辮狀河致密砂巖氣藏阻流帶構型研究
——以蘇里格氣田中二疊統盒8段致密砂巖氣藏為例

劉群明 唐海發 呂志凱 王澤龍 付寧海 郭 智

中國石油勘探開發研究院

阻流帶概念來源于試井及生產動態資料解釋[1-3]，通常代表阻止流體流動的非滲透隔擋帶，類似于儲層沉積學分析中的隔夾層。隔夾層傾向于開發地質解釋，而阻流帶更突出于滲流動態響應。傳統的地下阻流帶或隔夾層構型研究主要是基于密井網直井資料，通過分析剩余油與隔夾層的空間組合關系來指導下一步剩余油的挖潛[4-6]?？紤]到氣藏流體流動性明顯好于油藏，在油藏中起阻流作用的隔夾層在氣藏中往往可以通過繞流而避開。因此，亟需開展針對致密氣藏阻流帶的構型研究。蘇里格氣田作為國內最大、最典型的致密砂巖氣田，開發方式已從單純直井開發進入直井與水平井聯合開發階段[7-8]。目前蘇里格氣田已完鉆上千口水平井，豐富的水平井及密井網直井資料使得阻流帶縱橫向立體式分布研究成為可能，彌補了傳統方法單純依靠直井資料無法準確預測阻流帶橫向分布規律上的短板。作者以蘇里格氣田辮狀河流相砂體為例，通過野外露頭剖面和大量的水平井鉆遇砂體構型解剖，結合直井密井網分析、氣井生產動態分析，研究致密氣阻流帶存在的依據、構型級次、成因類型、構型模型及定量地質參數，阻流帶構型研究成果可為蘇里格氣田提高儲量動用程度、優化水平井壓裂段數及水平井隨鉆地質導向等一系列水平井開發技術[9-11]提供技術支撐，為國內同類型氣藏阻流帶構型研究提供參考。

1 阻流帶原型特征

蘇里格氣田主要含氣層段為中二疊統下石盒子組8段（簡稱盒8段）及山西組1段（簡稱山1段）[12]，其中盒8段作為水平井開發主要目標層段[13]，發育多期疊置且連片分布的辮狀河流相砂體，主力含氣砂體即有效砂體沉積微相主要為心灘粗粒巖相沉積，野外露頭剖面和水平井鉆井及其生產動態特征均發現或證明盒8段心灘砂體存在阻流帶。

1.1 成家莊辮狀河露頭剖面

山西省柳林縣成家莊辮狀河露頭剖面出露層位為盒8段（圖1），巖性以含礫中—粗砂巖為主，夾少量的泥巖或粉砂巖隔夾層，整體呈現“砂包泥”的沉積特征。層理類型以大型槽狀交錯層理為主，局部見板狀交錯層理。沉積微相類型主要為心灘、辮狀水道、河道間、泛濫平原4種類型。

成家莊辮狀河野外露頭剖面分析（圖1）結果表明：盒8段心灘單砂體厚度介于2～5 m，寬度介于300～400 m，長度介于400～600 m；復合砂體通過2～4個單砂體疊置后的厚度介于5～10 m，寬度介于500～800 m，長度介于700～1 200 m。露頭顯示，第Ⅰ期辮狀河道由辮狀水道和心灘沉積微相組成，其中心灘砂體內可見心灘加積體，加積體之間發育一套泥巖層，即阻流帶，沉積成因為落淤層和壩上溝道，阻流帶厚度約0.35 m，寬約320 m，長約500 m。氣藏工程反映研究區直井平均實際泄氣半徑介于120～350 m，與野外露頭砂體解剖尺度差距較大，表明復合砂體內部存在 “阻流帶”，限制了直井的泄氣范圍，這與野外露頭剖面心灘疊置砂體內部或砂體間存在泥巖或細粒沉積構成的阻流帶一致。

