瑪湖凹陷風(fēng)城組頁巖油地質(zhì)工程甜點地震預(yù)測方法及應(yīng)用

于江龍，陳剛，吳俊軍，李維，楊森，唐廷明

（中國石油 新疆油田分公司 勘探開發(fā)研究院，新疆 克拉瑪依 834000）

近年來，隨著非常規(guī)油氣勘探的不斷深入，頁巖油已成為非常規(guī)油氣勘探的重點領(lǐng)域。目前，準噶爾盆地吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組頁巖油勘探已獲得進展，瑪湖凹陷下二疊統(tǒng)風(fēng)城組頁巖油正成為準噶爾盆地陸相頁巖油勘探新的潛力領(lǐng)域[1]?，敽枷蒿L(fēng)南7 井、風(fēng)南14 井、瑪頁1 井等井均在風(fēng)城組獲得工業(yè)油流，展現(xiàn)了準噶爾盆地下二疊統(tǒng)風(fēng)城組陸相頁巖油豐富的資源潛力。

甜點預(yù)測對頁巖油勘探開發(fā)至關(guān)重要，所謂甜點，即在致密儲集層背景下，經(jīng)壓裂改造后能夠獲得較高工業(yè)產(chǎn)能的優(yōu)質(zhì)儲集層發(fā)育區(qū)[2]。近年來，頁巖油甜點的主控地質(zhì)因素研究得到越來越多的關(guān)注。在主控因素分析基礎(chǔ)上，頁巖油甜點的評價與優(yōu)選成為生產(chǎn)中需要解決的關(guān)鍵問題。頁巖油甜點的評價與優(yōu)選主要采用地質(zhì)評價、地震預(yù)測和地震地質(zhì)一體化。頁巖油甜點的地質(zhì)評價主要以地質(zhì)資料為依據(jù)，從烴源巖品質(zhì)、儲集層品質(zhì)、脆性指數(shù)等方面開展評價工作，如利用烴源巖特征、巖性、物性、含油性、電性、脆性和地應(yīng)力各向異性進行頁巖油甜點評價的七性評價方法，是目前中國頁巖油評價的主要方法[3]；頁巖油甜點的地震預(yù)測主要依據(jù)地震信息，通過地震巖石物理分析優(yōu)選出地震彈性參數(shù)，再運用地震彈性參數(shù)反演，獲得頁巖油甜點分布的預(yù)測結(jié)果[4]；地震地質(zhì)一體化的頁巖油甜點評價方法以地震信息為依據(jù)，以地質(zhì)信息為約束條件，建立頁巖油甜點評價與優(yōu)選標準[5]。

針對瑪湖凹陷風(fēng)城組甜點預(yù)測，前人已做過很多工作，如對風(fēng)城組頁巖油發(fā)育的主控因素進行分析總結(jié)，認為風(fēng)城組發(fā)育優(yōu)質(zhì)烴源巖，其巖性、物性及裂縫發(fā)育程度共同決定了頁巖油甜點分布，聯(lián)合地震多屬性、波阻抗反演、隨機模擬反演等技術(shù)預(yù)測了風(fēng)三段優(yōu)勢甜點發(fā)育區(qū)[6]；利用OVT 域偏移數(shù)據(jù)進行風(fēng)三段白云質(zhì)巖儲集層預(yù)測，認為甜點主要發(fā)育于儲集層厚度大、脆性強及高壓的疊合區(qū)域，運用不同方位角疊前偏移數(shù)據(jù)預(yù)測白云質(zhì)巖儲集層厚度及脆性，利用有效應(yīng)力與縱橫波速度關(guān)系預(yù)測異常壓力區(qū)[7]；針對瑪湖凹陷風(fēng)二段地震振幅較弱且連續(xù)性差導(dǎo)致甜點預(yù)測異常的現(xiàn)象，采用基于屬性建模的地震正反演聯(lián)合方法，證實了存在2 個甜點，并利用分頻均方根振幅屬性預(yù)測了甜點的發(fā)育范圍[8]。前人傾向于地質(zhì)甜點預(yù)測，對工程甜點預(yù)測還需進一步探索。

