2018, Vol. 40
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2. 中联煤层气有限责任公司, 北京 朝阳 100011
2. China United Coalbed Methane Co. Ltd., Chaoyang, Beijing 100011, China
储层构型(Reservoir Architecture)是指储层内部不同级次构成单元的形态、规模、方向及其叠置关系的统称，构型要素和界面是其主要研究内容。相对于传统沉积相研究，储层构型更强调储层内部的级次性和结构性。
1.1 现代沉积与野外露头储层构型研究源于野外露头的沉积学分析，便于直接观察和测量、与地下储层有可比性，是早期构型研究的主要对象，但只能进行剖面观测，对于平面展布研究具有一定不足性[1]。而现代沉积在一定程度上弥补了露头剖面的缺憾，随着卫星技术和地理信息技术的发展，沉积体的平面特征越来越直观地呈现在研究者面前。当然，现代沉积往往受到人类活动的改造，难以反映地质应力的自然结果，因此，将野外露头与现代沉积合二为一，是构型研究的重要方法，也取得了大量具有里程碑意义的成果。
早期的构型研究主要是基于河流相、三角洲相和风成沉积物的野外露头，尝试建立构型要素和界面的分级分类系统。Allen在1965年提出，将河流和三角洲沉积体划成分级序列，可对各级别露头(群)的不同区域范围内的古水流资料变化进行解释，该序列由小到大包括小型波痕、大型波痕、沙丘、河道和上述4个等级变化总和的“综合体系”等5个等级[2]。Allen于1977年首次提出了储层构型的概念，并详细描述了河道和溢岸沉积的几何形态及内部组合[3]；同年，Brookfeild在风成底形分级系统中，提出臂形韵律层、沙丘、空气动力波痕和冲击波痕4个同时沉积的不同级别的“风成底形单元”[4]。1983年，Allen针对英国威尔士泥盆系砂岩建立3类界面[5]。
1985年，储层构型分析法伴随着河流相的储层构型分析法而诞生，Miall提出了界面等级、岩相类型、结构单元等概念[6]。通过之后的不断完善，明确了6级界面、20种岩相类型、9种结构单元的分类方案[7-8]，成为当今油气勘探领域三大进展之一。
随后，众多学者基于现代沉积和野外露头，针对不同的沉积相类型划分了相应的构型单元，并建立了大量的构型模式，涉及河流、三角洲、冲积扇、海底扇以及滨岸砂体等，为后续地下储层构型研究奠定了坚实的基础。1983年，Cossey和Frand对德克萨斯州Fran Kline点坝侧积体的构型进行了分析，并建立侧积模式[9]。随着油气田开发需求变化，储层构型研究不仅在构型单元和构型模式方面展开，也开始向储层非均质性、储层物性等方面延伸，逐渐进入实用阶段。2001年，Jol等分析了韩国东南部Kyongsang盆地西北部白垩纪冲积层序构型的厚砂岩、薄砂岩和泥岩3种组分[10]；2003年，Deptuck等通过对高分辨率多波二维和三维地震数据的分析，解剖了尼日尔三角洲斜坡上部的近海底河道和堤岸体系的储层构型[11]。
国内对储层构型研究起步较晚，早期多是基于对地下储层模式的认识需求，针对河流-三角洲的野外露头和现代沉积开展定性描述和模式建立。1993年，李思田等对鄂尔多斯盆地陆相多种成因砂体露头进行了研究[12]。1998年，尹燕义等对吉林饮马河点坝进行研究，识别出3种基本类型侧积体[13]。2000年，马世忠等对辽宁昌图纪家岭泉头组河流点坝露头进行研究，建立了点坝沉积模式、三维构型及其非均质性模型[14]。2001年马凤荣等针对嫩江大马岗点坝的研究以及1995年林克湘等针对青海油砂山水下分流河道砂体露头的研究[15-16]，将河流沉积微相进行了细化，并且建立了迷宫状河道砂体的地质模式。1994年，李思田等对陕甘宁盆地三角洲前缘相露头的研究，明确了不同类型砂体的定量规模参数[17]。
