鄂爾多斯盆地某區(qū)煤系致密砂巖氣綜合預(yù)測(cè)方法

張晨林

(中國煤炭地質(zhì)總局地球物理勘探研究院，河北涿州 072750)

0 引言

在非常規(guī)天然氣中，煤系地層中的資源占主體，也是非常規(guī)氣領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。目前對(duì)煤系地層煤系三氣(煤層氣、頁巖氣、致密砂巖氣)等非常規(guī)天然氣資源的認(rèn)識(shí)不足，勘探欠缺。煤系致密砂巖氣藏是一種低孔隙度( <10%) 、低滲透率(<1×10-2μm2) 、低含氣飽和度(<60%) 非常規(guī)天然氣藏，是天然氣克服毛細(xì)管壓力作用經(jīng)活塞式運(yùn)移形成的，具有“源儲(chǔ)緊鄰、源蓋一體、持續(xù)充注”的成藏特點(diǎn)。致密砂巖氣藏的形成需要具備充足的氣源、足夠大的早期圈閉、具有一定的儲(chǔ)集性能、保存條件好、處于油氣運(yùn)移指向區(qū)的古隆起高部位、良好的配置關(guān)系等[1-4]。

目前中國發(fā)現(xiàn)的大型的致密砂巖氣田均為來自煤系中Ⅲ型泥巖或腐殖煤產(chǎn)生的氣體[5-6]。鄂爾多斯盆地蘇里格、大牛地、榆林、子洲、烏審旗、神木和米脂 7 個(gè)致密砂巖大氣田氣源分別發(fā)育于石炭系本溪組、二疊系太原組和山西組3套煤系；四川盆地合川、新場(chǎng)、廣安、安岳、八角場(chǎng)、洛帶和邛西 7 個(gè)致密砂巖大氣田氣源產(chǎn)生于上三疊統(tǒng)須家河組煤系。當(dāng)前，致密砂巖氣孔滲極低，只有從煤系地層中連續(xù)不斷供氣，才能形成比較好的氣田[7-9]。

本文根據(jù)致密砂巖氣的控制因素，采用測(cè)井和地震資料綜合預(yù)測(cè)致密砂巖氣富氣情況。

1 二疊系山西組巖性特征

本區(qū)山西組自上而下分為山1段和山2段，山1段主要為砂巖和泥巖，局部夾煤線沉積[10-11]。山西組1段沉積與電性特征明顯，底部、中部和上部三分性明顯，底部為一套15～20m厚的底砂巖，電阻為40～50Ω·m，自然伽馬為50～60API，測(cè)井聲波速度、密度較低，儲(chǔ)層性能較好。中部為水進(jìn)體系的泥巖與薄層砂巖互層，一般為30～50m厚，砂巖電阻為為50～60Ω·m，泥巖電阻為30Ω·m，自然伽馬為60～90API，測(cè)井聲波速度、密度較高，儲(chǔ)層性能不好。上部為砂巖集中段，是水退環(huán)境下的沉積，為厚層砂巖夾泥巖，砂巖電阻率為80～90Ω·m，自然伽馬為60～90API，測(cè)井聲波速度、密度相對(duì)較低，儲(chǔ)層性能較好。山1段優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層主要發(fā)育在底部(伽馬低、密度低、電阻率中等)。

山2段是煤系地層集中發(fā)育層段，自下而上煤層變薄。根據(jù)山2段砂巖和煤層的分布關(guān)系，將山2段砂巖分為煤層上、煤層中和煤層下三套?？傮w上山2段比山1段砂巖富集。

通過分析區(qū)內(nèi)W1井、ZK1303井、W4井、W3井山西組的砂巖沉積特征，認(rèn)為區(qū)內(nèi)主要有水下分流河道沉積(伽馬曲線為明顯的下粗上細(xì)正旋回)、河口壩沉積(伽馬曲線為明顯下細(xì)上粗的反旋回)和前三角洲席狀砂沉積(薄層犬牙狀)，其中“壩(河口壩)道(水下分流河道)”相互疊置現(xiàn)象比較普遍。

