鄂爾多斯盆地L區塊石盒子組4段致密砂巖氣藏地質—工程甜點預測與評價

魏志鵬 施瑞生 王 輝

中海油田服務股份有限公司油田生產事業部

0 引言

山西省鄂爾多斯盆地致密砂巖氣藏雖然勘探開發潛力巨大，但存在儲層非均質性強、厚度薄（儲層厚度1～5 m）、物性差（平均滲透率1 mD）、裂縫發育無規律等問題，常規射孔生產難以實現較大的產能。儲層壓裂改造可以大幅提高單井產能，實現經濟有效的開發，是該地區致密砂巖氣藏儲層開發的重要手段。如何有效地尋找地質和工程 雙甜點”是決定儲層壓裂改造成功的因素之一，通過預測儲層的地質和工程 雙甜點”參數分布、圈定儲層改造有利區至關重要[1-5]。本文利用 雙甜點”預測技術，優化水平井軌跡，提高儲層改造效果，有效開發目的層致密氣儲量，完善技術方案，為實現低滲致密氣經濟有效的開發積累經驗和提供技術保障[6-8]。

1 地質概況

L區塊位于鄂爾多斯盆地東北部伊陜斜坡東段、晉西撓褶帶西緣，總面積約為2 620 km2，平面上較平緩無大的起伏，縱向上構成了下部（本溪組—山西組）、中部（下石盒子組）和上部（上石盒子組—石千峰組）3套成藏組合（圖1）。研究區發現以致密砂巖氣藏為主的氣田，面積約120 km2，是一平緩的單斜構造，工區現共有探井16口，本次研究層位為盒4段，以粉細砂巖及泥巖沉積為主，垂向上發育三角洲平原分支河道微相和分支河道間微相疊置的特征，分支河道自然伽馬曲線呈鐘型、箱型，分支河道間自然伽馬曲線以平直型為主，局部發育陸上天然堤微相。

圖1 鄂爾多斯盆地L區塊構造位置及H4段儲層發育圖

2 地質甜點預測

2.1 儲層砂體預測

地質統計學反演方法是一種基于模型的反演，它采用的馬爾可夫鏈蒙特卡羅（MCMC）方法是一種基于全局最優技術進行地質統計學求解的方法。初始模擬結果出發，利用MCMC算法，模擬出多個波阻抗曲線，通過分析合成地震記錄與實際地震剖面相關性，確定合理的儲層參數。反演出空間上的波阻抗體及巖性體[9]。

由于本區井位分布較均勻，井控密度足夠大，地震構造起伏較平緩，地層無明顯缺失，適用于以變差函數為核心的地質統計學測井約束反演。此種方法應用在本地區效果較好，能夠大幅度提高儲層分辨率，最大分辨率達到5 m。研究區共16口資料齊全的井，選取13口井參與反演，3口井作為驗證井，儲層反演結果表明，驗證井A11、A14預測砂體與實際鉆遇砂體吻合率達到85%以上（圖2）。從該區預測砂體厚度等值圖可知（圖2），區域儲層主要呈北西南東向分布，平均厚度大于8 m，西南部零星發育透鏡狀小砂體，平均厚度大于6 m，整體連續性較差砂體呈坨狀發育的特征。

圖2 鄂爾多斯盆地L區塊波阻抗與孔隙度交會圖

2.2 孔隙度預測

本研究區孔隙度和波阻抗存在比較好的負相關性，相關性好（圖3），因此，可以利用地質統計學反演得到的波阻抗巖性數據體，通過協克里金模擬算法得到區域性的孔隙度數據。協克里金是克里金插值算法的有力擴展，通過首要屬性及相關屬性的變差圖，構建它們之間的互變差圖，定義它們之間的相關程度[10]。

圖3 鄂爾多斯盆地L區塊含氣性儲層頻譜對比圖

協克里金是二元的，可表示成井點數據和地震數據的線性組合形式，即

式中Z*（μ0）為μ0位置估計值 ；Z*（μxi）為在位置μxi上的井點數據采樣值，λxi為其相應的加權系數；Y（μyk）為在位置μyk上的地震數據采樣值 ；λyk為其相應的加權系數。

從協克里金法孔隙度展布結果來看其與鉆井吻合度較好（圖2），且平面上A1井、A15井附近孔隙度較大，A5井和A14井范圍內孔隙度較小（圖2），通過與實際鉆井孔隙度曲線與孔隙度剖面對比，發現協克里金法預測孔隙度總體誤差較小，最大誤差僅有2.6%，說明協克里金方法預測本區孔隙度精度是可行的。

根據研究區孔隙度平面分布圖可知，研究區物性分布整體呈北西南東向分布，中部A7井附近較為致密，物性較差。A6井東南部和西南部A13井區附近局部物性較好。

2.3 含氣性預測

通過區域地震頻譜分析，本地區含氣性預測可以采用能量衰減方法（圖4）。其主要原理是地震波通過含氣地層能量的衰減遠遠較通過含油或含水地層的衰減大，主要表現在分析時窗內高頻成分被吸收的特點。通過對能量譜的衰減的估算，用頻率在典型的能量譜內定量表示頻率的吸收效應。通過振幅中的衰變模型來確定頻率吸收效應的量，用于分析頻率屏蔽區的頻率特性，用來進行含氣儲層預測。

