分布于厚煤系之間的薄砂巖儲層間接預(yù)測方法
——以杭錦旗地區(qū)J井區(qū)為例

秦雪霏

(中國石化上海海洋油氣分公司，上海 200120)

在油氣成藏研究中，煤巖與炭質(zhì)泥巖作為主要烴源巖備受關(guān)注，但煤巖與炭質(zhì)泥巖的低阻抗特性，容易與圍巖形成明顯的波阻抗差異，地震剖面上表現(xiàn)為連續(xù)穩(wěn)定的低頻強反射，為煤系地層砂巖儲層預(yù)測帶來了很大困難。賴生華等[1-2]設(shè)計了六套含煤地質(zhì)模型，并結(jié)合正演模擬分析，證實了煤巖厚度、煤巖與砂巖之間地層厚度(煤砂間距)以及地震子波頻率、相位等參數(shù)，均可對煤下砂巖有效反射形成不同程度的干涉。因此，含煤地層儲層識別問題成為近年來專家學者的研究熱點，解決方案可以歸納為以下三種：一是拓頻處理提高地震分辨率的方法[3-4]，通過拓展受煤干涉影響程度相對較弱的中高頻段信息，提高砂巖有效反射占比，該方案對于信噪比高、煤反射干涉相對較弱的地區(qū)具有一定適用性；二是依托高分辨地質(zhì)統(tǒng)計學的相控預(yù)測[5-6]或儲層直接預(yù)測方法[7-9]，通過統(tǒng)計測井資料中不同巖性的高斯分布，得到煤系地層中儲層空間展布的概率體，該方案在井控程度高且鉆井分布均勻的地區(qū)應(yīng)用效果較好；三是結(jié)合匹配追蹤等時頻分析方法，優(yōu)選煤巖響應(yīng)相對較弱的中高頻段資料進行子波分解與重構(gòu)[10-12]，通過弱化煤巖反射能量進行儲層預(yù)測，該方案適用于煤巖厚度較小或煤砂間距相對較大、煤巖反射對儲層干涉強度相對較弱的地區(qū)。盡管煤系地層儲層預(yù)測研究取得了豐碩的成果，但對夾于厚煤巖之間且煤砂間距較小的薄儲層而言，由于同時受到上覆及下伏厚煤巖雙向疊合的干涉作用，上述技術(shù)方法均難以取得良好效果，需要更多地依托沉積特點開展間接預(yù)測，以鄂爾多斯盆地杭錦旗地區(qū)J井區(qū)為例進行說明。

1 地質(zhì)特征及儲層預(yù)測難點

1.1 山1段煤系地層地震地質(zhì)特征

研究區(qū)位于杭錦旗中部伊陜斜坡北端，構(gòu)造平緩穩(wěn)定，于晚石炭紀至早二疊紀沉積了太原組、山西組等上古生界地層，主要目的層段山西組為辮狀河三角洲沉積，沉積環(huán)境穩(wěn)定，自下而上可分為山1段和山2段，巖性主要包括中-粗粒砂巖、細-粉砂巖、泥巖、炭質(zhì)泥巖與煤巖，是整個鄂爾多斯盆地最主要的油氣儲層及烴源層系。

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)對比結(jié)果，鄂爾多斯盆地山1段普遍發(fā)育4號、5號煤系，山1段下伏為太原組頂部的6號煤系[13]。這三套煤系在鄂爾多斯盆地內(nèi)呈區(qū)域性分布，煤含量差異較大，形成煤巖與炭質(zhì)泥巖共生的特征(統(tǒng)稱為煤系)?？v向上，部分煤系可分為主煤與上煤(圖1)，但煤系之間地層厚度普遍較小，可視為整體。山1段及太原組局部發(fā)育厚度不足2 m的薄煤層，分布范圍較小。

山1段地層厚度35～50 m，自下而上可進一步細分為山11與山12兩個亞段。受沉積期古地形影響，山西組早期以填平補齊沉積為主，山11尤其明顯，底部發(fā)育北岔溝砂巖，類型主要為石英砂巖、巖屑石英砂巖及巖屑砂巖，屬于低孔低滲致密儲層[14-15]。研究區(qū)毗鄰伊盟古隆起，石炭-二疊紀長期處于相對較高的古地勢，北岔溝砂巖厚度相對盆內(nèi)明顯較薄，且夾于4號-5號煤系之間，形成上下厚煤、煤系之間地層薄、薄儲層的組合結(jié)構(gòu)(圖1)。

