鄂爾多斯盆地東緣雷家磧地區(qū)盒8段致密儲層“甜點”預(yù)測

孫文舉 ，王應(yīng)斌 ，徐文軍

（1.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京100083；2.中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司，北京100011）

0 引言

近年來，非常規(guī)油氣已成為油氣勘探開發(fā)的熱點。在非常規(guī)油氣的勘探開發(fā)過程中，產(chǎn)量較高的區(qū)域被稱為“甜點”區(qū)，不同類型“甜點”區(qū)的評價參數(shù)、評價方法等均存在較大差異。趙政璋等［1］建立了以測井新技術(shù)為主體的“七性”評價方法體系（巖性、電性、烴源巖特性、物性、含油性、脆性、地應(yīng)力和各向異性），鄒才能等［2］提出了烴源性、巖性、物性、含油氣性、脆性、地應(yīng)力特性等“六性”評價方法和參數(shù)。其中，儲層品質(zhì)評價是“甜點”區(qū)評價的重要基礎(chǔ)，單一從微觀、定量和單學(xué)科理論角度進(jìn)行儲層研究已不能滿足石油工業(yè)發(fā)展的需求，要以宏觀、定量、多學(xué)科協(xié)同和智能化發(fā)展趨勢為指導(dǎo)來從事儲層研究［3］，研究過程中，如何協(xié)調(diào)多學(xué)科知識，特別是建立微觀資料與宏觀資料之間的定量描述關(guān)系越來越受到重視，這就需要進(jìn)行以地震為手段的理論技術(shù)創(chuàng)新，以解決儲層內(nèi)部物理性質(zhì)變化的預(yù)測問題，并提高儲層物理性質(zhì)變化描述的能力［4-6］。

地震儲層學(xué)作為一門交叉學(xué)科，通過描述儲層巖性與物性特征、儲集空間類型及形成機理、成巖作用及其對儲層的改造等微觀特征，結(jié)合由高分辨率三維地震數(shù)據(jù)體提取的地震屬性，通過高分辨率反演手段，將三維空間內(nèi)孔隙機構(gòu)、流體特征、物性以及巖性特征通過儲層建模方式表現(xiàn)出來，以實現(xiàn)儲層特征的精細(xì)描述［7-8］。

雷家磧地區(qū)位于鄂爾多斯盆地東緣臨興區(qū)塊內(nèi)，是近期致密氣勘探開發(fā)的新區(qū)，儲層發(fā)育規(guī)律橫向變化較大，砂巖、泥巖和泥灰?guī)r波阻抗值域范圍接近，有效區(qū)分各類儲層的難度大，且目的層段多，成藏主控因素復(fù)雜，綜合評價難度大。區(qū)內(nèi)目前有5口探井，鄰區(qū)開發(fā)的主力層系“下石盒子組盒8段”在雷家磧地區(qū)并未獲得工業(yè)氣流或無產(chǎn)能。為尋找雷家磧地區(qū)盒8段有利儲層分布區(qū)，本次研究采用地震儲層學(xué)方法，將微觀巖心實驗資料與宏觀高分辨率三維地震資料相結(jié)合，建立適合該區(qū)地質(zhì)條件的“甜點”區(qū)分布預(yù)測方法，以期對研究區(qū)的勘探部署提供指導(dǎo)作用。

1 區(qū)域概況

鄂爾多斯盆地位于華北克拉通西部，是一個油氣、煤和砂巖型鈾礦等多種礦產(chǎn)共存富集的大型沉積盆地［9-11］，雷家磧地區(qū)位于鄂爾多斯盆地東緣晉西撓褶帶，晉西撓褶帶在中晚元古代—古生代為一相對隆起的古地貌，沉積了中上寒武統(tǒng)、下奧陶統(tǒng)、上石炭統(tǒng)及上二疊統(tǒng)。晉西撓褶帶的熱力作用與華北板塊早白堊世發(fā)生的重要構(gòu)造事件有關(guān)，深部巖漿侵入和熱力事件的發(fā)生使得該區(qū)埋藏深處形成了許多侵入巖或噴發(fā)相巖體。早白堊世強烈的構(gòu)造熱力變動導(dǎo)致盆地東緣大面積抬升隆起，呂梁斷隆帶的翹傾，離石斷裂帶、晉西撓褶帶及西傾大斜坡的形成［12-15］（圖 1）。

