東海低滲氣藏儲層改造區(qū)“甜點(diǎn)”預(yù)測技術(shù)研究與應(yīng)用

秦德文，高紅艷，鐘 韜，劉創(chuàng)新，夏 瑜，單理軍

（中海石油（中國）有限公司上海分公司，上海 200030）

東海低滲氣藏儲層改造區(qū)“甜點(diǎn)”預(yù)測技術(shù)研究與應(yīng)用

秦德文，高紅艷，鐘 韜，劉創(chuàng)新，夏 瑜，單理軍

（中海石油（中國）有限公司上海分公司，上海 200030）

西湖凹陷目的層埋藏深，低滲氣藏占比大，需要通過儲層改造方能有效開發(fā)，但儲層非均質(zhì)性強(qiáng)、橫向變化快，優(yōu)選甜點(diǎn)儲層發(fā)育區(qū)是儲層改造成功的關(guān)鍵。分析了三種不同類型“甜點(diǎn)”儲層的地質(zhì)成因，通過測井巖石物理分析優(yōu)選了巖性、物性及含氣性的敏感參數(shù)。運(yùn)用疊前同步反演技術(shù)得到彈性敏感屬性體，進(jìn)而預(yù)測了砂巖厚度、物性、含氣性及脆性指數(shù)的展布特征，將地質(zhì)和工程優(yōu)勢屬性融合得到一類和二類甜點(diǎn)發(fā)育區(qū)，為水平井多級壓裂的井位方案設(shè)計提供重要參考依據(jù)。

低孔滲；地球物理特征；疊前反演；甜點(diǎn)預(yù)測

東海油氣田位于東海海域，距離上海約450 km左右，西湖凹陷位于東海陸架盆地北部，東以海礁隆起和魚山低隆起為界，西至釣魚島隆褶帶，北接福江凹陷，南抵釣北凹陷[1-2]。在近40年的勘探開發(fā)歷程中，先后發(fā)現(xiàn)了多個油氣田和含油氣構(gòu)造，尤其是近幾年，西湖凹陷勘探取得重大突破，相繼發(fā)現(xiàn)了兩個大氣田，但儲層非均質(zhì)性強(qiáng)，中高滲、常規(guī)低滲和特低滲儲層共存，整體以低滲—特低滲氣層為主（低滲天然氣資源量約占總資源量的92 %）。低滲儲層只有通過有效的儲層改造才能變?yōu)榭砷_發(fā)的儲量，而在低孔滲儲層中發(fā)育有相對優(yōu)質(zhì)的“甜點(diǎn)”儲層，開展“甜點(diǎn)”預(yù)測工作可以為井位優(yōu)選（尤其是水平井井軌跡）提供重要依據(jù)，進(jìn)而提高儲層改造的效果，大幅度提高單井產(chǎn)能，實(shí)現(xiàn)東海低孔滲儲層的經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)。

西湖凹陷砂巖儲層具有兩個主要特征：一是目的層埋藏深，受壓實(shí)作用的影響，致密砂巖儲層普遍發(fā)育；二是主要目的層儲層橫向變化快，局部發(fā)育孔滲條件好的甜點(diǎn)儲層[3-4]。準(zhǔn)確刻畫甜點(diǎn)儲層的分布范圍、在致密儲層中找到物性較好、含氣飽和度高、儲層厚、脆性指數(shù)高的有利儲層實(shí)施鉆探、進(jìn)行壓裂，是儲層改造成功的關(guān)鍵。

國內(nèi)外學(xué)者在低滲—致密儲層“甜點(diǎn)”成因及預(yù)測方面做了大量的攻關(guān)研究[5-7]，我國在陸上的長慶、蘇里格、四川盆地等取得較好的應(yīng)用效果[8-11]。但在海上，受制于一系列工藝、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)難題，使得有效改造該類氣田難度更大。如何明確儲層改造區(qū)的“甜點(diǎn)”儲層成因并有效預(yù)測其分布，成為在現(xiàn)今低油價背景下海上經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)低滲儲層氣藏的重要攻關(guān)方向之一。