在圖1中可以看出W1井的山2段煤層下、煤層中和煤層上3套砂巖發(fā)育齊全，其中煤中的砂體為河口壩砂上疊置了一個(gè)水下分流河道砂。W1井的山1段有4套砂巖，其中底部的砂巖厚度近12m，其由底部席狀砂上疊一個(gè)水下分流河道，再疊置一個(gè)河口壩復(fù)合而成。

ZK1303(圖2)、W4(圖3)和W3(圖4)井和W1井沉積微相相同，但砂體橫向變化很大。

圖1 W1井山2段砂巖主要為水下分流河道、河口壩、席狀砂Figure 1 Well W1 Shanxi Formation member S2 mainly underwater distributary channel, channel-mouth bar and sheet sand

圖2 ZK1303井山西組砂巖主要為水下分流河道、河口壩、席狀砂Figure 2 Well ZK1303 Shanxi Formation sandstone mainly underwater distributary channel, channel-mouth bar and sheet sand

圖3 W4井山2段砂巖主要為水下分流河道、河口壩、席狀砂Figure 3 Well W4 Shanxi Formation member S2 sandstone mainly underwater distributary channel, channel-mouth bar and sheet sand

圖4 W3井山西組砂巖主要為水下分流河道、河口壩、席狀砂Figure 4 Well W3 Shanxi Formation sandstone mainly underwater distributary channel, channel-mouth bar and sheet sand

2 砂巖測(cè)井響應(yīng)特征與識(shí)別

根據(jù)對(duì)錄井巖屑分析及測(cè)井資料響應(yīng)特征，研究區(qū)巖性為泥巖、砂巖、灰?guī)r、炭質(zhì)泥巖、白云巖、煤層，探測(cè)煤系致密砂巖氣的儲(chǔ)層巖性主要為砂巖。錄井等現(xiàn)場(chǎng)資料刻度下，根據(jù)測(cè)井響應(yīng)特征上可以識(shí)別煤層、炭質(zhì)泥巖、砂巖、泥巖等不同的巖性。

圖5 砂巖、泥巖測(cè)井響應(yīng)特征Figure 5 Sandstone and mudstone logging responding features

從圖5砂巖的測(cè)井響應(yīng)特征圖中可以看出，砂巖具有“四低中、一中高”的測(cè)井響應(yīng)特征：即低—中自然伽馬值、低—中補(bǔ)償中子、低—中體積密度值、低—中聲波時(shí)差、中高電阻率值，以此可以從煤層、炭質(zhì)泥巖、砂巖、泥巖等多種巖性種識(shí)別出砂巖。利用交會(huì)圖技術(shù)可以對(duì)不同巖性進(jìn)行測(cè)井識(shí)別(圖6，表1)。

表1 不同巖性測(cè)井響應(yīng)數(shù)值統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of different lithologic loggingresponding numerical values

圖6 利用交會(huì)圖技術(shù)識(shí)別不同巖性的交會(huì)圖Figure 6 Using cross plotting technology identified different lithologic cross plot

3 致密砂巖氣含氣特征及“富氣甜點(diǎn)”區(qū)預(yù)測(cè)

3.1 測(cè)井資料致密砂巖“甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)

通過以上交會(huì)圖可以找出砂巖分布區(qū)域，然后利用測(cè)井資料處的砂巖厚度解釋出全區(qū)的砂巖厚度分布圖，在砂巖厚度解釋的基礎(chǔ)上，根據(jù)鉆孔處的含氣情況再研究從砂巖中解釋出優(yōu)質(zhì)砂巖，優(yōu)質(zhì)砂巖就是可能的含氣砂巖，以此圈出“富氣甜點(diǎn)”區(qū)。圖7是山1段、山2段砂巖厚度分布及其對(duì)應(yīng)的含氣砂巖“甜點(diǎn)”分布圖。

圖7 山1段(左)、山2段(右)砂巖厚度等值線圖(m)及含氣“甜點(diǎn)”區(qū)分布Figure 7 Shanxi Formation member S1 (left), member S2 (right)sandstone thicknesses and gas-bearing “dessert” areas distribution