針對準噶爾盆地瑪湖凹陷風(fēng)城組頁巖油儲集層，首先明確了儲集層地質(zhì)甜點與工程甜點的特征，總結(jié)了甜點發(fā)育的主控因素，優(yōu)選巖性、脆性指數(shù)及水平主應(yīng)力差作為地質(zhì)工程甜點預(yù)測的主控因素，利用疊前同時反演技術(shù)，結(jié)合巖相概率分析、Rickman 脆性指數(shù)法及組合彈簧模型，建立了一套以疊前同時反演為基礎(chǔ)的地質(zhì)工程甜點預(yù)測流程，預(yù)測了瑪湖凹陷風(fēng)三段底部地質(zhì)工程甜點有利區(qū)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

瑪湖凹陷位于準噶爾盆地西北緣，面積近5 000 km2，東南側(cè)分布有英西凸起、夏鹽凸起和達巴松凸起，西南接中拐凸起，西側(cè)為克百斷裂帶，北部為烏夏斷裂帶（圖1）。研究區(qū)位于瑪湖凹陷北部，東南鄰近瑪湖凹陷沉積中心，處于烏夏斷裂帶與瑪湖凹陷斜坡區(qū)，目的層下二疊統(tǒng)風(fēng)城組埋深為4 000～8 000 m。發(fā)育一套沉積于堿湖環(huán)境，以半封閉深湖—半深湖沉積為主，受機械、化學(xué)、火山等沉積作用的混積巖，巖石類型復(fù)雜多樣，總沉積厚度為800～1 800 m。風(fēng)城組是準噶爾盆地瑪湖凹陷的主力烴源巖層，自下而上劃分為風(fēng)一段、風(fēng)二段和風(fēng)三段，烴源巖全層段發(fā)育，風(fēng)一段、風(fēng)三段發(fā)育粉砂巖類和白云質(zhì)巖類甜點，風(fēng)二段發(fā)育白云質(zhì)巖類甜點[9]，風(fēng)一段局部發(fā)育火山巖。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置Fig.1.Structural location of the study area

2 甜點特征

瑪湖凹陷風(fēng)城組儲集層巖性復(fù)雜，白云質(zhì)巖、碎屑巖、火山巖等多種巖石類型共存，主要為陸相碎屑巖、爆發(fā)相火山巖和湖盆內(nèi)化學(xué)沉積碳酸鹽巖的細?；旆e巖。風(fēng)城組沉積中心在研究區(qū)西部，為深湖—半深湖相沉積環(huán)境，水體安靜，碳酸鹽巖類較發(fā)育，是非常規(guī)頁巖儲集層的集中發(fā)育區(qū)。研究區(qū)東部為扇三角洲沉積，是常規(guī)碎屑巖儲集層的集中發(fā)育區(qū)。由于裂隙式火山噴發(fā)，風(fēng)城組底部局部發(fā)育爆發(fā)相火山巖。通過巖心觀察、巖石薄片鑒定等方法，將研究區(qū)風(fēng)城組儲集層巖性劃分為火山巖、砂礫巖、白云質(zhì)粉砂巖、白云質(zhì)細粉砂巖和泥巖。

風(fēng)城組儲集層致密，孔隙度為0.10%～13.60%，平均為4.61%；滲透率為0.010～13.800 mD，平均為0.134 mD，為典型的頁巖油儲集層特征，頁巖油的開發(fā)很大程度上依賴于大規(guī)模的壓裂改造[10]。巖石脆性是頁巖油儲集層壓裂改造需要考慮的重要巖石力學(xué)參數(shù)之一，脆性越好，形成的裂縫越復(fù)雜，從而能更有效地改造儲集層[11-12]。水平主應(yīng)力差是影響壓裂裂縫形態(tài)的重要因素，水平主應(yīng)力差越小，壓裂后越易形成網(wǎng)狀裂縫，有利于水平井壓裂改造[13]。

