深层裂缝性致密碎屑岩气藏高效储渗区识别——以川西新场气田上三叠统须家河组气藏为例

摘 要

摘要：四川盆地西部深层上三叠统须家河组须二段致密碎屑岩气藏非均质性极强，准确预测规模裂缝网络与相对优质储层叠加形成的高效储渗区分布规律是勘探开发钻井获得高产稳产井的
摘要：四川盆地西部深层上三叠统须家河组须二段致密碎屑岩气藏非均质性极强，准确预测规模裂缝网络与相对优质储层叠加形成的高效储渗区分布规律是勘探开发钻井获得高产稳产井的技术关键。以三维三分量地震勘探资料为基础，通过高效储渗区储层测井及波阻抗特征、地震响应特征对比分析、模型正演验证等方法，建立“杂乱弱反射”地震暗点高效储渗区识别模式，划分出PP波/PS波“单弱”及“双弱”2种暗点类型，解剖了其地质及地球物理成因机理，提出“双弱”模式为最优类型。利用对杂乱弱反射的吸收增强处理及像素成像暗点可视化刻画等技术手段，预测出了高效储渗区。
关键词：晚三叠世；裂缝性油气藏；致密砂岩；三维三分量技术；暗点；高效储渗区；四川盆地；西
0 引言
    上三叠统须家河组气藏是目前四川盆地西部(以下简称川西)坳陷深层天然气勘探热点，亦是储产量增长的主要层段，其主力气藏为须家河组须二段气藏。2000年，在川西新场气田须二段中部T3x24(4砂组)储层成功钻获无阻流量151.4×104m3/d、稳定产量38×104m3/d的高产工业气井——X851井，展现了川西坳陷中段深层致密碎屑岩气藏巨大的勘探潜力。但气藏的勘探开发难度极大，其后在同一构造带上部署的CX560、CX565、CL562、L150井等多口深井效果并、不理想且产能差异极大，主要原因为储层为典型致密碎屑岩储层，受裂缝网络分布影响，气藏非均质性极强[1～2]。
    20世纪中叶至今，在埋深相对较浅、物性相对较好的新场地区浅层，建立了“低频强振幅、低阻抗”地震含气储层预测模式[3]，取得了很好的效果，基本解决了浅层岩性气藏识别问题，充分显示了地震识别模式在勘探开发中的核心作用。多年来，深层须家河组高产富集区预测一直是勘探家探索研究的重点，由于高产稳产钻井经济效益往往是低产井的数倍，高产“甜点”一直是此类气藏勘探开发的首要目标，困扰高产甜点勘探的主要技术瓶颈是有效地震识别模式的建立[3～4]。
    川西新场地区须二段埋深5000～6000m，属深-超深非常规储层，是须家河组各段中砂岩最发育的层段，砂体厚度大(50～100m)，砂/泥比很高(2.37～6.21)，沉积相以三角洲前缘砂坝为主，部分为三角洲平原分流河道。新场地区须二段划分为上、中、下3个亚段，筛选出8套砂组，砂组编号分别为T3x22(2砂组)-T3x29(9砂组)。岩心分析、测井处理及储层薄片显微镜下鉴定等成果表明：须二段孔隙发育程度差，主要分布在1%～6%区间，但在致密背景中发育孔隙度为5%～10%的相对优质储层；基质渗透性极差，普遍低于0.06×10-3μm2，只有当裂缝发育时，渗透性才表现出较高特征[1，5]，为低孔-特低孔、低渗裂缝性超致密碎屑岩储层。有效储层主要有3类：孔隙型、裂缝-孔隙型、裂缝型，裂缝型基质孔隙度普遍低于4%，大部分样品孔隙度低于3%，基质渗透率小于0.1×10-3μm2；裂缝-孔隙型、孔隙型储层孔隙度一般高于4%，基质渗透率大于0.06×10-3μm2。在新场气田须二段储层评价中，裂缝-孔隙型、孔隙型储层称之为相对优质储层，相对优质储层主要发育于须二中亚段T3x24- T3x26。
    勘探实践表明，新场气田须二段构造整体含气，纵向多藏叠置，局部富集高产，只有在规模较大的裂缝网络与优质储层叠加构成的高效储渗体分布区内勘探才能获得高产稳产，故寻找高渗区是气藏勘探的关键。
1 高效储渗区形成机理
高效储渗区空间上主要受控于高效储渗体分布。关于储渗体的概念，唐泽尧(1989)认为，储渗体是指岩层中由主要具备储存能力的空隙和主要具备渗透能力的空隙相互叠加，组成彼此连通的有效储集岩体，外部被非渗透的致密岩石包围[6]。尹凤岭(1996)等又称之为储集体，认为是一个具备有效储集空间和渗滤通道、不受岩性和层界严格限制的三度空间地质体。此外，就新场地区而言，针对浅层沙溪庙组致密气藏的储渗体进行过较多研究工作[7～8]，其定义的储渗体特指致密碎屑岩非均质气藏内部纵横向上连续的储集体，在该储渗体内各部位储集岩的有效孔隙度、有效渗透率相似，储渗体之间储渗条件则有较大不同，气藏最终由许多大小、渗流条件不一的储渗体镶嵌叠砌而成[8]。须二段储渗体与新场浅层储渗体更为相似，但裂缝与优质储层叠加是形成储渗体的主要原因。实钻表明，新场地区须二段砂岩储层普遍发育，构造整体含气，须二中亚段优质储层在构造范围内均存在，但储层非均质性依然较强，横向分布厚薄不均，加之裂缝的叠加，局部形成高效储渗体，储渗体被超低渗的含气砂岩包围(图1)。这与唐泽尧等命名的储渗体有所差别。优质储层主要形成机理为：易溶矿物的存在是形成相对高孔隙度优质储层的基本条件，成岩晚期溶蚀是其发育的主要因素。此外，裂缝的发育状况及裂缝网络系统分布控制着储渗体产状，对产能的大小具有决定性的控制作用。在相同成藏条件下，规模裂缝网络与相对厚层优质储层叠加形成的具高效渗透能力的储渗体内才能获得高产稳产。因此，该类超致密裂缝性气藏中，高效储渗体分布区即高渗区的预测是高产富集区预测的关键，在该类储渗体内勘探开发不仅可以高产稳产，还可以通过高渗区内的勘探开发，借助其高效渗透能力带动裂缝相对不发育的低渗区内的天然气向其弹性驱动，达到气藏高效开发的目的。
 

