張 昊，張軍林，胡云亭，萬 歡，逄建東，石雪峰，周龍剛

(中海油能源發(fā)展股份有限公司 工程技術分公司，天津 300452)

目前，中國油氣勘探已開始由常規(guī)油氣藏向非常規(guī)油氣藏過渡，其中致密砂巖油氣藏在非常規(guī)儲層中占據(jù)重要地位，也是今后科研人員研究的難點和重點[1-2]。中國致密砂巖油氣藏勘探開發(fā)過程與美國相比較晚，但勘探潛力巨大，鄂爾多斯、四川、準噶爾、松遼、塔里木等多個盆地均有發(fā)育，其勘探開發(fā)研究發(fā)展迅速[3]。

致密砂巖油氣藏一般是指經(jīng)過改造措施(以壓裂為主)或者采用水平井、多分支井，才能產(chǎn)出工業(yè)性油氣流的砂巖油氣藏。與常規(guī)儲層相比，致密儲層具有巖性致密、縱向巖性組合多樣且儲層較薄等特點[4-6]，這些特點給致密砂巖“甜點”的精確識別帶來了巨大挑戰(zhàn)。地球物理技術作為全面、有效地勘探開發(fā)致密油氣的重要手段，在致密砂巖“甜點”預測過程中顯得尤為重要[7-8]。前人研究表明，致密油氣藏的地質(zhì)“甜點”主要包括儲層展布和烴類分布兩方面。筆者從巖石物理分析、儲層預測方法分析、烴類檢測方法分析等方面對致密儲層“甜點”預測方法進行闡述，開展致密砂巖氣藏儲層識別及含氣性預測方法研究，提高優(yōu)質(zhì)儲層的識別及預測精度，并在鄂爾多斯盆地F區(qū)塊太原組井位部署中進行了應用。

F區(qū)塊位于鄂爾多斯盆地的東北部，處于伊陜斜坡和晉西撓褶之間[9]，面積約50 km2，地層沉積連續(xù)且平整(傾角小于3°)，以海陸過渡相-陸相碎屑巖沉積為主,太原組主要為淺水三角洲環(huán)境水下分流河道砂體發(fā)育，整體上砂體呈南北向展布[5]。太原組粗碎屑巖孔滲條件相對較好，容易充注成藏，粗粒砂巖物性好，氣層相對發(fā)育，是F區(qū)塊的重點研究對象和主力層系。

1 致密砂巖儲層“甜點”預測

致密儲層“甜點”主要包括儲層展布特征和儲層含氣性特征兩方面。針對鄂爾多斯盆地F區(qū)塊，以巖石物理分析為基礎，開展儲層預測、儲層含氣性預測等研究工作。

1.1 巖石物理分析

巖石物理分析是通過建立地震彈性參數(shù)與地質(zhì)參數(shù)之間的關系，開展地震儲層預測的必要基礎[10-12]。巖石各類彈性參數(shù)(縱橫波速度、密度)受巖性、物性、流體等多種因素的影響[10]，在致密砂巖油氣藏中，單憑縱波阻抗很難有效區(qū)分干砂巖、含氣砂巖和泥巖等基本巖性。通過建立F區(qū)塊的巖石物理量版，分析砂巖、含氣砂巖的敏感巖石物理參數(shù)，為致密砂巖“甜點”的地球物理預測打下良好基礎。

針對F區(qū)塊太原組地層，建立不同含氣飽和度與不同孔隙度條件下的主要巖性縱波阻抗-Vp/Vs巖石物理定量解釋模板(圖1)。通過巖石物理量版分析認為，F(xiàn)區(qū)塊縱波阻抗砂泥巖疊置、重合率高，不能有效區(qū)分砂泥巖，更難以區(qū)分含氣砂巖與泥巖、干砂巖與含水砂巖。但通過量版分析可知，綜合利用Vp/Vs、縱波阻抗等巖石物理參數(shù)，對砂巖和泥巖有一定的區(qū)分度，煤巖、泥巖、干砂、氣砂等工區(qū)內(nèi)主要的幾類巖石在巖石物理量版上均有一定的彈性參數(shù)識別窗口。同時分析可得，Vp/Vs對含氣砂巖與干砂巖有一定區(qū)分度，可以利用疊前地震反演方法，通過Vp/Vs在空間的展布特征，對研究區(qū)目的層含氣儲層進行有效描述。

圖1 巖石物理解釋量版

1.2 致密砂巖儲層預測

約束稀疏脈沖反演的垂向分辨率理論上能分辨1/4～1/8波長厚度的地層[13]。F區(qū)塊太原組地震資料主頻大約為30 Hz，主要目的層段地層平均速度為4 000～5 500 m/s，地層垂向分辨率(1/4波長)為33～41.7 m，極限分辨率(1/8波長)為16.6～20.8 m，而根據(jù)測井解釋結(jié)果F區(qū)塊太原組砂體厚度偏薄，砂體厚度大部分都小于7 m。在地震最大調(diào)諧厚度和確定性反演極限分辨厚度之下，約束稀疏脈沖反演只能分辨大套的砂層組，精細刻畫致密薄砂體層要在約束稀疏脈沖反演基礎上進行地質(zhì)統(tǒng)計學反演。特別值得注意的是，約束稀疏脈沖反演是取得良好地質(zhì)統(tǒng)計學反演的基礎[14-16]，通過約束稀疏脈沖反演結(jié)果與靶區(qū)沉積儲層基本特征對比分析，對研究區(qū)儲層的空間展布進行初步預測。在此基礎上，進行重點區(qū)塊的地質(zhì)統(tǒng)計學反演。