綜合以上分析，頁巖油儲集層物性普遍較差，白云質(zhì)粉砂巖含油性最好，普遍以油浸和油斑為主，因此，白云質(zhì)粉砂巖的分布范圍，可認為是地質(zhì)甜點的分布范圍。在確定地質(zhì)甜點分布范圍的基礎(chǔ)上，為有效改造儲集層，需進行脆性指數(shù)和水平主應(yīng)力差的預(yù)測，優(yōu)選脆性指數(shù)高且水平主應(yīng)力差小的區(qū)域，也就是工程甜點的范圍。對研究區(qū)頁巖油儲集層地質(zhì)工程甜點進行預(yù)測，以瑪頁1 井為例，目的層位于風(fēng)三段底部，深度為4 593—4 617 m，厚度為24 m，在地震剖面上位于強波谷的下半部分與波峰的上半部分，強波谷同相軸橫向分布穩(wěn)定，連續(xù)性好，可識別且可連續(xù)追蹤。

3 甜點預(yù)測方法

3.1 疊前同時反演技術(shù)

疊前同時反演是將疊前共反射點道集按照遠、中、近偏移距進行部分疊加，通過求解Zoeppritz 方程的近似公式，得到縱波速度、橫波速度、波阻抗等參數(shù)，間接得到楊氏模量、泊松比等參數(shù)[14]。為了避免疊前反演中密度不準確的問題，分別基于Zoeppritz方程的Aki-Richards近似式及Fatti近似式作2次疊前同時反演，Aki-Richards近似式：

3.2 地質(zhì)甜點預(yù)測方法

3.2.1 巖相對比分析

測井數(shù)據(jù)頻率可達幾萬赫茲，測井解釋巖相分辨率高，地震數(shù)據(jù)的頻率（10～80 Hz）限制了地震預(yù)測巖相的尺度。地震預(yù)測巖相是測井解釋巖相的綜合反映，在一定深度范圍內(nèi)若某種測井解釋巖相累計厚度最大或出現(xiàn)概率最高，地震預(yù)測巖相則表現(xiàn)為該巖相（圖2）。研究區(qū)瑪頁1 井在4 593～4 617 m，測井解釋巖相包含白云質(zhì)粉砂巖、白云質(zhì)細粉砂巖和砂礫巖，其中，白云質(zhì)細粉砂巖累計厚度最大，地震預(yù)測巖相表現(xiàn)為白云質(zhì)細粉砂巖。

圖2 研究區(qū)測井解釋巖相與地震預(yù)測巖相對比Fig.2.Lithofacies derived from logging interpretation and seismic prediction in the study area

3.2.2 巖石物理分析

通過鉆井資料巖石物理分析，對比縱橫波速度比、泊松比、楊氏模量、體積模量和縱波阻抗對瑪湖凹陷風(fēng)城組巖性的識別效果，其中，縱橫波速度比與縱波阻抗（圖3a）和泊松比與縱波阻抗（圖3b）交會圖對巖性的識別效果較好，楊氏模量與縱波阻抗（圖3c）和體積模量與縱波阻抗（圖3d）交會圖對巖性的識別效果略差，考慮到由縱橫波速度比得到泊松比誤差的累加與運算量的增加，優(yōu)選縱橫波速度比和縱波阻抗作為識別巖性的敏感參數(shù)。因此，可以通過縱波阻抗與縱橫波速度比交會識別風(fēng)城組優(yōu)勢巖性白云質(zhì)粉砂巖，這也體現(xiàn)了疊前同時反演在研究區(qū)風(fēng)城組頁巖油儲集層巖性識別中的適用性。