1.2 鉆井與生產動態證據

圖1 山西省柳林縣成家莊盒8段野外露頭剖面圖

心灘砂體作為蘇里格氣田水平井部署最基本地質目標，其有效砂體規模小，連通性差，直井密井網解剖發現氣田70%以上的有效砂體呈孤立狀分布，局部區域砂體可通過空間疊置形成復合有效砂體[14]。在控制一個復合有效砂體或單砂體的前提下，挑選生產時間2年以上、地質資料錄取相對較為完整的418口水平井及其相鄰直井統計其靜動態參數（表1）。統計結果顯示：氣田完鉆水平井水平段長度平均988 m，水平段砂巖鉆遇率74.44%，有效砂巖鉆遇率65.31%，常鉆遇厚度不一、個數不等的致密砂巖或泥巖（圖2）。動態參數統計結果顯示：水平井平均單井日產氣量為4.52×104m3，是相鄰直井日產氣量1.18×104m3的3.83倍，水平井單井平均動態儲量為8 059×104m3，是相鄰直井動態儲量2 340×104m3的3.44倍，且水平井投產后對相鄰直井生產干擾較少。不同井型生產特征差異大及水平井軌跡實鉆情況均證實復合有效砂體內部存在阻流帶。

表1 水平井與直井靜動態參數分析表

圖2 鉆遇阻流帶典型水平井A精細構型解剖圖

2 阻流帶構型研究

2.1 構型級次

阻流帶構型級次劃分以心灘有效砂體為核心、Miall儲層構型層次分析理論為指導[15]，同時兼顧不同級次“阻流帶”構型解剖的需要，將蘇里格氣田大型辮狀河阻流帶按規模由大到小劃分為3個構型級次（圖3）：一級河道復合體間（砂帶間）、二級心灘單砂體間、三級心灘單砂體內。不同級次阻流帶對應不同的巖石地層單元并有其自身規模尺度，同時分隔開不同的儲層沉積單元。一級阻流帶對應巖石地層單元為小層級別，空間上分隔開不同物源的辮狀河疊置帶、過渡帶砂巖復合體，阻流帶規模厚度在十米級、寬度千米級、長度數十千米級。二級阻流帶將不同期次不同河道內的心灘單砂體分隔開來，單砂體為其基本巖石地層研究單元，規模尺度同心灘砂體，厚度米級、寬度百米級，長度百米—千米級。三級阻流帶對應的儲層沉積單元為心灘內加積體，構型規模厚度在分米級，寬度幾米—百米級，長度百米級。蘇里格氣田水平井水平段長度平均在1 000 m左右，鉆遇阻流帶級次從規模上分析主要為二級和三級阻流帶。

圖3 蘇中X井阻流帶構型級次劃分圖

2.1.1 二級阻流帶

蘇里格氣田蘇6區塊直井密井網區目前井網井距已達到300～400 m，小于有效單砂體規模，便于開展有效儲層及二級阻流帶構型解剖，實鉆井解剖發現二級阻流帶有效單砂體間按沉積成因類型可進一步細分為河道間泥、泛濫平面泥、致密砂3種類型（圖4）。河道間泥屬于泥質阻流帶，主要從側向隔擋兩個同期但形成于不同河道內的有效砂體，形成于河道間微相（圖5），巖性以灰色泥巖或粉砂質泥巖為主。泛濫平面泥質阻流帶形成于泛濫平原微相，巖性一般為深灰—灰黑色泥巖，相比河道間泥巖性更純，主要起到縱向阻流的作用，縱向分隔開不同期次有效單砂體。致密砂屬于物性阻流帶，其孔隙度滲透率小于有效砂體物性下限，常與河道間泥伴生起到側向阻流作用，主要形成于水動力相對較弱的辮狀河河道微相中，巖性以粉砂巖、細砂巖和中砂巖等細粒巖為主，細粒巖因塑性礦物含量較高在壓實成巖作用中相比粗粒巖更易被壓實，導致原生孔隙不易得到保留。因此不利于后期酸性水流動溶蝕產生次生孔隙而致使砂巖致密[16]。

