四川盆地中部地區(qū)致密河道砂巖氣藏高產(chǎn)井地震模式及井軌跡設(shè)計

朱 訊 肖富森 洪海濤 王小娟 關(guān) 旭 鄒 娟 李明秋 楊廣廣 干大勇

中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院

0 引言

四川盆地中部地區(qū)（簡稱川中地區(qū)）中侏羅統(tǒng)沙溪廟組氣藏為典型致密氣次生氣藏[1-3]，自2013年老井上試獲得勘探突破以后，僅在對外合作區(qū)塊BJC區(qū)塊開展了滾動勘探開發(fā)工作，截至2019年12月底共15口井投入試采，累產(chǎn)氣超過11.81×108m3，單井平均日產(chǎn)氣超過7×104m3，展現(xiàn)出良好的開發(fā)潛力。前期認識成果明確四川盆地致密氣資源豐富，其中川中地區(qū)沙溪廟組二段致密河道油氣顯示頻繁，有利面積達10 000 km2，資源量估算超過萬億立方米，氣藏勘探開發(fā)潛力大[4-6]，是中國石油西南油氣田增儲上產(chǎn)的重要領(lǐng)域之一。2018年西南油氣田致密氣主攻領(lǐng)域由須家河組轉(zhuǎn)入沙溪廟組，并立足于川中地區(qū)以沙二段致密河道為主要對象，在三維地震河道精細刻畫基礎(chǔ)上，利用新井鉆探和老井試修相結(jié)合證實了沙溪廟組多條河道大面積含氣，目前不同區(qū)塊相繼進入勘探開發(fā)的不同階段。然而已取得的勘探開發(fā)成果表明沙溪廟組具有河道發(fā)育復(fù)雜、優(yōu)質(zhì)儲層縱橫向非均質(zhì)性強等地質(zhì)特征[7-8]，單純依據(jù)河道的地震刻畫成果部署井位產(chǎn)能存在明顯差異，同時優(yōu)質(zhì)儲層地震識別存在著多解性，難以全面滿足致密氣高效勘探開發(fā)的需求。為此，針對勘探開發(fā)需求及地震難題，充分利用地質(zhì)、測井和地震資料，分析高產(chǎn)井優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育模式，利用高分辨率地震資料開展了優(yōu)質(zhì)儲層地震響應(yīng)特征分析，結(jié)合含氣性預(yù)測成果建立了高產(chǎn)井地震響應(yīng)模式，進而提出了井軌跡設(shè)計方案。相關(guān)研究成果支撐了該區(qū)致密氣開發(fā)井位部署和井軌跡設(shè)計，為致密氣高效開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

1 研究背景

1.1 地質(zhì)特征

1.1.1 構(gòu)造及地層特征

川中地區(qū)構(gòu)造位置位于川中古隆平緩構(gòu)造區(qū)，區(qū)域構(gòu)造平緩[9-11]，表現(xiàn)為南東高北西低的斜坡背景，局部發(fā)育局部背斜和鼻狀構(gòu)造。侏羅系沙溪廟組內(nèi)部主要為正斷層，在區(qū)內(nèi)廣泛分布，斷層規(guī)模小，局部發(fā)育向下斷至下侏羅涼高山組和須家河組斷層可視為烴源斷層，為下伏優(yōu)質(zhì)烴源巖提供了油氣充注通道。川中地區(qū)沙溪廟組巖性主要為紫紅色泥巖夾淺灰色塊狀細—中砂巖為主，表現(xiàn)出“泥包砂”的特征，厚度分布在800～2 200 m，自下而上分為沙一段、沙二段，其中沙二段厚度介于900～1 000 m，縱向上可劃分為4個亞段，河道砂體發(fā)育，為目前該區(qū)致密氣勘探開發(fā)的主要目的層段。

