臨興致密砂巖氣藏地質(zhì)特征及開發(fā)潛力分析

米洪剛，張 兵，朱光輝，蘇 羽，張海鋒

(中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司，北京 100016)

0 引 言

臨興地區(qū)上古生界致密砂巖氣藏具有良好的開發(fā)潛力，但目前開發(fā)過(guò)程中儲(chǔ)層地質(zhì)精細(xì)研究不夠深入，有效儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)手段較為單一，導(dǎo)致勘探開發(fā)的難度日益加大。許多學(xué)者對(duì)臨興地區(qū)上古生界致密砂巖氣藏的地質(zhì)與成藏機(jī)理開展了研究。米立軍、王華等[1-2]對(duì)鄂爾多斯盆地東北緣致密氣田成藏地質(zhì)特征開展分析，提出需要在精細(xì)儲(chǔ)層刻畫的基礎(chǔ)上，重新評(píng)價(jià)當(dāng)前不同品質(zhì)儲(chǔ)量的動(dòng)用狀況以及剩余潛力。王繼平、胡勇等[3-4]結(jié)合致密砂巖氣藏開發(fā)認(rèn)識(shí)，提出針對(duì)不同品質(zhì)儲(chǔ)量部署加密井位，提高開發(fā)區(qū)產(chǎn)能及儲(chǔ)量動(dòng)用范圍。但目前大多數(shù)學(xué)者沒有對(duì)臨興地區(qū)分小層深入開展平面及縱向儲(chǔ)層精細(xì)刻畫，且未針對(duì)儲(chǔ)量動(dòng)用評(píng)價(jià)進(jìn)行研究，因此，有必要針對(duì)重點(diǎn)開發(fā)層段(石盒子組)開展平面及縱向上優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的地質(zhì)研究。通過(guò)相控巖石物理分析及疊前反演分析等技術(shù)手段開展平面及縱向有利儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)，最終形成一套井震結(jié)合的有利儲(chǔ)層分布預(yù)測(cè)方法，達(dá)到平面及縱向上對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層精細(xì)刻畫的目的。同時(shí)，結(jié)合重點(diǎn)開發(fā)層段產(chǎn)能情況、儲(chǔ)量動(dòng)用分類評(píng)價(jià)等動(dòng)態(tài)資料，采用動(dòng)、靜態(tài)結(jié)合的研究模式，開展儲(chǔ)層動(dòng)用綜合評(píng)價(jià)，針對(duì)平面及縱向上的剩余資源指出下步挖潛方向，為臨興地區(qū)致密氣藏井位部署和高效開發(fā)提供技術(shù)支撐。

1 區(qū)域概況

鄂爾多斯盆地位于中國(guó)東部穩(wěn)定區(qū)和西部活動(dòng)帶的結(jié)合部位，四周被造山帶包圍，為南北走向東緩西陡的矩形向斜。由北部的伊盟隆起、南部的渭北隆起以及中部自西向東的西緣沖斷構(gòu)造帶、天環(huán)坳陷帶、伊陜斜坡帶、晉西撓褶帶6個(gè)構(gòu)造單元組成(圖1a)。盆內(nèi)斷層受構(gòu)造應(yīng)力作用，以走滑斷層為主，根據(jù)斷層規(guī)模主要分為2類：第1類斷層貫穿整個(gè)目的層，由頂部延伸至太原組以下，斷距較大且平面延伸距離較遠(yuǎn)，剖面上易識(shí)別，可起到溝通深層氣源的作用[5-7]；第2類斷層屬于層間斷層，未貫穿目的層頂?shù)捉缑妫瑪嗑嘈∏已由炀嚯x短，僅局部地區(qū)存在，剖面上多呈現(xiàn)同相軸的扭動(dòng)，為層內(nèi)氣源側(cè)向運(yùn)移提供通道。

圖1 鄂爾多斯盆地臨興地區(qū)構(gòu)造位置及盒四段含氣面積Fig.1 The structural location and gas-bearing area of the fourth member of the Shihezi Formation in Linxing Area of Ordos Basin

