川東北元壩地區(qū)須家河組三段基于相控的相對優(yōu)質(zhì)儲層預測

黃彥慶，劉忠群，林 恬，肖開華，王 愛，薛明喜，霍志周

(中國石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

川東北元壩地區(qū)須家河組已提交規(guī)模巨大的三級儲量，主要分布在須家河組二段和三段；探明儲量極少。須家河組試采效果差，多數(shù)井遞減快，僅須三段氣藏的兩口井初產(chǎn)高、遞減慢，具有一定效果。致密砂巖氣藏穩(wěn)產(chǎn)的關鍵因素是相對優(yōu)質(zhì)儲層[1-5]，明確其發(fā)育的有利區(qū)是須三段氣藏有效開發(fā)的關鍵因素之一。

元壩區(qū)塊位于四川盆地東北部的川北低緩構(gòu)造帶[6](圖1a)，須三段沉積時期受多物源控制，其西部沉積物來源于西北方向的龍門山北段，母巖以碳酸鹽巖為主，中東部來源于東北方向的古大巴山[7](圖1b)；元壩西部須三段從西北向東南呈楔形體分布，厚度變化大，西北部厚達325 m，東南減薄為117 m。須三段劃分為Tx3(1)-Tx3(5)5個砂組。地震上追蹤了Tx3頂、Tx3(2)底、Tx3(3)底和Tx3底4套層位，提取Tx3(1)砂組地震屬性時，缺少其底層位；由于地層厚度變化大，應用相鄰層位等時漂移的方法不能產(chǎn)生與實際相符的Tx3(1)底地震層位。同時，由于相變快[8-11]，泥巖、砂巖和礫巖互層，導致研究區(qū)內(nèi)Tx3(3)底等界面處巖性組合及其地震響應特征復雜。在提取各砂組的地震屬性時，需采用不同方法確定時窗，才能獲得符合地下實際情況的砂礫巖預測結(jié)果。此外，由于元壩西部須三段碳酸鹽巖巖屑含量高，其中的砂礫巖方解石膠結(jié)嚴重，物性差，巖心分析孔隙度平均值僅為1.92%，在超致密的地層中尋找相對優(yōu)質(zhì)儲層難度大。

圖1 川東北元壩區(qū)塊位置(a)與須三段沉積時期物源方向(b)(據(jù)文獻[6]和[7]有修改)

本研究在單井沉積微相研究、巖性解釋以及高精度合成記錄制作的基礎上，分析Tx3頂、Tx3(2)底、Tx3(3)底和Tx3底界面處的巖性組合及其地震響應特征，針對各界面的特征確定相應的開時窗方法，進而提取了多種地震屬性。通過井點位置砂礫巖厚度和各種地震屬性的相關性分析，明確敏感屬性，準確地預測了砂礫巖的分布。然后對取心井段開展了巖石相劃分，結(jié)合物性分析資料，明確了塊狀中-粗粒鈣屑砂巖和砂質(zhì)細礫巖兩類有利巖石相，建立其測井識別標準，結(jié)合其控制因素，明確了相對優(yōu)質(zhì)儲層的分布，為元壩須三段氣藏的井位部署和有效開發(fā)提供了依據(jù)，也為致密砂巖的優(yōu)質(zhì)儲層預測提供了新的思路。

1 單井沉積-砂體特征

1.1 沉積微相類型

結(jié)合前人認識，通過研究區(qū)取心井段沉積微相研究，須三段為辮狀河三角洲沉積[12-15]，主要發(fā)育三角洲平原亞相的辮狀河道和泛濫平原(分流間洼地)微相，局部發(fā)育決口扇，及三角洲前緣亞相的水下分流河道和分流間灣微相，局部為河口壩和席狀砂；在總結(jié)每種沉積微相的測井曲線特征的基礎上，完成了單井沉積微相劃分。從須三段沉積微相對比剖面(垂直物源方向)看，相變快，部分地區(qū)各砂組下部以河道砂礫巖為主，向上過渡為分流間灣或泛濫平原泥巖；部分地區(qū)河道砂礫巖局部發(fā)育，或基本泥巖為主，這就造成了須三段各砂組底界面附近復雜的巖性接觸關系(圖2)。

圖2 川東北元壩地區(qū)北東向沉積微相連井對比剖面(剖面位置見圖1)