圖3 研究區(qū)巖性識別交會圖Fig.3.Cross-plots of lithology identification in the study area

3.2.3 巖相概率分析

巖相概率分析技術(shù)是基于疊前同時反演獲得的多個彈性參數(shù)體，在鉆井資料的基礎(chǔ)上，利用概率密度函數(shù)結(jié)合彈性參數(shù)反演結(jié)果，采用貝葉斯判定公式實現(xiàn)從彈性參數(shù)體轉(zhuǎn)化為含地質(zhì)信息的概率數(shù)據(jù)體，是將反演的彈性參數(shù)轉(zhuǎn)化為地質(zhì)結(jié)果的主要手段之一。針對瑪湖凹陷風(fēng)城組頁巖油儲集層，考慮巖石物理分析結(jié)果，優(yōu)選縱波阻抗和縱橫波速度比作為巖相概率分析的彈性參數(shù)體。利用測井解釋巖相確定各個巖相先驗概率分布（圖4a），通過調(diào)整概率密度函數(shù)（圖4b），使不同巖相得到區(qū)分，白云質(zhì)粉砂巖與白云質(zhì)細粉砂巖在交會圖中部分重疊，調(diào)整巖性概率分析范圍，使白云質(zhì)粉砂巖與白云質(zhì)細粉砂巖得到區(qū)分。白云質(zhì)粉砂巖縱波阻抗為14 000～16 000 g/cm3·m/s 的概率較高，平均縱波阻抗為14 940 g/cm3·m/s，標準差為317；白云質(zhì)細粉砂巖縱波阻抗為13 000～15 000 g/cm3·m/s的概率較高，平均縱波阻抗為13 930 g/cm3·m/s，標準差為246（圖4c）。白云質(zhì)粉砂巖縱橫波速度比為1.60～1.80的概率較高，平均為1.70，標準差為0.038；白云質(zhì)細粉砂巖縱橫波速度比為1.65～1.84 的概率較高，平均為1.75，標準差為0.036（圖4d）。因此，兩者雖然存在部分重疊，但主體部分可以識別，滿足巖相預(yù)測的要求。概率密度函數(shù)調(diào)整后，結(jié)合彈性參數(shù)反演結(jié)果，采用貝葉斯判定公式，對研究區(qū)風(fēng)城組巖相進行定性解釋，刻畫平面優(yōu)勢巖相分布范圍，實現(xiàn)地質(zhì)甜點的地震預(yù)測。

圖4 研究區(qū)巖相概率分布Fig.4.Lithofacies probability distribution in the study area

3.3 工程甜點預(yù)測方法

3.3.1 各向異性分析

陸相頁巖油儲集層由于沉積環(huán)境等因素的影響，其縱向上巖性變化相對頻繁，表現(xiàn)出明顯的各向異性。受頻率范圍影響，地震數(shù)據(jù)對頁巖油儲集層各向異性的反映受到限制，從正交偶極聲波測井斯通利波數(shù)據(jù)中分別提取水平方向與垂直方向的縱波速度和橫波速度，并將其濾波至80 Hz，使其與地震數(shù)據(jù)頻率接近，水平方向與垂直方向的縱波速度基本重合，橫波速度也基本重合（圖5），因此，在地震數(shù)據(jù)頻率范圍內(nèi)頁巖油儲集層的各向異性很弱，可以近似看作彈性各向同性介質(zhì)。

圖5 研究區(qū)縱橫波速度各向異性分析Fig.5.Analysis on anisotropy of P-and S-wave velocities in the study area

3.3.2 脆性指數(shù)預(yù)測

頁巖儲集層與常規(guī)碎屑巖儲集層相比，具有低孔低滲特征，覆壓基質(zhì)滲透率不大于0.1 mD，單井一般無自然產(chǎn)能或自然產(chǎn)能低于工業(yè)油流下限[15]，最有效的增產(chǎn)方法是通過人工壓裂造縫來溝通天然裂縫和基質(zhì)孔隙。巖石脆性是儲集層改造需要考慮的重要巖石力學(xué)參數(shù)之一，反映巖石在一定條件下形成裂縫的能力，脆性越強，形成的裂縫越復(fù)雜[16]，從而有效改善頁巖油儲集層低滲情況，獲得較高的單井產(chǎn)量。材料斷裂或破壞前表現(xiàn)出極少或沒有塑性形變的特征為脆性[17]。