现代沉积和野外露头为构型单元规模的定量研究提供了良好的资料基础。对构型单元建立了定量或半定量的认识，标志着构型研究从定性走向了定量，国内外学者对此作了大量有益的工作，其中以曲流河最为系统和成熟。Leeder对河流规模的定量分析进行了开创性研究[18]，通过现代曲流河测量分析，指出点坝砂体厚度大致等于河流满岸深度，弯曲度大于1.7的曲流河满岸宽度
| $ W=6.8H^{1.54} $ | (1) |
式中：
随后，Lorenz等通过对现代曲流河数据统计分析[19]，指出弯曲度大于1.7的曲流河满岸宽度与单一曲流带宽度的关系为
| $ W_{\rm m}=7.44W^{1.01} $ | (2) |
式中：
薛培华对拒马河现代曲流河点坝研究后指出，点坝砂体在平面上的最大宽度是河弯的弯顶处，一般为60
地下储层构型研究则是构型理论的延伸和应用。随着国内东部油田进入开发中后期，地下储层构型研究很快引起国内学者的重视，地下构型表征逐渐成为提高油田采收率的关键，现已成为油藏开发的重要地质基础。
地下构型主要利用三维地震信息和井信息表征，依据地震反射终止关系、内部结构和外部形态进行地震相分析和识别，然后进行储层沉积相和构型研究[25]。近年来，一些学者发展了地震三维切片技术，进行地下沉积体的结构和界面分析，称之为地震地貌学和地震沉积学[26-28]。
需要注意的是，利用三维地震信息研究储层构型受资料品质和地下地质条件限制，在埋深较浅、地下构造简单、地震资料主频较高的情况下，效果较好，如加拿大阿尔伯塔省阿斯巴斯卡盆地的McMurray组油砂矿，埋深200
针对地下储层的研究获得了大量理论和实践成果，尤其2000年以后，国内文献数量呈爆发式增长(图 1)。1995年，赵翰卿等在储层沉积相研究经验和当代河流沉积学知识基础上，应用密井网分析方法解剖砂体分布特征，识别了砂体空间分布，实现了地下储层的分析[29]。2005年，何文祥等对孤岛油田孤52井组馆陶组点坝砂体进行了详细研究，对单一河道的顶底界面(4级界面)和点坝内部侧积体分界面(3级界面)进行了识别，并根据储层地质学原理，建立了点坝侧积体的栅状模型图[30]。2007年，岳大力和吴胜和研究了孤岛油田馆陶组3-4砂组曲流河储层，应用模式拟合的研究思路，对河道砂体的各级次构型特征进行分析，形成了系统的河流相构型研究方法[22]。2006年，隋新光基于水平井资料，通过建模和数模等多个角度，在理论和生产实践等多个方面，详细研究了密井网区油田地下点坝砂体的内部构型[31]。2008年，马世忠在野外地质露头及现代沉积模式的指导下，详细分析了大庆长垣葡Ⅰ组的不同类型(曲流型、顺直型、水下分流)河道砂体内部构型，并结合油田生产实际，总结出一套切实可行的单砂体内部构型剖析方法[32]。
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| 图1 1991-2015年国内主要期刊储层构型发表论文数量统计图 Fig. 1 Statistical graph of essay on reservoir architecture in domestic periodical between 1991 and 2015 |
随着开发程度的提高，中国东部海上油田也逐渐进入开发中后期，为满足精细开发的需求，突破稀疏井网的限制，形成了海上油田大井距条件下，利用井震联合方法的储层构型研究思路[33-34]。在层次分析、模式拟合及多维互动等方法的指导下，储层构型的研究对象从曲流河相逐渐扩展到辫状河、三角洲、冲积扇以及深水沉积。总体上，储层构型研究正向着精细化和定量化方向发展。
2 构型研究方法 2.1 现代沉积与露头测量方法现代沉积和野外露头考察是早期最直接、精度较高的储层构型研究方法。露头研究具有直观性、完整性、精确性等重要优点。但是野外露头剖面仅仅是二维数据，在平面上很难识别，现代沉积研究一定程度上可弥补露头研究在平面上的不足。随着信息技术的发展，沉积体的平面特征可以通过现代航拍和卫星照片来识别。但由于人类活动的改造，现代沉积难以反映地质改造的结果，因此建立更为完整的构型模式，一般需要将露头和现代沉积方法结合起来，实现平面和剖面的结合，达到从平面二维到空间三维砂体的解剖，以现代河流和野外露头实测分析为基础，结合现代航拍和卫星影像技术，可使研究者对河流-三角洲体系沉积特征进行更全面、更直观的研究。
