵蚀物质在凸岸堆积成边滩；根据辫状河边滩形成位置可分为依附河岸性边滩和依附心滩性边滩2种(图3c)。剖面C中边滩属于依附心滩性边滩，外形呈顶底平行的锲形，宽度约为36.5 m，厚度约为6.0 m，多发育板状交错层理中-粗砂岩相，向河道中心方向过渡成平行交错层理中-粗砂岩相，岩相序列为Sp-M-Sp-M-Sp-Sl(图3f)。依附河岸性边滩岩相组合特征与依附心滩性边滩一致[10-11]，但其发育规模和形态有所差异，依附河岸性边滩顺流方向延伸长，砂体宽度和弯曲度小，发育频率相对较低，而依附心滩性边滩顺流方向延伸相对短，砂体宽度和弯曲度都较大(图3c、d)，在狭窄性辫状河道中普遍发育。

图4 剖面B辫状河岩相、砂体构型特征及发育模式

(2) 因辫状河弯曲度相对曲流河小，形成边滩规模相对较小。利用Google地图统计发现，曲流河边滩宽度一般为河道宽度的3～5倍，而辫状河边滩宽度一般仅占单个辫状河道的1/3～1/2。

(3) 相对于曲流河，边滩的岩性比较粗，边滩内泥岩侧积夹层薄，厚度约为5.0～10.0 cm，连续性较差，边滩底部一般不发育。

3 砂体构型特征

对铁路桥砂质辫状河砂体进行详细研究，划分出层系，层系组，心滩增生体、边滩增生体、河道增生体，心滩砂、边滩砂、河道砂，单期河道等5级构型单元[12-14]，不同构型单元由不同级次界面限定(表2)。

砂质辫状河内部4级构型砂体相互叠置关系及其内部夹层、韵律特征是油田开发中后期控制剩余油富集的主要因素，因此，重点对4级砂体构型进行研究。

河道砂由3～4个河道增生体在垂向上加积构成。底部增生体宽度约为25.0 m，厚度约为1.5 m，宽厚比较小，底部为不对称下凹状，顶部为倾斜状，发育大型槽状交错层理中-粗砂岩和滞留砾岩相；顶部增生体宽度约为30.0 m，厚度约为1.0 m，宽厚比较大，呈底凹顶平状，发育小型槽状交错层理中-细砂岩相。剖面由下至上河道增生体宽厚比增大，岩性变细，反映河流发展后期水动力强度减弱过程。心滩砂由5个心滩增生体垂向叠置沉积构成，底部增生体呈底凹顶平状，宽度约为100.0～130.0 m，厚度约为1.5～2.0 m，发育滞留砾岩相和大型槽状交错层理中-粗砂岩相；中部增生体呈板状，宽度约为70.0～90.0 m，厚度约为0.8～1.0 m，发育小型槽状交错层理中-粗砂岩相和板状交错层理中-粗砂岩相；上部增生体在剖面上表现为底平顶凸透镜状，宽度为40.0～60.0 m，厚度为1.5～2.0 m，发育小型槽状交错层理细-中砂岩相。该心滩砂增生体由下至上逐渐变厚，反映逐步减弱的水动力环境。

表2 铁路桥剖面砂质辫状河砂体构型单元与界面级次划分Table 2 Braided-river sandbody configuration unit and interface order division in the Tieluqiao profile

边滩砂由5个边滩增生体侧向加积构成。每个侧积体呈下窄上宽的锲状，倾角为25～30 °，由板状交错层理中-粗砂岩相过渡为平行层理中-粗砂岩相和低角度交错层理细-中砂岩相。

4 剩余油分布规律

4.1 夹层发育特征

通过露头研究发现，各成因砂体间都有清晰的岩相界面，有的界面上还沉积一套薄层泥岩(图3a、b)，成为4级构型砂体间的渗流屏障，称之为转换夹层。

平面上河道砂每个增生体从边部向河道中心岩石粒度变粗，杂基含量减少，物性变好[15-16]。纵向上因河道冲刷能力强，河道增生体间夹层保存较少，仅在河道边部少量发育，但沉积物粒度自下而上逐渐变细，具有显明的正韵律特征。

心滩砂内夹层主要于各心滩增生体之间发育，如每期心滩砂增生体上形成落淤层、被细粒物质充填保存的串沟等。但夹层容易被后期增生体冲刷而难以保存，增生体间不一定都发育夹层。

边滩砂由若干个倾斜的增生体构成，增生体间发育泥岩夹层，且夹层侧向延伸较长，平面和纵向非均质性均较强。

4.2 剩余油富集模式

考虑剖面成因砂体空间叠置关系和不同注采井网，总结出9种剩余油分布模式[17-25]，并详细研究4、5级构型界面对剩余油分布控制作用。

4.2.1 剩余油分布模式

单一成因砂体内的注采井网，由于河道砂底部物性好、边滩砂底部连通性好，剩余油主要富集在砂体顶部。2个成因砂体叠置，注水井仅钻遇单一成因砂体且4级界面上发育夹层时注水见效状况差，整体采出程度低，若不发育转换夹层，因底部物性和连通性好，水洗效率高，剩余油少。2个成因砂体叠置，注采井钻遇2个成因砂体时底部吸水强，水驱阶段储量动用程度高，剩余油主要富集在砂体顶部。

