致密砂巖地震預(yù)測在水平井軌跡設(shè)計中的應(yīng)用

許 杰，董 寧，朱成宏，劉俊洲，陳天勝

(中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京，100083)

鄂爾多斯盆地北部伊陜斜坡帶大牛地地區(qū)二疊系下石盒子組一段(盒一段)為辮狀河道沉積，砂巖發(fā)育較厚(單層厚度10～28 m)。巖性主要為巖屑砂巖，少量中－粗粒巖屑石英砂巖，儲層孔喉為大孔微細喉，平均孔隙半徑為39 μm，平均喉道半徑為0.63 μm，平均孔隙度為10.31%，平均滲透率為0.76×10－3μm2，為低孔、低滲致密砂巖儲層。鉆井結(jié)果表明，盒一段致密砂巖儲層及其含氣性在縱橫向具有很強的非均質(zhì)性［1－2］。

在實際開發(fā)中，為了降低勘探風(fēng)險，提高儲量的動用程度，開展了水平井軌跡設(shè)計的技術(shù)方法研究，對盒一段致密砂巖氣藏的開發(fā)具有重要的意義［3－6］。

1 層序地層劃分與沉積相特征

盒一段沉積早期，整個盆地抬升，相對下伏山西組沉積期整體可容納空間降低，來自北部的碎屑沉積物供給量加大，大牛地地區(qū)辮狀河道異常發(fā)育，以粗粒的心灘沉積疊置為特征，只在長期旋回洪泛面附近有細粒泥質(zhì)沉積。

根據(jù)沉積層序邊界特征和沉積旋回組合關(guān)系，在對地震、鉆井、測井、露頭及巖心等資料進行綜合研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)用高分辨率層序地層學(xué)原理［7－12］，將盒一段劃分為 1 個長期基準面旋回層序(圖1)，由 3 個中期旋回(MSC1，MSC2，MSC3)疊加組成，具有上升半旋回自下而上由粗變細和由淺變深的粒度變化，厚度明顯大于反向變化的下降半旋回，代表緩慢水進和加速水退的地層旋回過程。巖性以淺灰色砂質(zhì)巖為主夾少量棕褐色、灰色和灰綠色泥巖，沉積序列下部普遍含礫。其上升半旋回主要由厚的、連續(xù)疊置的河道砂體(包括滯留河床、心灘砂體微相的細礫巖、含礫粗砂巖、中－粗粒砂巖和粉－細砂巖)組成，向上泥質(zhì)組分增多和加深變細的水進序列。下降半旋回由薄的洪泛沉積，粉－細砂巖，粉砂巖、泥巖的韻律交替，組成向上加粗增厚的水退序列。

該時期辮狀河特別發(fā)育，大牛地氣田盒一段底界面為大型沖刷面，辮狀河道疊置的主體砂層厚度大于30 m，寬度從6 km至20 km，第一個中期旋回層序(MSC1)是盒一段河流體系最為發(fā)育的沉積，河道主體在大牛地地區(qū)從北至南貫穿，確立了整個盒一段沉積相分布格局(圖2)。從盒一段砂巖厚度和沉積相圖分析，辮狀河道砂巖最發(fā)育的區(qū)域為工區(qū)中部D8井區(qū)的南北條帶。

2 地震反射界面地質(zhì)意義

圖1 大牛地氣田D8井盒一段層序地層及沉積相Fig.1 Sequence stratigraphy and sedimentary facies of He-1 member in Well D8 in Daniudi gas field

圖2 大牛地氣田盒一段沉積相Fig.2 Sedimentary facies of He-1 member in Daniudi gas field

圖3 大牛地氣田盒一段地震反射特征Fig.3 Seismic reflectance signatures of He-1 member in Daniudi gas field

圖4 大牛地氣田波形地震相Fig.4 Seismic facies of the waveform in Daniudi gas field

文中重點探討盒一段氣層發(fā)育與否和氣層厚度變化對地震反射波的影響，在盒一段氣層發(fā)育區(qū)，測井顯示氣層為高聲波(大于235 μs/m)、低電阻(小于100 Ω·m)特征，氣層為低波阻抗，地震波形特征表現(xiàn)為之上為強波谷反射。大量實鉆結(jié)果顯示，高產(chǎn)氣井(如D50井)在地震剖面之上為強波谷特征，如D50井盒一段測試無阻流量3.467 2×104m3/d，而之上為雜亂或平直的弱波谷反射則氣層不發(fā)育(圖3)。這種強波谷反射波形能較準確地預(yù)測盒一段含氣砂巖發(fā)育區(qū)。