1.1.2 儲層基本特征

沙溪廟組儲層發(fā)育主要受河道發(fā)育的控制，儲層巖性以巖屑長石砂巖和長石砂巖為主，粒度以中—細粒為主，儲集空間主要為粒間孔，次為粒內(nèi)溶孔；孔隙度主要分布在8% ～16% ,平均為12.31%（圖1a），滲透率主要分布在0.01～1.00 mD（圖1b）。選取儲層段孔隙度7.2%～13.6%的巖心樣品開展覆壓條件下孔滲分析，結(jié)果表明沙溪廟組河道儲層覆壓滲透率主要分布在0.003 1～0.064 5 mD之間，依據(jù)《致密砂巖氣地質(zhì)評價方法》（GB/T 30501-2014），川中沙溪廟組河道儲層屬于典型致密砂巖儲層。

圖1 川中地區(qū)沙溪廟組典型河道儲層物性分析直方圖

1.2 開發(fā)部署面臨的主要問題

由于河道砂巖與泥巖層速度存在差異，砂體儲層孔隙度越高，砂體層速度越低，與泥巖的速度差異越大，聲阻抗正差異越明顯，在地震上形成有效的“亮點”反射。因此川中地區(qū)沙溪廟組河道整體表現(xiàn)為強振幅能量的“亮點”地震反射特征，2018年在河道“亮點”區(qū)帶中根據(jù)儲層預(yù)測成果部署探井及評價井產(chǎn)能差異大，其中高產(chǎn)井如探井QL16井測試獲氣35.51×104m3/d，中低產(chǎn)井如QL202-H1測試獲氣5.05×104m3/d，QL17測試獲氣2.04×104m3/d，通過單一的“亮點”地震響應(yīng)模式難以滿足氣田效益勘探開發(fā)的需求，因此分析高產(chǎn)井控制因素并從“亮點”分布帶中建立高產(chǎn)井模式并明確井型設(shè)計方案是實現(xiàn)淺層強非均質(zhì)性致密河道效益勘探開發(fā)的關(guān)鍵。

2 河道精細刻畫

川中地區(qū)沙溪廟組氣藏為明顯的次生氣藏[12-13]，油氣富集受優(yōu)質(zhì)烴源、烴源斷裂、規(guī)模河道砂體的共同控制。由于川中地區(qū)地處四川盆地兩大烴源層的交匯區(qū)[14-18]，同時區(qū)內(nèi)烴源斷層發(fā)育，規(guī)模河道砂體的發(fā)育控制著該區(qū)氣藏的富集程度[19-20]。因此對河道的精細刻畫是該區(qū)井位部署的基礎(chǔ)。

2.1 井震標定

通過對河道砂巖取心段的巖心標定測井分析，川中沙溪廟組河道砂組測井曲線表現(xiàn)為“三高兩低”特征，即高聲波、高中子、較高電阻率、低伽馬與低密度（圖2）。

根據(jù)單井河道砂組精細合成記錄標定，川中地區(qū)河道砂組地震響應(yīng)特征表現(xiàn)為：砂體頂界對應(yīng)波谷，砂體底界對應(yīng)波峰強振幅能量“亮點”的反射特征（圖3）；通過新井實鉆進一步證實了河道砂“亮點”地震反射模式可靠。

2.2 多手段河道刻畫

圖2 川中地區(qū)QL17井沙溪廟組二段河道砂組綜合柱狀圖

圖3 川中地區(qū)沙溪廟組河道合成記錄標定圖

根據(jù)河道砂組地震“亮點”反射模式，利用三維可視化技術(shù)、地震異常體檢測技術(shù)、人工交互解釋技術(shù)精細刻畫出沙溪廟組河道砂體縱橫向展布，明確川中地區(qū)沙溪廟組河道寬度主要介于300～1 500 m，河道砂體厚度主要介于10～30 m（圖4）。目前川中地區(qū)河道三維地震刻畫成果可靠，但是僅憑河道刻畫成果無法滿足后續(xù)開發(fā)井部署工作，因此筆者根據(jù)已有測試井開展產(chǎn)能主控因素分析，為后續(xù)部井模式奠定基礎(chǔ)。

