海上油田复合砂体构型解剖方法及其应用*

范廷恩 王海峰 胡光义 宋来明 张晶玉 张显文

（中海油研究总院有限责任公司 北京 100028）

河流相和三角洲相储层的地质储量占我国已探明和投入开发的碎屑岩总地质储量的78.8%［1］，此类储层不同期次和微相类型的砂体在空间内组合、叠置而形成复合砂体［2-3］。复合砂体内部不同的构型单元之间普遍发育构型界面，成为地下油气水的渗流屏障，导致储层的强非均质性。油田开发进入中后期，复合砂体内部结构复杂、储层连通性不明造成的注采井网不完善、储量动用程度低、调整井部署难度大等问题开始出现，传统沉积微相和非均质性研究已经难以满足油藏精细开发的需求。油田地质工作者逐渐认识到，储层内部结构对地下流体具有显著的阻隔和控制作用，是导致剩余油富集的重要地质原因；砂岩储层研究的重点已从传统的品质评价转向引起注采矛盾的层内非均质性，即砂组或小层级别的储层构型研究已成为重点［4］。因此，开展储层构型解剖方法研究，分析构型单元之间的结构关系，预测构型界面的空间分布，对于老油田调整挖潜、提高最终采收率具有重要的指导意义［4-5］。

国内陆上油田开展储层构型研究起步较早，主要利用密井网资料，结合一定的地震数据和生产动态监测数据，进行多井信息约束下的期次分析和边界识别，形成了“井震联合，以井为主”的研究思路，建立了逐级细化的构型解剖方法［6-8］。如吴胜和等［9］提出了层次约束、模式拟合和多维互动的井间构型模式预测思路，建立了单层对比、构型模式认识和分级构型解剖的基本操作流程。但海上油田井网稀疏，井距普遍为350～400 m，大于或接近对开发有影响的构型单元横向规模（如河流相的单一曲流带或点坝，三角洲的单一分流河道或分流砂坝等，横向宽度多在几十到几百米），现有井网难以控制住独立的构型单元，单独利用井资料开展地下构型研究具有很大的困难和不确定性［10-11］。

相对于陆上油田，海上油田往往能够采集到较高品质的地震资料，可以为构型研究提供支持。例如，在地震数据约束下对构型样式进行分类，基于地震响应构建高精度的概念模型表征方法［12］；研究储层内部结构差异对应的地震波形、频率和振幅变化，开展储层构型预测［13-14］。但总体而言，利用地震资料开展构型研究尚处在探索与攻关阶段，尚未形成系统的技术方法，主要原因在于地震资料垂向分辨率的限制，其极限是1／4波长。如渤海油田新近系明下段储层，其埋深为1 000～1 500 m，主力砂体厚度一般为几米到十几米，而地震主频为30～40 Hz，垂向分辨能力一般为12～16 m，即大部分砂体厚度接近或低于分辨率，利用地震手段能够有效预测储层，但是难以直接分辨其内部结构。本文从复合砂体的成因、结构及其井震响应特征入手，充分挖掘地震资料信息，探讨了“地震导向、井震联合”的海上油田构型解剖方法。

1 复合砂体的相关概念与内部结构

1.1 复合砂体相关概念

在河流和三角洲等的沉积演化中，由于基准面以及地形坡度、水动力条件等因素的变化，不同期次的砂体在空间组合、叠置而形成复合砂体。随开发生产的深入，海上油田传统认为单期成因的小层或储量单元难以解释各种动静态矛盾，砂体的“复合性”逐渐引起人们的重视并被接受［2］。

复合砂体是指若干具有成因联系的单砂体不同级次的组合，代表了一段地质时间内具有空间成因联系的、由若干亚单元组成的砂体组合［15］。其中，构成复合砂体的单砂体是指具有相同成因的、同一微相内部具有单一期次的、相似的沉积水动力条件的、水流方向无较大变化的砂体，其内部具有相似的或渐变的岩性和物性特征。

层次结构是复杂沉积地质体的内在特征，构型的层次分级研究由来已久［16-20］。每一级次的复合砂体均是由次一级的砂体及隔夹层共同组合而成。胡光义等［15］以河流相为例，总结了海上油田复合砂体的级次、基本特征及对应的时间规模，其中5～8级（复合河道带、单一河道带、复合点坝和点坝）可通过较丰富的测井资料并结合地震资料实现对比，是海上油田开发阶段构型研究的尺度。

