四川盆地川西坳陷新場須家河組二段氣藏甜點模式及形成機理

劉君龍，胡宗全，劉忠群，金武軍，肖開華，畢有益，李吉通

(1.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2.中國石化 西南油氣分公司，四川 成都 610081)

近幾年，致密氣藏甜點評價是國內外非常規(guī)油氣勘探開發(fā)的研究熱點[1-7]。明確氣藏甜點模式是深化氣藏地質認識和經(jīng)濟有效開發(fā)致密氣藏的關鍵。

四川盆地是中國典型的富油氣盆地，須家河組是陸相碎屑巖勘探開發(fā)的重要領域[8-10]。截至2019年底，川西坳陷須家河組累計提交三級儲量7 902.32×108m3，其中探明儲量1 773.02×108m3，主要分布在須家河組二段(須二段)，但整體動用率低，不足10%。前期研究認為，須家河組埋深大、儲層致密、非均質性強[9-17]，以及地質模式尚不夠清晰，有效開發(fā)的難度加大。

致密氣藏甜點主要指致密砂巖中滿足目前商業(yè)產(chǎn)出條件的連續(xù)油氣富集范圍[2-3,18]，根據(jù)不同需求，又可分為地質甜點、工程甜點和經(jīng)濟甜點等。近幾年，致密氣藏甜點已經(jīng)在頁巖油氣和致密砂巖油氣等多個領域得到廣泛應用[19-23]。前人在開展研究過程中，側重于從優(yōu)質儲層、有效裂縫和含氣性等因素對氣藏進行綜合評價[21,24-25]，而對以提高單井產(chǎn)能為目的的甜點模式的研究較少；此外，前人對氣藏甜點的評價多為定性描述[26-27]，基于測井定量參數(shù)表征研究較少。

本文以川西坳陷新場須二段為目的層，從氣藏基本特征入手，建立氣藏甜點地質模式，開展了不同類型甜點評價，明確了甜點空間分布特征及對產(chǎn)能的貢獻，探討了甜點形成機理。通過對須二段氣藏甜點模式的評價，一方面可以深化致密氣藏地質理論認識，另一方面可以為氣藏儲量評價和有效開發(fā)提供依據(jù)，為致密油氣勘探開發(fā)指明方向。

1 研究區(qū)概況

新場構造帶位于四川盆地川西坳陷中北部(圖1a)，北以綿陽為界，南至德陽，勘探面積約為3 000 km2。在構造上，新場整體為一個EW向長軸背斜，受SN向斷裂控制，發(fā)育多個構造高點(圖1b)。須二段沉積期，新場地區(qū)整體發(fā)育一套以辮狀河三角洲前緣為主的沉積體系(圖1a)，砂體縱向疊置、橫向連片[13,28]，自下而上可以劃分為10個砂層組(圖1c)，其中Tx2(2)和Tx2(4)砂組砂體厚度最大，也是研究區(qū)的主要產(chǎn)層。研究區(qū)三維地震資料滿區(qū)覆蓋，鉆遇/鉆揭須二段的井位44口，分析測試資料齊全。

圖1 川西坳陷區(qū)域地質概況

2 氣藏甜點地質特征

新場須二段氣藏整體為“相控”背景下的構造巖性氣藏。前期研究發(fā)現(xiàn)，構造位置、優(yōu)質儲層和有效裂縫是氣井產(chǎn)能的主要控制因素[9,13,27]。本文重點圍繞氣藏地質甜點的有效基質儲層、有效裂縫和含氣性等3個關鍵指標開展研究，分析其基本特征，明確地質評價標準。

2.1 有效基質儲層

新場須二段儲層整體致密，平均基質孔隙度為3.89%，平均基質滲透率為0.06×10-3μm2，在整體致密背景下，發(fā)育相對優(yōu)質儲層。優(yōu)質儲層的發(fā)育主要受控于沉積相影響，其次為成巖作用。一般地，發(fā)育在分流河道中和粒度較粗的儲層，沉積物分選較好，原生粒間孔發(fā)育程度高，儲層物性較好，局部井孔隙度可以達到8.00%，如X10井和XC12井的Tx2(4)砂組。