研究區(qū)地表以沙漠、草場為主，表層稀疏，吸收衰減作用強，三維地震資料分辨率較低，地震主頻為20～22 Hz，頻寬為6～45 Hz。4號-6號煤系之間地層厚度較小，共同作用形成了綜合低波阻抗地層，地震上表現(xiàn)為區(qū)域穩(wěn)定的低頻連續(xù)強波谷反射(圖2a中Tc波)，為盆地最主要的標志波。盡管Tc反射波在橫向上差異微弱，但是實鉆資料揭示4號-6號煤系中砂泥煤的巖性組合豐富多樣(圖1)，儲層識別難度較大。

1.2 預(yù)測難點

賴生華等通過建立六個地質(zhì)模型，對比了不同褶積子波頻率、相位情況下的正演模擬結(jié)果，建立了不同煤巖厚度、位置及煤砂距離對砂巖有效反射影響的擬合曲線，指出當煤巖厚度和煤砂距不穩(wěn)定時，無法利用振幅預(yù)測厚度小于1/4波長的砂巖，進而結(jié)合正演模擬結(jié)果，明確了相應(yīng)的量化參數(shù)，即地震子波頻率高于40 Hz且煤砂間距大于50 m時，煤巖對砂巖頂面地震反射沒有影響；當頻率低于20 Hz、煤巖與砂巖接近時，煤巖反射會嚴重干涉砂巖有效反射，甚至會發(fā)生極性反轉(zhuǎn)。研究區(qū)4號-5號煤系之間地層厚度15～25 m，煤間實鉆砂巖厚度小于15 m，石英砂巖小于10 m(表1)，地震資料條件、煤系之間地層厚度和儲層厚度都不夠理想。

表1 研究區(qū)山1段實鉆情況

盡管石炭-早二疊紀煤系區(qū)域分布穩(wěn)定，但煤含量差異較大，隨著煤含量的降低，炭質(zhì)泥巖中泥質(zhì)含量增大且波阻抗增大(直至與泥巖一致)，煤系反射強度減弱(圖2a中D井實鉆4號-6號煤系累計厚度最大，但Tc波谷強度略低，與煤系中炭質(zhì)泥巖占比較高有關(guān))，復(fù)雜的煤巖成分導致對北岔溝砂巖的干涉程度在橫向上是不可預(yù)見的。

2 研究思路及實施效果

2.1 沉積規(guī)律及研究思路

通過對原始PSTM數(shù)據(jù)子波分解，并利用研究區(qū)已有鉆井建立重構(gòu)數(shù)據(jù)振幅與煤系厚度、井點處反射波時差與煤系之間地層厚度的交會分析，優(yōu)選25 Hz以上地震資料進行重構(gòu)，從圖2b可以看出，盡管原Tc反射波得到了有效擴展，但Tc2瞬時波谷振幅與5+6號煤系厚度呈良好的線性關(guān)系，相關(guān)度高達0.96(圖3a)，而且實鉆煤系之間地層厚度與Tc1-Tc2反射波時差之間同樣具有良好的正相關(guān)關(guān)系(圖3b)，說明盡管采用了中高頻段，所得到的反射波仍以煤系自身反射為主，難以利用多子波分解與重構(gòu)方法開展厚煤層之間薄砂巖儲層的直接預(yù)測。因此，利用實鉆井測井資料建立山11亞段砂煤沉積厚度之間的定量化關(guān)系，成為解決該問題的關(guān)鍵。

圖2 研究區(qū)煤系地層波組響應(yīng)特征(測井曲線為波阻抗，波谷充填顯示)