1.2 复合砂体内部结构

在基准面旋回过程中，异成因和自成因共同作用控制复合砂体内部结构的形成。基本上，异旋回控制垂向的叠置期次，而自旋回控制同期砂体的横向组合。前人根据叠置砂体的期次及产状，将复合砂体内部结构总结为不同期的垂向与侧向叠置以及同期的同相与异相复合［9］，此外还有单层式、多层式、下切充填式以及单层式中单边、多边等结构关系的描述。但是此类方案多是根据形态特征的定性划分，多解性强，且难以建立砂体结构对流体影响的直接认识。

本次研究中，根据砂体的复合程度以及对流体的控制作用，将复合砂体内部的结构关系划分为4类，分别是尖灭型、接触型、切叠型和叠加型（表1）。

1）尖灭型是指砂体孤立地镶嵌于泥岩中，相邻砂体的边部逐渐尖灭、彼此不接触，对流体有明显的阻隔作用。尖灭型横向岩性由砂向泥变化，与围岩的波阻抗差异明显，其本质即砂体的边界能够利用地震预测储层的方法进行有效识别。

2）接触型是指砂体侧向接触、边部搭接，但尚未构成有效的连通关系。接触型与尖灭型的差异在于相邻砂体之间距离的变化，根据地震正演分析，当两砂体距离小于3个地震道宽度时，地震响应呈接触型，表现为岩性与厚度两方面的变化。

3）切叠型是指两砂体叠置程度较高，晚期砂体将早期部分侵蚀。相对于接触型，该类型相邻砂体叠置程度进一步增强，砂体间相互接触。根据地震正演分析，一般采用最大振幅能量和波长的几分之一作为划分标志，如1／4Amp＿max≤Amp≤Amp＿max且1／4Len＿max≤Len≤Len＿max（Amp为地震波振幅能量；Amp＿max为地震波最大振幅能量；Len为地震波波长；Len＿max为地震波最大波长）。

4）叠加型是指两期砂体趋向于垂向叠置，振幅能量明显增强，砂体厚度明显大于单层砂体厚度。切叠型与叠加型的连通性取决于夹层的发育情况，多呈砂与砂对接的状态，储层具有一定的连通性，对流体的阻隔作用较弱。

表1 复合砂体内部结构关系Table1 Internal structure of composite sand body

2 海上油田复合砂体构型解剖方法

在厘定复合砂体相关理论及结构关系的基础上，结合海上油田的资料基础和构型研究思路，建立了一套从单井到剖面再到平面的复合砂体构型解剖方法。即首先分析井点处砂体的期次和组合关系并预测砂体的井间对比关系；然后选取骨干剖面，根据垂向高程差异和横向敏感地震属性的约束，识别砂体期次与边界；最后利用井点和骨干剖面对构型单元的控制，以平面地震属性为导向进行砂体空间组合，融合多信息，实现复合砂体构型的平面表征。

2.1 单井构型分析

测井资料具有垂向高分辨能力，能够指示井点处砂体结构。单井构型分析旨在通过测井资料分析井点处砂体的发育期次、组合关系和叠置样式，并预测构型单元在井间的分布特征。

复合砂体是在相对稳定的沉积环境中由成因相联系的多期砂体叠置而成，不同期次砂体之间一般发育沉积界面。以河道砂体为例，该界面可能是早期河道二元结构上半部分、短暂洪泛泥岩、废弃河道或晚期砂体的河床底部滞留沉积、侵蚀下切面等，其岩性和电性特征与上下围岩存在一定差异。同时，单期砂体从沉积开始到结束代表一个沉积旋回，其厚度具有统计规律，砂体期次与砂岩厚度具有一定的相关性。

统计渤海明下段多个典型油田的定向井资料，根据井点处测井曲线的形态和砂体厚度，将复合砂体的单井构型分为三大类五亚类（表2）。单期型S，即井点处钻遇一期砂体，厚度3～9 m，平均6.3 m，测井曲线呈钟形或低幅箱形，垂向单期韵律。两期型D，厚度7～18 m，平均10.4 m，根据两期砂体叠置的位置和程度，细分为上接触型D1、对称型D2和下接触型D3，其中上接触型D1表示井点处早期砂体的主体与晚期砂体的边部侧向叠置，两期砂体叠置范围较小，测井曲线呈下部钟形（或箱形）与上部砂体的低幅钟形或指形接触，对称型D2和下接触型D3依次反映两期砂体的不同结构关系。多期型M，厚度15～25 m，平均18.1 m，表示井点处钻遇三期或以上的砂体。对于不同地质条件和不同沉积类型的复合砂体，其厚度规律也存在差异，但总体而言，从单期到两期再到三期或以上，砂体厚度逐渐增大。

