四川盆地川中地區(qū)侏羅系沙溪廟組不同類型砂體地質(zhì)特征及地震精細(xì)雕刻

付 蕾，張本健，曹正林，黃 東，白 蓉，李育聰，王小蘭

1.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2.中國石油 西南油氣田公司 勘探開發(fā)研究院，成都 610041；3.中國石油 西南油氣田公司 技術(shù)咨詢中心，成都 610051；4.中國石油 川慶鉆探工程公司 地球物理公司，成都 610041

半個(gè)多世紀(jì)的勘探開發(fā)實(shí)踐揭示，四川盆地侏羅系擁有豐富的致密油氣資源，目前已發(fā)現(xiàn)五套含油氣層位，其中儲(chǔ)層條件尤以沙溪廟組河湖相砂巖最優(yōu)，已申報(bào)公山廟、天池、雙河等區(qū)塊累計(jì)三級(jí)地質(zhì)儲(chǔ)量超5 000×104t。目前累產(chǎn)超萬噸的油井有8口，主要分布在公山廟油田的沙溪廟組地層中。第四次全國資源評(píng)價(jià)表明，四川盆地侏羅系沙溪廟組河湖相砂體原油資源量達(dá)2.4×108t，進(jìn)一步展示了該類型砂體油氣巨大的勘探開發(fā)潛力[1-3]。

“十二五”期間以沙溪廟組河湖相砂體為勘探對(duì)象，先后實(shí)施的G003-H16、G117H兩口先導(dǎo)試驗(yàn)井均獲得22 t/d的高產(chǎn)工業(yè)油流，表明沙一段河湖相致密油氣具埋藏淺、含油氣性好、經(jīng)濟(jì)效益可觀等諸多優(yōu)勢(shì)條件[4]。但與國內(nèi)外其他陸相致密油氣相比，還存在以下一些關(guān)鍵瓶頸問題[5-8]：①由于地層厚度大、砂體類型多、河道期次發(fā)育，還未系統(tǒng)開展砂層組精細(xì)劃分與河道期次劃分研究；②由于不同類型砂體沉積環(huán)境、砂巖巖性、砂巖粒度、砂體厚度、砂體物性、儲(chǔ)層非均質(zhì)性、含油氣性等方面存在較大差異，還未在地球物理預(yù)測(cè)中有針對(duì)性開展識(shí)別預(yù)測(cè)工作，預(yù)測(cè)精度難以滿足精細(xì)化勘探開發(fā)的需要； ③在目前資源、技術(shù)等客觀條件下，要實(shí)現(xiàn)盆地致密油氣的效益開發(fā)，不同類型砂體勘探開發(fā)潛力和勘探開發(fā)模式還未明確，下步勘探方向還未指出。針對(duì)上述問題，本文以侏羅系沙溪廟組河湖相不同類型砂體為對(duì)象，通過大量的勘探開發(fā)靜動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)分析，詳細(xì)解剖和分析不同類型砂體特征，建立不同類型砂體的識(shí)別和預(yù)測(cè)方法，以期為下步沙溪廟組河湖相砂體勘探開發(fā)提供有效的技術(shù)支撐和勘探開發(fā)模式。