1.2 復雜巖性逐級識別

須三段巖性多樣，考慮粒度和成分，可細分為17種類型。通過分析不同巖性測井響應特征，考慮測井識別精度及研究的需要，合并為8類巖性。結(jié)合巖心薄片，應用GR，CNL，AC，DEN和RD曲線，以交會圖為基礎建立了巖性逐級識別方法，首先完成了煤、泥巖、砂巖和礫巖等大類的識別；然后完成了礫巖中含砂礫巖和砂質(zhì)礫巖，以及砂巖中含炭屑砂巖、中-粗粒鈣屑砂巖、細粒鈣屑砂巖、鈣屑粉砂巖和巖屑砂巖小類的進一步識別。

2 基于沉積背景的砂礫巖體預測

2.1 須三段關鍵界面特征

在鉆井合成記錄制作基礎上，綜合沉積微相、巖屑錄井和巖性解釋結(jié)果，對Tx3頂、Tx3(2)底、Tx3(3)底和Tx3底4套地震層位對應井分層處的巖性組合進行了統(tǒng)計，并分析界面處地震響應特征。

須三段頂界面處巖性組合簡單，界面之上為須四段底部的礫巖或含礫粗砂巖，表現(xiàn)為高阻抗，之下為須三段頂部的泥巖或粉砂巖，為低阻抗，地震上表現(xiàn)為一套連續(xù)性較好的中-強波谷，Tx3(2)底界面處特征與之相似，不再贅述。

Tx3(3)砂組底附近發(fā)育4種巖性組合。① 工區(qū)西北部：界面之上為砂礫巖，之下為泥巖，地震上表現(xiàn)為連續(xù)的中-強波谷。② 東南部：界面之上為泥巖，之下為砂巖，地震上表現(xiàn)為連續(xù)的中-強波峰，此波峰為Tx3(4)砂組上部砂巖的響應(圖3a，b)。③ YL25井附近：界面上、下均為泥巖，地震上對應不連續(xù)波谷-波峰轉(zhuǎn)換處。④ YB1井附近：界面之上為砂礫巖，之下為薄層泥巖與砂巖，地震上對應不連續(xù)弱波峰-波谷轉(zhuǎn)換處。通過分析，明確了地震層位處波峰或波谷的地質(zhì)含義，為提取地震屬性時如何確定時窗奠定了基礎。

圖3 川東北元壩地區(qū)YB223井Tx3(3)底界面特征

須三段底界面處主要發(fā)育2種巖性組合。① 西北部：界面之上為分流間灣泥巖，之下為水下分流河道砂巖，地震上表現(xiàn)為連續(xù)的中-強波峰，此波峰為須二段上部砂巖的響應。② 東南部：界面之上為水下分流河道砂巖，之下為濱淺湖相泥巖；地震上表現(xiàn)為連續(xù)的中-強波谷。所以在提取Tx3(5)砂組地震屬性時需分西北和東南兩個區(qū)分別確定時窗。

2.2 提取屬性時合理時窗的確定方法

考慮界面處巖性組合的差異，提取須三段各砂組地震屬性時，采用多種方法確定時窗。

1)須三段頂和Tx3(2)砂組底

兩套地震層位均表現(xiàn)為較連續(xù)的中-強波谷，依據(jù)合成記錄，統(tǒng)計工區(qū)內(nèi)48口井地震層位與井分層的時間差異，將兩套地震層位分別上下漂移相應的時間，從而確定提取相關砂組地震屬性的時窗。

2)Tx3(3)砂組底和須三段底

Tx3(3)砂組底地震層位在研究區(qū)東南對應波峰，其為Tx3(4)砂組砂巖的響應，在提取Tx3(3)砂組波峰類屬性時，需消除其影響。本研究在該區(qū)域應用波峰自動掃描技術，將該區(qū)域Tx3(3)砂組底層位調(diào)整到此波峰之上。而西北區(qū)對應波谷，根據(jù)井震分層差異，將原層位上移5 ms形成一個新層位，將東南區(qū)和西北區(qū)的新層位組合作為提取Tx3(3)砂組地震屬性的底界面(圖4)。在提取Tx3(5)砂組屬性時，須三段底采用與Tx3(3)砂組底相似的方法。

圖4 川東北元壩地區(qū)Tx3(3)砂組底(綠色)和提取屬性所用層位(紅色)

3)Tx3(1)砂組底

統(tǒng)計研究區(qū)鉆井鉆遇Tx3(1)砂組厚度占Tx3(1)和Tx3(2)砂組累計厚度的比值，利用Tx3頂和Tx3(2)砂組底2套層位，依據(jù)比值形成Tx3(1)底層位，與井分層對比后，一致性較好，保證準確提取Tx3(1)和Tx3(2)砂組的地震屬性。