臨興地區(qū)位于鄂爾多斯盆地東部晉西撓褶帶和伊陜斜坡過(guò)渡帶，斷裂和褶皺較發(fā)育(圖1)。臨興氣藏勘探開發(fā)工作始于2014年，在勘探階段共有11口試氣井見到了工業(yè)氣流，盒二段、盒三段、盒四段、盒七段等6個(gè)層段無(wú)阻流量總計(jì)超過(guò)4.0×104m3/d(圖1b)。隨著勘探開發(fā)部署工作的不斷深入，有利區(qū)域越來(lái)越少，后期完鉆井較前期對(duì)比鉆探位置和地質(zhì)條件也有所變差，因此，儲(chǔ)量動(dòng)用不充分，勘探開發(fā)的難度加大。目前研究區(qū)共投產(chǎn)91口井，已投產(chǎn)井平均動(dòng)用儲(chǔ)量為2 383×104m3，其中81口井動(dòng)用儲(chǔ)量大于1 000×104m3。氣井試采情況與試氣情況相似，也存在著分布范圍廣、差異大的特征，單井初期日產(chǎn)氣量為0.1×104～7.1×104m3/d。

2 沉積微相有效識(shí)別

臨興地區(qū)地層自下而上發(fā)育本溪組、太原組、山西組、下石盒子組、上石盒子組及石千峰組(圖2a)。本溪組、太原組沉積時(shí)期，發(fā)育陸表海環(huán)境下的潮控三角洲—障壁海岸沉積體系；山西組沉積時(shí)，發(fā)育海陸過(guò)渡環(huán)境下的淺水曲流河三角洲沉積體系；下石盒子組、上石盒子組及石千峰組沉積時(shí)期，整體以陸相湖盆三角洲沉積體系及河流沉積體系為主。此次研究的目的層石盒子組以三角洲沉積為主，砂巖的地震反射特征與砂層的厚度、孔隙度及周圍巖石類型相關(guān)，沉積環(huán)境不同，其波阻抗結(jié)構(gòu)等也有所不同。因此，基于沉積微相、成巖相、物性特征等參數(shù)總結(jié)并建立臨興地區(qū)不同沉積微相中不同巖性組合儲(chǔ)層劃分與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[8-11](表1)。

表1 臨興地區(qū)儲(chǔ)層劃分與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 The reservoir division and evaluation criteria in Linxing Area

圖2 鄂爾多斯盆地臨興地區(qū)綜合柱狀圖Fig.2 The comprehensive histogram of Linxing Area in Ordos Basin

以盒四段為例，井震結(jié)合精細(xì)刻畫石盒子組地層格架，建立三角洲沉積中不同巖性組合測(cè)井-地震響應(yīng)模板，并在此基礎(chǔ)上開展盒四段小層級(jí)別沉積微相精細(xì)描述，為“甜點(diǎn)”儲(chǔ)層精細(xì)預(yù)測(cè)提供理論依據(jù)。根據(jù)巖性組合及沉積旋回特征將盒四段劃分為H4-1、H4-2、H4-3這3個(gè)小層(圖2b)。其中，H4-1、H4-3小層以泥巖或粉砂質(zhì)泥巖為主，H4-2小層以厚層砂巖或厚層砂巖夾薄層泥巖為主[12-14]。根據(jù)優(yōu)勢(shì)相原則，可將各小層沉積相劃分為河道、河道側(cè)翼、河道間3種沉積微相。分析測(cè)井-地震響應(yīng)特征，發(fā)現(xiàn)波阻抗總體呈砂巖高、泥巖低，自下而上砂泥巖阻抗差異增大的特征，基于此將巖性組合劃分為厚層砂巖與厚層泥巖組合、砂巖互層與厚層泥巖組合、薄層砂巖與厚層泥巖組合及中等厚度砂巖與厚層泥巖組合4類(圖3)。其中，河道為厚層致密砂巖，呈中低頻連續(xù)中強(qiáng)反射特征；河道側(cè)翼為中等厚度致密砂巖，呈中低頻連續(xù)較強(qiáng)反射特征；河道間為薄層砂與厚層泥巖，呈中高頻連續(xù)弱反射特征。結(jié)合不同巖性組合單井地震相分析及地震屬性平面圖，對(duì)盒四段小層級(jí)別沉積微相進(jìn)行精細(xì)描述，發(fā)現(xiàn)沉積相平面展布與地震屬性平面展布有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系(圖4)。

圖3 臨興地區(qū)盒四段不同巖性組合沉積-測(cè)井-地震響應(yīng)特征Fig.3 The sedimentation-logging-seismic response characteristics of different lithologic associations in the fourth member of the Shihezi Formation in Linxing Area

圖4 臨興地區(qū)盒四段各小層沉積相Fig.4 The sedimentary facies plan of each sublayer of the fourth member of the Shihezi Formation in Linxing Area