雷家磧地區(qū)上古生界自下而上發(fā)育本溪組、太原組、山西組、下石盒子組、上石盒子組和石千峰組，其中，下石盒子組盒8段以辮狀河三角洲平原亞相沉積為主，辮狀分流河道與洪泛平原微相均較為發(fā)育［16］。巖性為雜色礫巖、砂質(zhì)礫巖、含礫粗砂巖、中—粗粒巖屑砂巖、巖屑石英砂巖以及灰綠色、黃褐色厚層狀細(xì)砂巖，沉積構(gòu)造以大型楔狀層理和大型板狀交錯層理為主，可見槽狀交錯層理和平行層理。厚層砂體內(nèi)部由多個向上變細(xì)的正旋回構(gòu)成，底部有沖刷面。辮狀分流河道頻繁改道和沖刷，河漫灘不發(fā)育，垂向序列上為多個小型砂體的疊加，從而形成厚度較大的大型砂體，小型砂體之間發(fā)育薄層狀泥巖隔層，造成了辮狀河道沉積的砂體具有極強的非均質(zhì)性［17-18］，橫向變化快，縱向上隔夾層多而不連續(xù)。

圖1 鄂爾多斯東緣雷家磧地區(qū)位置及地層綜合柱狀圖Fig.1 Geographic location and comprehensive stratigraphic column of Leijiaqiarea in eastern margin of Ordos Basin

2 儲層特征

2.1 儲層巖石學(xué)特征

鄂爾多斯盆地東緣雷家磧地區(qū)盒8段以巖屑砂巖和長石巖屑砂巖為主，石英平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為44.0%，長石平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12.2%，巖屑平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為43.8%。巖屑類型以火山巖巖屑和變質(zhì)巖巖屑為主，沉積巖巖屑含量較低。巖石中還含少量云母、綠泥石等黏土礦物和鈣質(zhì)膠結(jié)物等，填隙物平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17.0%，包括黏土礦物、鐵方解石和菱鐵礦等。碎屑顆粒多為次圓狀—次棱角狀，顆粒支撐結(jié)構(gòu)，顆粒之間以線接觸為主，局部為點接觸或凹凸接觸，孔隙式膠結(jié)，石英次生加大較為發(fā)育，顆粒分選較好，粒度主要以中—細(xì)粒為主。

2.2 儲集物性特征

研究區(qū)5口井盒8段的巖心樣品的覆壓孔滲測試數(shù)據(jù)顯示，砂巖儲層的覆壓孔隙度為0.70%～14.00%，平均值為4.03%，滲透率為0.010～0.950 mD，平均值為0.134 mD。絕大多數(shù)孔隙度值小于8%，占總樣品數(shù)的97.4%，其余分布在8%～10%；絕大多數(shù)樣品的滲透率分布在0.010～0.500 mD，小于0.500 mD的樣品占總數(shù)的98.6%，為典型的致密砂巖儲層。

2.3 儲集空間類型

通過巖石普通薄片、鑄體薄片及掃描電鏡觀察分析，可以得出雷家磧地區(qū)盒8段儲層巖石的面孔率低，巖石膠結(jié)致密，孔隙類型復(fù)雜，包括殘余粒間孔、次生溶孔和高嶺石晶間孔等，其中以殘余粒間孔、粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔為主［圖 2（a）—（g）］，被溶蝕的礦物以長石為主。