表2 复合砂体的单井构型特征Table2 Single well architecture characteristics of composite sand body

2.2 剖面构型分析

以单井构型为基础，选取多条骨干剖面，根据测井曲线形态特征和砂体厚度识别井点处砂体期次和相邻井点处的砂体结构关系；然后选取具有等时意义且稳定分布的界面拉平，基于高程差异分析垂向期次；再根据砂体结构的地震响应特征，结合地质知识库的规模认识，识别不同期次砂体的侧向边界，实现剖面构型解剖（图1）。

基于单井构型认识，垂向砂体期次可通过井点处的测井曲线形态以及砂体厚度进行有效识别。因此，剖面构型分析的重点在于侧向边界的识别。以河道砂体为例，侧向边界可能是河道-溢岸、河道-河道、河道-废弃河道等沉积成因，其本质是砂体的厚度变化、从砂到泥的岩性变化以及局部夹层的出现。

相对于测井资料，地震资料在横向分辨率上有明显优势。渤海明下段砂体的地震正演模拟表明，砂体侧向边界处的振幅出现由强到弱的变化，波形出现扭变或拉伸，波峰与波谷的位置上下移动或相变［21］。提取相应的地震属性对比分析显示，振幅能量属性与砂体厚度呈正相关关系，频谱类对薄砂层有较好的指示性，两者结合可有效刻画砂体的厚度变化；低频、弱振幅是夹层的响应特征，夹层空间位置的变化引起波形形态的改变［22］。优选能够反映砂体侧向边界的振幅、波形和频谱类地震属性进行融合，并进行差异放大等针对性的处理，形成表征砂体结构的敏感地震属性（将其称为结构类敏感地震属性），指示侧向边界，实现剖面构型解剖。

2.3 平面构型分析

井点和骨干剖面上砂体结构的确定性认识、平面敏感地震属性对构型单元的约束和构型界面的预测，以及复合砂体沉积特征等，是建立平面构型的基本要素。

根据沉积物源和储层平面展布特征，预测构型单元的空间分布规律，基于骨干剖面的井点和井间结构认识，以结构类敏感地震属性（图2）为导向，平剖互动、井震联合，融合构型单元期次和结构类型（尖灭型、接触型、切叠型和叠加型）以及构型界面在空间的分布，实现构型平面表征。

图1 复合砂体剖面构型分析Fig.1 Profile architecture analysis of composite sand body

图2 渤海油田明下段某砂体的结构类敏感属性Fig.2 Composite sand body structural attributes of Lower Member of Minghuazhen Formation in Bohai oilfield

相对于传统的沉积相图，平面构型除表达基本的沉积特征（如沉积体的相类型、物源方向、空间展布规律、不同微相的配置关系等）之外，重点突出砂体内部结构（如构型单元和界面的级次、规模、分布、空间组合关系和叠置样式等）。

复合砂体构型除了反映地下砂体内部结构外，还可作为构型单元和界面自身属性的载体，成为精细地质编图（如构型约束的砂体厚度图等）以及精细储层品质评价（如分析单层最大砂厚、隔夹层数量和频率等）的基础，因此复合砂体构型解剖能够将储层连通性研究、储层品质评价、开发地质编图等研究内容带入更精细的阶段。

图3 BZ油田A砂体单井构型特征Fig.3 Single well architecture characteristics of sand body A in BZ oilfield

3 典型实例与应用分析

以渤海BZ油田的复合砂体A为例，阐述海上油田复合砂体构型解剖方法及其应用分析。

3.1 复合砂体构型解剖

BZ油田整体受断层控制，含油层段为新近系明下段。2014年开展了高密度海底电缆地震资料采集，具有小面元、高覆盖的特点，地震资料品质较好，频宽8～60 Hz，主频38 Hz，目的层垂向分辨率11 m。A砂体面积约2.5 km2，埋深1 500 m，储量467×104m3，属于明下段Ⅲ油组，是分流砂坝型浅水三角洲相沉积，物源主要为北向，目前有28口各类井，平均井距约400 m；井点处砂体厚度3～19 m，平均厚度8.8 m，基本是单期三角洲朵体沉积，内部的分流砂坝是解剖的对象，相当于8级构型单元。