1 不同類型砂體地質(zhì)特征

1.1 沙溪廟組地質(zhì)背景

沙溪廟組為四川盆地中侏羅統(tǒng)一套陸相砂泥巖地層，厚度約為1 200～2 000 m，自下而上可分為沙一段和沙二段。沙溪廟組與下伏涼高山組通常分界標(biāo)志明顯，習(xí)慣上多采用“紅黑”分界原則。但川中北部公山廟、龍崗等地區(qū)，由于緊鄰沉積中心，沙一段底部巖性相變?yōu)橐惶谆揖G色長(zhǎng)石巖屑砂巖夾深灰、灰綠色泥巖，呈現(xiàn)一種弱還原—弱氧化的沉積環(huán)境；露頭剖面及鉆井取心均表明，沙一段灰綠色砂巖或灰色泥巖直接不整合覆蓋在涼高山組上段的黑色頁巖之上。因此，如果從泥巖的顏色上看，沙底(沙一段底部)與涼高山組上段分層標(biāo)志不如南部區(qū)域明顯。但二者在電性特征上仍然十分清楚，沙底表現(xiàn)為相對(duì)低伽馬、高電阻率、低聲波時(shí)差的砂泥巖互層特征；涼高山組則表現(xiàn)為高伽馬、低電阻率、高聲波時(shí)差明顯的黑色頁巖夾粉—細(xì)砂巖特征。此外，從砂巖礦物成分上分析，沙一段礦物成熟度低，石英含量在50%左右，長(zhǎng)石為10%～20%，相對(duì)涼高山組高結(jié)構(gòu)成熟度及高礦物成熟度而言，具有“貧石英、富長(zhǎng)石、富巖屑”的特征，亦可作為二者分界的輔助標(biāo)志。沙一段一般厚250～450 m，具有東厚西薄、北厚南薄的分布特征；巖性主要為紫紅色、灰綠色泥巖夾薄—中厚層狀砂巖組合。沙底向上大約40～60 m主要以灰綠色、淺灰色泥巖為主，夾薄—中厚層狀粉—細(xì)砂巖[9-12]。

1.2 砂體類型及砂層組劃分

印支晚幕運(yùn)動(dòng)改變了四川盆地侏羅紀(jì)的沉積格局，盆地開始進(jìn)入侏羅紀(jì)紅色盆地演化階段。由于四川盆地西部大面積的抬升，沙溪廟組沉積時(shí)期處于一個(gè)持續(xù)水退階段，湖水沿近南西—北東向退出，沉積了一套以紫紅色、灰綠色及淺灰色泥巖為主，夾淺灰色、灰綠色細(xì)砂巖和粉砂巖的砂泥巖碎屑巖組合。其底部砂體(“關(guān)口砂巖”)與下伏涼高山組上段黑色頁巖分界，頂部與上覆沙二段黑色、深灰色頁巖(葉肢介頁巖)分界，上下分層特征明顯[13-15]。結(jié)合前期研究，根據(jù)巖性、沉積旋回、沉積微相等特征，進(jìn)一步將沙一段中的沙一1、沙一2亞段細(xì)分為5個(gè)砂層組：第一砂組主要為濱淺湖相席狀砂、灘壩砂，一般距沙底40 m以內(nèi)；第二砂組距沙底40～100 m，主要為三角洲前緣相河道；第三砂組距沙底100～140 m，主要為三角洲平原相河道；第四砂組距沙底140～210 m，主要為三角洲平原相河道；第五砂組距沙底大于210 m，主要為三角洲前緣相河道(圖1)。前人研究揭示，有利的沉積微相主要為底部的濱淺湖相席狀砂和中下部的三角洲前緣—平原相河道砂(圖2)。不同類型砂體劃分為地震不同類型砂體精細(xì)刻畫和準(zhǔn)確反演以及儲(chǔ)層含油氣性預(yù)測(cè)奠定了地質(zhì)基礎(chǔ)。

