鄂爾多斯盆地L區(qū)塊石盒子組4段致密砂巖氣藏地質(zhì)—工程甜點(diǎn)預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)

魏志鵬 施瑞生 王 輝

中海油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)事業(yè)部

0 引言

山西省鄂爾多斯盆地致密砂巖氣藏雖然勘探開發(fā)潛力巨大，但存在儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)、厚度?。▋?chǔ)層厚度1～5 m）、物性差（平均滲透率1 mD）、裂縫發(fā)育無(wú)規(guī)律等問(wèn)題，常規(guī)射孔生產(chǎn)難以實(shí)現(xiàn)較大的產(chǎn)能。儲(chǔ)層壓裂改造可以大幅提高單井產(chǎn)能，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)有效的開發(fā)，是該地區(qū)致密砂巖氣藏儲(chǔ)層開發(fā)的重要手段。如何有效地尋找地質(zhì)和工程 雙甜點(diǎn)”是決定儲(chǔ)層壓裂改造成功的因素之一，通過(guò)預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的地質(zhì)和工程 雙甜點(diǎn)”參數(shù)分布、圈定儲(chǔ)層改造有利區(qū)至關(guān)重要[1-5]。本文利用 雙甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)技術(shù)，優(yōu)化水平井軌跡，提高儲(chǔ)層改造效果，有效開發(fā)目的層致密氣儲(chǔ)量，完善技術(shù)方案，為實(shí)現(xiàn)低滲致密氣經(jīng)濟(jì)有效的開發(fā)積累經(jīng)驗(yàn)和提供技術(shù)保障[6-8]。

1 地質(zhì)概況

L區(qū)塊位于鄂爾多斯盆地東北部伊陜斜坡東段、晉西撓褶帶西緣，總面積約為2 620 km2，平面上較平緩無(wú)大的起伏，縱向上構(gòu)成了下部（本溪組—山西組）、中部（下石盒子組）和上部（上石盒子組—石千峰組）3套成藏組合（圖1）。研究區(qū)發(fā)現(xiàn)以致密砂巖氣藏為主的氣田，面積約120 km2，是一平緩的單斜構(gòu)造，工區(qū)現(xiàn)共有探井16口，本次研究層位為盒4段，以粉細(xì)砂巖及泥巖沉積為主，垂向上發(fā)育三角洲平原分支河道微相和分支河道間微相疊置的特征，分支河道自然伽馬曲線呈鐘型、箱型，分支河道間自然伽馬曲線以平直型為主，局部發(fā)育陸上天然堤微相。

圖1 鄂爾多斯盆地L區(qū)塊構(gòu)造位置及H4段儲(chǔ)層發(fā)育圖

2 地質(zhì)甜點(diǎn)預(yù)測(cè)

2.1 儲(chǔ)層砂體預(yù)測(cè)

地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演方法是一種基于模型的反演，它采用的馬爾可夫鏈蒙特卡羅（MCMC）方法是一種基于全局最優(yōu)技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)求解的方法。初始模擬結(jié)果出發(fā)，利用MCMC算法，模擬出多個(gè)波阻抗曲線，通過(guò)分析合成地震記錄與實(shí)際地震剖面相關(guān)性，確定合理的儲(chǔ)層參數(shù)。反演出空間上的波阻抗體及巖性體[9]。

由于本區(qū)井位分布較均勻，井控密度足夠大，地震構(gòu)造起伏較平緩，地層無(wú)明顯缺失，適用于以變差函數(shù)為核心的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)測(cè)井約束反演。此種方法應(yīng)用在本地區(qū)效果較好，能夠大幅度提高儲(chǔ)層分辨率，最大分辨率達(dá)到5 m。研究區(qū)共16口資料齊全的井，選取13口井參與反演，3口井作為驗(yàn)證井，儲(chǔ)層反演結(jié)果表明，驗(yàn)證井A11、A14預(yù)測(cè)砂體與實(shí)際鉆遇砂體吻合率達(dá)到85%以上（圖2）。從該區(qū)預(yù)測(cè)砂體厚度等值圖可知（圖2），區(qū)域儲(chǔ)層主要呈北西南東向分布，平均厚度大于8 m，西南部零星發(fā)育透鏡狀小砂體，平均厚度大于6 m，整體連續(xù)性較差砂體呈坨狀發(fā)育的特征。