3 優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層分布

3.1 相控巖石物理分析

利用巖石物理分析，結(jié)合沉積相與地層精細(xì)刻畫，進(jìn)行相控疊前確定性反演，在此基礎(chǔ)上，開展相控地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演，并對(duì)反演結(jié)果進(jìn)行分析預(yù)測(cè)，最終得到優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層和致密砂巖“甜點(diǎn)”分布。以“層控-相控”為約束，開展高分辨率儲(chǔ)層預(yù)測(cè)，需要明確研究區(qū)巖石物理性質(zhì)，并以此指導(dǎo)儲(chǔ)層定量預(yù)測(cè)。常規(guī)的插值模型并不能滿足精細(xì)儲(chǔ)層建模的要求[15-16]，在相控疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演基礎(chǔ)上，結(jié)合河道優(yōu)勢(shì)相，利用孔隙度、密度、縱橫波速度比，能夠非常清楚地刻畫優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層(圖5)。由圖5可知：孔隙度大于6.0%、密度小于2.55 g/cm3、vP/vS小于1.8的河道砂體為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。

圖5 臨興地區(qū)盒四段層控-相控優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層定量預(yù)測(cè)圖版Fig.5 The quantitative prediction chart of stratum-controlled and facies-controlled high-quality reservoirs in the fourth member of Shihezi Formation in Linxing Area

3.2 相控疊前反演

利用常規(guī)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方法難以在地震剖面上有效地識(shí)別或區(qū)分砂巖與泥巖、含氣砂巖與致密砂巖[17]，此次研究將儲(chǔ)層段砂巖與泥巖的縱波速度、密度、縱波阻抗等相互疊置進(jìn)行反演分析。以“沉積微相下的巖性組合-測(cè)井響應(yīng)特征-地震響應(yīng)特征”為分析思路，井震結(jié)合開展小層級(jí)別的精細(xì)沉積微相平面及縱向分布預(yù)測(cè)。由LX1-27—LX-5井近北西南東向連井地震含氣剖面(圖6，剖面位置見圖1)，可以識(shí)別出河道、河道側(cè)翼、河道間等不同沉積微相地震反射特征。河道以中低頻連續(xù)中強(qiáng)反射為主，是“甜點(diǎn)”發(fā)育有利部位；河道側(cè)翼表現(xiàn)為中低頻連續(xù)較強(qiáng)反射特征；河道間表現(xiàn)為中高頻連續(xù)弱反射特征。利用該定性和定量相結(jié)合的方法，含氣儲(chǔ)層的識(shí)別精度達(dá)到85%以上。

圖6 臨興地區(qū)盒四段過(guò)LX1-27—LX-5井剖面Fig.6 The section of the fourth member of Shihezi Formation in Linxing Area passing through Well LX1-27-LX-5 in Linxing Area

4 開發(fā)潛力

4.1 平面動(dòng)用潛力

由井震結(jié)合開展的精細(xì)沉積微相平面及縱向分布預(yù)測(cè)結(jié)果可知，河道是“甜點(diǎn)”發(fā)育有利部位，平面上選取“甜點(diǎn)”最有利區(qū)域開展動(dòng)用潛力分析。此次研究利用反映氣層生產(chǎn)能力大小的地層系數(shù)(地層有效滲透率與有效厚度的乘積)來(lái)判定注水井各層位注入量，確定動(dòng)用半徑及平面動(dòng)用范圍。結(jié)合臨興區(qū)塊盒四段氣井試氣試采的產(chǎn)能狀況，通過(guò)地層系數(shù)、無(wú)阻流量、物性與氣層厚度的相關(guān)性研究，建立儲(chǔ)量分類劃分標(biāo)準(zhǔn)，將盒四段儲(chǔ)層分為3類：Ⅰ類儲(chǔ)層地層系數(shù)最高(大于2 mD·m)，產(chǎn)能最大，無(wú)阻流量最高(大于1.5×104m3/d)、物性最好(孔隙度大于10.0%，滲透率大于0.5 mD)、氣層厚度最大(大于4 m)；Ⅱ類儲(chǔ)層地質(zhì)條件中等，地層系數(shù)中等(0.7～2.0 mD·m)，產(chǎn)能中等，無(wú)阻流量為0.5×104～1.5×104m3/d，物性中等(孔隙度為5.0%～10.0%，滲透率為0.1～0.5 mD)，氣層厚度為3～4 m；Ⅲ類儲(chǔ)層最差，地層系數(shù)較小(0.1～0.7 mD·m)，產(chǎn)能較差。由盒四段動(dòng)用儲(chǔ)量分布情況(圖7)可知：中部動(dòng)用區(qū)域范圍大、物性好、含氣性好，Ⅰ類儲(chǔ)層居多；東部、西部和北部以Ⅱ類儲(chǔ)層為主；南部地質(zhì)條件最差，屬于Ⅲ類儲(chǔ)層。參照鄰井試氣試采情況，中部LX-58井試氣無(wú)阻流量高達(dá)50.3×104m3/d，平均日產(chǎn)氣為5.7×104m3/d，屬于高產(chǎn)井；北部LX-57井試氣無(wú)阻流量為2.1×104m3/d，平均日產(chǎn)氣為0.5×104m3/d；南部LX-46井因試氣高產(chǎn)水未投產(chǎn)，效果較差。針對(duì)平面上剩余氣較豐富的中部和東北部未動(dòng)用的區(qū)域，建議部署新井挖潛，后期可進(jìn)行加密調(diào)整。