圖2 雷家磧地區(qū)盒8段砂巖儲集空間顯微照片（a）膠結(jié)緊密，LX-1，1 957.4 m；（b）鐵方解石充填粒間，LX-7，1 951.0 m；（c）溶蝕粒間孔，LX-12，1 915.4 m；（d）溶蝕顆?？?，LX-12，1 917.2 m；（e）片絲狀伊利石合體附著于碎屑顆粒表面，可見次生溶蝕微孔隙發(fā)育，LX-14，1 950.7 m；（f）顆粒表面溶蝕，LX-12，1 975.4 m；（g）長石溶蝕向絲片狀伊利石轉(zhuǎn)化，LX-14，1 877.7 m；（h）貼?？p，LX-41，1 891.0 m；（i）長石發(fā)生溶蝕，LX-41，1 906.5 m；（j）粒內(nèi)溶孔和粒間溶孔，LX-41，1 910.4 m；（k）見金紅石晶體，且晶體溶蝕強烈，粒內(nèi)孔隙發(fā)育，LX-41，1 906.5 m；（l）鈉長石沿解理溶蝕，見少量粒內(nèi)孔隙，LX-41，1 906.5 mFig.2 Characteristicsof sandstonereservoir spaceof He8 member in Leijiaqiarea

2.4 孔喉結(jié)構(gòu)特征

壓汞分析結(jié)果顯示，砂巖儲層中值孔喉半徑為0.009～0.026μm，平均值為 0.020μm，反映孔喉偏細(xì)；均質(zhì)系數(shù)為0.222～0.304，平均值為0.260，分選系數(shù)為2.903～3.026，平均值為2.968，反映孔喉分選中等—差；排驅(qū)壓力為0.672～0.678 MPa，平均值為0.674 MPa，最大進(jìn)汞飽和度平均值為61.29%，殘余汞飽和度平均值為34.05%，退汞效率平均值為44.42%?？傮w上，儲層孔隙結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，非均質(zhì)性較強。

3 儲層物性主控因素

3.1 物源與沉積環(huán)境對儲層物性的影響

砂巖儲層的母巖類型為儲層巖性的重要控制因素，進(jìn)而影響了儲層物性［19］。鄂爾多斯盆地東緣雷家磧地區(qū)在呂梁期形成的統(tǒng)一固化結(jié)晶基底（太古代—古元古代變質(zhì)巖）與中—晚元古代以后形成的蓋層構(gòu)成了明顯的二元結(jié)構(gòu)，在地殼抬升作用下，太古代—古元古代變質(zhì)巖剝蝕區(qū)成為研究區(qū)儲層的主要物源供給區(qū)，大量火山巖巖屑、變質(zhì)巖巖屑通過風(fēng)化剝蝕、搬運和再沉積作用使得研究區(qū)儲層砂巖的成分成熟度偏低，抗壓實能力弱，初始孔隙度較小。以辮狀河三角洲平原亞相沉積為主，河道擺動頻繁，砂體縱向疊置，橫向變化大?？傮w上，辮狀河道沉積的儲層物性總體好于河漫灘沉積。

3.2 成巖作用導(dǎo)致區(qū)域物性差異大

成巖作用也是控制儲層質(zhì)量的重要因素之一。通過顯微鏡下儲層巖石成巖特征觀察和掃描電鏡等分析可以得出，研究區(qū)盒8段在漫長的地質(zhì)歷史時期經(jīng)歷了機械壓實、壓溶作用、膠結(jié)作用和溶解作用等一系列成巖作用，形成了現(xiàn)今儲層非均質(zhì)性強的特征。后期的建設(shè)性成巖作用如溶蝕和構(gòu)造破裂作用增大了巖石的孔隙度和滲透率，有效改善了砂巖的儲層物性。其后，烴源巖在成熟過程中所伴生的有機酸流體進(jìn)入砂巖儲層中，不穩(wěn)定礦物被溶蝕，形成粒內(nèi)和粒間溶孔。儲層中發(fā)育的微裂縫可溝通各孤立孔隙，改善儲層滲透性，較大裂縫能夠成為油氣運移通道，后期常被瀝青充填。破壞性成巖作用主要有壓實作用和膠結(jié)作用，壓實作用隨著埋深的增大而增加，可一定程度上減少儲層的孔隙度；含Ca2+流體運移至儲層孔隙中，在達(dá)到碳酸鹽礦物的過飽和時發(fā)生沉淀作用，從而形成碳酸鹽膠結(jié)物或含鐵碳酸鹽膠結(jié)物，造成巖石孔隙度降低，部分自生黏土礦物的形成會降低儲層的滲透性（圖2）。