圖2 鄂爾多斯盆地L區(qū)塊波阻抗與孔隙度交會(huì)圖

2.2 孔隙度預(yù)測(cè)

本研究區(qū)孔隙度和波阻抗存在比較好的負(fù)相關(guān)性，相關(guān)性好（圖3），因此，可以利用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演得到的波阻抗巖性數(shù)據(jù)體，通過(guò)協(xié)克里金模擬算法得到區(qū)域性的孔隙度數(shù)據(jù)。協(xié)克里金是克里金插值算法的有力擴(kuò)展，通過(guò)首要屬性及相關(guān)屬性的變差圖，構(gòu)建它們之間的互變差圖，定義它們之間的相關(guān)程度[10]。

圖3 鄂爾多斯盆地L區(qū)塊含氣性儲(chǔ)層頻譜對(duì)比圖

協(xié)克里金是二元的，可表示成井點(diǎn)數(shù)據(jù)和地震數(shù)據(jù)的線性組合形式，即

式中Z*（μ0）為μ0位置估計(jì)值 ；Z*（μxi）為在位置μxi上的井點(diǎn)數(shù)據(jù)采樣值，λxi為其相應(yīng)的加權(quán)系數(shù)；Y（μyk）為在位置μyk上的地震數(shù)據(jù)采樣值 ；λyk為其相應(yīng)的加權(quán)系數(shù)。

從協(xié)克里金法孔隙度展布結(jié)果來(lái)看其與鉆井吻合度較好（圖2），且平面上A1井、A15井附近孔隙度較大，A5井和A14井范圍內(nèi)孔隙度較小（圖2），通過(guò)與實(shí)際鉆井孔隙度曲線與孔隙度剖面對(duì)比，發(fā)現(xiàn)協(xié)克里金法預(yù)測(cè)孔隙度總體誤差較小，最大誤差僅有2.6%，說(shuō)明協(xié)克里金方法預(yù)測(cè)本區(qū)孔隙度精度是可行的。

根據(jù)研究區(qū)孔隙度平面分布圖可知，研究區(qū)物性分布整體呈北西南東向分布，中部A7井附近較為致密，物性較差。A6井東南部和西南部A13井區(qū)附近局部物性較好。

2.3 含氣性預(yù)測(cè)

通過(guò)區(qū)域地震頻譜分析，本地區(qū)含氣性預(yù)測(cè)可以采用能量衰減方法（圖4）。其主要原理是地震波通過(guò)含氣地層能量的衰減遠(yuǎn)遠(yuǎn)較通過(guò)含油或含水地層的衰減大，主要表現(xiàn)在分析時(shí)窗內(nèi)高頻成分被吸收的特點(diǎn)。通過(guò)對(duì)能量譜的衰減的估算，用頻率在典型的能量譜內(nèi)定量表示頻率的吸收效應(yīng)。通過(guò)振幅中的衰變模型來(lái)確定頻率吸收效應(yīng)的量，用于分析頻率屏蔽區(qū)的頻率特性，用來(lái)進(jìn)行含氣儲(chǔ)層預(yù)測(cè)。

圖4 鄂爾多斯盆地L區(qū)塊盒4段地質(zhì)甜點(diǎn)預(yù)測(cè)剖面及平面圖

從含氣性高頻衰減屬性結(jié)果來(lái)看，結(jié)合已知探井含氣性對(duì)比，A15和A7井盒4段氣測(cè)效果較好（圖4e），在預(yù)測(cè)圖上也表現(xiàn)出較強(qiáng)的頻率衰減特征，A8井目的層鉆井氣測(cè)效果較差，在預(yù)測(cè)圖上也表現(xiàn)出較差的頻率衰減特征，整體上含氣性預(yù)測(cè)與實(shí)鉆井對(duì)比吻合性較高，說(shuō)明此種方法在本地區(qū)預(yù)測(cè)含氣性效果較好。