新場須二段有效基質儲層可以分為平縫發(fā)育的A型和平縫不發(fā)育的B型(圖2a)，基于巖心分析化驗分析，A型儲層滲透率大于0.3×10-3μm2，B型儲層滲透率小于0.3×10-3μm2。A型儲層主要發(fā)育在須二中亞段，粒度以中-粗粒為主(圖2b—e)，平行層理、泥礫和煤線等沉積構造的發(fā)育，增加了儲層滲透性；B型儲層主要發(fā)育在須二上亞段，粒度以中-細粒為主(圖2f—i)，以塊狀為主，幾乎不發(fā)育層理。

圖2 川西坳陷新場須二段儲層物性特征及典型巖心照片

2.2 有效裂縫

新場須二段裂縫可以劃分立縫(傾角≥80°)、高角度縫(傾角60°～80°)、斜縫(傾角30°～60°)、低角度縫(傾角10°～30°)和平縫(傾角≤10°)5種類型，其中以低角度縫和斜縫為主，約占75%。為了明確對產(chǎn)能貢獻最大的有效裂縫類型，本文開展了不同類型裂縫參數(shù)(如長度、密度和開度等)與產(chǎn)能(如無阻流量和累計產(chǎn)氣量等)之間相關分析，結果表明：① 產(chǎn)能與裂縫密度和產(chǎn)狀之間相關性最好，裂縫越發(fā)育，角度越高，氣井初期產(chǎn)能越高，累計產(chǎn)氣量越大(圖3a—c)；② 傾角大于30°的構造縫越發(fā)育，裂縫密度越大，氣井初期產(chǎn)能越高。綜上，傾角大于30°的構造縫(圖3d—f)是須二段的有效裂縫類型。

圖3 川西坳陷新場須二段有效裂縫類型及典型巖心照片

2.3 含氣性

新場須二段氣藏儲層致密、裂縫系統(tǒng)復雜，導致氣水空間規(guī)律不清。前期研究認為，新場須二段氣藏整體為一個相控背景下的構造巖性氣藏(圖4)。在平面上，天然氣的分布主體受構造影響。一般構造高的位置，含氣性好，如X2井、X851井和X601井等，均位于南北向斷裂所控制的斷壘高點；在構造較低的位置，含氣風險較大，如XC7井、CX560井和XC12井等。在縱向上，須二下亞段含水程度最高，須二中亞段為氣水同出，須二上亞段幾乎不含水。此外，氣井在生產(chǎn)過程中，受復雜地質特征影響，地層水也會發(fā)生不同方向的水竄。在地層水流動過程中，斷層起到了一定輸導作用，如X301井，在生產(chǎn)過程中，須二下亞段的地層水沿著斷層上侵，再通過須二中亞段發(fā)育的平行層理縫側向侵入，X851井同理，均發(fā)生一定程度地層水竄。

3 氣藏甜點模式及評價標準

綜合考慮優(yōu)質儲層、有效裂縫及含氣性等參數(shù)，結合產(chǎn)能動態(tài)及工程特征，建立了新場須二段氣藏3種類型甜點模式(圖5)。

1)斷縫型甜點

斷縫型甜點主要指受SN向控產(chǎn)斷裂控制的甜點類型，一般沿著斷裂附近分布。這種類型甜點是在現(xiàn)有技術條件下，不需要工程改造，可自然建產(chǎn)的一種甜點類型。根據(jù)前期研究，這種類型的甜點可以進一步分為斷縫型甜點A型和斷縫型甜點B型兩種小類。

斷縫型甜點A型(圖5a1)巖石相主要以千層餅、平行層理中-粗砂巖相為主，平均孔隙度大于3.0%，平均滲透率大于100×10-3μm2；在平縫較為發(fā)育的基礎上，高角度疊加形成網(wǎng)狀縫。這種類型的甜點是氣井高產(chǎn)的主要類型，如X2井、X851井和X856井等。

圖5 川西坳陷新場須二段氣藏甜點模式

X2井為典型的斷縫型甜點A型(圖6a)，其構造位置為斷壘，構造高點，有利巖石相厚度14.9 m(未鉆穿)，平均孔隙度4.8%，平均滲透率0.23×10-3μm2，與微斷裂距離263 m，中砂巖厚度32.3 m，占總砂體62%，平均石英含量69%，52 m內14套粒度變化層，有效裂縫(傾角>30°)孔隙度0.2%，滲透率507.9×10-3μm2，氣層厚度12.0 m(未鉆穿)，氣層孔隙度5.1%，含氣飽和度52.9%。