2.3 砂礫巖預測及其分布

在確定了須三段各砂組合理時窗基礎上，提取了波峰平均值、波峰最大值、波峰總能量、均方根振幅、平均能量、平均瞬時頻率、瞬時相位及波谷類地震屬性，并開展波阻抗反演；其中波峰總能量屬性連續(xù)性最好，能夠較好地刻畫分流河道展布(圖5a—c)。通過分析單井鉆遇砂礫巖厚度與地震屬性的相關性，波峰總能量相關性最好，能較好地預測砂礫巖(圖6a—d)。

圖5 川東北元壩地區(qū)Tx3(3)砂組地震屬性

圖6 川東北元壩地區(qū)井點位置砂礫巖厚度與地震屬性交會圖

以井點砂礫巖厚度為基礎，結(jié)合波峰總能量屬性，通過克里金插值，編制須三段各砂組砂礫巖(砂巖和礫巖)厚度圖(圖7a，b)。從圖上看，砂礫巖呈NW-SE向條帶狀分布，向東南減?。贿^YL702-YL12-YB6-YL22-YL6-YB101-YB1井區(qū)的條帶上砂礫巖各砂組均發(fā)育，過YL701-YL7-YL26井區(qū)的條帶上砂礫巖也較發(fā)育。

圖7 川東北元壩地區(qū)須三段Tx3(2)-Tx3(3)砂組砂礫巖展布

3 基于巖石相的優(yōu)質(zhì)儲層預測

元壩地區(qū)須三段砂礫巖孔隙度為0.60%～5.25%，滲透率為(0.002～44.600)×10-3μm2，砂礫巖段中僅部分層段為有效儲層，有待進一步細分巖石單元。而巖石相是指具有相同沉積構(gòu)造和巖性、反映特定水動力條件的基本成因單元。Miall[16-18]倡導的巖石相劃分方法，用巖石相編碼將巖石的沉積構(gòu)造和巖性統(tǒng)一起來，為沉積相研究提供了方便。巖石相分析是沉積砂體建筑結(jié)構(gòu)要素分析的基礎[19-25]。裘亦楠[26]提出，巖石相與儲集物性關系密切，致密砂巖雖經(jīng)歷了復雜的成巖作用，但是成巖作用是在沉積作用形成的巖石結(jié)構(gòu)和礦物成分基礎上進行的，且在一定的區(qū)域和一定層段內(nèi)具有普遍影響的共性。通過成巖作用改造的儲集物性，仍然可以與沉積結(jié)構(gòu)建立較好的關系。中國大量的儲層實例都已證明了這一點[27-31]?；诖苏J識，本研究利用巖石相開展有效儲層預測，在須三段13口取心井巖心觀察的基礎上，劃分了取心段的巖石相，須三段共發(fā)育10種巖石相類型。

3.1 有利巖石相類型

結(jié)合巖心物性分析數(shù)據(jù)，統(tǒng)計不同巖石相的平均孔隙度和滲透率(圖8a，b)，塊狀中-粗粒鈣屑砂巖、含炭屑細粒鈣屑砂巖和塊狀砂質(zhì)細礫巖孔隙度均大于2%，達到了有效儲層標準(1)中國石油化工股份有限公司勘探南方分公司.元壩氣田須家河組三段上、中亞段氣藏新增天然氣預測儲量報告[R].重慶：中國石油化工股份有限公司勘探南方分公司,2012.，但含炭屑細粒鈣屑砂巖滲透性差，所以元壩須三段發(fā)育塊狀中-粗粒鈣屑砂巖和砂質(zhì)細礫巖兩類有利巖石相(圖9a，b)。塊狀中-粗粒鈣屑砂巖的溶蝕孔較其他巖石相發(fā)育，所以儲集性好(圖9c)；而砂質(zhì)細礫巖發(fā)育白云巖礫內(nèi)晶間孔、礫緣縫和構(gòu)造縫，所以滲透性好，且具有一定孔隙度(圖9d)。

圖8 川東北元壩地區(qū)須三段巖石相物性直方圖

圖9 川東北元壩地區(qū)須三段兩類有利巖石相典型照片和孔隙類型

3.2 有利巖石相測井標準

為了在全井段識別出塊狀中-粗粒鈣屑砂巖和砂質(zhì)細礫巖，在巖心歸位基礎上，統(tǒng)計取心段各種巖石相的測井值，制作測井曲線交會圖(圖10a—d)，建立有利巖石相識別標準(表1)。