圖7 臨興地區(qū)盒四段動(dòng)用儲(chǔ)量分布Fig.6 The section of the fourth member of Shihezi Formation in Linxing Area passing through Well LX1-27—LX-5 in Linxing Area

4.2 縱向動(dòng)用潛力

通過(guò)對(duì)盒四段不同巖性組合地震響應(yīng)特征分析和優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)可知，石盒子組的河道是“甜點(diǎn)”發(fā)育有利部位，也是開展儲(chǔ)量動(dòng)用及潛力分析的重點(diǎn)，可以明確下步挖潛方向及挖潛井位部署，能夠更加有效地實(shí)現(xiàn)氣藏儲(chǔ)量經(jīng)濟(jì)有效動(dòng)用。臨興地區(qū)上古生界石盒子組主要目的層為盒二段、盒四段、盒六段，目前儲(chǔ)量未得到充分動(dòng)用。可以通過(guò)前文所述方法對(duì)目標(biāo)層段進(jìn)行精細(xì)儲(chǔ)層刻畫和優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)，重新評(píng)價(jià)當(dāng)前不同品質(zhì)儲(chǔ)量動(dòng)用狀況及剩余潛力。針對(duì)不同品質(zhì)儲(chǔ)量部署空間立體井位，提高開發(fā)區(qū)產(chǎn)能及儲(chǔ)量動(dòng)用。井網(wǎng)部署完善后，儲(chǔ)量動(dòng)用程度為56.1%，提升15.3個(gè)百分點(diǎn)。利用空間立體優(yōu)化思路，針對(duì)重點(diǎn)層段和兼探層，優(yōu)化井位部署50口，其中，加密井34口，擴(kuò)邊井16口，累計(jì)增加可采儲(chǔ)量100×108m3，取得良好的勘探開發(fā)效果。

5 結(jié)論與建議

(1) 以盒四段為例，井震結(jié)合精細(xì)刻畫石盒子組地層格架與小層級(jí)別沉積微相，可識(shí)別出河道、河道側(cè)翼、河道間3種沉積微相，厚層砂巖與厚層泥巖、砂巖互層與厚層泥巖、薄層砂巖與厚層泥巖及中等厚度砂巖與厚層泥巖4種巖性組合。

(2) 以“層控-相控”為約束條件，開展高分辨率優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層定量預(yù)測(cè)，認(rèn)為孔隙度大于6.0%、密度小于2.55 g/cm3、vP/vS小于1.8的河道砂體為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。

(3) 以“沉積微相下的巖性組合-測(cè)井響應(yīng)特征-地震響應(yīng)特征”的分析思路，井震結(jié)合開展小層級(jí)別的精細(xì)沉積微相平面及縱向分布預(yù)測(cè)。認(rèn)為河道為厚層致密砂巖，呈中低頻連續(xù)中強(qiáng)反射特征，是“甜點(diǎn)”發(fā)育有利部位；河道側(cè)翼為中等厚度致密砂巖，呈中低頻連續(xù)較強(qiáng)反射特征；河道間為薄層砂與厚層泥巖，呈中高頻連續(xù)弱反射特征。

(4) 通過(guò)對(duì)目標(biāo)層段各小層不同巖性組合地震響應(yīng)特征分析和優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)，分析不同品質(zhì)儲(chǔ)量動(dòng)用狀況及剩余潛力，并部署空間立體井位。利用立體勘探的優(yōu)化思路，優(yōu)化井位部署50口，累計(jì)增加可采儲(chǔ)量100×108m3，為臨興區(qū)塊致密氣藏開發(fā)部署提供有利的技術(shù)支撐。