吉木薩爾頁巖油“甜點(diǎn)”預(yù)測方法

董 巖，徐東升，錢根葆，王曉輝，戴云捷

(1.中國石油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000；2.中國石油東方地球物理公司，新疆 烏魯木齊 830016)

0 引 言

近年來，隨著中國石油探明程度的提高，老油田含水率越來越高，年綜合遞減率逐漸增大，新發(fā)現(xiàn)規(guī)模效益儲量難度越來越大，并呈現(xiàn)出儲量品位變差的趨勢，常規(guī)的石油領(lǐng)域新建產(chǎn)能難以彌補(bǔ)產(chǎn)量的遞減，亟需尋找非常規(guī)石油資源，實(shí)現(xiàn)資源的戰(zhàn)略接替。頁巖油以其“源儲一體、原位聚集、規(guī)模資源”等特性必然成為常規(guī)油氣的重大接替領(lǐng)域，國內(nèi)外頁巖油勘探開發(fā)均已取得重大的進(jìn)展[1-6]。準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組頁巖油以其多源混積、過渡巖性、“甜點(diǎn)”分散、源內(nèi)聚集等特點(diǎn)成為中國西部擠壓型前陸咸化湖盆頁巖油典型代表[7-9]，“甜點(diǎn)”儲層單層平均厚度小于6 m，發(fā)育上、下2個“甜點(diǎn)”段[10-13]。目前，上“甜點(diǎn)”已投入開發(fā)，開發(fā)方式以水平井鉆探和體積壓裂為主。前期采用常規(guī)波阻抗反演和地震多屬性反演等方法僅對地質(zhì)“甜點(diǎn)”進(jìn)行了宏觀預(yù)測，預(yù)測結(jié)果分辨率較低，僅能分辨大套的“甜點(diǎn)”段，難以表征厚度為6 m左右的主力開發(fā)油層，水平段鉆遇率僅為87%左右。因此，如何依托現(xiàn)有的三維地震資料，形成一套針對頁巖油 “甜點(diǎn)”預(yù)測方法，為水平井鉆探提供一套高精度的儲層模型，進(jìn)而提高油層鉆遇率，成為當(dāng)前吉木薩爾頁巖油高效開發(fā)亟需解決的技術(shù)問題。

1 頁巖油“甜點(diǎn)”地球物理特征

1.1 頁巖油“甜點(diǎn)”測井分類

二疊系蘆草溝組頁巖油具有源儲一體、整體成藏的特點(diǎn)，儲層為咸化湖盆中濱淺湖—半深湖的細(xì)粒混積巖，儲層巖性包括粉細(xì)砂巖、云屑粉細(xì)砂巖、砂屑云巖、泥晶與微晶云巖。物性受巖性控制明顯，上、下“甜點(diǎn)”段平均孔隙度為11%，平均滲透率為0.01 mD，屬于中低孔、超低滲儲層。

目前，常規(guī)的測井曲線難以表征頁巖油的巖性、物性和含油性，唯一對儲層特征較為敏感的測井曲線只有核磁有效孔隙度[14]。在現(xiàn)有開發(fā)方式下，按照核磁有效孔隙度和含油飽和度的關(guān)系，將核磁有效孔隙度大于5%、含油飽和度大于45%并達(dá)到工業(yè)油流標(biāo)準(zhǔn)的“甜點(diǎn)”定義為油層。具體可劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ共3類，分類標(biāo)準(zhǔn)如表1所示，根據(jù)目前頁巖油高效開發(fā)建產(chǎn)的迫切需求，“甜點(diǎn)”儲層開發(fā)動用類型主要以Ⅰ類和Ⅱ類為主。

按照上述分類標(biāo)準(zhǔn)，上“甜點(diǎn)”主要集中在P2l22-1、P2l22-2、P2l22-3三個砂層，巖性主要為砂屑云巖、巖屑長石粉細(xì)砂巖和云屑砂巖，油層厚度為38 m。其中，上部P2l22-1儲層平均厚度約為2 m，以Ⅱ類“甜點(diǎn)”為主，橫向連續(xù)性較差；中部P2l22-2儲層平均厚度約為4～6 m，以Ⅰ類“甜點(diǎn)”為主，橫向連續(xù)性好，是水平井鉆探的首要目標(biāo)層段；下部P2l22-3儲層平均厚度約為2 m，以Ⅱ、Ⅲ類“甜點(diǎn)”為主，橫向連續(xù)性差。下“甜點(diǎn)”主要集中在P2l12-1、P2l12-2、P2l12-3三個砂層，巖性主要為砂屑云巖、云質(zhì)粉砂巖和云屑砂巖，油層厚度為25 m。其中，上部P2l12-1儲層平均厚度約為2 m，以Ⅱ類“甜點(diǎn)”為主，橫向連續(xù)性較差；中部P2l12-2儲層平均厚度約為4～6 m，以Ⅰ類“甜點(diǎn)”為主，橫向連續(xù)性好，是水平井鉆探的首選目標(biāo)層段；下部P2l12-3儲層平均厚度約為2 m，以Ⅱ、Ⅲ類“甜點(diǎn)”為主，橫向連續(xù)性差。

