四川盆地中部地区致密河道砂岩气藏高产井地震模式及井轨迹设计

2020-10-14肖富森洪海涛王小娟李明秋杨广广干大勇

天然气勘探与开发 2020年3期

朱讯肖富森洪海涛王小娟关旭邹娟李明秋杨广广干大勇

中国石油西南油气田公司勘探开发研究院

0 引言

四川盆地中部地区（简称川中地区）中侏罗统沙溪庙组气藏为典型致密气次生气藏[1-3]，自2013年老井上试获得勘探突破以后，仅在对外合作区块BJC区块开展了滚动勘探开发工作，截至2019年12月底共15口井投入试采，累产气超过11.81×108m3，单井平均日产气超过7×104m3，展现出良好的开发潜力。前期认识成果明确四川盆地致密气资源丰富，其中川中地区沙溪庙组二段致密河道油气显示频繁，有利面积达10 000 km2，资源量估算超过万亿立方米，气藏勘探开发潜力大[4-6]，是中国石油西南油气田增储上产的重要领域之一。2018年西南油气田致密气主攻领域由须家河组转入沙溪庙组，并立足于川中地区以沙二段致密河道为主要对象，在三维地震河道精细刻画基础上，利用新井钻探和老井试修相结合证实了沙溪庙组多条河道大面积含气，目前不同区块相继进入勘探开发的不同阶段。然而已取得的勘探开发成果表明沙溪庙组具有河道发育复杂、优质储层纵横向非均质性强等地质特征[7-8]，单纯依据河道的地震刻画成果部署井位产能存在明显差异，同时优质储层地震识别存在着多解性，难以全面满足致密气高效勘探开发的需求。为此，针对勘探开发需求及地震难题，充分利用地质、测井和地震资料，分析高产井优质储层发育模式，利用高分辨率地震资料开展了优质储层地震响应特征分析，结合含气性预测成果建立了高产井地震响应模式，进而提出了井轨迹设计方案。相关研究成果支撑了该区致密气开发井位部署和井轨迹设计，为致密气高效开发奠定了基础。

1 研究背景

1.1 地质特征

1.1.1 构造及地层特征

川中地区构造位置位于川中古隆平缓构造区，区域构造平缓[9-11]，表现为南东高北西低的斜坡背景，局部发育局部背斜和鼻状构造。侏罗系沙溪庙组内部主要为正断层，在区内广泛分布，断层规模小，局部发育向下断至下侏罗凉高山组和须家河组断层可视为烃源断层，为下伏优质烃源岩提供了油气充注通道。川中地区沙溪庙组岩性主要为紫红色泥岩夹浅灰色块状细—中砂岩为主，表现出“泥包砂”的特征，厚度分布在800～2 200 m，自下而上分为沙一段、沙二段，其中沙二段厚度介于900～1 000 m，纵向上可划分为4个亚段，河道砂体发育，为目前该区致密气勘探开发的主要目的层段。

1.1.2 储层基本特征

沙溪庙组储层发育主要受河道发育的控制，储层岩性以岩屑长石砂岩和长石砂岩为主，粒度以中—细粒为主，储集空间主要为粒间孔，次为粒内溶孔；孔隙度主要分布在8% ～16% ,平均为12.31%（图1a），渗透率主要分布在0.01～1.00 mD（图1b）。选取储层段孔隙度7.2%～13.6%的岩心样品开展覆压条件下孔渗分析，结果表明沙溪庙组河道储层覆压渗透率主要分布在0.003 1～0.064 5 mD之间，依据《致密砂岩气地质评价方法》（GB/T 30501-2014），川中沙溪庙组河道储层属于典型致密砂岩储层。

图1 川中地区沙溪庙组典型河道储层物性分析直方图

1.2 开发部署面临的主要问题

由于河道砂岩与泥岩层速度存在差异，砂体储层孔隙度越高，砂体层速度越低，与泥岩的速度差异越大，声阻抗正差异越明显，在地震上形成有效的“亮点”反射。因此川中地区沙溪庙组河道整体表现为强振幅能量的“亮点”地震反射特征，2018年在河道“亮点”区带中根据储层预测成果部署探井及评价井产能差异大，其中高产井如探井QL16井测试获气35.51×104m3/d，中低产井如QL202-H1测试获气5.05×104m3/d，QL17测试获气2.04×104m3/d，通过单一的“亮点”地震响应模式难以满足气田效益勘探开发的需求，因此分析高产井控制因素并从“亮点”分布带中建立高产井模式并明确井型设计方案是实现浅层强非均质性致密河道效益勘探开发的关键。