圖4 鄂爾多斯盆地L區塊盒4段地質甜點預測剖面及平面圖

從含氣性高頻衰減屬性結果來看，結合已知探井含氣性對比，A15和A7井盒4段氣測效果較好（圖4e），在預測圖上也表現出較強的頻率衰減特征，A8井目的層鉆井氣測效果較差，在預測圖上也表現出較差的頻率衰減特征，整體上含氣性預測與實鉆井對比吻合性較高，說明此種方法在本地區預測含氣性效果較好。

整體上工區含氣富集區主要分布在東部和中部區域，呈近南北向條帶分布，西部A3—A9—A6—A13井條帶附近也存在一條含氣富集條帶。

3 工程甜點預測

3.1 天然裂縫預測

鉆井和生產均表明，裂縫是影響該地區致密氣產量和鉆井質量的關鍵因素，一方面裂縫發育改善了致密砂巖的儲集條件；另一方面有利于后期對致密砂巖的壓裂改造，形成網狀縫。因此，裂縫（斷層）的預測有著非常重要的意義。研究表明，若裂縫縱向延伸長度大于地震數據分辨率，即1/4波長（本區約等于15 m），通過疊后地震數據及其屬性預測是行之有效的方法。

本次研究利用斯倫貝謝公司Petrel軟件的螞蟻體算法能夠預測本區塊縱向上延伸長度大于15 m裂縫的發育特征。螞蟻體是為了更好突出顯示斷層、裂縫等地震數據體不連續部分的一種地震屬性體。在探測不連續的斷層或者裂縫時，采取類似螞蟻覓食系統的追蹤方法來進行追蹤斷層或者裂縫，該算法在顯示斷裂方面具有較好的作用。

預測結果顯示，研究區A15井區裂縫發育程度較高，A8井區裂縫發育程度較低，預測結果與實鉆井吻合效果較好，區域裂縫主方向為北西南東向（圖 5a）。

3.2 脆性指數預測

脆性指數差異決定了形成網狀裂縫的完善程度，脆性越大，越容易形成網狀裂縫，而脆性越小，意味著更好的塑性特征，形成網狀裂縫的可能性越小，且一定程度上阻礙了網狀裂縫的擴展，因此，致密砂巖的脆性指數對壓裂產生的次生裂縫支撐效果影響極大[11-12]。脆性指數的評價方法主要有兩種：基于礦物組分含量的脆性指數和基于巖石力學參數的脆性指數。本區域脆性預測是通過Rickman提出的采用楊氏模量與泊松比計算巖石脆性的數學方程。計算楊氏模量和泊松比的平均值來得到脆性系數。脆性指數有如下計算公式[13]：

式中IB表示脆性指數，E表示楊氏模量，Pa；μ表示泊松比。其中楊氏模量和泊松比是通過疊前地震彈性反演所得到的。

通過得到的地層脆性指數數據體，沿盒4段提取脆性指數剖面和平面展布圖（圖5b），從圖中可以看出砂巖的脆性指數明顯高于泥巖，整體脆性分布同樣呈北西南東向，脆性好的砂巖主要位于A15井東南部，局部脆性指數超過45%，有利于后期儲層壓裂改造。

圖5 鄂爾多斯盆地L區塊盒4段工程甜點預測平面圖

4 甜點綜合評價

筆者在致密砂巖儲層中優選出砂體厚度大、孔隙度好、含氣性高、地層脆性好、裂縫發育程度高的區域作為甜點區[14-16]，并按照本地區實際鉆井測試情況劃分了Ⅰ類甜點區、Ⅱ類甜點區、Ⅲ類甜點區（表 1）。

表1 鄂爾多斯盆地L區塊H4層甜點綜合評價標準表

通過模糊數學的算法賦予每個參數的權重，建立L區塊致密砂巖氣藏甜點綜合預測平面分布圖（圖6），紅色區域為Ⅰ類甜點區，紫色是Ⅱ類甜點區，其他區域為非甜點區。其中，Ⅰ類甜點區，是最有利的開發甜點區，建議優先開發 ；Ⅱ類甜點區是相對有利的開發甜點區，建議作為開發接替區 ；Ⅲ類區各項指標均較低，建議選擇性開發。

圖6 鄂爾多斯盆地L區塊盒4段甜點綜合評價圖

5 應用效果分析

選取新完鉆的A9井和A15驗證預測結果的可靠性，該兩口井位于預測Ⅰ類甜點區內，A9井獲得6.2 104m3/d的測試產量，A15井平均測試產量16.2 104m3/d。綜合分析所有井產量與預測甜點對比結果所示，預測甜點區分布趨勢與生產結果吻合（表 2）。

表2 鄂爾多斯盆地L區塊產量與預測結果對比表

6 結論

1）鄂爾多斯盆地L區塊天然氣儲量巨大，但儲層致密，儲層壓裂改造是開發低滲氣藏的重要手段，而確定地質和工程的雙 甜點”發育區是儲層改造成功的關鍵。

2）通過地質統計學反演儲層預測技術提高了儲層縱向和橫向分辨率。基于井震結合的脆性指數預測技術，得到工程甜點有利區，并指導了半縫長、加沙量及施工排量等壓裂參數優化。

3）通過耦合地質和工程參數，得到儲層改造 雙甜點”的預測結果，根據該結果設計的井軌跡實現砂巖的100%鉆遇率，且預測結果與實鉆和壓裂效果吻合較好，證實該技術的可靠性。