圖4 密井網二級阻流帶成因類型識別圖

圖5 二級阻流帶成因類型模式圖

2.1.2 三級阻流帶

前人在辮狀河心灘壩野外露頭[17-18]和現代沉積[19]的研究成果較多，典型砂質辮狀河Jamuna河[20]、Brahmaputra河[21]、永定河[22]等現代沉積以及云岡石窟辮狀河野外露頭剖面[23]均證實了心灘壩內部存在泥巖或粉砂質泥巖等細粒沉積，該細粒沉積構成了心灘單砂體內三級阻流帶。按沉積成因類型可將三級阻流帶類型進一步細分為落淤層及壩上溝道兩種類型。落淤層的形成與辮狀河周期性水動力條件有關，洪水期河流通過順流加積作用沿水流方向快速沉積形成心灘加積體（圖6），而在洪水泛濫末期即靜水期由于水動力條件的減弱，大量懸浮顆粒在加積體頂部經垂向加積作用沉積下來形成落淤層。間洪期形成的落淤層在下一次洪泛期形成新一期加積體時，其迎水面部分容易遭受沖刷而減薄或消失，而背水面可以有效保存，導致落淤層常順水流方向呈斜列式展布（圖7），壩頭處稍陡，壩尾則較平緩，垂直水流剖面落淤層保存完整呈近穹隆狀。落淤層空間上分隔開不同洪水期形成的多個加積體，直到下一次洪泛期河道遷移心灘停止增生為止。壩上溝道形 成于間洪期落淤層沉積之后，心灘壩體表面常由于小規模流水沖刷形成溝道，溝道后期被懸浮細粒物質所充填形成阻流帶。

圖6 三級阻流帶成因類型模式圖

圖7 三級阻流帶形成示意圖

2.2 構型參數

阻流帶定量地質參數主要從野外露頭實測及水平井實鉆統計兩方面來研究（表2）。野外露頭實測定量地質參數主要包括阻流帶空間幾何形態及規模尺度，其中幾何形態包含平面形態及剖面形態，規模尺度包含厚度、寬度、長度3個參數。水平井鉆遇阻流帶地質參數統計主要包括不同成因類型阻流帶鉆遇個數、鉆遇頻率及鉆遇視厚度。由于水平井軌跡與實際阻流帶層面間常常存在一定角度，水平井上顯示厚度并非阻流帶真實厚度，而是實鉆水平井鉆穿該地質體所用長度即視厚度，視厚度往往要比真實厚度大。

表2 阻流帶定量地質參數統計表

辮狀河阻流帶野外露頭構型分析及實測結果顯示：泛濫平面泥因后期河道頻繁改道切割而常導致局部缺失，平面呈不規則片狀，剖面厚薄不一呈層狀，厚度介于0.5～3.0 m，寬度介于500～1 000 m，長度介于800～2 000 m；河道間泥平面呈條帶狀，剖面頂凸底平透鏡狀，厚度介于1.0～3.0 m，寬度介于100～200 m，長度介于100～300 m；致密砂主要形成于低能辮狀河道微相中，平面條帶狀，剖面頂平底凸透鏡狀，規模常因后期高能心灘砂體切割而變小，厚度介于2.0～5.0 m，寬度介于50～100 m，長度介于100～200 m；落淤層為洪水期末快速沉積在心灘表面的細粒沉積，平面形態同心灘呈橢圓或菱形，順水流方向剖面呈斜列薄板狀，傾角介于2°～10°，厚度介于0.2～0.4 m，寬度介于200～400 m，長度介于400～600 m；壩上溝道平面形態窄條帶狀，剖面呈頂平底凸小型透鏡狀，厚度介于0.3～0.5 m，寬度介于2～4 m，長度介于100～300 m。

通過對400多口水平井實鉆阻流帶精細構型解剖及地質參數統計發現，平均1 000 m水平井段長度下，鉆遇各類型阻流帶個數5～7個，單個阻流帶視厚度介于10～200 m。分類型統計阻流帶結果顯示：泛濫平原泥鉆遇頻率為82%，單井鉆遇泛濫平原泥阻流帶0～2個，鉆遇視厚度介于20～200 m，與實鉆軌跡調整有關；河道間泥鉆遇頻率為65%，單井鉆遇河道間泥0～2個，鉆遇視厚度介于30～200 m；致密砂鉆遇頻率為100%，單井鉆遇個數2～4個，單個視厚度介于10～100 m；三級阻流帶落淤層與壩上溝道因水平井鉆遇特征區別不明顯，且都發育在加積體之間共同構成阻流帶，故在氣田區研究過程不再作區分，三級阻流帶水平井鉆遇頻率為100%，單井鉆遇個數2～5個，鉆遇視厚度介于10～20 m。