杭錦旗地區(qū)山1段沉積微相可劃分為偏氧化環(huán)境的分流河道、偏還原環(huán)境的河道間灣與泥炭沼澤[14，16-18]。由于沉積環(huán)境的差異，在空間上形成了砂煤互補的沉積規(guī)律，可以歸納為兩種類型：①同等地層厚度的情況下，煤系厚度與砂巖厚度呈負相關(guān)關(guān)系；②同等煤系厚度的情況下，煤系之間地層厚度與砂巖厚度呈正相關(guān)關(guān)系。研究區(qū)的4號及5號煤系厚度相近(圖1)，更側(cè)重于第二種類型。從圖3c可以看出，除B井及C井外，其他四口井實鉆砂巖厚度與煤系之間地層厚度具有良好的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)度達到0.86，但對于研究區(qū)而言，2口無效井占比略高，依據(jù)地層厚度判別砂巖分布會導致誤差較大，需進一步尋找其他有利條件。

杭錦旗地區(qū)長期受到持續(xù)穩(wěn)定的構(gòu)造運動，使得石炭紀-早二疊紀沉積受古地形影響較大，山西組早期分流河道多表現(xiàn)為順下切溝谷的高水動能、辮狀程度低的限制式分布，至山西組晚期受填平補齊沉積作用，古地形逐漸平緩，分流河道轉(zhuǎn)變?yōu)樗畡幽芟鄬^低、辮狀程度較高的廣覆式分布。由于杭錦旗地區(qū)毗鄰北部陰山古陸物源區(qū)，山1段砂巖石英含量為50%～95%，平均72.15%，孔隙度集中分布在5%～10%[14-15，19]，石英砂巖GR較低(25～50 API)，多呈微齒箱形[20-22]。對于古地形相對較低的地區(qū)，山1期水動力強度較大，石英砂巖厚度及物性可以得到有效保障，部分地區(qū)砂巖孔隙度達13%以上，是山西組最有效的儲層段。從圖3d可以看出，二者之間呈良好的非線性正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)度達到0.77，為石英砂巖儲層的間接預(yù)測提供了有利條件。

圖3 研究區(qū)煤系地層井震關(guān)鍵參數(shù)交會

因此，針對研究區(qū)山1段分布于厚煤間的薄砂巖儲層間接預(yù)測技術(shù)思路如圖4所示。首先，通過子波分解與重構(gòu)，提高地震資料對煤系的識別精度，在此過程中，重點在于建立實鉆煤系厚度與不同參數(shù)重構(gòu)資料振幅的量化關(guān)系，以此作為優(yōu)選最佳重構(gòu)參數(shù)的依據(jù)。其次，建立重構(gòu)資料煤系反射波時差，與實鉆井煤系之間地層厚度之間的定量關(guān)系式，以及優(yōu)選滿足誤差需求的有效井進行深度校正，從而準確落實煤系之間地層空間展布。最后，分別建立煤系之間地層厚度與砂巖、石英砂巖厚度的量化關(guān)系，并確定相關(guān)度最高的定量關(guān)系式，對煤間地層進行相應(yīng)地轉(zhuǎn)換，達到利用量化沉積規(guī)律開展厚煤間薄儲層間接預(yù)測的目的。

圖4 厚煤間薄砂巖儲層間接預(yù)測技術(shù)路線

2.2 實施效果

實施過程中，需要重點關(guān)注以下兩個問題：子波重構(gòu)有效頻段的選擇依據(jù)及其分辨能力和預(yù)測過程中的誤差控制。

(1)子波重構(gòu)方面首先需要明確重構(gòu)資料對煤系的分辨能力，超過分辨率時預(yù)測誤差難以保障。結(jié)合實鉆情況，A井與C井5+6號煤系厚度近6 m，在圖2b重構(gòu)數(shù)據(jù)上5+6號煤系所形成的Tc2反射波較為清晰；B井4號煤系厚度約5 m，Tc1響應(yīng)微弱；D井Tc1響應(yīng)最弱，與其4號煤系中泥質(zhì)含量偏高有一定關(guān)系。在煤系之間地層厚度識別能力方面，A井Tc1與Tc2呈弱復(fù)合特征，其他井點處煤系之間地層厚度較大，呈相對獨立反射(圖2b)，說明在現(xiàn)有鉆井資料條件下，采用25 Hz以上頻段重構(gòu)資料對煤系厚度識別的下限為5 m，對煤系之間地層厚度識別的下限為15 m，低于此下限條件的儲層將無法預(yù)測。