圖1 四川盆地侏羅系沙溪廟組沙一段砂層組劃分示意

圖2 四川盆地公山廟地區(qū)侏羅系沙溪廟組沙一段沉積微相連井對(duì)比剖面

1.3 不同類型砂體儲(chǔ)層特征

勘探開發(fā)實(shí)踐表明，沙一段砂巖儲(chǔ)層物性相對(duì)最好，根據(jù)587個(gè)巖心物性分析表明，沙一段儲(chǔ)層物性孔隙度為0.4%～9.6%，平均3.1%；平均滲透率為0.23×10-3μm2，屬于超低孔、超低滲致密儲(chǔ)層[17-19]。不同類型的砂體具有不同的巖性、物性、孔喉以及壓汞曲線特征。巖性分析表明，底部灘壩砂、席狀砂粒度較細(xì)，主要為粉砂巖—細(xì)砂巖，河道砂水動(dòng)力條件強(qiáng)，砂巖粒度較粗，主要為細(xì)砂—粗砂巖；物性分析表明，河道砂平均孔隙度為4.68%，明顯高于底部席狀砂平均孔隙度(3.10%)，總體上河道砂物性要好于底部席狀砂、灘壩砂。席狀砂、灘壩砂孔喉半徑較小，一般在0.007 4～0.74 μm；河道砂孔喉半徑稍大，一般在0.074～7.35 μm，不同期次河道中尤以Ⅰ期河道砂物性最好，其次為Ⅳ期、Ⅱ期、Ⅲ期河道砂(圖3)。受沉積微相控制，灘壩砂和席狀砂單層厚度薄一般介于0.5～3.0 m，延伸范圍廣，分布穩(wěn)定，規(guī)模大；河道砂體單層厚度大，一般為5～30 m，縱向上多期疊置，側(cè)向遷移快，擺動(dòng)大，橫向連續(xù)性差。

圖3 四川盆地侏羅系沙溪廟組沙一段不同類型砂體儲(chǔ)集性能對(duì)比

2 不同類型砂體識(shí)別及預(yù)測(cè)

2.1 前期砂體識(shí)別及預(yù)測(cè)存在的問題

早期主要是將沙一段砂體作為整體來進(jìn)行勘探開發(fā)，在砂體、儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中均按照同一套砂體識(shí)別、預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，如自然伽馬小于90 API開展砂體預(yù)測(cè)，并在地震反演獲得的對(duì)應(yīng)彈性參數(shù)數(shù)據(jù)(縱波阻抗、橫波阻抗、縱橫波速度比、密度等)基礎(chǔ)上，應(yīng)用FFP技術(shù)即可得到砂巖概率預(yù)測(cè)結(jié)果和最大似然砂巖分布結(jié)果。在FFP砂巖預(yù)測(cè)結(jié)果的基礎(chǔ)上，將反演縱波阻抗與反演密度相除得到反演速度體，利用反演速度體與砂巖提取樣點(diǎn)相乘累加，編制各目的層砂體的厚度預(yù)測(cè)平面分布圖20-23]。但席狀砂與河道砂由于巖性、物性、砂體分布規(guī)律以及儲(chǔ)層非均質(zhì)性等差異較大，地球物理預(yù)測(cè)無法按照不同類型砂體開展精細(xì)劃分和預(yù)測(cè)，不能滿足精細(xì)化勘探開發(fā)的要求(圖4)。

圖4 四川盆地LG地區(qū)侏羅系沙溪廟組沙一段砂體不同標(biāo)準(zhǔn)反演剖面對(duì)比

2.2 不同類型砂體測(cè)井響應(yīng)特征

根據(jù)地層巖性特征、沉積特征及測(cè)井響應(yīng)曲線組合特征及其分辨率，沙一段自然伽馬曲線對(duì)巖性變化的響應(yīng)最敏感，因此以自然伽馬曲線為主、以電阻率和聲波時(shí)差曲線為輔進(jìn)行沉積微相劃分，并在巖心觀察分析基礎(chǔ)上，總結(jié)出沙一段不同類型砂體沉積微相的測(cè)井響應(yīng)特征：(1)分流河道或水下分流河道微相，自然伽馬曲線呈中—高幅，光滑程度呈現(xiàn)微齒狀或光滑形兩種，曲線形態(tài)一般呈箱形、鐘形、疊置箱型或鐘形—箱形的復(fù)合形，底部突變、頂部漸變或頂?shù)酌婢蛔?，單個(gè)河道砂體的電性曲線特征呈鐘形或箱形，疊置河道砂體呈疊置鐘形、疊置箱形或鐘形+箱形的組合形態(tài)；(2)濱淺湖席狀砂微相自然伽馬曲線呈中—低幅指形；(3)灘壩微相自然伽馬曲線呈中—低幅漏斗形或齒化箱形(表1)。