表1 吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組頁巖油“甜點(diǎn)”分類

1.2 頁巖油“甜點(diǎn)”地震反射特征

該文研究依托的是JI17井區(qū)三維地震資料，資料面元為25 m×50 m，覆蓋次數(shù)為48次。三維區(qū)內(nèi)二疊系蘆草溝組埋藏深度為1 600～4 000 m，二疊系蘆草溝組有效頻寬為10～48 Hz，主頻約為28 Hz，二疊系蘆草溝組地層速度平均值為3 500 m/s，按照傳統(tǒng)1/4波長估算，縱向能夠分辨約30 m的儲層。

通過儲層精細(xì)標(biāo)定，上“甜點(diǎn)”在地震剖面上表現(xiàn)為強(qiáng)波峰、中低頻的反射特征，橫向連續(xù)性較好；下“甜點(diǎn)”表現(xiàn)為中弱波谷、中低頻的特征，橫向變化較快(圖1)。地震剖面上“甜點(diǎn)”段的振幅強(qiáng)弱變化能夠較好地反映“甜點(diǎn)”橫向變化特征，地層切片上地震屬性的相對變化可以表征井的沉積變化韻律。可以利用波形的變化特征，通過疊后地震反演或者模擬的技術(shù)手段開展高分辨率的“甜點(diǎn)”預(yù)測(圖2)。

2 頁巖油“甜點(diǎn)”高精度預(yù)測

2.1 “甜點(diǎn)”敏感參數(shù)分析及預(yù)測思路

在“甜點(diǎn)”地球物理特征研究的基礎(chǔ)上，將二疊系蘆草溝組縱波阻抗和核磁有效孔隙度進(jìn)行了分類交會(圖3)，Ⅲ、Ⅱ類“甜點(diǎn)”及非“甜點(diǎn)”均表現(xiàn)為高阻抗特征，波阻抗值大于8×106kg/(m2·s)，Ⅰ類“甜點(diǎn)”表現(xiàn)為中低阻抗的特征，波阻抗值為6×106～11×106kg/(m2·s)。因此，縱波阻抗和核磁有效孔隙度具有一定的負(fù)線性關(guān)系，但難以定量表征3類“甜點(diǎn)”。另外，常規(guī)的確定性反演和基于地震的隨機(jī)模擬方法都難以有效地提高“甜點(diǎn)”預(yù)測的分辨率，預(yù)測結(jié)果不能滿足水平井鉆探的高精度需求。

圖1 吉木薩爾二疊系蘆草溝組“甜點(diǎn)”連井地震剖面

圖2 JI17井區(qū)三維 “甜點(diǎn)”段沿層均方根振幅切片

基于以上“甜點(diǎn)”敏感參數(shù)分析，當(dāng)前“甜點(diǎn)”預(yù)測方法需要創(chuàng)新：一是針對波阻抗難以表征“甜點(diǎn)”儲層的技術(shù)難點(diǎn)，需要通過核磁有效孔隙度的模擬來實(shí)現(xiàn)“甜點(diǎn)”的分類預(yù)測；二是針對常規(guī)確定性反演和隨機(jī)模擬分辨率低的技術(shù)難點(diǎn)，需要充分利用地震的高頻信息來實(shí)現(xiàn)“甜點(diǎn)”的高分辨率預(yù)測。

地震波形指示的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)模擬是針對薄儲層開發(fā)的較高精度的儲層預(yù)測方法，是基于相控隨機(jī)模擬思想，采用地震波形指示的蒙特卡羅算法(SMCMC)，利用地震波形特征來解析低頻的空間結(jié)構(gòu)，以此代替變差函數(shù)(變程)來優(yōu)選井樣本，并根據(jù)樣本的分布距離，對高頻成分進(jìn)行無偏差的最優(yōu)估計(jì)。對于橫向變化快、非均質(zhì)性較強(qiáng)的薄儲層，這種預(yù)測方法在縱向上能夠最大限度地提高分辨率，橫向上受地震波形的宏觀約束能夠降低結(jié)果的隨機(jī)性，從而能夠有效提高儲層預(yù)測的精度和可靠性[15-16]。依據(jù)上述分析，頁巖油“甜點(diǎn)”預(yù)測主要采用基于地震波形指示的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)模擬來實(shí)現(xiàn)。

圖3 二疊系蘆草溝組縱波阻抗和核磁有效孔隙度交會圖

該技術(shù)的關(guān)鍵創(chuàng)新點(diǎn)：一是地震波形指示的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)優(yōu)化算法，有別于傳統(tǒng)的僅依靠鉆井資料的不確定性估算，是通過井震的精細(xì)標(biāo)定建立地震波形和頁巖油地質(zhì)“甜點(diǎn)”的統(tǒng)計(jì)學(xué)關(guān)系，利用地震波形的空間變化規(guī)律作為“甜點(diǎn)”儲層預(yù)測的宏觀約束，實(shí)現(xiàn)井點(diǎn)處測井?dāng)?shù)據(jù)作為“硬約束”、無井處地震波形作為“軟約束”的精確估算，大大降低了預(yù)測結(jié)果的多解性；二是充分拓寬了地震資料的高頻信息在“甜點(diǎn)”預(yù)測中的應(yīng)用，通過地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法對過井點(diǎn)處的地震頻率進(jìn)行定量分析和估算，確定地震資料的最佳截止頻率，再通過基于寬頻的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)模擬實(shí)現(xiàn)對核磁有效孔隙度的高分辨率預(yù)測，預(yù)測結(jié)果分辨率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于地震資料的原始分辨率。

