臨興致密砂巖氣藏地質特征及開發潛力分析

米洪剛，張 兵，朱光輝，蘇 羽，張海鋒

(中聯煤層氣有限責任公司，北京 100016)

0 引 言

臨興地區上古生界致密砂巖氣藏具有良好的開發潛力，但目前開發過程中儲層地質精細研究不夠深入，有效儲層的預測手段較為單一，導致勘探開發的難度日益加大。許多學者對臨興地區上古生界致密砂巖氣藏的地質與成藏機理開展了研究。米立軍、王華等[1-2]對鄂爾多斯盆地東北緣致密氣田成藏地質特征開展分析，提出需要在精細儲層刻畫的基礎上，重新評價當前不同品質儲量的動用狀況以及剩余潛力。王繼平、胡勇等[3-4]結合致密砂巖氣藏開發認識，提出針對不同品質儲量部署加密井位，提高開發區產能及儲量動用范圍。但目前大多數學者沒有對臨興地區分小層深入開展平面及縱向儲層精細刻畫，且未針對儲量動用評價進行研究，因此，有必要針對重點開發層段(石盒子組)開展平面及縱向上優質儲層的地質研究。通過相控巖石物理分析及疊前反演分析等技術手段開展平面及縱向有利儲層的預測，最終形成一套井震結合的有利儲層分布預測方法，達到平面及縱向上對優質儲層精細刻畫的目的。同時，結合重點開發層段產能情況、儲量動用分類評價等動態資料，采用動、靜態結合的研究模式，開展儲層動用綜合評價，針對平面及縱向上的剩余資源指出下步挖潛方向，為臨興地區致密氣藏井位部署和高效開發提供技術支撐。

1 區域概況

鄂爾多斯盆地位于中國東部穩定區和西部活動帶的結合部位，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造帶、天環坳陷帶、伊陜斜坡帶、晉西撓褶帶6個構造單元組成(圖1a)。盆內斷層受構造應力作用，以走滑斷層為主，根據斷層規模主要分為2類：第1類斷層貫穿整個目的層，由頂部延伸至太原組以下，斷距較大且平面延伸距離較遠，剖面上易識別，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，未貫穿目的層頂底界面，斷距小且延伸距離短，僅局部地區存在，剖面上多呈現同相軸的扭動，為層內氣源側向運移提供通道。

圖1 鄂爾多斯盆地臨興地區構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

臨興地區位于鄂爾多斯盆地東部晉西撓褶帶和伊陜斜坡過渡帶，斷裂和褶皺較發育(圖1)。臨興氣藏勘探開發工作始于2014年，在勘探階段共有11口試氣井見到了工業氣流，盒二段、盒三段、盒四段、盒七段等6個層段無阻流量總計超過4.0×104m3/d(圖1b)。隨著勘探開發部署工作的不斷深入，有利區域越來越少，后期完鉆井較前期對比鉆探位置和地質條件也有所變差，因此，儲量動用不充分，勘探開發的難度加大。目前研究區共投產91口井，已投產井平均動用儲量為2 383×104m3，其中81口井動用儲量大于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，單井初期日產氣量為0.1×104～7.1×104m3/d。

2 沉積微相有效識別

臨興地區地層自下而上發育本溪組、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、太原組沉積時期，發育陸表海環境下的潮控三角洲—障壁海岸沉積體系；山西組沉積時，發育海陸過渡環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，沉積環境不同，其波阻抗結構等也有所不同。因此，基于沉積微相、成巖相、物性特征等參數總結并建立臨興地區不同沉積微相中不同巖性組合儲層劃分與評價標準[8-11](表1)。

表1 臨興地區儲層劃分與評價標準Table 1 The reservoir division and evaluation criteria in Linxing Area

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

以盒四段為例，井震結合精細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井-地震響應模板，并在此基礎上開展盒四段小層級別沉積微相精細描述，為“甜點”儲層精細預測提供理論依據。根據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個小層(圖2b)。其中，H4-1、H4-3小層以泥巖或粉砂質泥巖為主，H4-2小層以厚層砂巖或厚層砂巖夾薄層泥巖為主[12-14]。根據優勢相原則，可將各小層沉積相劃分為河道、河道側翼、河道間3種沉積微相。分析測井-地震響應特征，發現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，呈中低頻連續中強反射特征；河道側翼為中等厚度致密砂巖，呈中低頻連續較強反射特征；河道間為薄層砂與厚層泥巖，呈中高頻連續弱反射特征。結合不同巖性組合單井地震相分析及地震屬性平面圖，對盒四段小層級別沉積微相進行精細描述，發現沉積相平面展布與地震屬性平面展布有良好的對應關系(圖4)。

圖3 臨興地區盒四段不同巖性組合沉積-測井-地震響應特征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 優質儲層分布