圖6 川西坳陷新場須二段氣藏甜點單井地層綜合柱狀圖

斷縫型甜點B型(圖5a2)巖石相主要以塊狀層理和斜層理中砂巖相為主，平均孔隙度大于3.0%，平均滲透率大于10×10-3μm2；平縫基本不發(fā)育，主要以高角度裂縫為主，縱向延伸的高角度裂縫溝通了有利基質儲層，這種類型甜點是中產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)井的主要類型，如L150井和X601井等。

L150井為典型的斷縫型甜點B型(圖6b)，其構造位置為斷壘，微幅構造高點，有利巖石相厚度15.2 m，平均孔隙度3.9%，平均滲透率0.06×10-3μm2，與微斷裂距離190 m，中砂巖厚度10.6 m，占總砂體40%，平均石英含量65%，30 m內8套粒度變化層，有效縫(傾角>30°)13條，占52%，氣層厚度24.5 m，氣層孔隙度4.2%，含氣飽和度59.5%。

2)層理縫型甜點

層理縫型甜點以發(fā)育千層餅和平行層理中-粗砂巖為主要特征，基質儲層物性好，平縫密集發(fā)育，極大增加了儲層滲透性(圖5b)。這種類型甜點由于高角度縫不發(fā)育，還不能自然建產(chǎn)，需要開展一定新工藝改造后(高能氣體壓裂)才可獲產(chǎn)，如X10-2井和CG561井等。層理縫型甜點巖石相主要以千層餅、平行層理中-粗砂巖相為主，平均孔隙度大于3.0%，平均滲透率大于0.3×10-3μm2；平縫發(fā)育程度高，而高角度縫發(fā)育程度較低；儲層孔隙結構好，中值半徑為0.02～0.04 μm。

3)孔隙型甜點

孔隙型甜點以發(fā)育塊狀層理和斜層理中砂巖為主要特征，基質儲層物性好，構造縫及層理縫均不發(fā)育(圖5c)。這種類型甜點在現(xiàn)有技術條件下不能自然建產(chǎn)，需要開展一定新工藝改造后(適度規(guī)模加砂壓裂)，才能建產(chǎn)，如GM2井等?？紫缎吞瘘c巖石相主要以塊狀層理和斜層理中砂巖相為主，其內部根據(jù)孔隙度3%，4%和5%又可以進一步劃分3種類型，平均滲透率大于0.03×10-3μm2；儲層孔隙結構中等，中值半徑一般小于0.02 μm。

綜合上述，建立了新場須二段氣藏甜點綜合評價表(表1)。

表1 川西坳陷新場須二段氣藏甜點綜合評價

4 氣藏甜點識別及分布

在氣藏甜點評價標準基礎上，基于“砂中找儲、儲中找甜”的思路，本文建立了不同甜點類型的測井識別標準及方法(圖7)，明確了甜點空間分布特征。

4.1 氣藏甜點識別

通過對不同類型甜點測井電性特征分析發(fā)現(xiàn)，氣藏甜點整體物性好，具有中低伽馬、中高聲波的特征?；诖苏J識，本文建立了“篩泥、去干、選甜、避水”的甜點識別方法。

1)篩泥——選砂體

在地層砂泥巖組合中，將砂體(細砂及以上)優(yōu)選出來(圖7a)。研究發(fā)現(xiàn)，伽馬對本區(qū)巖性反映比較敏感，利用伽馬測井值和聲波時差的交會，選取伽馬測井值小于100 API，去掉細粒沉積部分，優(yōu)選出砂巖。

2)去干——選儲層

將砂巖中物性好的儲層篩選出來(圖7b)。通過聲波時差和電阻率交會發(fā)現(xiàn)，非儲層主要位于聲波時差小于187 μs/m的區(qū)域，基于此，優(yōu)選出物性較好的優(yōu)質儲層。