脆性指數(shù)的預(yù)測主要有3 種方法[18-20]：①利用頁巖中脆性礦物含量評價頁巖脆性的方法，應(yīng)用石英含量脆性指數(shù)公式求得頁巖的脆性指數(shù)；②采用巖石力學(xué)實驗方法，通過應(yīng)力—應(yīng)變曲線直接評價巖石脆性程度，如三軸應(yīng)力實驗；③利用地球物理及測井方法求取楊氏模量、泊松比等彈性力學(xué)參數(shù)，進而通過Rickman 脆性指數(shù)公式求得頁巖的脆性指數(shù)。比較這3 種方法，巖石力學(xué)實驗費用昂貴且實驗周期長，所得結(jié)果不連續(xù)，在實際應(yīng)用中有較大局限；脆性礦物含量評價頁巖脆性方法簡單易操作，但由于頁巖礦物的多樣性，導(dǎo)致用礦物含量來評價頁巖脆性精度低。楊氏模量、泊松比等彈性力學(xué)參數(shù)更能反映巖石的脆性，利用地震與測井方法可快速預(yù)測研究區(qū)，尤其是井間的脆性變化情況。針對瑪湖凹陷風(fēng)城組頁巖油儲集層，基于疊前同時反演得到的縱橫波速度比、縱波阻抗等數(shù)據(jù)體，利用巖石物理關(guān)系運算得到楊氏模量、泊松比等彈性參數(shù)體，再運用Rickman脆性指數(shù)公式計算研究區(qū)風(fēng)城組脆性指數(shù)體，從而實現(xiàn)研究區(qū)脆性指數(shù)的地震預(yù)測。

Rickman脆性指數(shù)公式：

3.3.3 水平主應(yīng)力差預(yù)測

前人提出了有物理基礎(chǔ)的確定最小主應(yīng)力的方法，該方法與泊松比有關(guān)[21]，并假設(shè)在沉積中，只考慮上覆壓力的影響，地層只在垂向上產(chǎn)生應(yīng)變，水平方向應(yīng)變?yōu)?；有學(xué)者對該方法作了改進，假設(shè)地下巖層的地應(yīng)力主要為上覆壓力和水平方向構(gòu)造應(yīng)力，且水平方向構(gòu)造應(yīng)力與上覆壓力呈正比，考慮了構(gòu)造應(yīng)力的影響，但沒有考慮巖性對地應(yīng)力的影響，適用于構(gòu)造平緩區(qū)域[22-26]；對于構(gòu)造運動比較劇烈的區(qū)域，水平主應(yīng)力很大部分來源于地質(zhì)構(gòu)造運動產(chǎn)生的構(gòu)造應(yīng)力，不同性質(zhì)的地層由于其抵抗外力的變形特點不同，因而其承受的構(gòu)造應(yīng)力也不相同，根據(jù)組合彈簧的構(gòu)造運動模型推導(dǎo)的分層地應(yīng)力計算模型，即組合彈簧模型[27]：

由于瑪湖凹陷風(fēng)城組經(jīng)歷多期強烈構(gòu)造運動，選擇組合彈簧模型作為地應(yīng)力預(yù)測方法。上覆壓力是由上覆巖層重量導(dǎo)致的應(yīng)力，分析瑪北地區(qū)多口井的密度和縱波阻抗發(fā)現(xiàn)，兩者相關(guān)性好，由全層系縱波阻抗反演體可轉(zhuǎn)換得到密度體，密度積分獲得上覆壓力；孔隙壓力由Eaton 公式獲得[28]。靜態(tài)泊松比和靜態(tài)楊氏模量由三軸應(yīng)力實驗獲得的線性擬合公式，通過疊前同時反演得到的動態(tài)泊松比和動態(tài)楊氏模量轉(zhuǎn)換得到，其中，靜態(tài)楊氏模量與動態(tài)楊氏模量具有顯著的線性關(guān)系（圖6a），靜態(tài)泊松比與動態(tài)泊松比的相關(guān)性略差（圖6b）。利用聲發(fā)射Kaiser 效應(yīng)實驗測得的水平主應(yīng)力計算得到研究區(qū)風(fēng)城組在最小水平主應(yīng)力和最大水平主應(yīng)力方向上的應(yīng)變系數(shù)分別為0.584 81和0.825 34。

圖6 研究區(qū)動靜態(tài)彈性參數(shù)轉(zhuǎn)換關(guān)系Fig.6.Relationships between dynamic and static elastic parameters in the study area

利用組合彈簧模型預(yù)測風(fēng)城組儲集層最大水平主應(yīng)力、最小水平主應(yīng)力及水平主應(yīng)力差，與脆性指數(shù)結(jié)合，實現(xiàn)研究區(qū)工程甜點的地震預(yù)測。根據(jù)以上分析結(jié)果，建立了瑪湖凹陷風(fēng)城組頁巖油儲集層地質(zhì)工程甜點預(yù)測流程（圖7）。