圖1 不同成因“甜點(diǎn)”發(fā)育位置

1 “甜點(diǎn)”地質(zhì)成因分析

在低孔滲儲層中，儲集物性好于圍巖的儲層，在常規(guī)測試中可以獲得自然產(chǎn)能的儲層為“甜點(diǎn)”儲層，縱向上，“甜點(diǎn)”主要分布在單期河道中下部塊狀中砂巖部位，由于粒度相對較粗，砂巖抗壓實(shí)能力較強(qiáng)，能夠保存更多的原生孔，同時利于后期酸性流體進(jìn)入，產(chǎn)生次生溶孔，形成物性相對較好的“甜點(diǎn)”[12-13]。平面上，“甜點(diǎn)”分布主要受分流河道展布控制，水動力越強(qiáng)，河道疊置期次越多的地方，“甜點(diǎn)”發(fā)育層數(shù)越多，厚度越大。

基于研究區(qū)的沉積、成巖作用等研究成果，研究區(qū)儲層主要有三種不同的“甜點(diǎn)”成因類型，揭示了研究區(qū)“甜點(diǎn)”儲層的成因機(jī)制（圖1）。

（1）“原生+溶蝕”型“甜點(diǎn)”

該類“甜點(diǎn)”的主要特點(diǎn)是以原生孔隙為主，壓實(shí)作用破壞原生孔隙，后期溶蝕增孔，主要發(fā)育中溶蝕—中壓實(shí)成巖相。巖性以中砂巖、細(xì)砂巖、砂礫巖為主；發(fā)育綠泥石環(huán)邊膠結(jié)，增加其抗壓強(qiáng)度，并有效阻止石英膠結(jié)，保存了豐富的原生孔；發(fā)生長石、巖屑等粒內(nèi)及粒間溶蝕，形成了部分溶蝕孔；平均面孔率可達(dá)9.5 %，平均孔隙度為12.01 %，平均滲透率26.45×10-3μm2，儲集性好，是最有利的成巖相類型。

（2）“原生孔隙保存+溶蝕增孔”型“甜點(diǎn)”

該類“甜點(diǎn)”經(jīng)過較強(qiáng)壓實(shí)作用，主要發(fā)育中溶蝕—中強(qiáng)壓實(shí)成巖相，視溶蝕率45 % ～ 70 %，視壓實(shí)率60 % ～ 78 %；巖性以細(xì)砂巖為主，壓實(shí)作用中強(qiáng)—強(qiáng)，顆粒線—凹凸接觸；原始粒間孔保存，但規(guī)模、孔隙半徑較?。黄骄婵茁士蛇_(dá)5.6 %，平均孔隙度可達(dá)9.37 %，平均滲透率3.3×10-3μm2。

（3）“溶蝕次生孔隙”型“甜點(diǎn)”

該類“甜點(diǎn)”的主要特點(diǎn)是沉積對其的控制作用較弱，主要發(fā)育在水下分流河道，但是在近岸水下分流河道和遠(yuǎn)岸水下分流河道中均有發(fā)育。強(qiáng)烈溶蝕作用是該類“甜點(diǎn)”形成的主控因素。在長石、石英、巖屑和碳酸鹽中均有溶蝕，主要發(fā)育強(qiáng)溶蝕—強(qiáng)壓實(shí)成巖相，視溶蝕率80 % ～ 95 %，視壓實(shí)率80 % ～ 90 %，巖性以細(xì)砂巖為主，顆粒線—凹凸接觸；原始粒間孔較少，后期隨著有機(jī)酸的進(jìn)入，不穩(wěn)定礦物發(fā)生強(qiáng)烈溶蝕作用形成粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔；平均面孔率可達(dá)2.57 %，平均孔隙度7.36 %。

2 “甜點(diǎn)”巖石物理特征分析

測井巖石物理分析是連接地震與油藏的橋梁，能為儲層和油氣預(yù)測指示方向。本次巖石物理分析圍繞識別儲層、尋找物性好且含氣飽和度高的有利儲層兩個問題展開，研究巖石的彈性參數(shù)與巖性、物性、含氣性等特征的內(nèi)在關(guān)系。

