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有效孔隙控制了天然气的分布,裂缝控制了天然气的高产。
四川盆地川西坳陷须家河组气藏具有超深、超高压、超致密等特征,储层和高产富集带预测难度大。
利用三维三分量地震勘探技术,可有效解决优质储层预测、裂缝检测、含气性识别等关键问题。
该技术在川西坳陷深层致密砂岩气藏勘探中应用取得了显著效果,使须家河组二段钻井成功率从15%提高到89%,高产井命中率从9%提高到67%,探明天然气地质储量1211∀108m3,实现了川西致密气田的高效勘探。
关键词:
有效储渗体;
三维三分量地震勘探;
储层预测;
深层致密砂岩;
天然气富集、高产;
须家河组气藏;
川西坳陷;
四川盆地中图分类号:
TE122.3文献标识码:
A
Gasaccumulationpatternsandkeyexplorationtechniquesofdeepgasreservoirsintightsandstone:
anexamplefromgasexplorationintheXujiaheFormationofthewesternSichuanDepression,theSichuanBasin
CaiXiyuan
(ChinaPetroleum&
ChemicalCorporation,Beijing100029,China
Abstract:
Deeptightgasreservoirsarecharacterizedbydeepburialdepth,poorreservoirqualityandlowproductionrate,butlargeexplorationpotentials.Distributionoffavorablesourcerockscontrolstheplanardistributionofgasreservoirs,andeffectivereservoirs!
indeeptightsandsarethekeytogasaccumulationandproduction.Theirdevelopmentisunderthecontrolofstructure,sedimentaryfaciesanddiageneticfacies.Effectiveporositycontrolsgasdistribution,whilefracturecontrolsgasproductionrate.ThegasreservoirsintheXujiaheFormationinthewesternSichuandepressionfeatureinultradeep,superpressureandextratigh,tchallengingpredictionofreservoirsandsweetpoints.The3D3Cseismicexplorationtechnologyiscapableofsolvingsuchproblemsasqualityreservoirprediction,fracturedetectionandgaspotentialidentification.IthasbeensuccessfullyappliedtoexplorationofthedeeptightgasreservoirsinthewesternSichuandepression.ThesuccessrateofexploratorydrillinginthesecondmemberoftheXujiaheFormationisraisedfrom15%to89%,andhighyieldwellratioincreasesfrom9%to67%,andthediscoveredgasinplaceis1211BCM.HighefficiencyexplorationoftightsandgasisrealizedinthewesternSichuandepression.Keywords:
effectivereservoir,3D3Cseismicexploration,reservoirprediction,deeptightsandstone,sweetpoin,tgasreservoirintheXujiaheFormation,westernSichuanDepression,SichuanBasin深层致密砂岩油气藏作为一种特殊油气藏,在世界范围内已受到人们的高度关注
[1~5]
。
自20
世纪80年代以来,多位专家提出了深盆气(Masters,1979、盆地中心气(Rose,1986和连续型油
708石油与天然气地质第31卷
气藏(Schmoker,1995等概念,就是针对在含油气盆地中广泛分布的致密砂岩和其他非常规储层(页岩气、煤层气的勘探评价,试图用新的思维和技术方法评价其油气资源前景和勘探潜力,将前人认为非可采油气资源变为可勘探、开发、利用的能源。
2007年,Raymond等在世界石油委员会报告中评价认为,世界致密砂岩气藏天然气资源量约为114∀1012m3,是未来重要的勘探增储领域。
中国自1971年发现川西中坝气田之后,也逐步系统地开始了对致密砂岩含气领域的研究。
勘探实践表明,我国致密砂岩气藏分布领域广,类型多样,在所有含油气盆地的深部,如四川、鄂尔多斯、吐哈、松辽、准噶尔、塔里木等10余个盆地,都具有形成致密砂岩气藏的地质条件。
致密砂岩储层具有分布面积广、埋藏深度大、成岩演化作用复杂、储层物性差、非均质性强和不完全受制于达西定律和浮力驱动的运聚成藏特点,且单井产能低,常规勘探技术难以达到勘探目的。
近年来,随着勘探技术的进步,在四川和鄂尔多斯的勘探实践证明了致密砂岩蕴藏有丰富的天然气资源,不仅可以富集成藏,而且可以形成大型、特大型气田,只是这些气田的评价和勘探技术与常规油气勘探相比具有明显不同。
本文以四川盆地川西坳陷须家河组近年的勘探实践为基础,总结深层致密砂岩大中型油气田的油气富集规律和高产主控因素的预测技术。
1地质背景
川西坳陷位于四川盆地西部,大地构造位置处于龙门山造山带以东、扬子地块西北缘,走向北东,总面积约31∀104km2[6]。
晚三叠世以来,川西坳陷经历了印支、燕山、喜马拉雅多期构造运动作用,始终处于受盆缘山系隆升与挤压控制的被动沉降环境[7~9]。
川西坳陷发育浅中层(侏罗系下白垩统、深层(三叠系须家河组和海相(马鞍塘组、雷口坡组等三大勘探领域(图1。
十五!