圖7 研究區(qū)地質(zhì)工程甜點預(yù)測流程Fig.7.Process of predicting geological and engineering sweet spots in the study area

4 應(yīng)用效果分析

4.1 地質(zhì)甜點預(yù)測

研究區(qū)風(fēng)三段底部白云質(zhì)粉砂巖分布范圍較廣，主要位于西部（圖8a），從西向東，巖性整體由白云質(zhì)粉砂巖過渡為白云質(zhì)細粉砂巖、砂礫巖，碳酸鹽巖含量逐漸減少，陸源碎屑含量逐漸增多。沉積環(huán)境控制著碳酸鹽巖的發(fā)育規(guī)模，風(fēng)城組沉積中心位于研究區(qū)西部，沉積時水體較深且安靜，早期火山噴發(fā)釋放的大量Mg2+富集，為白云石化提供了良好的環(huán)境，因此，研究區(qū)西部細粒白云質(zhì)巖類發(fā)育，東部逐漸遠離風(fēng)城組沉積中心，水體變淺，沉積環(huán)境從深湖相過渡到扇三角洲相，陸源碎屑供給增多，白云質(zhì)巖類含量減少，以碎屑巖沉積為主，巖性預(yù)測結(jié)果與地質(zhì)認識相吻合。A井處地震預(yù)測巖相與過A井巖相概率分析預(yù)測剖面吻合較好（圖8b），證實了巖相概率分析預(yù)測巖相的準確性。研究區(qū)西部白云質(zhì)粉砂巖連片發(fā)育，為地質(zhì)甜點有利區(qū)，面積共135.5 km2。

圖8 研究區(qū)風(fēng)三段底部巖相預(yù)測結(jié)果Fig.8.Prediction of lithofacies at the bottom of Feng 3 member in the study area

4.2 工程甜點預(yù)測

研究區(qū)西部風(fēng)三段底部整體脆性指數(shù)較高，大于0.60（圖9a），且高脆性指數(shù)范圍與白云質(zhì)巖類發(fā)育范圍對應(yīng)性好，白云質(zhì)含量的增加有助于提高頁巖油儲集層的脆性。將白云質(zhì)粉砂巖發(fā)育范圍疊加在脆性指數(shù)預(yù)測平面分布圖上，區(qū)域①脆性最好，脆性指數(shù)為0.75～0.90；區(qū)域②脆性較好，脆性指數(shù)為0.70～0.80；區(qū)域③脆性相對略差，脆性指數(shù)為0.60～0.75。將A 井預(yù)測脆性指數(shù)與由巖石三軸抗壓測試獲得的脆性指數(shù)對比（圖9b），兩者一致性好，證實了脆性指數(shù)預(yù)測的準確性。

圖9 研究區(qū)風(fēng)三段底部脆性指數(shù)預(yù)測結(jié)果Fig.9.Prediction of brittleness index at the bottom of Feng 3 member in the study area

根據(jù)上述地應(yīng)力預(yù)測方法，首先利用密度積分得到上覆壓力，利用Eaton公式計算孔隙壓力，基于疊前同時反演間接得到靜態(tài)楊氏模量、靜態(tài)泊松比等彈性參數(shù)體，在此基礎(chǔ)上，由（4）式和（5）式計算得到最小水平主應(yīng)力、最大水平主應(yīng)力及水平主應(yīng)力差。最小水平主應(yīng)力和最大水平主應(yīng)力縱向上與深度有一定的相關(guān)性，深度越深，最小水平主應(yīng)力和最大水平主應(yīng)力越大（圖10），橫向上水平主應(yīng)力與地層構(gòu)造形態(tài)也存在一定的相關(guān)性。A 井處水平主應(yīng)力為測井計算并經(jīng)過Kaiser 實驗實測值校正后的結(jié)果，與最小水平主應(yīng)力和最大水平主應(yīng)力預(yù)測剖面吻合性好，證實了最小水平主應(yīng)力和最大水平主應(yīng)力預(yù)測的準確性。

