鄂尔多斯盆地某区煤系致密砂岩气综合预测方法

2021-12-01张晨林

中国煤炭地质 2021年9期

张晨林

(中国煤炭地质总局地球物理勘探研究院，河北涿州 072750)

0 引言

在非常规天然气中，煤系地层中的资源占主体，也是非常规气领域研究的热点。目前对煤系地层煤系三气(煤层气、页岩气、致密砂岩气)等非常规天然气资源的认识不足，勘探欠缺。煤系致密砂岩气藏是一种低孔隙度( <10%) 、低渗透率(<1×10-2μm2) 、低含气饱和度(<60%) 非常规天然气藏，是天然气克服毛细管压力作用经活塞式运移形成的，具有“源储紧邻、源盖一体、持续充注”的成藏特点。致密砂岩气藏的形成需要具备充足的气源、足够大的早期圈闭、具有一定的储集性能、保存条件好、处于油气运移指向区的古隆起高部位、良好的配置关系等[1-4]。

目前中国发现的大型的致密砂岩气田均为来自煤系中Ⅲ型泥岩或腐殖煤产生的气体[5-6]。鄂尔多斯盆地苏里格、大牛地、榆林、子洲、乌审旗、神木和米脂 7 个致密砂岩大气田气源分别发育于石炭系本溪组、二叠系太原组和山西组3套煤系；四川盆地合川、新场、广安、安岳、八角场、洛带和邛西 7 个致密砂岩大气田气源产生于上三叠统须家河组煤系。当前，致密砂岩气孔渗极低，只有从煤系地层中连续不断供气，才能形成比较好的气田[7-9]。

本文根据致密砂岩气的控制因素，采用测井和地震资料综合预测致密砂岩气富气情况。

1 二叠系山西组岩性特征

本区山西组自上而下分为山1段和山2段，山1段主要为砂岩和泥岩，局部夹煤线沉积[10-11]。山西组1段沉积与电性特征明显，底部、中部和上部三分性明显，底部为一套15～20m厚的底砂岩，电阻为40～50Ω·m，自然伽马为50～60API，测井声波速度、密度较低，储层性能较好。中部为水进体系的泥岩与薄层砂岩互层，一般为30～50m厚，砂岩电阻为为50～60Ω·m，泥岩电阻为30Ω·m，自然伽马为60～90API，测井声波速度、密度较高，储层性能不好。上部为砂岩集中段，是水退环境下的沉积，为厚层砂岩夹泥岩，砂岩电阻率为80～90Ω·m，自然伽马为60～90API，测井声波速度、密度相对较低，储层性能较好。山1段优质储层主要发育在底部(伽马低、密度低、电阻率中等)。

山2段是煤系地层集中发育层段，自下而上煤层变薄。根据山2段砂岩和煤层的分布关系，将山2段砂岩分为煤层上、煤层中和煤层下三套。总体上山2段比山1段砂岩富集。

通过分析区内W1井、ZK1303井、W4井、W3井山西组的砂岩沉积特征，认为区内主要有水下分流河道沉积(伽马曲线为明显的下粗上细正旋回)、河口坝沉积(伽马曲线为明显下细上粗的反旋回)和前三角洲席状砂沉积(薄层犬牙状)，其中“坝(河口坝)道(水下分流河道)”相互叠置现象比较普遍。

在图1中可以看出W1井的山2段煤层下、煤层中和煤层上3套砂岩发育齐全，其中煤中的砂体为河口坝砂上叠置了一个水下分流河道砂。W1井的山1段有4套砂岩，其中底部的砂岩厚度近12m，其由底部席状砂上叠一个水下分流河道，再叠置一个河口坝复合而成。

ZK1303(图2)、W4(图3)和W3(图4)井和W1井沉积微相相同，但砂体横向变化很大。

图1 W1井山2段砂岩主要为水下分流河道、河口坝、席状砂Figure 1 Well W1 Shanxi Formation member S2 mainly underwater distributary channel, channel-mouth bar and sheet sand

图2 ZK1303井山西组砂岩主要为水下分流河道、河口坝、席状砂Figure 2 Well ZK1303 Shanxi Formation sandstone mainly underwater distributary channel, channel-mouth bar and sheet sand

图3 W4井山2段砂岩主要为水下分流河道、河口坝、席状砂Figure 3 Well W4 Shanxi Formation member S2 sandstone mainly underwater distributary channel, channel-mouth bar and sheet sand