以前,探明的天然气储量主要集中在中浅层;
深层须家河组由于地质条件复杂,储层为致密低渗砂岩,具有很强的非均质性[10~14]和流体异常超高压[15,16],故在勘探开发过程中遇到了不少困难,虽然取得一定发现,但未取得实质性突破和进展。
十一五!
以来,在早聚、中封、晚活化!
深层
图1川西坳陷须家河组地层简图
Fig1SimplifiedstratigraphiccolumnoftheXujiahe
FormationinthewesternSichuanDepression
致密碎屑岩的天然气成藏理论指导下,通过典型井解剖和储层的再评价,认识到须家河组致密低渗砂岩虽然具有很强的非均质性,但仍发育一定的有效基质孔隙和裂缝,其中有效孔隙控制了天然气的分布、裂缝控制了天然气的富集和高产。
因此,如何准确预测储层有效孔隙分布和裂缝发育带是高效勘探的关键。
勘探实践证明,三维三分量地震勘探技术可有效解决优质储层预测、裂缝检测、含气性识别等关键问题,在川西坳陷深层致密砂岩气藏勘探中应用取得了显著效果。
2深层致密砂岩气藏天然气富集规律
21烃源岩发育区控制天然气的分布
川西坳陷处于四川盆地上三叠统的沉积中心和生烃中心。
上三叠统是一套以含煤碎屑岩系为主的地层,烃源岩主要分布于须(须家河组一段、须三段、须五段,具有厚度大、分布广、有机质丰度高的特点。
其中,马鞍塘组小塘子组烃源岩有机质类型以#型、∃型干酪根为主,显微组分含大量类脂组;
须三段、须五段以%型干酪根为主,为有机质丰度高(残余有机碳含量为113%~347%、品质好的煤系烃源岩[17]。
烃源岩生气强度高,彭州-灌县生烃中心最大可达
第6期蔡希源.深层致密砂岩气藏天然气富集规律与勘探关键技术709
图2川西坳陷上三叠统生烃强度平面图
Fig2PlaneviewofhydrocarbongeneratingintensityoftheUpperTriassicinthewesternSichuanDepression
200∀108m3/km2以上,大部分地区生气强度在30∀108m3/km2以上,具备形成大中型气田的烃源条件[18~22]。
根据郑冰和曾华盛的计算,川西坳陷中段须家河组天然气资源量为11984∀108m3,目前的发现主要集中在烃源岩发育区内的孝泉-丰谷构造带和龙门山前缘大邑-鸭子河构造带。
须家河组已查明圈闭38个,以构造-岩性圈闭为主,主要围绕生烃凹陷呈环形分布(图2,大部分为印支晚期或燕山早期形成的,燕山中、晚期继承性发展,喜马拉雅期改造定型。
随着地质认识和技术的进步,勘探逐步向深凹区的岩性气藏发展,最终可形成满凹含气的场面。
22构造、沉积、成岩作用控制圈闭的发育与分布
目前,在须家河组二段和四段发现的多个气藏均具有极强的非均质性,同一地区同一构造的不同部位含气性有较大差异。
综合研究表明,构造、沉积环境和成岩作用是造成这一差异的主要因素。
1构造演化对圈闭形成和展布的作用
川西坳陷经历了多次构造形变,具有构造雏形出现早、定型晚的特点,与生烃高峰期相匹配的燕山中、晚期构造对油气的早期聚集具有重要作用,大型古隆起及其斜坡是油气富集的有利部位。
由于喜马拉雅期构造形变较强,形成了众多局部构造,对早期油气藏具有很强的调整和改造作用,主要表现在以下两个方面:
一是局部构造位置控制着油气的分布,使得单个圈闭高部位含气、低部位可能含水;
二是形成的裂缝系统与相对优质储层相匹配,构成天然气高产、富集带。
2沉积相对圈闭形成的作用
须家河组二段砂岩孔隙度一般为2%~5%,须家河组四段砂岩孔隙度一般为5%~8%,渗透率都小于01∀10-3m2。