對比盒一段無阻流量大于1×104m3/d的井，在D50井區(qū)為Ⅰ類地震相，之上寬緩強波谷反射特征，高產(chǎn)氣層與Ⅰ類地震相具有較好的對應(yīng)關(guān)系(圖3，圖4)，氣層分布與沉積相辮狀河道展布一致，反映了波形地震相對盒一段含氣性預(yù)測的可靠性。

3 疊前AVO含氣檢測技術(shù)

在彈性參數(shù)分析(表1)的基礎(chǔ)上，對盒一段單界面AVO響應(yīng)進行正演模擬。正演結(jié)果表明(圖5)，泥巖－干砂巖的界面與泥巖－氣砂巖、干砂－氣砂巖的界面AVO特征是不同的，雖然都表現(xiàn)為負梯度(P)異常，但泥巖－干砂巖的截距(G)為正值。因此，盒一段高聲波、低電阻氣層屬于Ⅲ類AVO，表現(xiàn)為負截距、負梯度異常特征(圖6，綠色和黃色代表氣層發(fā)育)。這種AVO負截距負梯度異常預(yù)測的氣層分布與沉積相辮狀河道展布(圖2)一致，尤其在D8井區(qū)南北辮狀河道厚砂巖發(fā)育區(qū)有很好的對應(yīng)關(guān)系，表現(xiàn)在主辮狀河道上厚砂層中局部的“甜點”。

表1 大牛地氣田盒一段彈性參數(shù)統(tǒng)計Table 1 Elastic parameter statistics of He-1 member in Daniudi gas field

圖5 大牛地氣田盒一段單界面AVO正演結(jié)果Fig.5 Single interface AVO forward modeling of He-1 member in Daniudi gas field

圖6 大牛地氣田盒一段AVO負截距、負梯度屬性Fig.6 Negative intercept and negative gradient attributes of He-1 in Daniudi gas field

4 巖性地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演

針對巖性的地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演技術(shù)在大牛地致密砂巖氣藏地震儲層預(yù)測中已經(jīng)成為常規(guī)目標處理的一項關(guān)鍵技術(shù)，注重綜合層序地層研究與地震解釋成果建立精細地質(zhì)模型［3］，以約束稀疏脈沖反演的波阻抗數(shù)據(jù)體為軟趨勢，進行巖性指示曲線的隨機模擬，得到高分辨率的可分離砂巖、泥巖和煤層的巖性指示曲線三維數(shù)據(jù)體。該方法有效地綜合利用了地質(zhì)、測井和三維地震數(shù)據(jù)，巖性反演結(jié)果滿足:①在井點處與測井數(shù)據(jù)反映的巖性一致;②在井間符合地震數(shù)據(jù)和已知巖性參數(shù)的地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)特征。

將地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演得到的巖性數(shù)據(jù)體和孔隙度數(shù)據(jù)體由時間域轉(zhuǎn)化為深度域，在深度域進行地質(zhì)子體雕刻，得到目的層盒一段砂巖厚度和孔隙度空間展布，計算出該地質(zhì)子體的頂?shù)讟?gòu)造圖、砂巖厚度和孔隙度平面圖，結(jié)合AVO負梯度負截距屬性，并參考地震波形特征，設(shè)計水平井軌跡［7－14］。

利用上述方法技術(shù)，在D8井區(qū)部署了盒一段水平井DP27H，該井水平段砂巖發(fā)育(圖7a)，孔隙度發(fā)育(圖7b)，AVO負梯度異常(圖7c)，之上波形為強波谷特征(圖7d)。該井實鉆獲得高產(chǎn)工業(yè)氣流，測試無阻流量達到17.878×104m3/d，實現(xiàn)了大牛地致密砂巖氣藏水平井先導(dǎo)試驗的成功。

5 結(jié)論及認識

圖7 大牛地氣田盒一段水平井DP27H設(shè)計軌跡剖面Fig.7 Designed trajectory-of horizontal Well DP27H in He-1 member in Daniudi gas field

1)高分辨率層序地層學(xué)理論的應(yīng)用能較好地認清辮狀河道沉積相的展布規(guī)律，沉積相決定了地層巖石類型和巖石組合，也決定了儲層的發(fā)育和分布，沉積相是進行儲層預(yù)測和描述的重要基礎(chǔ)和依據(jù)。

2)大牛地地區(qū)盒一段氣層有效的預(yù)測技術(shù)方法是地震波形分析、AVO含氣檢測和巖性、孔隙度地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演。

3)致密砂巖氣藏具有較強的非均質(zhì)性，水平井的部署主要針對辮狀河道砂巖中局部的“甜點”，預(yù)測氣層的有效地球物理方法應(yīng)在地震反射特征的地質(zhì)認識和地震巖石物理分析基礎(chǔ)上，針對性開展定性屬性和定量反演研究。

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