2 河道精细刻画

川中地区沙溪庙组气藏为明显的次生气藏[12-13]，油气富集受优质烃源、烃源断裂、规模河道砂体的共同控制。由于川中地区地处四川盆地两大烃源层的交汇区[14-18]，同时区内烃源断层发育，规模河道砂体的发育控制着该区气藏的富集程度[19-20]。因此对河道的精细刻画是该区井位部署的基础。

2.1 井震标定

通过对河道砂岩取心段的岩心标定测井分析，川中沙溪庙组河道砂组测井曲线表现为“三高两低”特征，即高声波、高中子、较高电阻率、低伽马与低密度（图2）。

根据单井河道砂组精细合成记录标定，川中地区河道砂组地震响应特征表现为：砂体顶界对应波谷，砂体底界对应波峰强振幅能量“亮点”的反射特征（图3）；通过新井实钻进一步证实了河道砂“亮点”地震反射模式可靠。

2.2 多手段河道刻画

图2 川中地区QL17井沙溪庙组二段河道砂组综合柱状图

图3 川中地区沙溪庙组河道合成记录标定图

根据河道砂组地震“亮点”反射模式，利用三维可视化技术、地震异常体检测技术、人工交互解释技术精细刻画出沙溪庙组河道砂体纵横向展布，明确川中地区沙溪庙组河道宽度主要介于300～1 500 m，河道砂体厚度主要介于10～30 m（图4）。目前川中地区河道三维地震刻画成果可靠，但是仅凭河道刻画成果无法满足后续开发井部署工作，因此笔者根据已有测试井开展产能主控因素分析，为后续部井模式奠定基础。

3 产能主控因素分析

3.1 气井产能受控于优质储层发育程度

由于区内储层总体表现为低孔、致密特征，为评价相对优质储层，根据孔隙结构参数和平均毛管压力参数，结合岩心薄片、扫描电镜、物性、压汞、核磁等分析，将川中地区沙溪庙组河道储层分为3类（表1），其中相对优质储层为ⅠⅡ类储层，岩性以细—中砂岩为主，孔隙类型以粒间孔和粒内溶孔为主，孔隙度大于10%，渗透率大于0.1 mD，孔喉连通性好。

图4 川中地区沙溪庙组主要河道平面分布图

表1 川中地区沙溪庙组河道储层分类评价表

根据区内QL201-H1、QL205-H1生产测井解释结果分析，QL202-H1井的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类储层占比分别为62.42%、18.3%、19.26%，测试产量占比分别为53.27%、13.07%、33.67%；QL205-H1井Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类储层的占比分别为26.32%、28.95%、44.74%，测试产量占比分别为38.73%、30.03%、31.24%，可见区内单井产能主要由Ⅰ、Ⅱ类储层贡献，测试产量占55%～80%，Ⅰ类储层产能贡献40%以上，因此河道内优质储层的发育程度影响气井产能。

3.2 储层富气程度影响单井产能大小

由于川中地区沙溪庙组属于典型孔隙型储层，采用阿尔奇公式计算含气饱和度，根据阿尔奇公式电阻率与含水饱和度呈反比，与含气饱和度呈正比；由于在工区内同期河道岩性组合特征相似，因此储层电阻率越高，含气性越好。统计已完成测试单井分析，储层电阻率与单井测试产能成明显正相关关系（图5），储层电阻率越大，单井测试产能越大，目前川中沙溪庙组测试为干层或无阻流量小于15×104m3/d的Ⅲ类井深电阻率分布在15.5～26.6 Ω·m，平均为21.24 Ω·m；测试无阻流量大于30×104m3/d的Ⅰ类井深电阻率分布在26.95～93.2 Ω·m，平均为60.64 Ω·m；因此河道储层富气程度影响单井产能大小。

图5 川中地区沙溪庙组获气井单位厚度产能与电阻率关系图

3.3 储层改造有效提高单井产量

由于川中地区沙溪庙组气藏属于典型致密砂岩气藏，气井表现为自然产能低，压裂改造后才能获得较高工业气流。气井在压裂前主要表现为出口无显示或者微气的特征，通过加砂压裂后测试产量介于1.14×104～35.51×104m3/d，增产效果明显。同时通过工区内Q8井压力恢复试井分析，选用“两区复合地层”模型进行解释，解释井筒储集系数1.55，近井区半径45 m范围内渗透率0.09 mD，表皮系数-1.90，远井区渗透率为0.021 mD，表明通过压裂改造，近井地带储层得到有效改善（图6）。因此针对致密河道砂岩气藏储层改造能有效提高单井产量。

图6 川中地区沙溪庙组压力恢复双对数拟合曲线图

综上分析认为针对川中地区致密河道砂岩气藏气井产能主要受河道砂岩优质储层发育程度、储层富气程度以及储层改造3大因素控制。因此在明确产能主控因素基础上，开展高产井地震响应模式及井轨迹设计研究能有效指导后续开发建产井部署工作。