但在这两段也分别发育孔隙度为6%~12%和8%~12%、渗透率大于03∀10-3m2的相对优质储层,如位于新场构造北翼的新7井TX26砂组平均孔隙度为902%,平均渗透率为0399∀10-3m2,最大孔隙度为1212%,最大渗透率为1092∀10-3m2。
研究表明,这些相对优质储层与河口坝和分流河道密切相关,即高能沉积相带是岩性圈闭形成的基础。
710石油与天然气地质第31卷
3成岩演化对圈闭形成的作用
成岩作用研究表明,绿泥石衬垫和溶蚀作用是主要的建设性成岩作用。
绿泥石衬垫有抵抗压实的支撑作用和阻止石英次生加大的作用,使得部分原生孔得以保存下来;
溶蚀作用通过溶解长石和喷出岩岩屑形成次生孔,主要溶蚀期低势能区是溶蚀孔发育的有利区。
这两项建设性成岩作用大幅提高了储层的孔隙度,有利于成岩圈闭的发育。
上述构造、沉积、成岩的共同作用,形成了构造-裂缝、构造-岩性、岩性-裂缝等多种类型的圈闭。
构造-裂缝、构造-岩性圈闭主要发育在坳陷的周边,岩性、岩性-裂缝圈闭主要分布在坳陷中心。
23有效储渗体是天然气富集、高产的关键
通过探井解剖和储层的再认识,发现有效储渗体!
是深层致密砂岩气藏天然气富集、高产的关键因素。
有效储渗体!
是指由孔隙和裂缝组成,具有一定储集空间、疏导能力和含气性的实体(图3,其发育受构造、沉积相和成岩相3种因素控制。
有效孔隙发育带是深层致密砂岩气藏稳产的基础。
虽然须家河组自须五段到须二段储层普遍含气,但要形成具一定规模的气藏、甚至气田,必须具有广泛发育的具一定孔渗性的良好储层作支撑,否则难以形成具一定经济开采价值的气藏。
川西勘探实践证明了仅靠裂缝发育是不够的,它只能获得较高的初期产能,但因储集空间有限不
图3有效储渗体模式图
Fig3Modelofeffectivereservo
irs
图4川西坳陷须家河组储层裂缝密度与产能的关系
Fig4Relationshipbetweenfracturedensityandproduction
capacityoftheXujiaheFormationinthewestern
SichuanDepression
能保持稳产。
例如丰谷构造的CF175井便是如此,该井钻遇须四段裂缝性气层发生强烈井喷,估计产能为几十万方,当事故处理完毕基本无产能。
新场须二中亚段气藏和高庙子须二中亚段气藏发育有较好基质孔隙的储层,当这些储层具有一定厚度时,即使无明显裂缝改造也可以获得稳定的工业产能。
如须二段储层孔隙度平均仅361%,渗透率平均仅0084∀10-3m2,为致密甚至超致密储层,但非均质性极强,区内最大孔隙度可达1676%,最大渗透率接近1∀10-3m2,揭示了致密化背景上发育相对优质储层。
因此,具有较好的孔渗带是稳产的基础。
裂缝发育是天然气高产的关键。
图4的试气资料表明,天然气产能与裂缝的发育程度呈正相关,显示了裂缝对改善致密储层渗透率的重要作用。
天然气产能大于20∀104m3/d的裂缝密度多大于3条/m。
川西须家河组储层总体十分致密,即使相对优质储层如无裂缝叠加也难以获得较高产能,而且是要有相当规模的裂缝发育才行,裂缝规模小了也难以获得较高的稳定产能,图4亦说明了这点。
X851和X2等高产、稳产井既得益于因断层发育导致该区裂缝发育,又得益于该区Tx2(4-5砂组储层品质相对较好,其孔隙度高于平均值,有较大储集空间,是天然气富集、高产的关键。
3有效储渗体预测技术
有效储渗体预测是世界级难题。
针对这一难题,开展地质-地震联合攻关。