3 產(chǎn)能主控因素分析

3.1 氣井產(chǎn)能受控于優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育程度

由于區(qū)內(nèi)儲層總體表現(xiàn)為低孔、致密特征，為評價相對優(yōu)質(zhì)儲層，根據(jù)孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)和平均毛管壓力參數(shù)，結(jié)合巖心薄片、掃描電鏡、物性、壓汞、核磁等分析，將川中地區(qū)沙溪廟組河道儲層分為3類（表1），其中相對優(yōu)質(zhì)儲層為ⅠⅡ類儲層，巖性以細—中砂巖為主，孔隙類型以粒間孔和粒內(nèi)溶孔為主，孔隙度大于10%，滲透率大于0.1 mD，孔喉連通性好。

圖4 川中地區(qū)沙溪廟組主要河道平面分布圖

表1 川中地區(qū)沙溪廟組河道儲層分類評價表

根據(jù)區(qū)內(nèi)QL201-H1、QL205-H1生產(chǎn)測井解釋結(jié)果分析，QL202-H1井的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類儲層占比分別為62.42%、18.3%、19.26%，測試產(chǎn)量占比分別為53.27%、13.07%、33.67%；QL205-H1井Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類儲層的占比分別為26.32%、28.95%、44.74%，測試產(chǎn)量占比分別為38.73%、30.03%、31.24%，可見區(qū)內(nèi)單井產(chǎn)能主要由Ⅰ、Ⅱ類儲層貢獻，測試產(chǎn)量占55%～80%，Ⅰ類儲層產(chǎn)能貢獻40%以上，因此河道內(nèi)優(yōu)質(zhì)儲層的發(fā)育程度影響氣井產(chǎn)能。

3.2 儲層富氣程度影響單井產(chǎn)能大小

由于川中地區(qū)沙溪廟組屬于典型孔隙型儲層，采用阿爾奇公式計算含氣飽和度，根據(jù)阿爾奇公式電阻率與含水飽和度呈反比，與含氣飽和度呈正比；由于在工區(qū)內(nèi)同期河道巖性組合特征相似，因此儲層電阻率越高，含氣性越好。統(tǒng)計已完成測試單井分析，儲層電阻率與單井測試產(chǎn)能成明顯正相關(guān)關(guān)系（圖5），儲層電阻率越大，單井測試產(chǎn)能越大，目前川中沙溪廟組測試為干層或無阻流量小于15×104m3/d的Ⅲ類井深電阻率分布在15.5～26.6 Ω·m，平均為21.24 Ω·m；測試無阻流量大于30×104m3/d的Ⅰ類井深電阻率分布在26.95～93.2 Ω·m，平均為60.64 Ω·m；因此河道儲層富氣程度影響單井產(chǎn)能大小。

圖5 川中地區(qū)沙溪廟組獲氣井單位厚度產(chǎn)能與電阻率關(guān)系圖

3.3 儲層改造有效提高單井產(chǎn)量

由于川中地區(qū)沙溪廟組氣藏屬于典型致密砂巖氣藏，氣井表現(xiàn)為自然產(chǎn)能低，壓裂改造后才能獲得較高工業(yè)氣流。氣井在壓裂前主要表現(xiàn)為出口無顯示或者微氣的特征，通過加砂壓裂后測試產(chǎn)量介于1.14×104～35.51×104m3/d，增產(chǎn)效果明顯。同時通過工區(qū)內(nèi)Q8井壓力恢復(fù)試井分析，選用“兩區(qū)復(fù)合地層”模型進行解釋，解釋井筒儲集系數(shù)1.55，近井區(qū)半徑45 m范圍內(nèi)滲透率0.09 mD，表皮系數(shù)-1.90，遠井區(qū)滲透率為0.021 mD，表明通過壓裂改造，近井地帶儲層得到有效改善（圖6）。因此針對致密河道砂巖氣藏儲層改造能有效提高單井產(chǎn)量。