在這里需要特別指出的是，山2段砂巖富氣“甜點(diǎn)”是最有利的或最可能的含氣有利區(qū)，在山2段砂體中，有4個(gè)富氣“甜點(diǎn)”區(qū)，自北而南依次為ZK1702、ZK1504、ZK1502、ZK1305、ZK1303富氣“甜點(diǎn)”區(qū)；ZK905、ZK804富氣“甜點(diǎn)”區(qū)；ZK201井富氣“甜點(diǎn)”區(qū)；W3井富氣“甜點(diǎn)”區(qū)。

3.2 地震資料致密砂巖“甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)

通過對(duì)研究區(qū)地震資料進(jìn)行疊前反演，利用疊前反演數(shù)據(jù)體做沿砂巖層的振幅切片圖，在切片平面圖上就可以圈定山1段、山2段致密砂巖富氣“甜點(diǎn)”區(qū)，圖8分別有W1井富氣“甜點(diǎn)”區(qū)，W2井富氣“甜點(diǎn)”區(qū)，ZK1301井富氣“甜點(diǎn)”區(qū)，ZK204井富氣“甜點(diǎn)”區(qū)，W3井富氣“甜點(diǎn)”區(qū)。山1段有5個(gè)富氣“甜點(diǎn)”區(qū)，自北而南分別為W1井富氣“甜點(diǎn)”區(qū)， ZK1103井富氣“甜點(diǎn)”區(qū)，W2井富氣“甜點(diǎn)”區(qū)， ZK204井富氣“甜點(diǎn)”區(qū)，W3井富氣“甜點(diǎn)”區(qū)。山2段分北部、中部和南部三個(gè)富氣“甜點(diǎn)”區(qū)，北部為W1井富氣“甜點(diǎn)”區(qū)；中部為ZK1301井富氣“甜點(diǎn)”區(qū)，南部為W3井富氣“甜點(diǎn)”區(qū)。

圖8 山1段(左)、山2段(右)地震反演致密砂巖富氣“甜點(diǎn)”分布Figure 8 Shanxi Formation member S1 (left), member S2 (right)seismic inversion tight sandstone gas-rich “dessert”areas distribution

4 致密砂巖氣“甜點(diǎn)”區(qū)綜合評(píng)價(jià)

致密砂巖含氣的“甜點(diǎn)”評(píng)價(jià)與優(yōu)選的原則有4個(gè)方面：第一是距“氣源巖層”的遠(yuǎn)近，目前分析認(rèn)為“氣源巖層”是煤系地層，研究區(qū)的煤系地層主要是山西組2段。第二是構(gòu)造控制因素，在有大斷裂溝通的“背斜”部位和大型“斷鼻”構(gòu)造部位，在這些部位只要有儲(chǔ)層發(fā)育，都是有利的含氣層段。第三是位于“氣源巖層”系內(nèi)的巖性體，因砂體橫向尖滅而形成含氣巖性體。第四是保存條件，在東部地層上傾剝蝕區(qū)，致密砂巖氣發(fā)生“逸散”，含氣性較差?；诳刂埔蛩兀俳Y(jié)合測(cè)井資料預(yù)測(cè)的“富氣甜點(diǎn)”區(qū)和地震資料預(yù)測(cè)的“富氣甜點(diǎn)”區(qū)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)富氣情況，最終在山1段圈定甜點(diǎn)區(qū)域4個(gè)(圖9左紅色虛線框)，山2段圈定甜點(diǎn)區(qū)域3個(gè)(圖9右紅色虛線框)。

圖9 山1段(左)、山2段(右)富氣情況綜合評(píng)價(jià)Figure 9 Shanxi Formation member S1 (left), member S2 (right)gas-rich status integrated assessment

5 結(jié)論

本文總結(jié)了研究區(qū)致密砂巖含氣的控制因素。通過研究鄂爾多斯盆地某區(qū)煤系致密氣儲(chǔ)存特點(diǎn)，根據(jù)不同巖性的測(cè)井響應(yīng)特征與巖性識(shí)別，解釋出研究區(qū)的砂巖分布區(qū)域，再結(jié)合測(cè)井和地震分別預(yù)測(cè)的煤系致密砂巖氣“富氣甜點(diǎn)區(qū)”，通過綜合評(píng)價(jià)，最終圈定了研究區(qū)山1、山2段“富氣甜點(diǎn)區(qū)”的范圍。