2.2 預(yù)測結(jié)果分析及鉆井驗(yàn)證

利用基于地震波形指示的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)模擬方法對研究區(qū)二疊系蘆草溝組核磁有效孔隙度進(jìn)行了預(yù)測。在JI174—JI172井連井核磁有效孔隙度模擬剖面上(圖4)，藍(lán)色代表非 “甜點(diǎn)”，黃色代表Ⅲ類 “甜點(diǎn)”，紅色代表Ⅰ類和Ⅱ類 “甜點(diǎn)”，預(yù)測結(jié)果實(shí)現(xiàn)了核磁有效孔隙度的定量分類預(yù)測，主力油層核磁有效孔隙度空間展布特征符合沉積背景規(guī)律。預(yù)測結(jié)果與前期利用地震多屬性模擬結(jié)果相比，宏觀趨勢是一致的，縱向分辨率大幅度提高(圖4)，前期利用地震多屬性模擬的預(yù)測結(jié)果僅能在縱向上分辨20 m以上的“甜點(diǎn)”段，基于地震波形指示的核磁有效孔隙度模擬的預(yù)測結(jié)果可以在縱向上分辨約6 m的“甜點(diǎn)”。基于地震波形指示的核磁有效孔隙度模擬預(yù)測結(jié)果，橫向上能夠較好地反映“甜點(diǎn)”儲層的變化趨勢，核磁有效孔隙度模擬剖面中，下“甜點(diǎn)”橫向變化快、上“甜點(diǎn)”主力油層相對穩(wěn)定的變化關(guān)系與實(shí)際鉆井變化規(guī)律相一致，預(yù)測鉆井吻合率為95%，后續(xù)新鉆井核磁測井吻合率為90%，說明預(yù)測結(jié)果精度高、可靠程度高，能夠滿足研究區(qū)水平井開發(fā)的需求。

圖4 吉木薩爾二疊系蘆草溝組核磁有效孔隙度模擬剖面

3 水平井開發(fā)效果

利用高分辨率的核磁有效孔隙度模擬結(jié)果，針對二疊系蘆草溝組頁巖油開發(fā)主體區(qū)，按照200 m井距整體部署了68口水平井，水平段平均長度為1 500 m。截至2019年7月底，已完鉆11口并全部投產(chǎn)，目的層油層鉆遇率在92%以上，Ⅰ類和Ⅱ類地質(zhì)“甜點(diǎn)”的鉆遇率均大于90%。采用大規(guī)模體積壓裂工藝，在目的層試產(chǎn)效果較好，初期峰值日產(chǎn)油為27.5～116.8 t/d，其中，JHW035井5.5 mm油嘴最大日產(chǎn)油量為116.8 t/d，JHW036井4.5 mm油嘴最大日產(chǎn)油量為82.8 t/d，初期生產(chǎn)效果較好。目前，正常生產(chǎn)的7口井平均日產(chǎn)油量為42.7 t/d。

通過頁巖油“甜點(diǎn)”測井及地震的分類表征，形成了一套針對陸相頁巖油薄“甜點(diǎn)”識別的地球物理預(yù)測方法，提高了水平井油層鉆遇率，實(shí)現(xiàn)了頁巖油的效益開發(fā)。

4 結(jié) 論

(1) 吉木薩爾二疊系蘆草溝組頁巖油分為上“甜點(diǎn)”和下“甜點(diǎn)”2個部分，上“甜點(diǎn)”橫向穩(wěn)定性較好，整體表現(xiàn)為中強(qiáng)振幅連續(xù)反射特征，下“甜點(diǎn)”相對變化較快，整體表現(xiàn)為中弱振幅不連續(xù)反射特征。

(2) 形成了基于地震波形指示的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)模擬的頁巖油 “甜點(diǎn)”高分辨率預(yù)測技術(shù)，有效解決了頁巖油薄“甜點(diǎn)”預(yù)測難題，提高了頁巖油地質(zhì)“甜點(diǎn)”預(yù)測精度和“甜點(diǎn)”鉆遇率，預(yù)測“甜點(diǎn)”識別厚度由前期的20 m提至6 m，實(shí)鉆水平井I類和II類“甜點(diǎn)”鉆遇率大于90%。實(shí)際水平井的鉆探及試油結(jié)果驗(yàn)證了該技術(shù)的可靠性，為后續(xù)水平井的鉆探和軌跡調(diào)整提供了有力的參考依據(jù)。