表1 四川盆地侏羅系沙溪廟組沙一段有利砂體測(cè)井相特征

2.3 不同類型砂體預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

沉積相演化揭示，由沙底向上水體變淺，由濱淺湖向河流相轉(zhuǎn)化。底部席狀砂泥質(zhì)含量高，粒度細(xì)，屬于濱淺湖沉積相；中下部河道砂水體能量強(qiáng)，泥質(zhì)含量低，粒度粗，屬于河流相。勘探開發(fā)揭示，不同類型砂體具有不同的地質(zhì)特征，為了滿足不同類型砂體的精細(xì)刻畫與預(yù)測(cè)要求，首先應(yīng)該明確不同類型砂體的測(cè)井曲線特征和地球物理響應(yīng)特征。研究表明，底部濱淺湖相席狀砂(灘壩砂)自然伽馬值為50～100 API，加權(quán)平均值為71.33 API，算術(shù)平均值為74.76 API；中下部三角洲前緣—平原相河道砂自然伽馬值約為40～90 API，加權(quán)平均值為62.16 API，算術(shù)平均值為65.33 API(圖5)。

不同沉積環(huán)境砂巖具有不同的電性特征，如果按照一套自然伽馬值標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行反演，必然導(dǎo)致河道地質(zhì)特征不清，無法精細(xì)刻畫不同類型砂體的空間展布特征。根據(jù)不同類型砂體測(cè)井曲線值分析表明，河道砂預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)為自然伽馬值小于65 API；席狀砂預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)為自然伽馬值介于65～75 API之間。

圖5 四川盆地侏羅系沙溪廟組沙一段不同類型砂體測(cè)井曲線參數(shù)交會(huì)圖

2.4 不同類型砂體預(yù)測(cè)效果

由于不同類型砂體在空間發(fā)育位置不同，從沉積演化和區(qū)域內(nèi)砂體縱向分布看，席狀砂(灘壩)主要分布在沙底以上40 m的范圍內(nèi)，河道砂主要分布在距沙底40 m以上的范圍。為了精細(xì)刻畫和預(yù)測(cè)不同類型的砂體，針對(duì)席狀砂(灘壩)，將研究時(shí)窗提取在沙底向上0～20 ms以內(nèi)，針對(duì)河道砂，將研究時(shí)窗劃分在沙底向上20～100 ms范圍內(nèi)。按照FFP技術(shù)預(yù)測(cè)各目的層砂體的厚度預(yù)測(cè)平面分布圖，與前期一套砂體預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)、不分時(shí)窗預(yù)測(cè)結(jié)果(圖6a-c)相比，按照不同砂體預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)、分時(shí)窗分別預(yù)測(cè)結(jié)果(圖6d-f)，其河道邊界更為清晰，河道在平面上的展布特征更符合河道沉積特征，這為后期儲(chǔ)層預(yù)測(cè)及有利區(qū)的優(yōu)選奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

圖6 不同標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測(cè)四川盆地侏羅系沙溪廟組沙一段砂體效果對(duì)比

3 勘探潛力及方向

3.1 不同類型砂體勘探開發(fā)成效分析

底部席狀砂(灘壩砂)雖然物性較差，厚度薄，但穩(wěn)定分布，且由于直接與下伏的涼高山組烴源巖接觸，因此其成藏配置條件較好，砂體普遍含油氣。河道砂雖然縱向上發(fā)育期次較多，厚度大、物性好，但由于砂體與烴源巖的距離一般大于50 m，因此需要斷裂將烴源巖和砂體進(jìn)行有效溝通才能成藏，河道砂的含油氣性主要依靠源儲(chǔ)斷裂，成藏條件較席狀砂(灘壩砂)苛刻。從目前的統(tǒng)計(jì)結(jié)果看[24-25]，席狀砂、灘壩砂試油16口井，獲油氣井12口，單井平均測(cè)試產(chǎn)量為18.1 t/d，單井平均累產(chǎn)4 437 t，目前已經(jīng)累產(chǎn)原油53 243.84 t，已有3口井累計(jì)產(chǎn)量超10 000 t。河道砂試油14口井，獲油氣井9口，單井平均測(cè)試產(chǎn)量為17.4 t/d，單井平均累產(chǎn)7 758 t，目前已經(jīng)累產(chǎn)原油81 194.64 t，已有4口井累計(jì)產(chǎn)量超10 000 t(表2)。