地質(zhì)統(tǒng)計學反演是一種綜合利用地震、測井、地質(zhì)資料，利用馬爾科夫鏈-蒙特卡羅算法(Markov Chain Monte Carlo，MCMC)的隨機反演方法[17-20]。較約束稀疏脈沖反演而言，它充分利用了地震資料的橫向分辨率以及測井數(shù)據(jù)縱向分辨率高的優(yōu)勢，發(fā)揮隨機反演過程充分利用隨機模擬的特點，適用于各種地質(zhì)條件復雜的地區(qū)，提高縱向分辨率，與地下真實情況更為接近，更準確地預測高精度儲層[21-23]。

地質(zhì)統(tǒng)計學反演主要包括變差函數(shù)、概率密度函數(shù)和巖性比例3個關鍵參數(shù)[21]。變差函數(shù)描述的是不同巖相在空間范圍內(nèi)展布特征(圖2)。根據(jù)已鉆井數(shù)據(jù)統(tǒng)計的變差函數(shù)，調(diào)試基臺值、塊金值、變程(表1)等相關參數(shù)，擬合目的層段變差函數(shù)[24-25]。一般而言，縱向變程越小，模擬出的巖性厚度越小。對于縱向變程，利用測井數(shù)據(jù)采樣間距小(一般為0.125 m)的特點進行縱向變程的統(tǒng)計分析。對于橫向變程，考慮到井點位置等實際情況，以約束稀疏脈沖反演結(jié)果結(jié)合區(qū)域地質(zhì)認識進行綜合設定。巖性比例是為了使反演過程融入更多地質(zhì)信息，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)認識，通過對已鉆井的巖性劃分得到的參數(shù)，對地質(zhì)統(tǒng)計學反演起到一定的約束的作用(圖3)。概率分布函數(shù)是多個彈性物理參數(shù)擬合的高斯概率分布函數(shù)(圖4)。針對F區(qū)塊太原組儲層特征，致密砂巖分布區(qū)間主要位于低縱橫波速度比，中低密度、中高阻抗區(qū)域。

圖2 概率密度函數(shù)統(tǒng)計結(jié)果

表1 不同方向彈性參數(shù)變程

圖3 巖性比例統(tǒng)計結(jié)果

圖4 主要巖性變差函數(shù)分析結(jié)果

通過對各個參數(shù)的設定，利用疊前地震數(shù)據(jù)進行地質(zhì)統(tǒng)計學反演計算彈性參數(shù)體(縱橫波阻抗、Vp/Vs等)，進而對致密儲層的砂體概率進行刻畫，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)認識與鉆井情況描述砂體厚度。通過反演結(jié)果對比可以看出，約束稀疏脈沖反演與地震波形契合度很高，地質(zhì)統(tǒng)計學反演與稀疏脈沖反演結(jié)果非常吻合，平剖面砂體發(fā)育特點相似，反演結(jié)果比較可靠。同時可以看出，地質(zhì)統(tǒng)計學反演細節(jié)更豐富、分辨率更高，對于工區(qū)的砂體展布認識更清晰，更利于井位部署、井位優(yōu)化及后續(xù)隨鉆跟蹤(圖5)。平面上，F(xiàn)區(qū)塊物源來自工區(qū)北部，主河道的展布清晰，砂體近南北向發(fā)育為主，與河道展布特征一致，厚度整體介于0～20 m，主體厚度區(qū)間介于6～12 m(圖6)。

圖5 約束稀疏脈沖反演與地質(zhì)統(tǒng)計學反演剖面對比

圖6 地質(zhì)統(tǒng)計學砂體概率圖和砂體厚度圖

1.3 致密砂巖含氣性預測

含氣砂巖平面展布特征的描述是致密砂巖儲層預測的核心工作，其空間展布特質(zhì)直接影響后續(xù)地質(zhì)評價工作的成敗，為了更為客觀合理地對含氣砂巖進行刻畫，研究從彈性參數(shù)反演和AVO流體預測兩方面入手，對致密砂巖儲層含氣性進行巖性。

1.3.1 基于Vp/Vs的含氣砂巖預測方法

基于巖石物理分析和概率密度函數(shù)分析可以得出，太原含氣砂巖在縱波阻抗中的概率密度函數(shù)的峰值為1.15×107 kg/m3·m/s，在Vp/Vs中的概率密度函數(shù)的峰值為1.68，在密度中的概率密度函數(shù)的峰值為2.45 g/m3；非含氣砂巖在縱波阻抗中的概率密度函數(shù)的峰值為1.35×107 kg/m3·m/s，在Vp/Vs中的概率密度函數(shù)的峰值為1.85，在密度中的概率密度函數(shù)的峰值為2.65 g/m3(圖7)。由此可見，縱波阻抗和密度對含氣砂巖區(qū)分度較低，低Vp/Vs對于其的區(qū)分度較高。在疊前道集的預處理和測井曲線的標準化基礎上，利用疊前約束稀疏脈沖反演，通過描述Vp/Vs在空間的展布特征，有效表征目的層的含氣性。