圖6 川中地區(qū)沙溪廟組壓力恢復(fù)雙對數(shù)擬合曲線圖

綜上分析認為針對川中地區(qū)致密河道砂巖氣藏氣井產(chǎn)能主要受河道砂巖優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育程度、儲層富氣程度以及儲層改造3大因素控制。因此在明確產(chǎn)能主控因素基礎(chǔ)上，開展高產(chǎn)井地震響應(yīng)模式及井軌跡設(shè)計研究能有效指導(dǎo)后續(xù)開發(fā)建產(chǎn)井部署工作。

4 高產(chǎn)井地震模式及井軌跡設(shè)計

4.1 優(yōu)質(zhì)儲層地震響應(yīng)模式

4.1.1 優(yōu)質(zhì)儲層地震正演分析

通過地震正演分析表明當孔隙度固定（8%），河道砂儲層厚度越大，砂體底界“亮點”波峰反射越強；當河道砂體儲層厚度一定時（12 m），砂體底界“亮點”波峰反射隨著儲層孔隙度的增加波峰反射增強，其中儲層孔隙度超過10%時（優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育）明顯表現(xiàn)出河道砂體底界地震反射強振幅的特征（圖7）。

正演模擬結(jié)合實際地震資料，明確沙溪廟優(yōu)質(zhì)河道砂組砂體越厚、泥質(zhì)含量少、儲層厚度越大、物性越好，砂體底界波峰反射越強。

4.1.2 實鉆井模式分析

應(yīng)用最大振幅能量定性預(yù)測優(yōu)質(zhì)河道砂展布規(guī)律，利用河道砂“亮點”最大振幅能量屬性有效區(qū)分優(yōu)質(zhì)砂體分布位置，如QL203-H1井，井軌跡前段平均振幅僅為19 000，平均孔隙度9.2%；井軌跡后半段平均振幅34 000，平均孔隙度達11.7%。同時統(tǒng)計區(qū)內(nèi)各單井最大振幅能量與儲能系數(shù)具有較好的正相關(guān)關(guān)系（圖8）。利用河道砂“亮點”最大振幅能量屬性有效區(qū)分優(yōu)質(zhì)河道砂體分布位置。

4.2 地震含氣性預(yù)測

圖7 川中地區(qū)沙溪廟組儲層地震正演分析圖

圖8 優(yōu)質(zhì)儲層模式與實鉆結(jié)果對比圖

川中地區(qū)致密河道砂巖氣藏氣井產(chǎn)能受儲層富氣程度的控制，因此開展地震含氣性預(yù)測，明確致密河道富氣部位有利于開發(fā)井位部署工作。川中地區(qū)含氣河道通常表現(xiàn)為第Ⅲ類AVO響應(yīng)特征（CRP道集及正演道集上均表現(xiàn)為“遠道強、近道弱”），由于不同河道，甚至同一條河道不同位置，含氣性具有較大差異，需對含氣性變化開展精細預(yù)測。本次研究基于巖石物理分析和疊前彈性參數(shù)反演技術(shù)，對QL區(qū)塊開展三維地震疊前含氣性檢測攻關(guān)研究，由于泊松比與河道砂組電阻率存在明顯正相關(guān)關(guān)系，井震結(jié)合優(yōu)選出泊松比為本區(qū)河道儲層含氣性敏感彈性參數(shù)，最終預(yù)測河道儲層含氣性分布規(guī)律（圖9），實鉆井測試結(jié)果與地震含氣性預(yù)測結(jié)果吻合度較高，在河道儲層泊松比低值區(qū)含氣性好、測試產(chǎn)能高，因此后續(xù)開發(fā)井應(yīng)部署在地震含氣性預(yù)測低泊松比的富氣區(qū)。

4.3 井軌跡設(shè)計

根據(jù)致密儲層壓裂物理模擬試驗及裂縫延伸規(guī)律研究表明針對致密儲層水力壓裂縫主體延伸方向與水平最大主應(yīng)力方向保持一致[21]；川中地區(qū)致密河道儲層實際鉆井證實井軌跡設(shè)計垂直（斜交）最大主應(yīng)力方向，有利于儲層改造，測試效果較好，如QL16井軌跡與最大主應(yīng)力夾角達86.2°，通過加砂壓裂微地震監(jiān)測時間點1 164個，平均壓裂縫長246.4 m，改造效果較好，通過測試獲得產(chǎn)量35.51×104m3/d，增產(chǎn)效果明顯。此為提高儲層改造效果，后續(xù)開發(fā)井井軌跡在平面上設(shè)計應(yīng)與最大主應(yīng)力垂直或大角度斜交。