一是开展储层精细地质建模,通过细分层系对储层沉积相、沉积微相
第6期蔡希源.深层致密砂岩气藏天然气富集规律与勘探关键技术
711
进行研究,编制出分层系砂岩分布图,精细刻画出古河道的分布;
同时,结合古构造及其演化研究,搞
清古应力场的分布规律,建立有效储层发育的综合地质模型。
二是以综合地质模型为基础,以多尺度介质正演模拟为桥梁,以三维三分量地质资料采集、处理、解释一体化为突破口,开展全方位攻关,形成3项创新性技术:
&
创建了针对深层致密砂岩气藏的陆地三维三分量、多波接收窗口优化和全方位分散式复合模板地震采集技术,使深层多波资料信噪比显著提高,实现了陆地多波多分量地震工业化生产;
∋创建了保护深层横波分裂信息的各向同性、各向异性处理技术;
(创建了纵、横波分级标定、逐步逼近的综合解释技术。
利用上述技术,通过纵、横联合反演,在川西新场地区预测了深层致密砂岩有效储渗体。
有效储渗体预测包括优质储层预测、裂缝检测和含气性识别3个方面。
31优质储层预测技术
川西坳陷深层须家河组储层以三角洲前缘砂坝为主,部分为三角洲平原分流河道。
砂体厚度高达90m,孔隙度通常在1%~4%,渗透率普遍低于006∀10
-3
m2
在孔渗性极差的致密厚
层砂体中,发育孔隙度大于4%、渗透率偏高的优质储层。
如CX560井钻遇的优质储层,平均孔隙度达711%。
因此,优质储层是天然气高产、稳产的关键条件。
然而,受储层埋藏超深(埋深约5000m及地震信号主频低、频带窄等不利因素的制约,优质储层预测难度极大。
20世纪80年代以来,纵波反演技术在储层预测中发挥了重要作用。
然而,面对川西坳陷深层
须家河组这样的非常规复杂天然气储层,纵波反演技术难以凑效。
自21世纪以来,多波多分量地震勘探技术日渐兴起,并在隐蔽性较强的复杂油气储层预测中展现出极大优势
[23]
尤其是高质量的C波资料
的获得,为纵、横波联合反演技术的发展与应用夯实了基础。
纵、横波联合反演技术同时利用了纵波、C波的地震资料和全波测井数据、岩石物理参数等综合信息,充实了反演的数据空间,降低了反演的多解性;
尤其是C波资料的参与,使反演的信息量成倍增加。
相比之下,纵波反演技术仅仅利用了纵波的地震资料及部分测井数据,反演约束条件不足,反演精度相对较低,许多重要的岩性参数及优质储层敏感参数难以获得。
因此,纵、横波联合反演技术的优势十分明显。
基于川西坳陷深层须家河组的地质、岩石物理、全波测井及3D3C地震数据等综合资料,利用纵、横波联合反演技术,获得了密度、纵横波阻抗、弹性阻抗、弹性阻抗梯度、各向异性系数、纵横波速度、速度比、泊松比、剪切模量、拉梅系数、体积模量等重要参数。
通过参数对比、多体交会与敏感性综合分析,优选出对岩性、储层和流体性质的敏感参数;
在横向勾勒出河道、砂坝的沿层发育情况,在纵向上描述砂体的厚度,进而在3D空间中雕刻出川西深层须家河组致密碎屑岩中优质储层的空间展布(图5
图5川西坳陷深层须家河组纵、横波联合反演优质储层预测
Fig5PredictionofqualityreservoirsintheXujiaheFormationinthewesternSichuanDepressionthrough
combinedPandSwaveinversion
712石油与天然气地质第31卷32裂缝预测技术川西深层须家河组致密非均质裂缝性气藏的特点决定了裂缝预测难度极大,单靠一种方法难以排除裂缝预测的多解性。
因此,采用纵、横波裂缝预测方法相结合,形成了多方法、多尺度裂缝综合预测技术系列。