2.2 沉积模拟方法主要以三角洲沉积体系作为模拟对象，但是该方法的实用性有待进一步研究。刘忠保等以辫状河-扇三角洲湖退沉积过程为模拟对象，研究不同水深条件下两种沉积环境的定量演变趋势[35]。根据对大庆油田杏六区东部枝状三角洲沉积过程的模拟，王文乐对枝状三角洲的单砂体形成机制及控制因素进行了分析[36]。胡晓玲、石富伦等通过开展辫状河三角洲内部构型的沉积模拟实验，深入分析了三角洲前缘河口坝的几何形态、内部结构及复合河口坝叠置样式，按照河口坝内部增生体、单个河口坝砂体和河口坝复合体将河口坝沉积砂体划分出3类界面[37-38]。Jaco等根据水槽实验结果，对逐渐减弱的高密度流类似物的几何形态、结构和组成进行了分析，重点研究了其构型特征及流动属性[39]。
2.3 探地雷达测量方法探地雷达是一种先进的浅层地球物理勘探技术，是近几年构型研究的热点方法之一。它能提供高分辨率的地层成像，分辨率可达到厘米级，探测深度达到30
利用探地雷达技术，Jol对美国德克萨斯州、佛罗里达州、乔治亚州、俄勒冈州及华盛顿州等地区海岸砂坝的地层走向、砂坝进积和加积方向等内部结构特征进行了研究，以确定沉积相分布和咸淡水界面等[10]。利用探地雷达的高精度成像性，Nichol识别出5种雷达相单元，而海滩脊通常以不连续、高振幅、透镜状反射为特征[42]。根据探地雷达、岩芯和声纳探测资料，1993年，Alexander等通过对美国蒙大拿洲现代沉积曲流环的研究，认为河道迁移是构造倾斜、断层、基准面变化、可容空间演化和气候变化等多因素综合控制的结果[43]。2001年，Corbeanu等对犹他州Coyote盆地白垩系Ferron河道砂体进行研究，解剖了砂体的内部结构，建立了三维模型[44]。Brenton等根据航空磁测结果，对加拿大育空地区的韦尼克地层地下构型演化进行了分析与研究[45]。
近年来，国内学者陆续对探地雷达的原理及实际应用效果进行了介绍与探讨，取得了一系列成果。2012年，笔者通过测量现代沉积，设计10 m
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| (垂直点坝走向) (Vertical to direction of point bar) 图2 某地现代沉积探地雷达反射剖面 Fig. 2 Ground-penetrating radar reflection profile of local modern deposits |
虽然探地雷达主频达到100 Hz，具有成像的高分辨性，能够很好地用于现代沉积与野外露头，但由于其成本较高和频率较高，因此，如何将雷达模型模拟到实际油田仍需进一步研究。
2.4 三维地震与地震沉积学方法随着地震资料采集精度的提高，地震属性分析在储层表征中广泛应用，并取得了一定成果。应用层位方向解释方法，Rijks等结合自动体追踪和亚层序属性提取结果，利用地震属性解释出河道和决口扇平面分布[50]。Vitor等根据露头研究成果及地震资料，刻画了Green点坝不同时间演化切片的空间分布[51]。Richard等发展了高分辨率三维地震条件下河道内部构型识别方法[52]。
最近几十年，学术界逐步确立并发展了基于高精度三维地震切片的地貌学和沉积学解释方法。利用地震属性及其垂向演化特征，结合地貌学特征的方法，Posamentier等称为“地震地貌学”[53]；Zeng等更注重应用地震资料来分析沉积体系的形成演化过程，故将其称为“地震沉积学”[27]。由于某些沉积地质体的平面延伸范围一般大于沉积的厚度，因此，受地震垂向分辨率限制而在剖面上无法分辨的地质体，在平面上有可能被识别出来。根据地震层序解释格架内地质时间标志层(标志同相轴)之间的连续地层切片，可在平面上识别地质体及其内部沉积(构型)单元，并对其垂向演变展开研究[34]。