圖10 川東北元壩地區(qū)須三段取心段不同巖石相各種測井值交會圖

表1 川東北元壩地區(qū)須三段有利巖石相測井識別標準

應用上述標準，對元壩西部48口井塊狀中-粗粒鈣屑砂巖和細礫巖進行識別。通過對須三段試采井的產(chǎn)能主控因素分析，無阻流量與相對優(yōu)質(zhì)儲層和裂縫累計厚度呈正相關性(圖11)，高產(chǎn)井YL7井和YL12井兩類儲層較發(fā)育，有必要刻畫兩類巖石相的分布。

圖11 川東北元壩地區(qū)須三段測試井無阻流量與(相對優(yōu)質(zhì)儲層與裂縫段)厚度交會圖

3.3 有利巖石相分布

通過分析，縱向上，兩類優(yōu)質(zhì)儲層主要分布于辮狀河道中部和水下分流河道的中下部。平面上，靠近物源區(qū)，水動力強，以沉積中礫巖為主；靠近水下分流河道末端，水動力弱，以細砂巖為主。中-粗粒鈣屑砂巖主要分布在平原/前緣亞相界線附近遠物源區(qū)的一側(cè)，砂質(zhì)細礫巖多分布在平原/前緣亞相界線附近近物源區(qū)一側(cè)。在沉積微相和砂礫巖分布的約束下，結(jié)合其控制因素，明確了各砂組兩類相對優(yōu)質(zhì)儲層分布。

Tx3(2)砂組中-粗粒鈣屑砂巖厚度以5～10 m為主，呈條帶狀分布，主要位于YB6—YL22—YL6—YB101井區(qū)和YB225H—YL15—YB224井區(qū)附近，受分流河道控制明顯(圖12a)，向物源區(qū)和半深湖方向均呈減薄趨勢，其他砂組具有類似的特征。而砂質(zhì)細礫巖相對中-粗粒鈣屑砂巖欠發(fā)育，平均厚度為3.0～4.5 m(圖12b)。

圖12 川東北元壩地區(qū)Tx3(2)砂組有利巖石相厚度

為了驗證優(yōu)質(zhì)儲層預測結(jié)果的可靠性，本研究統(tǒng)計了須三段氣藏8口試采井的射孔段兩類有利巖石相厚度，如果構(gòu)造縫發(fā)育，則適當增加射孔段上下儲層的厚度，分析其與累產(chǎn)氣量相關性(圖13)，優(yōu)質(zhì)儲層越發(fā)育，累產(chǎn)氣量越大。同時在預測的優(yōu)質(zhì)儲層較發(fā)育的井區(qū)，優(yōu)選了YB6井開展老井挖潛，截至2020年12月1日，已累產(chǎn)氣1 102×104m3，且目前油壓14 MPa，顯示了較強的穩(wěn)產(chǎn)能力，優(yōu)質(zhì)儲層的預測取得了良好的天然氣成果，為下一步井位部署和規(guī)模有效開發(fā)提供了重要依據(jù)。

圖13 川東北元壩地區(qū)須三段氣藏試采井累產(chǎn)氣量與有利巖石相厚度交會圖

4 結(jié)論

1)元壩地區(qū)須三段沉積微相變化快，巖性組合多樣；地層界面之上為砂礫巖，之下為泥巖時，地震上對應波谷，提取界面之上砂組地震屬性時僅需考慮井震分層差異；當界面之上為泥巖，之下為砂巖時，對應波峰，在提取界面之上砂組波峰類屬性時則要消除其影響，據(jù)此形成了多種提取地震屬性時確定時窗的方法。

2)在振幅、頻率和相位類地震屬性中，波峰總能量與井上砂礫巖厚度相關性最好，最能反映分流河道砂礫巖分布。

3)須三段各砂組砂礫巖呈NW-SE向條帶狀分布，向東南減薄，過YL702-YL12-YB6-YL22-YL6-YB101井區(qū)的條帶上砂礫巖較發(fā)育。

4)須三段發(fā)育塊狀中-粗粒鈣屑砂巖和砂質(zhì)細礫巖兩類優(yōu)質(zhì)儲層，兩類優(yōu)質(zhì)儲層受分流河道控制，中-粗粒鈣屑砂巖主要分布在平原/前緣亞相界線附近遠離物源區(qū)的一側(cè)，砂質(zhì)細礫巖多分布在平原/前緣亞相界線附近靠近物源區(qū)一側(cè)。