3)選甜——找裂縫

裂縫是新場須二段高產(chǎn)氣井主要控制因素，明確裂縫發(fā)育是甜點評價的關鍵。甜點是儲層、裂縫和含氣性的綜合表征。因此，為了更好從儲層中優(yōu)選出較為有利的裂縫型甜點，本文構建了裂縫指示因子(公式1)和含氣指示因子(公式2)。

FF=100AC·RD2/(GR2·RT2)

(1)

FGAS=(AC-ACbase)-5(CNL-CNLbase)

(2)

式中：FF為裂縫指示因子，無量綱；AC為聲波時差，μs/m；RD為深側向電阻率，Ω·m；GR為伽馬測井值，API；RT為淺側向電阻率，Ω·m；FGAS為含氣指示因子，無量綱；ACbase為聲波時差基線值，μs/m；CNL為中子測井值，%；CNLbase為中子測井基線值，%。

通過多參數(shù)擬合，本文明確了新場須二段裂縫關鍵敏感測井參數(shù)(圖7 c)，結果發(fā)現(xiàn)AC，GR和RD/RT等參數(shù)對裂縫發(fā)育比較敏感，構建了裂縫指示因子FF。在含氣性方面，本文基于AC和CNL兩條測井曲線，做了歸一化后，擬合了含氣指示因子參數(shù)，可以有效評價氣藏流體類型。

通過對FF和FGAS參數(shù)的交會，當FF大于0.05時，可以在優(yōu)質儲層中優(yōu)選出裂縫發(fā)育的的斷縫型甜點，但是未能將水層分開。

4)避水——選甜點

為了去除含水較多的水層，本文把電阻率參數(shù)引入圖版，構建了流體指示因子(公式3)。

FSS=[(AC-ACbase)-5(CNL-CNLbase)]RD2

(3)

式中：FSS為流體指示因子，無量綱。

在研究區(qū)須二段，水層的發(fā)育會表現(xiàn)為明顯的低RD特征。在含氣指示因子基礎上，增加了RD參數(shù)，構建了流體指示因子，可以有效區(qū)分氣水層。

根據(jù)FSS與FF參數(shù)的交會圖版(圖7d)，可以利用FSS小于18去除水層，通過L1線，將斷縫型甜點和裂縫型水層等進一步區(qū)分開，進而對不同類型甜點進行測井識別。

圖7 川西坳陷新場須二段不同類型氣藏甜點測井識別圖版

4.2 氣藏甜點分布

基于甜點測井評價結果，本項目開展了新場須二段重點砂層組甜點平面分布特征研究，明確了甜點分布范圍，以Tx2(2)和Tx2(4)砂組為例。

對斷縫型甜點進行了評價(圖8)，結果表明：① Tx2(2)砂組沉積期，主要發(fā)育3個斷縫型甜點厚度高值區(qū)，分別為L150-XC7井區(qū)、X601井區(qū)和CH100井區(qū)，其次為X2井區(qū)、X501井區(qū)和CX565井區(qū)；Tx2(4)砂組沉積期，主要發(fā)育3個斷縫型甜點厚度高值區(qū)，分別為X2井區(qū)、X202井區(qū)和X501井區(qū)，其次為X10井區(qū)和XC12井區(qū)；② 斷縫型甜點整體分布主要受構造裂縫作用影響，其次為沉積作用，主要分布在在南北向主干斷裂附近，呈條帶狀展布，部分地區(qū)甜點在非斷裂區(qū)呈NE和NW向展布；③ 甜點評價的高值區(qū)也與該砂組有效井產(chǎn)能吻合，如L150井，初期無阻流量10.060×104m3/d、累計產(chǎn)氣量25 096×104m3，X601井初期無阻流量34.150×104m3/d、累計產(chǎn)氣量15 668×104m3，X2井初期無阻流量131.562×104m3/d、累計產(chǎn)氣量96 710×104m3，產(chǎn)能數(shù)據(jù)統(tǒng)計截至2021年3月。對層理縫及孔隙型甜點進行了評價，結果表明：① 層理縫及孔隙型甜點展布整體受控于沉積相及砂體展布；② 在Tx2(2)砂組，新場東部甜點范圍整體大于新場主體區(qū)，在Tx2(4)砂組，新場主體區(qū)甜點范圍較大、其次為新場東部。