2.5 定量构型方法通过河流相储层几何形态和规模的定量研究，国内外学者总结了一系列的经验公式，为构型的研究起到了很大的指导作用。石书缘、李宇鹏等基于Google Earth对曲流河道的测量，建立了曲流河道宽度与点坝长度的定量关系，解剖了点坝砂体分布的三维定量模型[23-24]。周新茂等应用地层倾角测井法、开发对子井法、水平井法等3种方法，对点坝构型要素进行定量描述，并研究了点坝构型对剩余油富集的影响[54]。周银邦等在点坝内部侧积层分布模式的指导下，综合利用经验公式、岩芯及密井网剖面等方法，对点坝内部侧积层进行了定量表征[55]。目前，学术界基本形成了从单砂体厚度到河道满岸深度，再到河道满岸宽度，最终，预测点坝跨度的预测思路[18-19, 23-24, 56-57](表 1)。
| 表1 储层构型定量预测经验公式 Table 1 Quantitative prediction empirical formula of reservoir architecture |
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在前人研究的基础上，吴胜和、束青林等倡导层次约束、模式拟合和多维互动等多个级别的井间构型的模式预测思路与方法，研究对象从单一的曲流河相扩展至辫状河、三角洲等多种沉积相类型，并向着定量化方向发展，不论是在理论认识，还是在生产实践方面均取得长足的发展[58-59]。整体上，对于陆上密井网条件下的储层构型研究技术和思路已经基本成熟。
在水平井条件下，束青林对孤岛油田馆陶及明化镇组河流相进行点坝内部构型研究，并探究了水平夹层正韵律状态下，三维数值模拟和构型对剩余油形成、分布等的影响[59]。此外，李双应、何文祥在孤岛油田也针对油藏研究中沉积单元的应用进行了探讨[30, 60]。隋新光在水平井密井网油田条件下，详尽研究了地下点坝砂体的内部构型在地质模型和数模模型中的应用[31]；周银邦等在密井网条件下总结了侧积体和侧积层的规模与产状，建立了侧积体定量判别公式[61]；吴胜和、岳大力等针对不同油田高弯度曲流河形成的点坝砂体，进行了构型解剖，并在油田生产中取得了较好的开发效果[22, 58]。
3 储层构型的阶段划分储层构型的发展经历了一个漫长的历史过程。20世纪60年代早期，以沉积环境和相模式研究为主；20世纪70-80年代，以沉积过程分析、环境分析与沉积体系分析为主；20世纪90年代，以物理特性和空间分布研究为主，层次分析法研究构型由河流相到其他相类型；21世纪，构型研究主要用于地下储层研究，采用多种新技术、新手段的应用阶段(图 3)。
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| 图3 储层构型不同研究阶段的不同观点 Fig. 3 Viewpoints of different stages of reservoir architecture research |
20世纪50-60年代，全球陆续发现了一系列大油气田，石油勘探和开发需更为细致地分析与研究地下储集体的时空分布，从而推动了储层构型的诞生，使储层构型研究进入萌芽与初步形成阶段。
如何比较准确地描述储层的非均质性? 1966年，Allen在河流和三角洲沉积体中提出分级系统进行储层的小层划分和对比[62]；1977年，Allen明确了储层构型的概念，用来描述储层几何形态和内部结构[3]；1983年，Allen建立划分河流沉积界面分级系统概念[5]；1985年，Miall在《Earth Science Reviews》发表论文，第一次完整地提出了河流相的储层构型分析法，标志着储层构型分析法的诞生[6]。这一时期，随着油气勘探与开发的不断深入，越来越认识到对储层构成要素和成因的认识是油田合理开发的关键，因而，运用储层构型理论和方法来描述、解释和预测储层特征日益受到重视[63-64]。