首先研究彈性參數(shù)的巖性特征，將縱橫波速度比Vp / Vs與縱波阻抗進(jìn)行交匯，如圖2所示可以看出砂泥巖阻抗疊置嚴(yán)重，縱波阻抗無法識別巖性，Vp / Vs可以較好地識別砂泥巖，但無法識別致密砂巖還是孔隙砂巖，因此可以將Vp / Vs作為巖性敏感參數(shù)，但不能作為物性敏感參數(shù)。

疊前反演的彈性參數(shù)主要是縱橫波阻抗、密度等，其對巖性識別較好，但是對于儲層物性和含油氣性較難預(yù)測，為了解決此問題，前人嘗試了基于常規(guī)參數(shù)的數(shù)學(xué)運(yùn)算構(gòu)建新參數(shù)來實(shí)現(xiàn)對物性和含油氣性的預(yù)測，取得了較好的效果?？屏_拉多礦院的Mazumdar提出了泊松阻尼因子—PDF（Poisson Dampening Factor）概念[14]，它是基于縱波阻抗、橫波阻抗的數(shù)學(xué)運(yùn)算來得到的，如公式（1）所示：

通過多屬性交匯優(yōu)選物性敏感參數(shù)，發(fā)現(xiàn)泊松阻尼因子屬性[15-17]（簡稱為PDF）與孔隙度相關(guān)性較好，如圖3所示，圖中色標(biāo)顯示為孔隙度數(shù)值，深藍(lán)色為泥巖和致密砂巖，紅色和黃色區(qū)域?yàn)榭紫渡皫r，泊松阻尼因子（PDF）能較好地識別相對高孔砂巖區(qū)，PDF值越大孔隙度越大。為了進(jìn)一步了解其相關(guān)程度，將PDF和縱波阻抗分別與孔隙度做交匯，如圖4所示發(fā)現(xiàn)砂巖的PDF與孔隙度有很好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.93，大于縱波阻抗與孔隙度的相關(guān)系數(shù)0.79，因此將PDF作為該地區(qū)的物性敏感參數(shù)。

此外，通過砂巖孔隙度與PDF交匯可擬合得到兩者的關(guān)系式：

通過運(yùn)用公式（2），可以利用PDF屬性計算得到孔隙度。

進(jìn)一步的交匯發(fā)現(xiàn)流體因子屬性ρf[18]在本研究區(qū)比較適用，能較好地識別流體，如圖5所示，將流體因子ρf與含水飽和度Sw進(jìn)行交匯，紅色表征含氣區(qū)，藍(lán)色為含水區(qū)或者泥巖，分析發(fā)現(xiàn)ρf能很好的識別流體，含氣層為低ρf值。

通過以上測井巖石物理分析認(rèn)為，研究區(qū)巖性、物性、流體都有相對應(yīng)的彈性敏感參數(shù)且識別效果較好，通過疊前反演技術(shù)可以得到彈性敏感參數(shù)體，進(jìn)而識別“甜點(diǎn)”儲層。

圖2 巖性敏感參數(shù)分析

圖3 孔隙度敏感參數(shù)分析

圖4 孔隙度與PDF及縱波阻抗相關(guān)性分析

圖5 流體敏感參數(shù)分析

3 “甜點(diǎn)”預(yù)測關(guān)鍵技術(shù)

疊前同步反演是基于地震反射波振幅與不同入射角反射系數(shù)有關(guān)的理論，利用多個不同角度的部分疊加地震數(shù)據(jù)體來同步直接反演各種彈性參數(shù)，如縱波阻抗、橫波阻抗、密度和泊松比等，進(jìn)而預(yù)測儲層巖性、物性及流體性質(zhì)的方法[19-21]。近年來疊前同步反演在常規(guī)碎屑巖儲層及孔隙度預(yù)測方面取得了較好的效果，但對于中深層低孔滲—致密儲層中“甜點(diǎn)”儲層預(yù)測的研究內(nèi)容較少，且效果不佳。本次研究針對東?！疤瘘c(diǎn)”發(fā)育的特點(diǎn)和預(yù)測面臨的難點(diǎn)，進(jìn)行了地球物理預(yù)測關(guān)鍵技術(shù)的優(yōu)化和攻關(guān)，進(jìn)而提高“甜點(diǎn)”敏感屬性體的預(yù)測精度。