1）A砂体单井构型分析。

A砂体的单井构型（图3）以单期型和两期型的上接触型及下接触型居多，可见砂体结构以侧向叠置为主。具体而言，A33S、D29等井曲线呈较完整的钟形或箱形，砂体厚度7～9 m，具有单期砂体特点，表明钻遇单期砂体的主体部位；A7、D28H等井测井曲线呈钟形或指形，砂体厚度2～4 m，表明钻遇单期砂体的边部。D15等井曲线呈上部指形与下部钟形的叠加，砂体上薄下厚，中间发育夹层，呈上接触型，表明该井点处发育两期砂体，早期砂体的主体与晚期砂体的边部呈侧向叠置，结合储层平面分布特征推测晚期砂体的主体在D15井东侧或南侧；而D13、D14等井与此相反，上厚下薄，呈下接触型，表明早期砂体的边部与晚期砂体的主体在此处呈侧向叠置，而早期砂体的主体分布在D13井北侧和D14井西侧；A15、A20、A22S等井曲线呈箱形，砂体厚度15～20 m，3口井位置集中，砂体无明显夹层，振幅属性响应最强，推测此处砂体集中发育，两期砂体呈垂向叠置。

2）A砂体剖面构型分析。

图4 BZ油田A砂体剖面构型分析Fig.4 Profile architecture analysis of sand body A in BZ oilfield

A砂体物源来自北向，内部不同期次砂体之间的侧向边界多呈南北向，选取两条垂直于物源方向的骨干剖面进行构型分析（图4）。A砂体结构类敏感属性如图4a所示，该属性能够有效反映地震波形和能量的差异变化，即复合砂体内部的侧向边界。明下段砂地比较低，A砂体上部发育一套厚层泥岩，为湖泛成因，区域稳定分布，与上覆砂岩波阻抗差异明显，井震资料易识别，可作为等时基准。

如图4b所示，剖面1中的4口井基本都呈单期型特点，其中A4H与A5HP以及A35W与A6H井井距较小，井点处砂体厚度存在差异，表明沉积体从中心到边缘的分布特征；将等时界面拉平，井点处砂体无明显高程差异，发育时期相当，结合敏感地震属性的空间导航作用，该剖面能够控制住西侧两个侧向切叠型的砂体以及东侧一个孤立型的砂体。剖面2中的砂体结构较复杂，东、西以泥质沉积间隔，西侧两期砂体侧向和垂向叠置，呈切叠型和叠加型，叠置程度较高，尤其是A15和A20井处，地震反射能量强，波形拉伸，井上砂体厚度大，且无夹层；而东侧两个砂体侧向切叠，存在一定的高程差。

3）A砂体平面构型分析。

A砂体储层平面分布特征如图3底图（以平均正振幅近似代表储层展布）所示，物源来自于北向，沉积形态为从北向南逐级发散，呈单个三角洲朵体的形态，内部分流砂坝的长轴近南北向展布。根据骨干剖面上井点和井间砂体结构的认识，以平面结构类属性（图4a）为导向，通过平剖互动，约束各构型单元，将其分布、结构和期次关系体现到平面上，实现复合砂体构型的平面表征，如图5所示。

图5 BZ油田A砂体平面构型表征Fig.5 Plane architecture characterization of sand body A in BZ oilfield

3.2 构型解剖应用分析

1）储层连通性分析。

复合砂体内部结构对流体有明显的控制作用。对于尖灭型和接触型结构，由于砂体之间有泥岩分隔或明显的物性差异而形成渗流屏障，储层基本不连通。如A砂体的A7-D23H注采井组（图5），井距约700 m，构造高差约10 m，注水井A7和采油井D23 H之间以尖灭型和接触型界面分隔，预测注采井间难以形成有效的注采关系。生产动态分析显示，D23H井于2014年11月投产，累产油5.1×104m3，目前日产油109 m3，含水率1.1%，即该井生产近3年但未见水，并且在该井因泵工况关停后，A7井的井口压力趋于平稳，无明显变化（图6）。表明2口井之间无明显的注采受效关系，动静态分析结果一致。