4 “甜點”預(yù)測

地球物理技術(shù)的發(fā)展，尤其是地震成像技術(shù)精度的提高和三維可視化技術(shù)的快速發(fā)展為“甜點”預(yù)測提供了有力支持［20-21］?？碧綄嵺`表明，鄂爾多斯盆地東緣雷家磧地區(qū)主要氣藏類型為巖性氣藏和地層氣藏，由于整個石油行業(yè)進(jìn)入精細(xì)勘探階段，勘探取得重大發(fā)現(xiàn)的難度越來越大，地震勘探的最終目的也逐漸從“查明地下的地層構(gòu)造特征”向“探明地層的巖性”轉(zhuǎn)變，其中的關(guān)鍵技術(shù)之一就是地震預(yù)測技術(shù)［22-23］。研究區(qū)的三維地震資料顯示，地震資料整體品質(zhì)良好，但主頻主要為20～25 Hz，對于目的層的致密砂巖薄層來講，該主頻偏低，且在地震剖面上直接識別盒8段的單個砂體極為困難，這是該區(qū)利用地震資料直接進(jìn)行儲層預(yù)測和評價的主要難點［24］。目前研究區(qū)存在的其他技術(shù)難點主要包括：①儲層砂體橫向變化大，且砂巖、泥巖和泥灰?guī)r波阻抗值域范圍接近，有效區(qū)分薄層儲層的難度大，砂體大范圍分布，但有效儲層在橫向和縱向上非均質(zhì)性均極強，氣層的有效識別是儲層預(yù)測的關(guān)鍵問題；②研究區(qū)被巨厚黃土覆蓋，導(dǎo)致道集質(zhì)量品質(zhì)不一，單一屬性預(yù)測準(zhǔn)確率低，須進(jìn)行多屬性分析并進(jìn)一步優(yōu)選。

4.1 “甜點”屬性應(yīng)用

地震屬性是將地震數(shù)據(jù)通過不同的數(shù)學(xué)變換而得到的關(guān)于地震振幅、頻率以及相位等地震特征，是地震動力學(xué)研究和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的重要指標(biāo)［25］。從地震數(shù)據(jù)中提取的地震屬性可以反映儲層的內(nèi)在特征，是地震數(shù)據(jù)體的衍生和拓展，可一定程度上反映地層的物理性質(zhì)。通過提取隱藏在地震資料中的弱信息，可實現(xiàn)對油氣勘探開發(fā)中重要的孔隙及其賦存流體性質(zhì)的描述，其中甜點屬性是利用振幅與瞬時頻率之間的均方根比值來描述碎屑巖儲層中獨立砂體的頻譜變化。Radovich等［26］在研究Gorgon油田時首次提出了“甜點”的概念，其發(fā)現(xiàn)含氣砂體的瞬時振幅較強和瞬時頻率較低，經(jīng)過“二原色”屬性融合，能較準(zhǔn)確地預(yù)測砂巖儲層。劉曾勤等［27］首次將“甜點”的概念引入了我國，其后陸續(xù)有學(xué)者在地震儲層預(yù)測方面沿用了該技術(shù)［28-29］，并取得了較好的效果。