2.3 構型組合

考慮到目前蘇里格氣田直井密井網間距不足以刻畫心灘單砂體內三級阻流帶橫向分布，需開展水平井與相鄰直井聯合構型解剖來研究不同級次阻流帶構型組合樣式。解剖過程的重點在于有效單砂體的識別與劃分，有效單砂體的縱向劃分主要通過自然伽馬曲線回返識別出泥質或鈣質隔夾層等單砂體邊界后來劃分，橫向劃分主要是在露頭心灘有效單砂體規模約束下，采用“高程差異、厚度差異、水平井實鉆結果”等單砂體識別標志方法來完成。單砂體間泥巖和致密砂巖構成二級阻流帶，有效單砂體內充分利用好水平井實鉆泥巖及儲層測井解釋結論精細刻畫三級阻流帶的橫向展布。

按照水平井鉆遇有效砂體及阻流帶疊置樣式不同，可以將分析的上百口實鉆水平井地質剖面劃分為孤立型、側向疊置型、堆積垂疊型和切割垂疊型4種構型模型（圖8），其中后3種構成復合有效砂體，并且鉆遇復合有效砂體水平井氣井高產的比例較高。孤立型有效砂體表現為空間分散不連通；側向疊置型表現為新一期心灘有效單砂體側向切割早期有效砂體，主要形成于河道的橫向擺動；堆積垂疊型表現為有效砂體縱向疊置，中間被二級阻流帶分割，阻流帶常形成于為低能辮狀河道微相中；切割垂疊型主要表現為多期有效砂體的垂向切割疊置，縱向無二級阻流帶分割，三級阻流帶也相對其他三種模式發育較弱，常形成于低可容納空間河流體系內。

2.4 模型驗證

水平井B為研究區鉆遇各級次阻流帶典型井（圖9）。目標層為盒8下1小層下部有效砂體，靶點控制直井A、C井鉆遇目標有效砂體厚度分別為8.5 m、6.2 m，測井微相均呈現高幅箱形，有效砂體橫向可對比性較好，兩井處于同一條高能辮狀河河道帶中，靜態資料預測井間河道砂體多期疊置橫向連片成復合有效砂體。生產動態資料反映兩井之間無干擾，且氣藏工程計算兩井的泄氣半徑為310 m，考慮目前兩井相距1 520 m，認為復合有效砂體內部存在多類型阻流帶阻止了有效單砂體間的連通，設計通過井間部署水平井鉆穿阻流帶溝通有效砂體來提高兩井間的儲量動用程度，直井井間有效單砂體對比預測水平井鉆遇有效砂體及阻流帶疊置類型為側向疊置型。

該井實際完鉆水平段長度1 050 m，鉆遇砂巖長度為884.8 m，砂巖鉆遇率84.3%，有效砂巖長度為869.9 m，有效儲層鉆遇率為82.8%，儲層鉆遇率較高，實鉆阻流帶構型模型為側向疊置型，與預測結果吻合。鉆井、測井資料顯示，該井水平段縱向可劃分出兩期有效砂體，從入靶點開始先后在第2期有效砂體內累計鉆穿600.1 m有效砂體和2個三級阻流帶，阻流帶視厚度分別為15.5 m和12.6 m，然后往下調整井軌跡在鉆穿46.3 m泛濫平原泥，進入下部第1期有效砂體，橫向鉆穿206.5 m下部有效砂體及一個厚度為14.3 m三級阻流帶，之后又鉆遇到53.5 m河道間泥和14.9 m河道致密砂，繼續向下調整井軌跡在鉆穿63.3 m有效砂巖后鉆遇23 m泛濫平原泥，認為底部已鉆出復合有效砂體進而實施完鉆。完鉆后采用裸眼封隔五段壓裂，試氣無阻流量為46.1×104m3/d，并于2016年7月投產，截止到2017年底已累計產氣5 564×104m3，目前日產氣量為9.2×104m3，為典型高產Ⅰ類水平井。