2 储渗体差异地球物理识别
2.1 不同类型储渗体地球物理特征
   储层与围岩波阻抗差的大小决定地震反射强度，因而波阻抗特征是高效储渗体识别的重要线索。由于波阻抗为速度与密度的乘积，因此，可根据测井声波时差AC和密度DEN测井资料，换算出波阻抗值。通常，根据储层与围岩波阻抗的相对差异，可将储层波阻抗特征分为3类[9～10]：Ⅱ类：高波阻抗，储层波阻抗明显高于围岩；Ⅱ类：中等波阻抗，储层波阻抗近于围岩；Ⅲ类：低波阻抗，储层阻抗明显低于围岩。前述须二段储渗体中储层波阻抗特征主要表现为以下两类：
    1) Ⅰ类高阻抗，在新场地区中低产能(小于10×104m3/d)钻井中储层中普遍具有此类特征，亦提目前新场须二段砂岩中分布最广泛的波阻抗类型。图2黄色框内为产层T3x24储层，自然伽马GR测井可以较好地判断须二段中的砂泥岩，通常低GR值砂岩波阻抗高于高GR值泥岩。低产井砂岩储层含气后AC值略升高，DEN值略降低(图2-a)，从蓝色的砂岩波阻抗基线看，该类气层波阻抗较致密层略微降低，气层与致密砂岩波阻抗均明显高于围岩，呈现高阻抗背景中低阻抗特征，典型如低产井X853、L150井。
    2) Ⅱ类中等阻抗，须二段中高产井(大于10×104m3/d)储层往往属于中等波阻抗储层，从图2-b图蓝色的泥岩波阻抗基线看，气层与围岩波阻抗非常接近，这是储层受裂缝、物性及流体综合影响所致，典型如高产井X851井、X856井、X2井。
 
2.2 高效储渗区地震识别
2.2.1 PP波地震响应模式识别
    X856、X2井在T3x24层测试获日产50×104m3以上高产工业气流，为典型高产井，这样的产能在陆相碎屑岩气藏中亦较为少见，该类高产井优质储层厚度大(20～30m)，孔隙度高(一般大于4%)，通过录井次生矿物识别、成像测井解释等证实裂缝极为发育，规模裂缝网络及相对厚层优质储层发育，为典型高效储渗体特征。储层具有Ⅱ类中等波阻抗特征，由于储层与围岩阻抗接近，波阻抗差小，地震反射强度较弱，利用合成地震记录对X856、X2井须二段开展储层精细标定，产层T3x24对应空白弱反射。L150井、X853井为2口低产井，日产气量均在5×104m3左右，储层为典型的工类高阻抗储层，该类井往往优质储层厚度相对较薄(不超过10m)，且裂缝网络欠发育，储层与上覆低阻抗泥岩波阻抗差异大，地震剖面对应中强振幅，储层顶界对应强波峰，大部分须二段储层及超致密砂岩均具有此类特征。
过井剖面上，X856、X2井产层段所在部位地震反射在PP波(通常称P波)变密度剖面上表现为暗点特征(图3-a)，波形加变面积剖面上表现为明显的杂乱弱反射(图3-b)，而L150井位于强连续反射区。多口井统计分析表明，高产井旁往往形成杂乱弱反射，而低产井和不产气钻井位于强连续反射区。此外，受工程测试手段因素影响，初产30×104m3/d，2d后快速衰竭并出水最终未能获工业产能的CX565井亦位于杂乱反射区域。分析认为杂乱弱反射主要为规模裂缝与优质储层叠加形成的高效储渗体的宏观地震响应，该类区域勘探开发，获得中高产的可能性很大。
 