通過Petrel軟件的體屬性提取技術(shù)獲得“甜點”屬性體，在此基礎(chǔ)上制作出雷家磧地區(qū)盒8段沿層切片（圖3）。在該“甜點”屬性沿層切片中，紅色區(qū)域代表砂巖厚度大，藍(lán)色區(qū)域代表砂巖厚度小，可見砂巖在盒8段廣泛分布，且大多砂體厚度為10～40 m。通過對砂巖的分布范圍和厚度與產(chǎn)氣井的分布對比研究，結(jié)果顯示各區(qū)域的砂巖厚度并非為控制天然氣富集的唯一因素。因此，尋找更加有效的地球物理方法來圈定含氣面積是研究區(qū)亟待解決的關(guān)鍵問題。

4.2 疊前AVO同步反演

疊前AVO同步反演主要是利用地震資料、AVA子波、測井?dāng)?shù)據(jù)中的彈性數(shù)據(jù)和疊前道集數(shù)據(jù)在層位劃分結(jié)果、測井和地質(zhì)資料的綜合約束下進(jìn)行反演，得到密度和波阻抗數(shù)據(jù)，然后通過數(shù)學(xué)公式變換計算出泊松比和剪切模量等參數(shù)。具體的反演方法和步驟如下：

（1）首先從Aki-Richard方程的Fatti變形公式開始，這個公式表示了反射振幅和入射角度之間的函數(shù)關(guān)系：

式中：LP=ln(ZP)；LS=ln(ZS)；LD=lnρ；k與 kc是表示縱波速度與橫波速度經(jīng)驗關(guān)系的系數(shù)；m與mc表示縱波速度與密度經(jīng)驗關(guān)系的系數(shù)。

圖3 雷家磧地區(qū)盒8段“甜點”屬性沿層切片F(xiàn)ig.3 Sweet spot attribute slice of He 8 member in Leijiaqiarea

（2）將之前的Fatti方程變?yōu)椋?/p>

通過對研究區(qū)5口井的測井曲線和彈性參數(shù)進(jìn)行綜合研究與分析，結(jié)果表明該區(qū)含氣性和物性好的砂體對縱橫波速度、泊松比、拉梅常數(shù)和剪切模量較為敏感，5口井的交會分析與測井解釋結(jié)果顯示，紅色拾取部分為低伽馬值的含氣砂巖，與拉梅常數(shù)相比，泊松比屬性可以更好地識別氣層（圖4）。

4.3 烴類檢測

運用疊前反演技術(shù)對雷家磧地區(qū)盒8段儲層的含氣性進(jìn)行了預(yù)測。疊前反演主要從彈性參數(shù)的角度預(yù)測儲層含氣性，對鉆井資料和地震資料的依賴性較大。由于鉆井在平面上的分布有限，因此在進(jìn)行含氣性預(yù)測時，不僅參考了疊前反演結(jié)果，而且也應(yīng)用了多屬性分析成果。研究區(qū)的油藏類型主要是構(gòu)造-巖性致密氣藏，其成藏受控于2個主要因素：一是有利的構(gòu)造背景，二是良好的砂巖儲層。從前文中巖石物理分析結(jié)果可以得出，密度是反映巖性和物性的敏感彈性參數(shù)，但由于密度反演對原始CRP道集品質(zhì)要求很高，一般資料難以達(dá)到精度要求，從而使得反演的可靠性偏低。因此，通過密度來反映儲層物性的好壞存在一定難度。巖石物理分析顯示儲層含氣后，如果縱波速度降低但橫波速度幾乎沒有變化，且縱橫波速度變化導(dǎo)致彈性參數(shù)協(xié)同變化（縱橫波速度比和泊松比明顯降低），則可判定該儲層為含氣層。

圖4 雷家磧地區(qū)盒8段參數(shù)交會圖Fig.4 Crossplotsof petrophysicsparametersof He8 member in Leijiaqiarea