圖8 辮狀河有效砂體及阻流帶疊置樣式圖

圖9 水平井B鉆遇阻流帶模型精細構型解剖圖

3 阻流帶構型研究成果應用

水平井開發技術作為蘇里格氣田穩產及提高采收率技術系列中一項關鍵技術，已經實現了規?；俺Ｒ幓瘧?，阻流帶構型研究成果應用在氣田開發尤其是水平井開發方面主要體現在3個方面：

1）水平井鉆穿阻流帶提高儲量動用程度。阻流帶是造成直井層內及平面儲量動用不完善的主要原因，水平井可以通過軌跡及多段壓裂來打穿不同級次及類型阻流帶來提高層內、層間及平面儲量動用程度。在水平井部署有效砂巖富集區內，應用地質建模與數值模擬一體化技術對比了直井和水平井兩種不同開發方式下的區內儲量動用程度，結果表明，水平井因能打穿各類型阻流帶而較直井開發提高儲量動用程度13.02%。

2）基于阻流帶定量地質參數優化水平井壓裂段數。阻流帶定量地質參數統計結果給水平井壓裂段數優化提供了地質依據，定量地質參數顯示平均1 000 m水平段下單井鉆遇阻流帶5～7個，順軌跡方向不等間距的分隔開6～8個氣層段，每個氣層段構成一個獨立的滲流單元，所以從地質角度建議1 000 m水平段合理壓裂段數6～8段，壓裂間隔介于120～170 m，目前蘇里格氣田參考該依據優化水平井壓裂段間距介于100～200 m。

3）分阻流帶類型指導水平井隨鉆軌跡調整。通過水平井隨鉆GR、巖屑錄井、鉆井工程等多種資料實時判別鉆遇阻流帶類型，并針對泛濫平原泥、河道間泥、落淤層泥分別提出反方向調整、大角度調整及繼續鉆進3種隨鉆軌跡調整建議，如若鉆遇泛濫平原泥質阻流帶，說明水平井已經鉆穿復合有效砂體，需要反方向調整軌跡重新入靶。

4 結論

1）蘇里格氣田辮狀河復合砂體內存在泥巖或細粒沉積阻流帶，阻流帶的存在是導致直井與水平井動態特征差異較大、直井平均泄氣半徑與實測有效砂體長度不吻合的主要原因。水平井日產氣量與動態儲量是相鄰直井的3～4倍，直井平均泄氣半徑介于150～350 m，露頭實測有效砂體長度介于400～1 200 m。

2）大型辮狀河阻流帶按規?？蓜澐譃?個構型級次：一級河道復合體間、二級心灘單砂體間、三級心灘單砂體內。蘇里格氣田水平井主要鉆遇二級和三級阻流帶。二級阻流帶按沉積成因可進一步細分為河道間泥、泛濫平面泥、致密砂3種成因類型；三級阻流帶可分為落淤層及壩上溝道2種成因類型。

3）有效砂體及阻流帶疊置樣式可劃分為孤立型、側向疊置型、堆積垂疊型和切割垂疊型4種構型模型，各類型阻流帶的幾何形態、規模尺度、水平井鉆遇視厚度等多項定量地質參數變化較大。1 000 m水平井段鉆遇各類型阻流帶5～7個，其中鉆遇二級阻流帶視厚度介于20～200 m，三級阻流帶視厚度介于10～20 m。

4）應用水平井通過橫向鉆穿及縱向壓裂不同級次及類型阻流帶可提高層內、平面及層間儲量動用程度13.02%；考慮到水平井鉆遇阻流帶個數，推薦1 000 m水平段合理壓裂段數6～8段，并建議通過水平井隨鉆GR、巖屑錄井等資料識別鉆遇阻流帶類型，分類型指導水平井隨鉆軌跡調整。