圖10 研究區(qū)風(fēng)城組地應(yīng)力預(yù)測剖面（剖面位置見圖8a）Fig.10.Profile of predicted in-situ stress for the Fengcheng formation in the study area(profile location is shown in Fig.8a)

研究區(qū)風(fēng)三段底部最小水平主應(yīng)力分布呈臺階狀（圖11a），第一臺階位于構(gòu)造高部位，深度為4 100～4 900 m，最小水平主應(yīng)力相對較小，小于90.0 MPa；第二臺階深度為5 100～6 000 m，最小水平主應(yīng)力中等，為95.0～115.0 MPa；第三臺階為構(gòu)造低部位，深度為6 900～8 100 m，最小水平主應(yīng)力相對較大，大于120.0 MPa，最小水平主應(yīng)力的分布符合研究區(qū)風(fēng)三段底部的構(gòu)造趨勢，最大水平主應(yīng)力分布與最小水平主應(yīng)力相似。目前，研究區(qū)內(nèi)鉆遇風(fēng)城組的井大部分部署在第一臺階，深度偏小，最小水平主應(yīng)力相對較小。研究區(qū)風(fēng)三段底部整體水平主應(yīng)力差較小，為5.5～10.5 MPa，研究區(qū)西部水平主應(yīng)力差相對偏高，東部水平主應(yīng)力差相對偏低，水平主應(yīng)力差的分布與構(gòu)造形態(tài)關(guān)系不明顯，將白云質(zhì)粉砂巖發(fā)育范圍疊加在水平主應(yīng)力差預(yù)測平面圖上，區(qū)域①和區(qū)域②水平主應(yīng)力差相對偏大，為8.0～10.0 MPa；區(qū)域③水平主應(yīng)力差相對較小，為7.0～9.0 MPa（圖11b）。

圖11 研究區(qū)風(fēng)三段底部地應(yīng)力預(yù)測立體圖Fig.11.3D view of predicted in-situ stress at the bottom of Feng 3 member in the study area

在地質(zhì)工程甜點預(yù)測的基礎(chǔ)上，在A 井西北方向風(fēng)三段底部部署了水平井B 井，水平段長1 000 m，已完成壓裂，壓裂段共28 級，用液量為30 119 m3，加砂量為1 464 m3，共排液5 466 m3，返排率為18.1%，試油最高日產(chǎn)油108.00 m3。統(tǒng)計每級壓裂段的地面瞬時停泵壓力，與水平井軌跡處預(yù)測最小水平主應(yīng)力對比（圖12），兩者變化趨勢相似，相差約45.0 MPa。工程上最小水平主應(yīng)力上限等效于地面瞬時停泵壓力與液柱壓力之和，水平井風(fēng)三段底部平均深度為4 555 m，此時液柱壓力約為46.0 MPa，與兩者差值吻合，進一步驗證了地應(yīng)力預(yù)測的準確性。

圖12 研究區(qū)水平井B井風(fēng)三段底部最小水平主應(yīng)力與瞬時停泵壓力對比Fig.12.Comparison of the minimum horizontal principal stress and the instantaneous pump-off pressure at the bottom of Feng 3 member in horizontal well B in the study area

研究區(qū)C井在風(fēng)三段壓裂，用液強度為26.18 m3/m，加砂強度為2.14 m3/m，試油獲日產(chǎn)油2.03 m3；D 井在風(fēng)三段壓裂，用液強度為48.70 m3/m，加砂強度為2.95 m3/m，試油獲日產(chǎn)油16.93 m3。D 井位于白云質(zhì)粉砂巖發(fā)育區(qū)，含油性好，C 井位于白云質(zhì)細粉砂巖發(fā)育區(qū)，含油性略差；D 井脆性指數(shù)為0.80，高于C 井脆性指數(shù)0.65；D井水平主應(yīng)力差為9.5 MPa，大于C井水平主應(yīng)力差8.5 MPa。結(jié)合巖性、脆性指數(shù)及水平主應(yīng)力差預(yù)測結(jié)果，區(qū)域①白云質(zhì)粉砂巖發(fā)育，脆性最好，水平主應(yīng)力差相對偏大；區(qū)域②白云質(zhì)粉砂巖發(fā)育，脆性中等，水平主應(yīng)力差相對偏大；區(qū)域③白云質(zhì)粉砂巖發(fā)育，脆性略差，水平主應(yīng)力差相對偏小。