本次研究以西湖凹陷黃巖A氣田K層為例進(jìn)行儲層改造“甜點(diǎn)”預(yù)測應(yīng)用研究，黃巖A氣田K層沉積相類型為淺水三角洲，如圖6所示，儲層沉積微相主要為三角洲平原分流河道。研究區(qū)已鉆井W1、W2均處于河道主體部分，鉆遇砂體厚度大于20 m。儲層非均質(zhì)性強(qiáng)，通過對巖心精細(xì)分析，儲層為多期分流河道縱向疊置而成，單期河道由下至上表現(xiàn)為正韻律特征，下部為塊狀中砂巖，向上變?yōu)榘l(fā)育斜層理和平行層理的細(xì)砂巖，頂部為含泥質(zhì)條帶的粉細(xì)砂巖。

3.1 砂巖厚度預(yù)測

通過疊前同步反演得到縱橫波速度比Vp/Vs數(shù)據(jù)體，利用體雕刻技術(shù)可以求出砂體的時間厚度，然后運(yùn)用地區(qū)的速度場進(jìn)行時深轉(zhuǎn)換可得到砂體的深度域厚度，如圖7所示，顏色越紅表明砂體越厚，K層砂體在兩井之間及W2井南部較為發(fā)育，最大預(yù)測厚度超過35 m，砂體預(yù)測厚度與鉆井結(jié)果吻合較好。

圖6 黃巖A氣田K層沉積微相圖

圖7 K層砂體厚度預(yù)測結(jié)果分布圖

3.2 孔隙度與含氣性預(yù)測技術(shù)

通過疊前同步反演技術(shù)得到縱波阻抗和橫波阻抗，運(yùn)用公式（1）和公式（2）計算得到孔隙度數(shù)據(jù)體，如圖8所示為利用泊松阻尼因子屬性預(yù)測的孔隙度結(jié)果，黃色區(qū)為相對高孔砂巖發(fā)育區(qū)，從圖中可以看出高孔砂巖發(fā)育區(qū)主要位于分流河道沉積主體部位，這是因?yàn)槌练e主體部位的孔隙度要高于周邊，而PDF恰好反映了孔隙度較大位置。研究區(qū)兩口已鉆井孔隙度均在9 %以上，均為相對高孔，預(yù)測結(jié)果與鉆井結(jié)果吻合較好。

圖8 K層孔隙度預(yù)測結(jié)果分布圖

圖9 K層含氣性預(yù)測結(jié)果分布圖

3.3 巖石脆性指數(shù)預(yù)測技術(shù)

儲層改造工作中巖石的脆性對壓裂效果起著重要的作用，脆性越好，壓裂造縫效果越好，因此脆性好的巖石發(fā)育區(qū)可作為工程“甜點(diǎn)”。巖石的脆性大小可用脆性指數(shù)來表示，而脆性指數(shù)可通過楊氏模量和泊松比屬性歸一化后計算得到，如圖10所示。脆性指數(shù)屬性體可通過疊前反演得到的縱橫波阻抗及密度計算得到，如圖11為預(yù)測出的K層脆性指數(shù)分布特征，從圖中可以看出砂巖的脆性指數(shù)明顯高于泥巖，脆性好的砂巖主要位于兩井之間以及W2井的南部，局部區(qū)域脆性指數(shù)達(dá)到60 %以上，砂巖脆性較好。