2.2.2 PS波地震响应模式识别
    多波地震勘探是进行隐蔽油气藏勘探的一种非常有潜力的手段，被许多国内外石油和地球物理公司列为技术跟踪对象，弹性纵波在地下传播过程中，在有物性差异的地层分界面上除了产生反射纵波，还产生转换横波。纵波信息是地下地层骨架、孔隙、孔隙流体等特征的综合反映，而横波则只与地层的骨架、孔隙度等有关，与孔隙流体性质无关，因此综合转换横波和纵波的地震信息，预测储层特别是含气性储层比单纯利用纵波信息更加有效。其主要应用范围包括：真假亮点识别、气云屏蔽、岩性屏蔽成像、裂隙预测、砂泥岩储层预测和流体识别等[11～12]，正是基于此，新场地区实施了川西首块针对深层须家河组储层的3D3C(三维三分量)多波地震勘探。
通过PP波、PS波剖面特征对比分析发现，与苏里格、广安等地区主要针对岩性气藏的多波勘探真假亮点识别模式不同[13]，川西裂缝性致密砂岩储层以暗点特征出现，且暗点特征可划分为2种类型(图4)：单弱类型和双弱类型，这在目前多波勘探工业化初期极为少见，对2种类型地震响应的地质与地球物理成因进行分析认为：
 

    PP波暗点+PS波暗点类型(双弱)：存在大型裂缝网络或天然气储渗体，裂缝发育程度破坏岩石骨架并导致其难以稳定成像。该类型以X2、X856井为典型代表，该类为最优组合，反映高效储渗体最为发育，该区域勘探开获得高产可能性较大。
    PP波暗点+PS波非暗点类型(单弱)：存在较大型裂缝网络或天然气储渗体，裂缝网络未明显影响岩石骨架稳定成像。该类型以获得初产23×104m3/d，稳产约10×104m3/d的X3井为典型代表，该类为次优组合。该区域勘探开发获中高产能可能性较大。
    实际研究中，利用钻井纵横波测井资料进行的地震模型正演获得了相似的地震响应。
3 高效储渗区分布预测
    地震剖面上，新场地区须二段暗点纵横向分布不规律。横向上，相距不足1000m区域已有很大的变化，纵向上分布以须二中亚段为主(T3x24- T3x26)。如何刻画暗点对应的高渗区分布是地震预测技术面临的新课题，新场地区须二段地震暗点识别主要采用吸收增强处理及像素成像三维可视化子体刻画技术。
    图5-a为通过基于小波变换的多尺度吸收增强处理后不同暗点子体在不同时窗上的可视化立体显示图[14]，可以看出，宏观上须二段中部存在5～6个吸收异常子体，各子体存在于不同的时间段(或深度范围)，图5-b为利用像素成像技术Texture属性对暗点进行的空间可视化刻画图，杂乱反射得以清晰刻画。
    在构造主体部位识别了须二中亚段6个PP波/PS波杂乱弱反射区，杂乱弱反射区即对应高效储渗体分布区-高渗区，如图6，PP波+PS波双弱反射区域是勘探开发部署井点优选区域，该图件的编制为开发井位部署提供了重要基础资料。从目前多口勘探开发钻井实钻情况看，基于该模式部署钻井成功率及高产率均明显上升，此外，X2井裂缝网络较X3井发育、含气性较X3井好，在振幅信息方面，2口井转换波特征差异最为典型，前述关于“双弱”为最优组合的推论形成于X3井勘探成功之前，应该说得到了X3井的验证。
 

    此外，在具有极强非均质性的致密碎屑岩气藏中，裂缝系统具有极端重要性，加上超低渗致密砂岩及泥岩夹层纵横向极强的分隔和封盖能力，构造圈闭线不代表气藏边界，斜坡区域亦可能发育高效储渗区(图1)，因此，构造翼部杂乱反射区亦是勘探需要探索的重要区域。正是基于此，勘探实践中创新部署思路，XC8井就部署于X856井南翼构造圈闭线以外的高渗区，该井目前已获成功，该区域勘探已向斜坡迈进，这同时极大地拓展了川西深层裂缝性致密碎屑岩气藏勘探开发领域。
4 结论
    1) 深层裂缝性致密碎屑岩气藏非均质性强，高效储渗区内可以获得高产稳产，“杂乱弱反射”地震暗点模式可作为高效储渗区预测的重要手段之一。
    2) 综合利用3D3C多波勘探地震资料，提出了PP波/PS波“单弱”及“双弱”2种暗点类型，双弱类型为最优组合，该类区域部署，可望获得高产，降低勘探风险。
    3) 针对杂乱弱反射采用吸收增强处理及像素成像暗点可视化子体刻画技术可较好地解决高渗区的横向预测问题。
    4) 高效储渗区地震识别模式逐步得到钻井证实，根据暗点模式部署的钻井成功率及高产率明显提高，对类似气藏勘探具有借鉴作用。
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(本文作者：叶泰然 张虹 唐建明 中国石化西南油气分公司勘探开发研究院德阳分院)