四川盆地中部地區致密河道砂巖氣藏高產井地震模式及井軌跡設計

朱 訊 肖富森 洪海濤 王小娟 關 旭 鄒 娟 李明秋 楊廣廣 干大勇

中國石油西南油氣田公司勘探開發研究院

0 引言

四川盆地中部地區（簡稱川中地區）中侏羅統沙溪廟組氣藏為典型致密氣次生氣藏[1-3]，自2013年老井上試獲得勘探突破以后，僅在對外合作區塊BJC區塊開展了滾動勘探開發工作，截至2019年12月底共15口井投入試采，累產氣超過11.81×108m3，單井平均日產氣超過7×104m3，展現出良好的開發潛力。前期認識成果明確四川盆地致密氣資源豐富，其中川中地區沙溪廟組二段致密河道油氣顯示頻繁，有利面積達10 000 km2，資源量估算超過萬億立方米，氣藏勘探開發潛力大[4-6]，是中國石油西南油氣田增儲上產的重要領域之一。2018年西南油氣田致密氣主攻領域由須家河組轉入沙溪廟組，并立足于川中地區以沙二段致密河道為主要對象，在三維地震河道精細刻畫基礎上，利用新井鉆探和老井試修相結合證實了沙溪廟組多條河道大面積含氣，目前不同區塊相繼進入勘探開發的不同階段。然而已取得的勘探開發成果表明沙溪廟組具有河道發育復雜、優質儲層縱橫向非均質性強等地質特征[7-8]，單純依據河道的地震刻畫成果部署井位產能存在明顯差異，同時優質儲層地震識別存在著多解性，難以全面滿足致密氣高效勘探開發的需求。為此，針對勘探開發需求及地震難題，充分利用地質、測井和地震資料，分析高產井優質儲層發育模式，利用高分辨率地震資料開展了優質儲層地震響應特征分析，結合含氣性預測成果建立了高產井地震響應模式，進而提出了井軌跡設計方案。相關研究成果支撐了該區致密氣開發井位部署和井軌跡設計，為致密氣高效開發奠定了基礎。

1 研究背景

1.1 地質特征

1.1.1 構造及地層特征

川中地區構造位置位于川中古隆平緩構造區，區域構造平緩[9-11]，表現為南東高北西低的斜坡背景，局部發育局部背斜和鼻狀構造。侏羅系沙溪廟組內部主要為正斷層，在區內廣泛分布，斷層規模小，局部發育向下斷至下侏羅涼高山組和須家河組斷層可視為烴源斷層，為下伏優質烴源巖提供了油氣充注通道。川中地區沙溪廟組巖性主要為紫紅色泥巖夾淺灰色塊狀細—中砂巖為主，表現出“泥包砂”的特征，厚度分布在800～2 200 m，自下而上分為沙一段、沙二段，其中沙二段厚度介于900～1 000 m，縱向上可劃分為4個亞段，河道砂體發育，為目前該區致密氣勘探開發的主要目的層段。

1.1.2 儲層基本特征

沙溪廟組儲層發育主要受河道發育的控制，儲層巖性以巖屑長石砂巖和長石砂巖為主，粒度以中—細粒為主，儲集空間主要為粒間孔，次為粒內溶孔；孔隙度主要分布在8% ～16% ,平均為12.31%（圖1a），滲透率主要分布在0.01～1.00 mD（圖1b）。選取儲層段孔隙度7.2%～13.6%的巖心樣品開展覆壓條件下孔滲分析，結果表明沙溪廟組河道儲層覆壓滲透率主要分布在0.003 1～0.064 5 mD之間，依據《致密砂巖氣地質評價方法》（GB/T 30501-2014），川中沙溪廟組河道儲層屬于典型致密砂巖儲層。

圖1 川中地區沙溪廟組典型河道儲層物性分析直方圖

1.2 開發部署面臨的主要問題

由于河道砂巖與泥巖層速度存在差異，砂體儲層孔隙度越高，砂體層速度越低，與泥巖的速度差異越大，聲阻抗正差異越明顯，在地震上形成有效的“亮點”反射。因此川中地區沙溪廟組河道整體表現為強振幅能量的“亮點”地震反射特征，2018年在河道“亮點”區帶中根據儲層預測成果部署探井及評價井產能差異大，其中高產井如探井QL16井測試獲氣35.51×104m3/d，中低產井如QL202-H1測試獲氣5.05×104m3/d，QL17測試獲氣2.04×104m3/d，通過單一的“亮點”地震響應模式難以滿足氣田效益勘探開發的需求，因此分析高產井控制因素并從“亮點”分布帶中建立高產井模式并明確井型設計方案是實現淺層強非均質性致密河道效益勘探開發的關鍵。

2 河道精細刻畫

川中地區沙溪廟組氣藏為明顯的次生氣藏[12-13]，油氣富集受優質烴源、烴源斷裂、規模河道砂體的共同控制。由于川中地區地處四川盆地兩大烴源層的交匯區[14-18]，同時區內烴源斷層發育，規模河道砂體的發育控制著該區氣藏的富集程度[19-20]。因此對河道的精細刻畫是該區井位部署的基礎。