圖10 脆性指數(shù)計算方法

圖11 K層脆性指數(shù)預(yù)測結(jié)果分布圖

4 “甜點(diǎn)”發(fā)育區(qū)優(yōu)選

儲層改造“甜點(diǎn)”的優(yōu)選原則是選擇地質(zhì)甜點(diǎn)和工程甜點(diǎn)的耦合區(qū)域，地質(zhì)甜點(diǎn)是砂體厚、物性好、以及含氣性好的區(qū)域，而工程甜點(diǎn)為脆性指數(shù)高的區(qū)域。在甜點(diǎn)地質(zhì)成因和巖石物理特征分析的指導(dǎo)下，利用疊前同步反演技術(shù)刻畫出了砂體厚度、物性、含氣性及脆性指數(shù)的展布特征。根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定物性、含氣性及脆性指數(shù)下限（孔隙度為8.6 %、含氣飽和度為40 %、脆性指數(shù)為50 %），進(jìn)而圈定物性、含氣性及砂巖脆性有利區(qū)，并結(jié)合砂體厚度及內(nèi)含氣邊界將有利區(qū)范圍進(jìn)行耦合，將所有優(yōu)勢屬性都重合的區(qū)域劃為一類甜點(diǎn)發(fā)育區(qū)，將部分屬性疊合的區(qū)域?yàn)槎愄瘘c(diǎn)發(fā)育區(qū)，如圖12所示，其中黑色虛線區(qū)域?yàn)橐活愄瘘c(diǎn)發(fā)育區(qū)，紅色虛線區(qū)域?yàn)槎愄瘘c(diǎn)發(fā)育區(qū)，從圖中可以看出內(nèi)含氣邊界內(nèi)W2井東側(cè)主要為二類甜點(diǎn)發(fā)育區(qū)，其余為一類甜點(diǎn)有利區(qū)。根據(jù)甜點(diǎn)預(yù)測結(jié)果，考慮在靠近W2井南北方向布一口水平井，通過水平井多級壓裂有效開發(fā)低滲儲量。

圖12 儲層改造“甜點(diǎn)”有利區(qū)優(yōu)選

5 結(jié)論

基于研究區(qū)的沉積、成巖作用等研究成果，分析了三種不同成因類型“甜點(diǎn)”儲層的成因機(jī)制，在甜點(diǎn)地質(zhì)成因分析的認(rèn)識基礎(chǔ)上，通過測井巖石物理分析發(fā)現(xiàn)：低Vp/Vs能夠有效穩(wěn)定地識別砂巖儲層，泊松阻尼因子（PDF）與砂巖孔隙度相關(guān)性較好，而流體因子能較好的識別流體；在甜點(diǎn)地質(zhì)和地球物理特征認(rèn)識的指導(dǎo)下，通過疊前同步反演技術(shù)得到相關(guān)的敏感彈性屬性體，進(jìn)行儲層厚度、孔隙度、含氣性以及脆性指數(shù)展布特征的預(yù)測；根據(jù)以上刻畫結(jié)果，通過綜合各屬性的展布特征，解釋優(yōu)選了西湖凹陷黃巖A氣田K層儲層改造“甜點(diǎn)”的分布區(qū)域，這一預(yù)測結(jié)果，可為后面的水平井井位優(yōu)選提供重要的參考依據(jù)，也為后續(xù)的開發(fā)井部署提供重要參考。

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Study and Application of “Sweet Spot” Prediction Technique in the Reservoir Reconstruction of Gas Reservoir with Low Permeability in East China Sea

QIN Dewen, GAO Hongyan, ZHONG Tao, LIU Chuangxin, XIA Yu, SHAN Lijun
（Shanghai Branch of CNOOC (China) Ltd., Shanghai 200030, China）

The sandstone reservoirs in Xihu Sag are buried deeply and the gas reservoirs with low permeability account for a large percentage. In order to develop effectively, the reservoir reconstruction should be conducted. Due to the characteristics of strong heterogeneity and rapidly lateral change, how to identify the sweet spot area is a key to the success of reservoir reconstruction. Based on the analysis of the geological origin of sweet spot, the elastic parameters which are sensitive to lithology, physical properties and gas-bearing property were optimized by the analysis of petrophysical characteristics. And then the sensitive attributes determined by pre-stack synchronous inversion were used to predict the distribution characteristics of sandstone thickness, physical property, gasbearing and brittleness index. The fi rst and second class of sweet spot areas can be identif i ed by the combination of geological and engineering dominance attributes and can provide important reference to well location design of horizontal multi-staged fracturing. Keywords: Low porosity and permeability; geophysical characteristics; pre-stack inversion; sweet spot prediction

TE122.2

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2017.02.045

1008-2336（2017）02-0045-06

2016-11-18；改回日期：2012-12-06

秦德文，男，1984年生，工程師，碩士，畢業(yè)于中國石油大學(xué)，從事油藏地球物理方面研究工作。E-mail：qindw@cnooc.com.cn。