(2)誤差控制方面。首先，將研究區(qū)Tc1-Tc2波時差按照圖3b中的相關(guān)關(guān)系式轉(zhuǎn)換為4號-5號煤間地層厚度的屬性，并以相關(guān)度0.78為標準，優(yōu)選預(yù)測與實鉆煤系之間地層厚度誤差小于22%的井(A、B、E)進行校正，達到進一步控制誤差的目的。以相關(guān)度為依據(jù)優(yōu)選有效井進行校正，可確保煤間地層厚度的橫向關(guān)系穩(wěn)定，不會發(fā)生局部畸變。然后，利用4號-5號煤系之間地層厚度與煤間石英砂巖厚度交會關(guān)系式(圖3d)，再次將經(jīng)過校正后的煤間地層厚度進行轉(zhuǎn)換，即可得到研究區(qū)4號-5號煤系之間石英砂巖平面展布。

分別對比圖1及表1中已知井鉆遇情況與原始PSTM數(shù)據(jù)Tc反射波振幅屬性(圖5a)，以及子波分解重構(gòu)數(shù)據(jù)的Tc1-Tc2之間瞬時波峰振幅(圖5b)，可以看出，盡管25 Hz以上頻段重構(gòu)資料可以一定程度上弱化煤系強反射，但對于厚煤間的薄儲層識別仍然具有較大的局限性，預(yù)測結(jié)果與實鉆砂巖及石英砂巖厚度存在較大誤差。

利用子波分解與重構(gòu)資料所刻畫煤系之間地層厚度，經(jīng)過量化關(guān)系式一次轉(zhuǎn)換并優(yōu)選有效井進行校正，再次利用煤系之間地層厚度與石英砂巖厚度量化關(guān)系式進行二次轉(zhuǎn)換得到的間接預(yù)測結(jié)果，河道特征清晰(圖5c)。對井點處所鉆遇的石英砂巖厚度與預(yù)測結(jié)果進行誤差統(tǒng)計(表1)，6口井絕對值誤差率平均為25.54%(與圖3d中0.77的相關(guān)度相匹配)。將預(yù)測誤差與實鉆石英砂巖厚度進行交會，可以看出，當石英砂巖厚度4～6 m時，誤差整體偏高，這與25 Hz重構(gòu)地震資料對煤系厚度的分辨下限相匹配(圖6)。盡管F井同樣具有較大誤差，但對于厚煤間不足10 m的薄石英砂巖儲層刻畫來說，相比利用原始PSTM資料及子波分解與重構(gòu)后資料振幅特征開展直接預(yù)測，該方法預(yù)測精度已經(jīng)有了很大地提高。

圖5 研究區(qū)山1段厚煤間薄儲層預(yù)測

圖6 4號-5號煤間實鉆石英砂巖厚度與預(yù)測厚度誤差

3 結(jié)論

(1)分布于厚煤巖之間的薄砂巖儲層，同時受到儲層上、下煤系強反射干涉，且干涉程度受煤系厚度、煤砂之間地層厚度、煤含量及子波頻率影響，儲層直接預(yù)測難度大。通過分析已有鉆井巖性組合規(guī)律并建立量化關(guān)系，可以達到間接預(yù)測的目的。預(yù)測過程中重點在于煤系之間地層厚度的刻畫，對重構(gòu)數(shù)據(jù)振幅依賴度低，因此，在有效分辨能力范圍內(nèi)，煤系厚度變化及煤系井徑擴大等不利因素對預(yù)測結(jié)果影響較小。

(2)厚煤系之間的薄儲層預(yù)測不限于砂巖-石英砂巖的逐級預(yù)測流程，相關(guān)度低將導致成果的誤差率較大，應(yīng)用效果需結(jié)合實際鉆井揭示的規(guī)律分析而確定。

(3)子波分解與重構(gòu)在煤系地層儲層預(yù)測中應(yīng)用廣泛，對于煤系厚度大、煤砂之間地層厚度小的情況，重構(gòu)結(jié)果仍以煤系自身反射為主，但煤系厚度及煤系之間地層厚度可作為重構(gòu)參數(shù)優(yōu)選的主要依據(jù)。