3.2 快速发展阶段储层构型于20世纪90年代进入快速发展阶段，代表性著作层出不穷(图 1)。储层构型理论在1989年的第74届AAPG年会被列为当今油气勘探领域三大进展之一。1991年，通过把河流相划分为6级界面及9种结构单元，Miall完善了储层构型方法，储层构型进入一个新的标志性“里程碑”[8]。
1991年，Baker将探地雷达用于研究储层内部结构，并取得良好效果[65]。同年，国内学者薛培华归纳了点坝模式，首次提出侧积体的概念[20]。1992年，张昌民提出构型的层次分析法[66]。1996年，Miall出版了《The Geology of Fluvial Deposits》一书，全面系统介绍了储层构型的分析方法[67]。2000年Posamentier首次提出地震地貌学[68]。2000年，裘怿楠发表了“储层地质模型10年”，对储层的发展方向做了系统阐述。这些都标志着储层构型进入了一个全新的快速发展阶段[69]。
3.3 基本成熟阶段2002年，Szerbiak利用GPR对储层构型进行模拟，并且建立3D流体渗透率模型。在犹他州中东部Ferron砂岩中利用GPR现场描述河流相储层构型的特征，通过3D速度估计和深度偏移，对边界曲面成像。同时，利用3D振幅属性生成一个从地表到地下12 m深的关于储层内部构型的大小、方位和几何形状的地质统计模型[70]。2004年，Baas等利用水槽实验对构型进行分析[71]。2005年，Weber首次提出了成岩构型的概念。他们都强调了新方法在构型中的应用[72]。2007年，李阳发表了“油藏开发地质研究进展”，指出构型是油藏描述关键技术之一[73]。2008年，吴胜和等提出储层构型的模式拟合和多维互动分析法，更加丰富了储层构型的方法[58]。2009年，于兴河等指出储层构型是储层沉积学的发展方向之一，也表明了储层构型的重要性[74]。2010年，Backert将航空磁测引入到储层构型的描述，丰富了储层构型的方法[75]。2014年，胡光义等在“渤海海域S油田新近系明化镇组河流相复合砂体叠置样式分析”中，针对储层厚度低于地震分辨率的先天不足，在地震资料可识别的尺度上对河流相储层进行详细分析，创立并发展适合海上油田经济开发尺度的“复合砂体构型理论”(图 4)[33]，这也表明复合砂体构型是海上油田开发地质的必由之路和发展趋势，标志着储层构型进入了一个全新的发展阶段。研究对象从曲流河逐渐扩展到辫状河、三角洲、冲积扇以及深水沉积；从沉积体系到“源-渠-汇”的体系；从野外露头和现代沉积到密井网地下储层构型研究；从陆上密井网油田到海上稀井网油田。
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| 图4 复合砂体构型分级示意图 Fig. 4 Hierarchical diagram of composite Sand0body architecture |
近年来，国内外关于点坝内部侧积体、侧积层的研究成果很多，国内外众多学者根据露头和现代沉积建立了各种各样的点坝沉积模式，归纳起来共有水平斜列式、阶梯斜列式和波浪式等3种点坝内部侧积体发育模式[20, 76-77]。
4 构型发展方向及趋势随着油气田开发的不断深入，砂体内部结构对剩余油分布的控制更为明显，油田开发的主要目标逐步转变为挖掘剩余油和开发井调整[73, 78-79]。传统的储层非均质性研究主要集中在层内、层间、平面及微观等方面；而储层构型的核心目的是要准确地表征储层内部渗透层与非渗透层的物理特性与空间分布，分析剩余油分布合理调整部署开发井。
储层构型表征仍处于起步阶段，储层构型侧重于露头和现代沉积的研究，对于地下储层构型研究尚不完善，特别是针对海上稀疏井网条件下的储层研究更不成熟。
4.1 地下储层构型描述方法地下储层构型研究的难点主要表现在储层内部薄夹层多、规模小，单层厚度分辨率低于地震可识别精度。而传统的储层构型研究方法以野外露头和现代沉积研究为基础，根据岩芯、录井、测井、地震和动态等资料，揭示地下储集层构型特征。在100 m以上的井距条件下，对构型单元开展井间预测难度很大。同时，在海上相对大井距条件下，由于缺乏储层内部构型空间分布预测的有效研究方法，因此，如何量化表征各层次的结构要素并建立相应地质模型是目前的研究重点。