5 應(yīng)用效果

圖9 川中QL地區(qū)致密河道儲層泊松比地震含氣預(yù)測平面分布圖

為驗證川中地區(qū)致密河道砂巖氣藏高產(chǎn)井地震模式及井軌跡設(shè)計方案可靠性，在川中QL地區(qū)沙溪廟組8號河道新增部署了4口試采井，如QL10-H1、QL205-H2井，平面上部署在優(yōu)質(zhì)河道強振幅“亮點”模式及含氣性預(yù)測低泊松比富氣區(qū)域，從地震剖面上沿著QL10-H1、QL205-H2井軌跡強振幅亮點集中發(fā)育同時為了有利后期儲層改造井軌跡設(shè)計與最大主應(yīng)力呈大角度斜交。實鉆河道砂優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育，其中在強振幅預(yù)測區(qū)內(nèi)Ⅰ、Ⅱ類儲層鉆遇厚度分別達242.4 m、636.1 m，平均孔隙度分別為12.5%、12.35%，通過射孔加砂壓裂測試天然氣無阻流量高達33.6×104m3/d、69.32×104m3/d。近期在該區(qū)利用“強振幅“亮點”+低泊松比+垂直（大角度斜交）最大主應(yīng)力方向”的模式部署QL207-5-H2井有利目標靶體873 m，通過實鉆鉆遇氣層869 m，氣測值平均26.58%，最高51.07%，振幅區(qū)內(nèi)Ⅰ、Ⅱ類儲層鉆遇率超過80%；經(jīng)加砂壓裂后該井測試獲83.88×104m3/d高產(chǎn)工業(yè)氣流，計算無阻流量214.05×104m3/d，再次刷新四川盆地致密氣沙溪廟組最高測試產(chǎn)量紀錄。因此利用該部署模式實現(xiàn)了致密氣開發(fā)井位的高效部署，為致密氣規(guī)模效益勘探開發(fā)提供強力技術(shù)支撐。

6 結(jié)論

1）川中地區(qū)沙溪廟組氣藏為明顯的次生氣藏，油氣富集受優(yōu)質(zhì)烴源、烴源斷裂、規(guī)模河道砂體的共同控制。由于川中地區(qū)地處四川盆地兩大烴源層的疊置區(qū)，同時區(qū)內(nèi)烴源斷層發(fā)育，規(guī)模河道砂體的發(fā)育控制著本區(qū)致密河道砂巖氣藏的富集程度。

2）川中地區(qū)沙溪廟組儲層總體表現(xiàn)為低孔、致密特征，孔滲具有明顯正相關(guān)關(guān)系，屬于孔隙型儲層，氣井產(chǎn)能主要受河道砂巖優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育程度、儲層富氣程度以及儲層改造三大因素控制。

3）正演模擬結(jié)合實際地震資料表明沙溪廟優(yōu)質(zhì)河道砂組砂體越厚、泥質(zhì)含量少、儲層厚度越大、物性越好，砂體底界波峰反射越強。利用河道砂“亮點”最大振幅能量屬性有效區(qū)分優(yōu)質(zhì)砂體分布位置。

4）利用“強振幅“亮點”+“低泊松比+軌跡垂直（大角度斜交）最大主應(yīng)力方向”的模式部署試采井，結(jié)果表明強振幅區(qū)內(nèi)Ⅰ、Ⅱ類儲層鉆遇率超過80%，測試產(chǎn)量由2018年單井平均無阻流量31.8×104m3/d提高到84.5×104m3/d，實施效果顯著，為致密氣規(guī)模效益開發(fā)提供強力技術(shù)支撐。