对于切叠型和叠加型结构，由于砂体之间侵蚀程度高，多表现为砂与砂对接，在无明显夹层的情况下储层具有一定的连通性。如A7-A4H注采井组（图5），井距约700 m，构造高差约8 m，注水井A7和采油井A4 H之间以切叠型边界分隔，且无明显夹层发育，预测注采井间能够形成有效的注采关系。生产动态分析显示，A4 H井于2008年10月投产，2012年12月调大油嘴，日产油量由55 m3增加到200 m3。根据注采井组曲线（图6）分析，A7井于2015年3月保持井口压力平稳、增大注入量，随后A4 H井的含水由5%上升到50%，2口井在较短时间内有联动响应，表明两者形成有效的注采关系，动静态分析结果一致。

图6 BZ油田A砂体A7-A4H与A7-D23H井组注采曲线Fig.6 A7-A4H and A7-D23H injection-production-curve of sand body A in BZ oilfield

实例分析表明，通过复合砂体构型解剖能够有效预测储层内部的连通性和渗流屏障的分布，对于指导注采井位设计与优化、提高采收率具有重要意义。例如，在独立的构型单元内或切叠型结构发育的局部区域部署注采井组能达到较好的驱油效果；而小范围接触型结构的屏障作用，能够防止注水突进，使注水井在较长时间和较大范围内提供注入能量，提高波及范围，保持地层压力，达到注水效果。

2）剩余油分布预测。

由于大多数构型界面的渗透率要比砂体内部低2～3个数量级，具有明显的屏障作用，表现在局部隔层、遮挡、死角回流、分流与合流、重力分异以及减缓流速等方面，是剩余油形成的主要静态因素［23］。

BZ油田A砂体西南侧的叠置程度较高，表现为切叠型和叠加型，储层连通性较好（图5）。注水井D14、A15、A20与采油井D13、A10H、A22S分别在不同的构型单元内部形成注采井组，注水井与采油井间无明显渗流屏障发育，能够达到较好的驱油效果，3口井在该层累产68.7×104m3，且继续保持平稳生产。

A砂体西侧的采油井A4H与D13位于砂体叠置区（图5），地层能量主要源于南侧D14井和东侧A7井注水，推测2口采油井主要动用南侧和东侧的储量。而2口采油井之间的位置为一个独立的构型单元，其内部无注水井提供能量，且该位置构造相对较高，地下储量动用程度较低，预测剩余油富集，可作为后期调整挖潜的目标。

3）开发调整策略制定。

由于部分构型界面的遮挡作用，其周围的储量动用程度较差，因此在部署采油井时应尽量使用水平井穿过构型界面，形成完善的注采关系，提高波及系数和采收率。如A砂体的水平采油井A10H（图5）穿过构型界面，其跟部与注水井D16 H位于同一个构型单元内，其趾部与注水井A15位于同一个构型单元内，分别形成有效的注采关系，能同时动用两个构型单元内的储量，增大了波及范围。该井于2008年10月投产，目前累产油37.5×104m3，并且日产油仍保持在150 m3左右，含水只有3.3%，开发效果很好。由此可见，平面产液不均衡是河流相和三角洲相油田的常见问题，可根据构型解剖进行产液结构优化调整，限制沿构型界面走向的注水和产液，加强构型界面法线方向的注水和产液。

4 结论

1）复合砂体内部结构复杂，具有强非均质性，是导致注采矛盾、剩余油富集的关键地质因素。根据砂体的复合程度以及对流体的控制作用，将其内部的结构关系划分为尖灭型、接触型、切叠型和叠加型四类，并建立了相应的地震响应特征。

2）根据复合砂体的成因及结构特征，总结其内部结构的井震响应特征，建立了从单井到剖面再到平面的复合砂体构型解剖方法：分析井点处砂体的期次和组合关系并预测井间的砂体结构；根据垂向高程差异和横向结构类敏感地震属性的约束，识别骨干剖面砂体内部期次与边界；利用井点和骨干剖面对构型单元的控制，以平面地震属性为导向，进行砂体空间组合，融合多信息，实现复合砂体构型的平面表征。

3）渤海BZ油田A砂体的解剖及应用表明，复合砂体构型解剖成果能够有效指导储层连通性分析、剩余油分布预测以及油田开发中后期的开发调整策略。