整體上工區(qū)含氣富集區(qū)主要分布在東部和中部區(qū)域，呈近南北向條帶分布，西部A3—A9—A6—A13井條帶附近也存在一條含氣富集條帶。

3 工程甜點(diǎn)預(yù)測(cè)

3.1 天然裂縫預(yù)測(cè)

鉆井和生產(chǎn)均表明，裂縫是影響該地區(qū)致密氣產(chǎn)量和鉆井質(zhì)量的關(guān)鍵因素，一方面裂縫發(fā)育改善了致密砂巖的儲(chǔ)集條件；另一方面有利于后期對(duì)致密砂巖的壓裂改造，形成網(wǎng)狀縫。因此，裂縫（斷層）的預(yù)測(cè)有著非常重要的意義。研究表明，若裂縫縱向延伸長(zhǎng)度大于地震數(shù)據(jù)分辨率，即1/4波長(zhǎng)（本區(qū)約等于15 m），通過(guò)疊后地震數(shù)據(jù)及其屬性預(yù)測(cè)是行之有效的方法。

本次研究利用斯倫貝謝公司Petrel軟件的螞蟻體算法能夠預(yù)測(cè)本區(qū)塊縱向上延伸長(zhǎng)度大于15 m裂縫的發(fā)育特征。螞蟻體是為了更好突出顯示斷層、裂縫等地震數(shù)據(jù)體不連續(xù)部分的一種地震屬性體。在探測(cè)不連續(xù)的斷層或者裂縫時(shí)，采取類似螞蟻覓食系統(tǒng)的追蹤方法來(lái)進(jìn)行追蹤斷層或者裂縫，該算法在顯示斷裂方面具有較好的作用。

預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，研究區(qū)A15井區(qū)裂縫發(fā)育程度較高，A8井區(qū)裂縫發(fā)育程度較低，預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)鉆井吻合效果較好，區(qū)域裂縫主方向?yàn)楸蔽髂蠔|向（圖 5a）。

3.2 脆性指數(shù)預(yù)測(cè)

脆性指數(shù)差異決定了形成網(wǎng)狀裂縫的完善程度，脆性越大，越容易形成網(wǎng)狀裂縫，而脆性越小，意味著更好的塑性特征，形成網(wǎng)狀裂縫的可能性越小，且一定程度上阻礙了網(wǎng)狀裂縫的擴(kuò)展，因此，致密砂巖的脆性指數(shù)對(duì)壓裂產(chǎn)生的次生裂縫支撐效果影響極大[11-12]。脆性指數(shù)的評(píng)價(jià)方法主要有兩種：基于礦物組分含量的脆性指數(shù)和基于巖石力學(xué)參數(shù)的脆性指數(shù)。本區(qū)域脆性預(yù)測(cè)是通過(guò)Rickman提出的采用楊氏模量與泊松比計(jì)算巖石脆性的數(shù)學(xué)方程。計(jì)算楊氏模量和泊松比的平均值來(lái)得到脆性系數(shù)。脆性指數(shù)有如下計(jì)算公式[13]：

式中IB表示脆性指數(shù)，E表示楊氏模量，Pa；μ表示泊松比。其中楊氏模量和泊松比是通過(guò)疊前地震彈性反演所得到的。

通過(guò)得到的地層脆性指數(shù)數(shù)據(jù)體，沿盒4段提取脆性指數(shù)剖面和平面展布圖（圖5b），從圖中可以看出砂巖的脆性指數(shù)明顯高于泥巖，整體脆性分布同樣呈北西南東向，脆性好的砂巖主要位于A15井東南部，局部脆性指數(shù)超過(guò)45%，有利于后期儲(chǔ)層壓裂改造。