在预测中,大尺度约束小尺度,分级控制,最终通过纵、横波联合反演,实现对裂缝的表征和建模,以提高裂缝预测的精度和可靠性1用地史成因法预测裂缝发育带[24]2用纵波检测裂缝纵波方位各向异性裂缝预测技术是目前利用纵波资料检测裂缝最为可靠和直接的方法。
它利用地震波在各向异性介质中传播时会发生振幅、速度、传播时间、AVO属性随方位角变化来检测裂缝。
研究表明,川西深层须家河组裂缝型储层存在明显的HTI介质的各向异性特征,除了方位振幅差异外,还存在方位速度和方位时间等差异。
但是,利用纵波资料仅能检测到5m以上的高角度裂缝。
3用横波分裂检测裂缝由于横波在通过各向异性介质(裂缝时会发生分裂,质点振动沿裂缝走向时传播速度快,而质点振动垂直于裂缝走向时传播速度慢,因此在通过裂缝系统后就会出现快横波和慢横波,也称为横波双折射现象。
只要找出快横波的方向,就准确确定了裂缝发育的走向;
而快、慢横波的层间时差,就指示裂缝发育的密度。
研究表明,川西坳陷新场地区三维三分量纵波记录中大量存在裂缝发育(图6的证据。
采用横波分裂裂缝检测方法可。
地史成因裂缝预测是基于地应力场变化的地质成因预测方法。
它通过对地层的构造发育史进行恢复,并通过构造演化过程的正演来计算构造运动对地层产生的应变量;
然后,以构造演化过程中的应变量作为控制裂缝生长的参数,采用多参数(地层厚度、岩性、裂缝发育方向等控制的随机模拟算法进行裂缝发育区及发育方向预测;
并利用地震属性(如相干、振幅属性等和其他气藏地质属性(如孔隙度、渗透率等进行约束,从而提高裂缝预测的精度。
图6川西坳陷新场地区三维三分量T12层裂缝检测图5Fig6FracturedetectionofT12layerinXinchangareaofthewesternSichuanDepressionwith5the3D3Cseismicexplorationtechnique(蓝绿色代表东西向裂缝,红黄色代表南北向裂缝,颜色深浅代表裂缝发育密度
第6期蔡希源.深层致密砂岩气藏天然气富集规律与勘探关键技术713以较好检测到小于5m尺度的裂缝,并能计算不同角度裂缝的发育方向和密度,结果与实钻情况吻合较好。
通过纵、横波联合反演来实现裂缝网络建模,通过裂缝建模在地质体上建立裂缝的空间模型,并定量计算出裂缝的发育方向和密度,从而预测储集空间的大小和联通性。
33含气性预测技术川西深层须家河组气藏含气性检测因其超深、超致密、地震波动力学特征不明显而显得十分困难。
利用多波多分量资料进行含气性检测,严格遵循了岩石物理学基础,通过纵、横波联合反演成果确定储层的含气性。
利用纵波和横波联合反演预测储层含气性是多波多分量勘探的特殊优势。
由于AVO叠前同时反演是利用纵波的AVO特性,通过Zeoppritz方程求解出横波信息,因而带有一定的近似和假设。
而多分量勘探能够直接获得横波信息,因而反演结果更加真实、可靠。
纵、横波联合反演包括叠后联合反演和叠前联合反演两类方法。
通常情况下,利用P波小入射角叠加剖面反演声阻抗,利用C波叠加剖面反演横波阻抗,利用大入射角资料反演弹性阻抗,并通过多参数融合,构建含气指标反映储层的含气性。
图7是川西坳陷新场地区2(4Tx含气指标平面图。
X851X2等高产井处在,含气指标的高值区。
综合优质储层、裂缝、含气性预测结果来圈定有效储渗体发育带,在新场地区探井部署的应用中见到较好效果。
十一五!
期间,根据有效储渗体!
预测结果部署的多口井在须家河组获高
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