4.2.2 砂体构型对剩余油分布控制作用

(1) 单一成因砂体内注采井网。由于河道砂储层物性好，且渗透率垂向正韵律性及重力作用，底部水洗效果好，剩余油主要富集在采油井上部(图5a)。心滩砂纵向储层物性差异小，但增生体间往往发育泥质夹层，由于重力作用，每个增生体底部易形成水洗通道，而靠近采油井上部和各增生体顶段剩余油较为富集(图5b)。边滩砂发育侧积泥导致平面非均质性强，但底部侧积泥发育较少，连通性好，水洗效果好，剩余油主要富集在边滩顶部(图5c)。

(2) 2个成因砂体叠置，注采井仅钻遇单一成因砂体。注水井位于河道砂，采油井位于心滩砂时，若发育转换夹层，采油井不见效，心滩砂内剩余油富集；若不发育转换夹层，砂体底部物性好，且受重力作用和物性影响，河道砂和心滩砂底部采出程度高(图5d)。采油井位于河道砂，注水井位于心滩砂时，若发育转换夹层，采油井不见效，河道砂内剩余油富集；若不发育转换夹层，受物性和重力作用影响，河道砂和心滩坝底部采出程度高，剩余油少(图5e)。

注水井位于河道砂体(或心滩砂)，采油井位于边滩砂时，若发育转换夹层，采油井不见效，边滩砂内剩余油富集；若不发育转换夹层，河道砂体底部物性、连通性好，同时受重力影响，吸水强、剩余油少(图5f)。采油井位于河道砂(或心滩砂)，注水井位于边滩砂时，若发育转换夹层，采油井不见效，河道砂(或心滩砂)弹性生产，采出程度低，剩余油富集；若不发育转换夹层，边滩砂底部连通性好，河道充填和心滩坝底部物性好，洗油效率高，剩余油主要富集在边滩砂和河道砂(或心滩砂)顶部(图5g)。

(3) 2个成因砂体叠置，注采井钻遇2个成因砂体。注水井上段为河道砂体，下段为心滩砂，采油井位于心滩中心时(图5h)，由于心滩砂储层物性相对较好，注入水沿着砂体底部突进水淹，而心滩坝顶部剩余油富集；如果砂体间发育转换夹层，因注水井上段吸水差，河道砂采出程度相对较低，若不发育转换夹层，注入水沿着底部物性段突进，剩余油主要富集在远离心滩坝一侧河道砂上段。采油井上段为河道砂，下段为心滩砂，注水井位于心滩中心时(图5i)，若发育转换夹层，河道砂属于弹性区域；若不发育转换夹层，属于二线井网区域，故河道砂采出程度低，剩余油富集。

图5 成因砂体叠置关系及剩余油分布模式

5 结 论

(1) 现代河流沉积研究发现，地形狭窄区域发育的辫状河均有一定的弯曲度，发育边滩砂，其发育频率基本与心滩一致，发育面积约占心滩面积的1/6～1/5，但多期叠置分布后可成为具有一定规模的储集层。根据沉积位置可分依附河岸性边滩和依附心滩性边滩2种。依附河岸性边滩顺流方向延伸长，砂体宽度和弯曲度小，发育频率相对较低，而依附心滩性边滩顺流方向延伸相对短，砂体宽度和弯曲度都较大，在狭窄性辫状河道中普遍发育。

(2) 通过精细解剖砂体和详细研究现代河流沉积特征，将边滩砂归入辫状河河道主要成因砂体中，共识别出河道砂、心滩砂和边滩砂3种成因砂体。河道砂(CH)呈底凹顶平状，底部可见冲刷面和滞留砾岩相；心滩砂(CB)呈底平顶凸状，顶部通常发育串沟。边滩砂(PB)呈顶底平行的锲形，发育侧积夹层。

(3) 结合砂体4、5级构型界面特征及注采井网部署情况，总结了9种剩余油富集模式。单一成因砂体内注采井网，由于河道砂底部物性好、边滩砂底部连通性好，剩余油主要富集在砂体顶部；2个成因砂体叠置，注水井仅钻遇单一成因砂体且4级界面上发育夹层时注水见效状况差，整体采出程度低。若不发育转换夹层，因底部物性和连通性好，水洗效率高，含油饱和度低。2个成因砂体叠置，注采井钻遇2个成因砂体时底部吸水强，水驱动用程度高，剩余油主要富集在砂体顶部。