圖7 F區(qū)塊太原組含氣砂巖變差函數(shù)分析結(jié)果

1.3.2 基于疊前AVO流體因子的儲層含氣性預測

AVO技術作為目前應用最廣泛的研究儲層識別、流體檢測的勘探技術，使地球物理理論能夠有效指導儲層烴類的識別工作，因此，AVO流體檢測迅速發(fā)展成為儲層流體檢測的重要手段[26]。在含有烴類流體的儲層介質(zhì)中，會有明顯的AVO現(xiàn)象，而不含流體的圍巖儲層，AVO現(xiàn)象不明顯，不同偏移距道集會對儲層流體產(chǎn)生不同的響應特征，既利用儲層介質(zhì)的AVO現(xiàn)象進行流體檢測成為可能，也成為現(xiàn)有技術條件下的較為成熟的流體檢測工具[26]。研究表明，鄂爾多斯盆地F區(qū)塊儲層含氣AVO響應明顯，可以利用AVO反演進行儲層含氣性預測。

AVO反演過程中的道集預處理和疊前AVO反演流體因子構(gòu)建是應用疊前地震資料成功進行流體預測的關鍵因素。流體因子是采用AVO反演所得到的縱波阻抗反射率(ΔVp/Vp)與橫波阻抗反射率(ΔVs/Vs)交匯分析方法進行流體因子屬性的構(gòu)建。具體方法是：計算平面上每一個縱波阻抗反射率與橫波阻抗反射交匯點到泥巖基線的距離，該距離的大小可度量儲層含烴類大小的可能性，該距離越大，流體因子值越高，儲層含油氣的可能性越大。通過這種方法，對F區(qū)塊太原組流體進行平面預測。

從太原組Vp/Vs平面圖與AVO流體預測精度分析圖可以看出(圖8)，兩種方法預測的儲層有效厚度優(yōu)勢區(qū)平面分布特征基本一致，但在細節(jié)上含氣砂體平面展布特征存在一定的差異性。原因是太二段致密砂巖屬于煤系儲層，由于煤系儲層強干涉的影響，各類流體檢測方法受一定程度的影響。對于F區(qū)塊儲層綜合評價還需在儲層展布特征的基礎上進行含氣砂巖發(fā)育特征評定。

圖8 Vp/Vs平面圖與AVO流體檢測對比圖

2 應用實例

通過以上研究分析可以看出，F(xiàn)區(qū)快主要發(fā)育分流河道、水下分流河道砂體，以太原組淺水三角洲平原-前緣沉積環(huán)境為基礎，結(jié)合疊前地震反演、AVO流體檢測等手段，確定太原組主河道流向以近南北向為主，預測太原組砂體主體厚度區(qū)間介于6～12 m，其中有效砂體主體厚度區(qū)間介于2～6 m，氣層分布與砂體分布具有一致性。

基于對F區(qū)塊儲層和含氣砂巖的認識，指導了F區(qū)井位部署和井位優(yōu)化等工作。其中，F(xiàn)2井區(qū)F2-H水平井目的層為太2段，設計階段利用砂體反演結(jié)果，并在此基礎上結(jié)合Vp/Vs反演結(jié)果和AVO流體檢測等手段，進行井位部署和隨鉆調(diào)整(圖9)。鉆井結(jié)果顯示，F(xiàn)2-H水平井水平段長度637 m，方位316°～320°，測井解釋累計含氣砂巖400 m以上(氣層316.5 m，差氣層86.1 m)，砂體鉆遇率100%，有效砂體鉆遇率63.2%，取得了非常好的鉆井成績。

圖9 F2井區(qū)砂體反演和有效砂體檢測與鉆井結(jié)果對比圖

3 結(jié)論

1)致密儲層具有巖性致密且儲層較薄等特點，但在巖石物理量版上均有一定的識別窗口，綜合利用Vp/Vs、縱波阻抗等巖石物理參數(shù)可以有效識別致密儲層。在約束稀疏脈沖反演的基礎上，進行地質(zhì)統(tǒng)計學反演可以有效識別致密薄儲層和含氣砂巖。

2)在含有烴類流體的致密儲層介質(zhì)中有明顯的AVO現(xiàn)象，可以利用這種AVO現(xiàn)象進行流體檢測；同時，也可以利用約束稀疏脈沖反演得到Vp/Vs表征儲層含氣性。

3)以巖石物理量版為基礎，綜合利用各類儲層預測方法和含氣性檢測方法，對致密薄儲層“甜點”進行地球物理預測，并在F區(qū)塊進行成功應用，在該區(qū)勘探開發(fā)一體化過程中的井位部署和優(yōu)化起到了重要作用。