5 結(jié)論

（1）建立了一套以疊前同時反演為基礎(chǔ)的地質(zhì)工程甜點預(yù)測流程，并預(yù)測了瑪湖凹陷風(fēng)三段底部地質(zhì)工程甜點有利區(qū)。

（2）巖相概率分析的巖相預(yù)測結(jié)果與地質(zhì)認識及測井巖相解釋結(jié)果吻合，實現(xiàn)了瑪湖凹陷風(fēng)城組巖相定性預(yù)測，刻畫了優(yōu)勢巖性白云質(zhì)粉砂巖的分布范圍，預(yù)測了地質(zhì)甜點有利區(qū)，為利用疊前地震數(shù)據(jù)進行巖相預(yù)測提供了支撐。

（3）Rickman 脆性指數(shù)法可基于疊前同時反演快速預(yù)測研究區(qū)脆性指數(shù)，預(yù)測結(jié)果與巖石三軸抗壓測試結(jié)果吻合，從而刻畫了脆性發(fā)育區(qū)，為預(yù)測工程甜點有利區(qū)提供支持。組合彈簧模型地應(yīng)力預(yù)測方法可實現(xiàn)地震頻率范圍內(nèi)的各向同性介質(zhì)地應(yīng)力預(yù)測，預(yù)測結(jié)果與Kaiser 實驗實測值吻合，其與脆性指數(shù)結(jié)合，在地質(zhì)甜點發(fā)育區(qū)優(yōu)選工程甜點分布范圍，優(yōu)選儲集層壓裂改造有利區(qū)，為頁巖油勘探開發(fā)部署提供指導(dǎo)。

（4）隨著鉆探井位的不斷增加，將微地震等技術(shù)應(yīng)用于監(jiān)測壓裂效果，下一步將細化研究脆性、地應(yīng)力等對儲集層壓裂改造的影響，深化地質(zhì)工程甜點的認識，更好地支撐頁巖油勘探開發(fā)。

符號注釋

BI——脆性指數(shù)，無量綱；

E——動態(tài)楊氏模量，GPa；

Emax——最大動態(tài)楊氏模量，GPa；

Emin——最小動態(tài)楊氏模量，GPa；

Es——靜態(tài)楊氏模量，GPa；

Ip——縱波阻抗，g/cm3·m/s；

Is——橫波阻抗，g/cm3·m/s；

pp——孔隙壓力，MPa；

pv——上覆壓力，MPa；

RppA(θ)——Aki-Richards 近似式推導(dǎo)的縱波反射系數(shù)，無量綱；

RppF(θ)——Fatti近似式推導(dǎo)的縱波反射系數(shù)，無量綱；

vp——縱波速度，m/s；

vs——橫波速度，m/s；

α——Biot系數(shù)，無量綱，經(jīng)驗常數(shù)為0.8；

ΔIp——介質(zhì)分界面兩側(cè)縱波阻抗差，g/cm3·m/s；

ΔIs——介質(zhì)分界面兩側(cè)橫波阻抗差，g/cm3·m/s；

Δvp——介質(zhì)分界面兩側(cè)縱波速度差，m/s；

Δvs——介質(zhì)分界面兩側(cè)橫波速度差，m/s；

Δρ——介質(zhì)分界面兩側(cè)密度差，g/cm3；

θ——平均入射角，（°）；

ν——動態(tài)泊松比，無量綱；

νmax——最大動態(tài)泊松比，無量綱；

νmin——最小動態(tài)泊松比，無量綱；

νs——靜態(tài)泊松比，無量綱；

ξh——在最小水平主應(yīng)力方向上的應(yīng)變系數(shù)；

ξH——在最大水平主應(yīng)力方向上的應(yīng)變系數(shù)；

ρ——密度，g/cm3；

σh——最小水平主應(yīng)力，MPa；

σH——最大水平主應(yīng)力，MPa。