圖8 川西坳陷新場須二段重點砂組氣藏甜點等厚圖

5 甜點形成機理探討

新場須二段氣藏整體是一個“相控”背景下的構造-巖性氣藏，高角度縫控制氣井高產(chǎn)，基質儲層品質是氣井穩(wěn)產(chǎn)的主要因素[9,27]。在這種背景下，氣藏甜點主要受控于優(yōu)質儲層、有效裂縫和含氣性等3個關鍵地質要素，他們決定了氣藏甜點空間分布規(guī)律。

1)晚期形成的斷裂及構造位置控制斷縫型甜點分布。

新場須二段斷裂以SN和EW向為主，前期研究證實，SN向斷裂為晚期(燕山期)形成的斷裂，是研究區(qū)主要的控產(chǎn)斷裂[29-30]。SN向斷裂附近是構造縫發(fā)育區(qū)，斷裂的上盤比下盤高角度縫發(fā)育程度高，此外，在斷裂的上盤，越靠近斷裂，高角度縫發(fā)育程度越高。斷縫型甜點主要位于構造高部位含氣有利區(qū)內，一般受控于SN向晚期斷裂及派生的高角度縫?？v向的高角度縫可以有效溝通儲層內相對孤立的孔隙，提高氣藏泄流體積，是斷縫型甜點儲量有效動用的關鍵。有效裂縫控制了氣井的初期產(chǎn)能，同時氣井的穩(wěn)產(chǎn)能力也會受有效裂縫的發(fā)育程度影響。新場須二段氣藏最有利的甜點類型是受縫控和相控綜合影響的，如X2井，氣井的累計產(chǎn)氣量受有效裂縫和相對優(yōu)質儲層的共同控制。

2)構造位置及優(yōu)質基質儲層品質決定層理縫及孔隙型甜點展布。

除了受斷縫體控制內部區(qū)域的斷縫型甜點，位于斷縫體之間、構造位置較高和基質儲層品質較好的甜點類型主要為層理縫及孔隙型氣藏甜點?；|儲層品質主要包括儲層粒度和巖石成分等多種因素，研究發(fā)現(xiàn)，粒度越粗、石英和長石含量越高，儲層殘余粒間孔越大，且發(fā)生溶蝕作用的概率也越大，因此儲層物性越好。此外，層理縫的發(fā)育，也會對儲層物性有一定影響，平縫較發(fā)育的A型儲層物性、連通性整體優(yōu)于平縫不發(fā)育的B類儲層。新場須二段氣藏70%的儲量主要分布在Ⅲ類甜點，需要新工藝突破后可動用。

綜上，本文建立了新場須二段氣藏甜點地質模式(圖9)。斷縫體內部主要控制了斷縫型甜點分布，斷縫體之間區(qū)域是層理縫及孔隙型甜點的有利發(fā)育區(qū)。

圖9 川西坳陷新場須二段氣藏甜點地質模式

6 結論

1)氣藏甜點主要受控于優(yōu)質儲層、有效裂縫和含氣性3個關鍵地質參數(shù)，在構造較高的含氣區(qū)內，優(yōu)質儲層、有效裂縫較發(fā)育的疊合區(qū)是氣藏甜點有利區(qū)。

2)新場須二段氣藏可以劃分3種類型，其中斷縫型甜點高角度裂縫發(fā)育，層理縫及孔隙型甜點高角度裂縫不發(fā)育，斷縫型甜點是現(xiàn)在工藝下可以有效動用的甜點類型，層理縫及孔隙型甜點為基質型，是需要新工藝突破后可以動用的甜點類型。

3)構造位置較高的有利含氣區(qū)是新場須二段氣藏甜點發(fā)育的基礎，其中受晚期斷裂影響的斷縫有利區(qū)內決定了斷縫型甜點分布，在斷縫體之間，優(yōu)質儲層品質控制了層理縫及孔隙型甜點展布。

致謝：感謝中國石化西南油氣分公司為本論文提供數(shù)據(jù)支持，感謝中國石化石油勘探開發(fā)研究院四川中心須家河組團隊為本論文提供技術思路和指導，感謝審稿專家對本論文提出的寶貴修改意見。