4 高产井地震模式及井轨迹设计

4.1 优质储层地震响应模式

4.1.1 优质储层地震正演分析

通过地震正演分析表明当孔隙度固定（8%），河道砂储层厚度越大，砂体底界“亮点”波峰反射越强；当河道砂体储层厚度一定时（12 m），砂体底界“亮点”波峰反射随着储层孔隙度的增加波峰反射增强，其中储层孔隙度超过10%时（优质储层发育）明显表现出河道砂体底界地震反射强振幅的特征（图7）。

正演模拟结合实际地震资料，明确沙溪庙优质河道砂组砂体越厚、泥质含量少、储层厚度越大、物性越好，砂体底界波峰反射越强。

4.1.2 实钻井模式分析

应用最大振幅能量定性预测优质河道砂展布规律，利用河道砂“亮点”最大振幅能量属性有效区分优质砂体分布位置，如QL203-H1井，井轨迹前段平均振幅仅为19 000，平均孔隙度9.2%；井轨迹后半段平均振幅34 000，平均孔隙度达11.7%。同时统计区内各单井最大振幅能量与储能系数具有较好的正相关关系（图8）。利用河道砂“亮点”最大振幅能量属性有效区分优质河道砂体分布位置。

4.2 地震含气性预测

图7 川中地区沙溪庙组储层地震正演分析图

图8 优质储层模式与实钻结果对比图

川中地区致密河道砂岩气藏气井产能受储层富气程度的控制，因此开展地震含气性预测，明确致密河道富气部位有利于开发井位部署工作。川中地区含气河道通常表现为第Ⅲ类AVO响应特征（CRP道集及正演道集上均表现为“远道强、近道弱”），由于不同河道，甚至同一条河道不同位置，含气性具有较大差异，需对含气性变化开展精细预测。本次研究基于岩石物理分析和叠前弹性参数反演技术，对QL区块开展三维地震叠前含气性检测攻关研究，由于泊松比与河道砂组电阻率存在明显正相关关系，井震结合优选出泊松比为本区河道储层含气性敏感弹性参数，最终预测河道储层含气性分布规律（图9），实钻井测试结果与地震含气性预测结果吻合度较高，在河道储层泊松比低值区含气性好、测试产能高，因此后续开发井应部署在地震含气性预测低泊松比的富气区。

4.3 井轨迹设计

根据致密储层压裂物理模拟试验及裂缝延伸规律研究表明针对致密储层水力压裂缝主体延伸方向与水平最大主应力方向保持一致[21]；川中地区致密河道储层实际钻井证实井轨迹设计垂直（斜交）最大主应力方向，有利于储层改造，测试效果较好，如QL16井轨迹与最大主应力夹角达86.2°，通过加砂压裂微地震监测时间点1 164个，平均压裂缝长246.4 m，改造效果较好，通过测试获得产量35.51×104m3/d，增产效果明显。此为提高储层改造效果，后续开发井井轨迹在平面上设计应与最大主应力垂直或大角度斜交。

5 应用效果

图9 川中QL地区致密河道储层泊松比地震含气预测平面分布图

为验证川中地区致密河道砂岩气藏高产井地震模式及井轨迹设计方案可靠性，在川中QL地区沙溪庙组8号河道新增部署了4口试采井，如QL10-H1、QL205-H2井，平面上部署在优质河道强振幅“亮点”模式及含气性预测低泊松比富气区域，从地震剖面上沿着QL10-H1、QL205-H2井轨迹强振幅亮点集中发育同时为了有利后期储层改造井轨迹设计与最大主应力呈大角度斜交。实钻河道砂优质储层发育，其中在强振幅预测区内Ⅰ、Ⅱ类储层钻遇厚度分别达242.4 m、636.1 m，平均孔隙度分别为12.5%、12.35%，通过射孔加砂压裂测试天然气无阻流量高达33.6×104m3/d、69.32×104m3/d。近期在该区利用“强振幅“亮点”+低泊松比+垂直（大角度斜交）最大主应力方向”的模式部署QL207-5-H2井有利目标靶体873 m，通过实钻钻遇气层869 m，气测值平均26.58%，最高51.07%，振幅区内Ⅰ、Ⅱ类储层钻遇率超过80%；经加砂压裂后该井测试获83.88×104m3/d高产工业气流，计算无阻流量214.05×104m3/d，再次刷新四川盆地致密气沙溪庙组最高测试产量纪录。因此利用该部署模式实现了致密气开发井位的高效部署，为致密气规模效益勘探开发提供强力技术支撑。