面对这样的形势，探地雷达、高精度三维地震和井间地震等新技术手段在地下储层研究中的应用，必将对储层构型发展起到巨大推动作用。
4.2 地震响应及解释方法研究地震沉积学(地貌学)的发展为应用三维地震资料开展地下储层构型解释奠定了扎实的基础[27, 53]。然而，应该加强不同沉积构型的地震响应特征和地震多属性的分析，充分挖掘地震资料信息，通过地质与地震的结合，发展井震结合的油藏精细描述方法是当前油田开发亟需解决的难题。在大尺度构型单元的识别精度下，地震信息对于小尺度构型单元的识别存在一定难度，因此，要加强能够反映薄层空间连续性的地震信息相关特征属性的研究。
这就需要对地质体的三维空间的成因体进行解释，以地质规律和地质模式弥补地震反射信息的不足。一方面，级次化解释方法有助于对不同规模和沉积成因地层单元进行地质成因约束；另一方面，也便于根据沉积单元的规模和成因不同，采用针对性的解释技术和尺度范围(图 5)。“复合砂体构型”的建立是在地震可识别基础上，将有成因联系的、不同期次、不同微相、多期单砂体的组合体在地震信息上进行识别，依据砂体在空间的分布特征，将其划分为3种成因砂体结构(堆叠型、侧叠型和孤立型)和7类构型样式(堆叠型、密接触侧叠型、疏散接触侧叠型、离散接触侧叠型、下切侵蚀河道孤立型、决口扇孤立型及孤立河道)[33](图 6)。从而建立了基于复合砂体构型样式的地震响应特征模板，实现低于地震分辨能力的储层表征。
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| 图5 储层构型地震响应解释方法 Fig. 5 Seismic response interpretation method of reservoir architecture |
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| 图6 渤海A油田明化镇组河流相砂体构型与小层划分 Fig. 6 Fluvial reservoir correlation section at A Oilfield in Bohai |
作为储层非均质性的直观量化手段，由于储层构型研究与生产动态关系模糊，其研究结果很难直接解决生产实践问题，这也在很大程度上限制了储层构型研究的发展。不同构型在开发过程中的动态响应特征，开发措施对构型界面的影响特征，以及受构型界面动态改造影响所产生的不同构型单元的剩余油响应特征，均对油气藏开发效果产生直接影响。因此，如何进行精细复合砂体构型表征关系是能否正确描述剩余油分布和量化开发指标的关键因素，进而完善注采井网、提高加密调整井的成功率。因此，不同级次构型单元的动态响应注定是将来的热点方向之一。
4.4 储层构型与合理井网井距的研究随着开发程度的提高，中国大多数主力油田进入开发后期阶段，油田含水急剧增高，注采矛盾日益突出，注采井网不完善，使地下油水运动复杂，剩余油富集区厚度薄、物性相对较差、规模小且分散，剩余油的分布也越来越复杂，因此，油气藏开发效果受碎屑岩油气储层构型研究的直接影响，精细构型表征也对合理井网井距的部署起到越来越重要的作用。不同的储层构型模式的定量规模差别较大，相应储层之间的连通性差别也较大，这必然决定了合理的井距和井网。
5 结语(1) 储层构型理论是油藏描述的研究核心内容之一，对应储层沉积学完善具有划时代意义。
(2) 复合砂体构型将是未来的研究热点。伴随钻井、3D地震等资料精度的不断提高及技术的不断进步，储层构型研究将持续快速发展，尤其是稀疏井网条件下海上油田经济开发尺度的储层构型研究。
(3) 储集层构型分析将将应用与不同类型的油田，对合理完善井网和井距，大幅度提高油田采收率起到至关重要的影响。
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