表2 四川盆地侏羅系沙溪廟組沙一段不同類型砂體勘探開發(fā)成果

由圖7可見，砂巖厚度與累計(jì)產(chǎn)量存在較好的正相關(guān)關(guān)系，砂體越厚累計(jì)產(chǎn)量越高，因此在輸導(dǎo)條件較好的地區(qū)，厚層河道砂是高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的主要對(duì)象。

圖7 四川盆地侏羅系沙溪廟組沙一段砂體厚度與測(cè)試產(chǎn)量、累計(jì)產(chǎn)量關(guān)系

3.2 勘探開發(fā)模式及方向

根據(jù)沙一段河道砂特有的地質(zhì)特征和含油氣性，勘探過程中應(yīng)在涼高山組上段烴源巖發(fā)育區(qū)內(nèi)，重點(diǎn)刻畫河道的空間展布以及與之搭配的烴源巖斷裂。為了降低勘探風(fēng)險(xiǎn)、減少投資、最大限度地動(dòng)用不同期次河道的油氣，應(yīng)采用立體勘探的方式，采用直井或者大斜度井進(jìn)行有效的勘探和動(dòng)用。由于沙一段底部席狀砂、灘壩砂厚度薄、分布穩(wěn)定，勘探中重點(diǎn)應(yīng)在涼高山組烴源巖發(fā)育區(qū)內(nèi)尋找上覆沙一段優(yōu)質(zhì)有利砂體，并結(jié)合裂縫預(yù)測(cè)成果，落實(shí)甜點(diǎn)區(qū)，采用工廠化作業(yè)的方式，以水平井組進(jìn)行勘探開發(fā)(圖8)。

圖8 四川盆地侏羅系沙溪廟組沙一段不同類型砂體特征及勘探開發(fā)模式

4 結(jié)論

(1)四川盆地侏羅系沙溪廟組沙一段湖泊—河流沉積體系中的砂體，具有資源量大、物性相對(duì)較好、勘探開發(fā)效果好等特點(diǎn)，是目前淺層致密油氣勘探開發(fā)的現(xiàn)實(shí)對(duì)象。底部灘壩砂、席狀砂粒度較細(xì)，主要為粉砂巖—細(xì)砂巖，水動(dòng)力條件弱，砂體平均孔隙度為3.1%，具有大面積穩(wěn)定分布的特點(diǎn)；河道砂粒度較粗，水動(dòng)力條件強(qiáng)，主要為細(xì)砂—粗砂巖，砂體平均孔隙度為4.68%，具有縱向上多期疊置、側(cè)向遷移快、擺動(dòng)大，橫向連續(xù)性差的分布特點(diǎn)。

(2)通過對(duì)席狀砂體、河道砂體的測(cè)井分析，河道砂預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)為自然伽馬值小于65 API，席狀砂預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)為自然伽馬值介于65～75 API，在此基礎(chǔ)上分時(shí)窗開展了不同類型砂體的精細(xì)識(shí)別和空間預(yù)測(cè)，建立起了一套適用于湖泊—河流沉積體系中不同類型砂體精細(xì)刻畫與預(yù)測(cè)的方法體系。

(3)河道砂油氣應(yīng)采用立體勘探的方式，以直井或者大斜度井進(jìn)行有效的開發(fā)和動(dòng)用；底部席狀砂、灘壩砂油氣，可采用工廠化作業(yè)的方式，以水平井組進(jìn)行勘探開發(fā)。