2.1 井震標定

通過對河道砂巖取心段的巖心標定測井分析，川中沙溪廟組河道砂組測井曲線表現為“三高兩低”特征，即高聲波、高中子、較高電阻率、低伽馬與低密度（圖2）。

根據單井河道砂組精細合成記錄標定，川中地區河道砂組地震響應特征表現為：砂體頂界對應波谷，砂體底界對應波峰強振幅能量“亮點”的反射特征（圖3）；通過新井實鉆進一步證實了河道砂“亮點”地震反射模式可靠。

2.2 多手段河道刻畫

圖2 川中地區QL17井沙溪廟組二段河道砂組綜合柱狀圖

圖3 川中地區沙溪廟組河道合成記錄標定圖

根據河道砂組地震“亮點”反射模式，利用三維可視化技術、地震異常體檢測技術、人工交互解釋技術精細刻畫出沙溪廟組河道砂體縱橫向展布，明確川中地區沙溪廟組河道寬度主要介于300～1 500 m，河道砂體厚度主要介于10～30 m（圖4）。目前川中地區河道三維地震刻畫成果可靠，但是僅憑河道刻畫成果無法滿足后續開發井部署工作，因此筆者根據已有測試井開展產能主控因素分析，為后續部井模式奠定基礎。

3 產能主控因素分析

3.1 氣井產能受控于優質儲層發育程度

由于區內儲層總體表現為低孔、致密特征，為評價相對優質儲層，根據孔隙結構參數和平均毛管壓力參數，結合巖心薄片、掃描電鏡、物性、壓汞、核磁等分析，將川中地區沙溪廟組河道儲層分為3類（表1），其中相對優質儲層為ⅠⅡ類儲層，巖性以細—中砂巖為主，孔隙類型以粒間孔和粒內溶孔為主，孔隙度大于10%，滲透率大于0.1 mD，孔喉連通性好。

圖4 川中地區沙溪廟組主要河道平面分布圖

表1 川中地區沙溪廟組河道儲層分類評價表

根據區內QL201-H1、QL205-H1生產測井解釋結果分析，QL202-H1井的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類儲層占比分別為62.42%、18.3%、19.26%，測試產量占比分別為53.27%、13.07%、33.67%；QL205-H1井Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類儲層的占比分別為26.32%、28.95%、44.74%，測試產量占比分別為38.73%、30.03%、31.24%，可見區內單井產能主要由Ⅰ、Ⅱ類儲層貢獻，測試產量占55%～80%，Ⅰ類儲層產能貢獻40%以上，因此河道內優質儲層的發育程度影響氣井產能。

3.2 儲層富氣程度影響單井產能大小

由于川中地區沙溪廟組屬于典型孔隙型儲層，采用阿爾奇公式計算含氣飽和度，根據阿爾奇公式電阻率與含水飽和度呈反比，與含氣飽和度呈正比；由于在工區內同期河道巖性組合特征相似，因此儲層電阻率越高，含氣性越好。統計已完成測試單井分析，儲層電阻率與單井測試產能成明顯正相關關系（圖5），儲層電阻率越大，單井測試產能越大，目前川中沙溪廟組測試為干層或無阻流量小于15×104m3/d的Ⅲ類井深電阻率分布在15.5～26.6 Ω·m，平均為21.24 Ω·m；測試無阻流量大于30×104m3/d的Ⅰ類井深電阻率分布在26.95～93.2 Ω·m，平均為60.64 Ω·m；因此河道儲層富氣程度影響單井產能大小。

圖5 川中地區沙溪廟組獲氣井單位厚度產能與電阻率關系圖

3.3 儲層改造有效提高單井產量

由于川中地區沙溪廟組氣藏屬于典型致密砂巖氣藏，氣井表現為自然產能低，壓裂改造后才能獲得較高工業氣流。氣井在壓裂前主要表現為出口無顯示或者微氣的特征，通過加砂壓裂后測試產量介于1.14×104～35.51×104m3/d，增產效果明顯。同時通過工區內Q8井壓力恢復試井分析，選用“兩區復合地層”模型進行解釋，解釋井筒儲集系數1.55，近井區半徑45 m范圍內滲透率0.09 mD，表皮系數-1.90，遠井區滲透率為0.021 mD，表明通過壓裂改造，近井地帶儲層得到有效改善（圖6）。因此針對致密河道砂巖氣藏儲層改造能有效提高單井產量。

圖6 川中地區沙溪廟組壓力恢復雙對數擬合曲線圖

綜上分析認為針對川中地區致密河道砂巖氣藏氣井產能主要受河道砂巖優質儲層發育程度、儲層富氣程度以及儲層改造3大因素控制。因此在明確產能主控因素基礎上，開展高產井地震響應模式及井軌跡設計研究能有效指導后續開發建產井部署工作。