圖5 鄂爾多斯盆地L區(qū)塊盒4段工程甜點(diǎn)預(yù)測(cè)平面圖

4 甜點(diǎn)綜合評(píng)價(jià)

筆者在致密砂巖儲(chǔ)層中優(yōu)選出砂體厚度大、孔隙度好、含氣性高、地層脆性好、裂縫發(fā)育程度高的區(qū)域作為甜點(diǎn)區(qū)[14-16]，并按照本地區(qū)實(shí)際鉆井測(cè)試情況劃分了Ⅰ類甜點(diǎn)區(qū)、Ⅱ類甜點(diǎn)區(qū)、Ⅲ類甜點(diǎn)區(qū)（表 1）。

表1 鄂爾多斯盆地L區(qū)塊H4層甜點(diǎn)綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)表

通過(guò)模糊數(shù)學(xué)的算法賦予每個(gè)參數(shù)的權(quán)重，建立L區(qū)塊致密砂巖氣藏甜點(diǎn)綜合預(yù)測(cè)平面分布圖（圖6），紅色區(qū)域?yàn)棰耦愄瘘c(diǎn)區(qū)，紫色是Ⅱ類甜點(diǎn)區(qū)，其他區(qū)域?yàn)榉翘瘘c(diǎn)區(qū)。其中，Ⅰ類甜點(diǎn)區(qū)，是最有利的開發(fā)甜點(diǎn)區(qū)，建議優(yōu)先開發(fā) ；Ⅱ類甜點(diǎn)區(qū)是相對(duì)有利的開發(fā)甜點(diǎn)區(qū)，建議作為開發(fā)接替區(qū) ；Ⅲ類區(qū)各項(xiàng)指標(biāo)均較低，建議選擇性開發(fā)。

圖6 鄂爾多斯盆地L區(qū)塊盒4段甜點(diǎn)綜合評(píng)價(jià)圖

5 應(yīng)用效果分析

選取新完鉆的A9井和A15驗(yàn)證預(yù)測(cè)結(jié)果的可靠性，該兩口井位于預(yù)測(cè)Ⅰ類甜點(diǎn)區(qū)內(nèi)，A9井獲得6.2 104m3/d的測(cè)試產(chǎn)量，A15井平均測(cè)試產(chǎn)量16.2 104m3/d。綜合分析所有井產(chǎn)量與預(yù)測(cè)甜點(diǎn)對(duì)比結(jié)果所示，預(yù)測(cè)甜點(diǎn)區(qū)分布趨勢(shì)與生產(chǎn)結(jié)果吻合（表 2）。

表2 鄂爾多斯盆地L區(qū)塊產(chǎn)量與預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)比表

6 結(jié)論

1）鄂爾多斯盆地L區(qū)塊天然氣儲(chǔ)量巨大，但儲(chǔ)層致密，儲(chǔ)層壓裂改造是開發(fā)低滲氣藏的重要手段，而確定地質(zhì)和工程的雙 甜點(diǎn)”發(fā)育區(qū)是儲(chǔ)層改造成功的關(guān)鍵。

2）通過(guò)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)提高了儲(chǔ)層縱向和橫向分辨率?；诰鸾Y(jié)合的脆性指數(shù)預(yù)測(cè)技術(shù)，得到工程甜點(diǎn)有利區(qū)，并指導(dǎo)了半縫長(zhǎng)、加沙量及施工排量等壓裂參數(shù)優(yōu)化。

3）通過(guò)耦合地質(zhì)和工程參數(shù)，得到儲(chǔ)層改造 雙甜點(diǎn)”的預(yù)測(cè)結(jié)果，根據(jù)該結(jié)果設(shè)計(jì)的井軌跡實(shí)現(xiàn)砂巖的100%鉆遇率，且預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)鉆和壓裂效果吻合較好，證實(shí)該技術(shù)的可靠性。