图4 W3井山西组砂岩主要为水下分流河道、河口坝、席状砂Figure 4 Well W3 Shanxi Formation sandstone mainly underwater distributary channel, channel-mouth bar and sheet sand

2 砂岩测井响应特征与识别

根据对录井岩屑分析及测井资料响应特征，研究区岩性为泥岩、砂岩、灰岩、炭质泥岩、白云岩、煤层，探测煤系致密砂岩气的储层岩性主要为砂岩。录井等现场资料刻度下，根据测井响应特征上可以识别煤层、炭质泥岩、砂岩、泥岩等不同的岩性。

图5 砂岩、泥岩测井响应特征Figure 5 Sandstone and mudstone logging responding features

从图5砂岩的测井响应特征图中可以看出，砂岩具有“四低中、一中高”的测井响应特征：即低—中自然伽马值、低—中补偿中子、低—中体积密度值、低—中声波时差、中高电阻率值，以此可以从煤层、炭质泥岩、砂岩、泥岩等多种岩性种识别出砂岩。利用交会图技术可以对不同岩性进行测井识别(图6，表1)。

表1 不同岩性测井响应数值统计Table 1 Statistics of different lithologic loggingresponding numerical values

图6 利用交会图技术识别不同岩性的交会图Figure 6 Using cross plotting technology identified different lithologic cross plot

3 致密砂岩气含气特征及“富气甜点”区预测

3.1 测井资料致密砂岩“甜点”预测

通过以上交会图可以找出砂岩分布区域，然后利用测井资料处的砂岩厚度解释出全区的砂岩厚度分布图，在砂岩厚度解释的基础上，根据钻孔处的含气情况再研究从砂岩中解释出优质砂岩，优质砂岩就是可能的含气砂岩，以此圈出“富气甜点”区。图7是山1段、山2段砂岩厚度分布及其对应的含气砂岩“甜点”分布图。

图7 山1段(左)、山2段(右)砂岩厚度等值线图(m)及含气“甜点”区分布Figure 7 Shanxi Formation member S1 (left), member S2 (right)sandstone thicknesses and gas-bearing “dessert” areas distribution

在这里需要特别指出的是，山2段砂岩富气“甜点”是最有利的或最可能的含气有利区，在山2段砂体中，有4个富气“甜点”区，自北而南依次为ZK1702、ZK1504、ZK1502、ZK1305、ZK1303富气“甜点”区；ZK905、ZK804富气“甜点”区；ZK201井富气“甜点”区；W3井富气“甜点”区。

3.2 地震资料致密砂岩“甜点”预测

通过对研究区地震资料进行叠前反演，利用叠前反演数据体做沿砂岩层的振幅切片图，在切片平面图上就可以圈定山1段、山2段致密砂岩富气“甜点”区，图8分别有W1井富气“甜点”区，W2井富气“甜点”区，ZK1301井富气“甜点”区，ZK204井富气“甜点”区，W3井富气“甜点”区。山1段有5个富气“甜点”区，自北而南分别为W1井富气“甜点”区， ZK1103井富气“甜点”区，W2井富气“甜点”区， ZK204井富气“甜点”区，W3井富气“甜点”区。山2段分北部、中部和南部三个富气“甜点”区，北部为W1井富气“甜点”区；中部为ZK1301井富气“甜点”区，南部为W3井富气“甜点”区。

图8 山1段(左)、山2段(右)地震反演致密砂岩富气“甜点”分布Figure 8 Shanxi Formation member S1 (left), member S2 (right)seismic inversion tight sandstone gas-rich “dessert”areas distribution

4 致密砂岩气“甜点”区综合评价

致密砂岩含气的“甜点”评价与优选的原则有4个方面：第一是距“气源岩层”的远近，目前分析认为“气源岩层”是煤系地层，研究区的煤系地层主要是山西组2段。第二是构造控制因素，在有大断裂沟通的“背斜”部位和大型“断鼻”构造部位，在这些部位只要有储层发育，都是有利的含气层段。第三是位于“气源岩层”系内的岩性体，因砂体横向尖灭而形成含气岩性体。第四是保存条件，在东部地层上倾剥蚀区，致密砂岩气发生“逸散”，含气性较差。基于控制因素，再结合测井资料预测的“富气甜点”区和地震资料预测的“富气甜点”区进行综合评价富气情况，最终在山1段圈定甜点区域4个(图9左红色虚线框)，山2段圈定甜点区域3个(图9右红色虚线框)。