通過一系列對疊前道集的優(yōu)化處理（濾波、超道集和道集拉平等），可最大限度保留原始道集信息。通過疊前反演得到波阻抗數(shù)據(jù)體后，再根據(jù)巖石物理實驗結(jié)果提取泊松比屬性預(yù)測氣層分布，可以看出雷家磧地區(qū)盒8段儲層在平面上氣層分布較為連續(xù)，主要分布在工區(qū)中部的構(gòu)造平緩帶（圖5）。

圖5 雷家磧地區(qū)盒8段氣層厚度預(yù)測Fig.5 Prediction of gas reservoir thickness of He 8 member in Leijiaqiarea

5 生產(chǎn)應(yīng)用實效

5.1 井位部署

儲層物性是控制天然氣富集的重要因素之一，而地震屬性分析可以在宏觀上尋找優(yōu)質(zhì)儲層，特征的屬性也可以反映其含氣性。通過大量巖心的鑄體薄片和掃描電鏡分析可知，雷家磧地區(qū)盒8段的成巖作用以壓實作用和膠結(jié)作用為主，而作為改善儲層物性的溶蝕作用和破裂作用不太發(fā)育。將巖心分析數(shù)據(jù)與地球物理預(yù)測相結(jié)合，可以發(fā)現(xiàn)砂體預(yù)測范圍與氣層預(yù)測范圍的分布疊合帶為可靠的氣層發(fā)育區(qū)，并在井位部署上盡量避開東部紫金山巖體，設(shè)計了探井一口，命名為LX-41（圖6）。

圖6 雷家磧地區(qū)盒8段有利勘探區(qū)預(yù)測Fig.6 Favorable exploration areas of He 8 member in Leijiaqiarea

5.2 鉆后分析

通過LX-41井鉆后取心進(jìn)行鑄體薄片和掃描電鏡分析可得，其平均孔隙度為5%，平均滲透率為0.8 mD，與研究區(qū)其他鉆井的分析結(jié)果一致，為致密砂巖儲層，其儲集空間類型包括粒內(nèi)溶孔、粒間溶孔以及微裂縫等［參見圖 2（h）～（l）］，這些微裂縫的發(fā)育還可以作為油氣運移通道［30-31］。通過分析認(rèn)為，壓實作用和膠結(jié)作用均是儲層致密化的重要原因，其原生粒間孔隙基本不發(fā)育，但成巖中后期的建設(shè)性成巖作用所形成的次生孔隙在一定程度上改善了巖石的儲集條件。通過測井解釋成果得出，LX-41井盒8段共解釋出氣層12.2 m（表1），與預(yù)測結(jié)果吻合度高且勘探效果優(yōu)于前期其他鉆井。綜上所述，依據(jù)“甜點”屬性預(yù)測結(jié)果所部署的鉆井，其勘探實效優(yōu)于其他鉆井，已獲得工業(yè)氣流，這一勘探實例為研究區(qū)的井位部署提供了范例。

表1 雷家磧地區(qū)盒8段氣層解釋厚度Table1 Interpretation thicknessof gasreservoir of He8 member in Leijiaqiarea

6 結(jié)論

（1）鄂爾多斯盆地東緣雷家磧地區(qū)盒8段儲層類型以巖屑砂巖和長石巖屑砂巖為主，儲集空間主要為粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔和微裂縫，儲層非均質(zhì)性較強，平均覆壓孔隙度為4.03%，平均覆壓滲透率為0.134 mD，為典型的致密砂巖儲層。

（2）建設(shè)性成巖作用對儲層物性的改造可引起縱橫波速比和泊松比等巖石物理參數(shù)的變化。因此，通過地震屬性分析與疊前反演技術(shù)，可在單井巖心分析結(jié)果的約束下在平面上劃分出有利儲層發(fā)育區(qū)，再進(jìn)行井位部署。通過上述方法在鄂爾多斯盆地東緣雷家磧地區(qū)部署的LX-41井在盒8段獲得良好的勘探實效。