3.1 相控巖石物理分析

利用巖石物理分析，結合沉積相與地層精細刻畫，進行相控疊前確定性反演，在此基礎上，開展相控地質統計學反演，并對反演結果進行分析預測，最終得到優質儲層和致密砂巖“甜點”分布。以“層控-相控”為約束，開展高分辨率儲層預測，需要明確研究區巖石物理性質，并以此指導儲層定量預測。常規的插值模型并不能滿足精細儲層建模的要求[15-16]，在相控疊前地質統計學反演基礎上，結合河道優勢相，利用孔隙度、密度、縱橫波速度比，能夠非常清楚地刻畫優質儲層(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的河道砂體為優質儲層。

圖5 臨興地區盒四段層控-相控優質儲層定量預測圖版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

利用常規儲層預測方法難以在地震剖面上有效地識別或區分砂巖與泥巖、含氣砂巖與致密砂巖[17]，此次研究將儲層段砂巖與泥巖的縱波速度、密度、縱波阻抗等相互疊置進行反演分析。以“沉積微相下的巖性組合-測井響應特征-地震響應特征”為分析思路，井震結合開展小層級別的精細沉積微相平面及縱向分布預測。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)，可以識別出河道、河道側翼、河道間等不同沉積微相地震反射特征。河道以中低頻連續中強反射為主，是“甜點”發育有利部位；河道側翼表現為中低頻連續較強反射特征；河道間表現為中高頻連續弱反射特征。利用該定性和定量相結合的方法，含氣儲層的識別精度達到85%以上。

圖6 臨興地區盒四段過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 開發潛力

4.1 平面動用潛力

由井震結合開展的精細沉積微相平面及縱向分布預測結果可知，河道是“甜點”發育有利部位，平面上選取“甜點”最有利區域開展動用潛力分析。此次研究利用反映氣層生產能力大小的地層系數(地層有效滲透率與有效厚度的乘積)來判定注水井各層位注入量，確定動用半徑及平面動用范圍。結合臨興區塊盒四段氣井試氣試采的產能狀況，通過地層系數、無阻流量、物性與氣層厚度的相關性研究，建立儲量分類劃分標準，將盒四段儲層分為3類：Ⅰ類儲層地層系數最高(大于2 mD·m)，產能最大，無阻流量最高(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類儲層地質條件中等，地層系數中等(0.7～2.0 mD·m)，產能中等，無阻流量為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類儲層最差，地層系數較小(0.1～0.7 mD·m)，產能較差。由盒四段動用儲量分布情況(圖7)可知：中部動用區域范圍大、物性好、含氣性好，Ⅰ類儲層居多；東部、西部和北部以Ⅱ類儲層為主；南部地質條件最差，屬于Ⅲ類儲層。參照鄰井試氣試采情況，中部LX-58井試氣無阻流量高達50.3×104m3/d，平均日產氣為5.7×104m3/d，屬于高產井；北部LX-57井試氣無阻流量為2.1×104m3/d，平均日產氣為0.5×104m3/d；南部LX-46井因試氣高產水未投產，效果較差。針對平面上剩余氣較豐富的中部和東北部未動用的區域，建議部署新井挖潛，后期可進行加密調整。

圖7 臨興地區盒四段動用儲量分布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 縱向動用潛力

通過對盒四段不同巖性組合地震響應特征分析和優質儲層“甜點”預測可知，石盒子組的河道是“甜點”發育有利部位，也是開展儲量動用及潛力分析的重點，可以明確下步挖潛方向及挖潛井位部署，能夠更加有效地實現氣藏儲量經濟有效動用。臨興地區上古生界石盒子組主要目的層為盒二段、盒四段、盒六段，目前儲量未得到充分動用?？梢酝ㄟ^前文所述方法對目標層段進行精細儲層刻畫和優質儲層“甜點”預測，重新評價當前不同品質儲量動用狀況及剩余潛力。針對不同品質儲量部署空間立體井位，提高開發區產能及儲量動用。井網部署完善后，儲量動用程度為56.1%，提升15.3個百分點。利用空間立體優化思路，針對重點層段和兼探層，優化井位部署50口，其中，加密井34口，擴邊井16口，累計增加可采儲量100×108m3，取得良好的勘探開發效果。

5 結論與建議

(1) 以盒四段為例，井震結合精細刻畫石盒子組地層格架與小層級別沉積微相，可識別出河道、河道側翼、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，開展高分辨率優質儲層定量預測，認為孔隙度大于6.0%、密度小于2.55 g/cm3、vP/vS小于1.8的河道砂體為優質儲層。

(3) 以“沉積微相下的巖性組合-測井響應特征-地震響應特征”的分析思路，井震結合開展小層級別的精細沉積微相平面及縱向分布預測。認為河道為厚層致密砂巖，呈中低頻連續中強反射特征，是“甜點”發育有利部位；河道側翼為中等厚度致密砂巖，呈中低頻連續較強反射特征；河道間為薄層砂與厚層泥巖，呈中高頻連續弱反射特征。

(4) 通過對目標層段各小層不同巖性組合地震響應特征分析和優質儲層“甜點”預測，分析不同品質儲量動用狀況及剩余潛力，并部署空間立體井位。利用立體勘探的優化思路，優化井位部署50口，累計增加可采儲量100×108m3，為臨興區塊致密氣藏開發部署提供有利的技術支撐。