4 高產井地震模式及井軌跡設計

4.1 優質儲層地震響應模式

4.1.1 優質儲層地震正演分析

通過地震正演分析表明當孔隙度固定（8%），河道砂儲層厚度越大，砂體底界“亮點”波峰反射越強；當河道砂體儲層厚度一定時（12 m），砂體底界“亮點”波峰反射隨著儲層孔隙度的增加波峰反射增強，其中儲層孔隙度超過10%時（優質儲層發育）明顯表現出河道砂體底界地震反射強振幅的特征（圖7）。

正演模擬結合實際地震資料，明確沙溪廟優質河道砂組砂體越厚、泥質含量少、儲層厚度越大、物性越好，砂體底界波峰反射越強。

4.1.2 實鉆井模式分析

應用最大振幅能量定性預測優質河道砂展布規律，利用河道砂“亮點”最大振幅能量屬性有效區分優質砂體分布位置，如QL203-H1井，井軌跡前段平均振幅僅為19 000，平均孔隙度9.2%；井軌跡后半段平均振幅34 000，平均孔隙度達11.7%。同時統計區內各單井最大振幅能量與儲能系數具有較好的正相關關系（圖8）。利用河道砂“亮點”最大振幅能量屬性有效區分優質河道砂體分布位置。

4.2 地震含氣性預測

圖7 川中地區沙溪廟組儲層地震正演分析圖

圖8 優質儲層模式與實鉆結果對比圖

川中地區致密河道砂巖氣藏氣井產能受儲層富氣程度的控制，因此開展地震含氣性預測，明確致密河道富氣部位有利于開發井位部署工作。川中地區含氣河道通常表現為第Ⅲ類AVO響應特征（CRP道集及正演道集上均表現為“遠道強、近道弱”），由于不同河道，甚至同一條河道不同位置，含氣性具有較大差異，需對含氣性變化開展精細預測。本次研究基于巖石物理分析和疊前彈性參數反演技術，對QL區塊開展三維地震疊前含氣性檢測攻關研究，由于泊松比與河道砂組電阻率存在明顯正相關關系，井震結合優選出泊松比為本區河道儲層含氣性敏感彈性參數，最終預測河道儲層含氣性分布規律（圖9），實鉆井測試結果與地震含氣性預測結果吻合度較高，在河道儲層泊松比低值區含氣性好、測試產能高，因此后續開發井應部署在地震含氣性預測低泊松比的富氣區。

4.3 井軌跡設計

根據致密儲層壓裂物理模擬試驗及裂縫延伸規律研究表明針對致密儲層水力壓裂縫主體延伸方向與水平最大主應力方向保持一致[21]；川中地區致密河道儲層實際鉆井證實井軌跡設計垂直（斜交）最大主應力方向，有利于儲層改造，測試效果較好，如QL16井軌跡與最大主應力夾角達86.2°，通過加砂壓裂微地震監測時間點1 164個，平均壓裂縫長246.4 m，改造效果較好，通過測試獲得產量35.51×104m3/d，增產效果明顯。此為提高儲層改造效果，后續開發井井軌跡在平面上設計應與最大主應力垂直或大角度斜交。

5 應用效果

圖9 川中QL地區致密河道儲層泊松比地震含氣預測平面分布圖

為驗證川中地區致密河道砂巖氣藏高產井地震模式及井軌跡設計方案可靠性，在川中QL地區沙溪廟組8號河道新增部署了4口試采井，如QL10-H1、QL205-H2井，平面上部署在優質河道強振幅“亮點”模式及含氣性預測低泊松比富氣區域，從地震剖面上沿著QL10-H1、QL205-H2井軌跡強振幅亮點集中發育同時為了有利后期儲層改造井軌跡設計與最大主應力呈大角度斜交。實鉆河道砂優質儲層發育，其中在強振幅預測區內Ⅰ、Ⅱ類儲層鉆遇厚度分別達242.4 m、636.1 m，平均孔隙度分別為12.5%、12.35%，通過射孔加砂壓裂測試天然氣無阻流量高達33.6×104m3/d、69.32×104m3/d。近期在該區利用“強振幅“亮點”+低泊松比+垂直（大角度斜交）最大主應力方向”的模式部署QL207-5-H2井有利目標靶體873 m，通過實鉆鉆遇氣層869 m，氣測值平均26.58%，最高51.07%，振幅區內Ⅰ、Ⅱ類儲層鉆遇率超過80%；經加砂壓裂后該井測試獲83.88×104m3/d高產工業氣流，計算無阻流量214.05×104m3/d，再次刷新四川盆地致密氣沙溪廟組最高測試產量紀錄。因此利用該部署模式實現了致密氣開發井位的高效部署，為致密氣規模效益勘探開發提供強力技術支撐。

6 結論

1）川中地區沙溪廟組氣藏為明顯的次生氣藏，油氣富集受優質烴源、烴源斷裂、規模河道砂體的共同控制。由于川中地區地處四川盆地兩大烴源層的疊置區，同時區內烴源斷層發育，規模河道砂體的發育控制著本區致密河道砂巖氣藏的富集程度。

2）川中地區沙溪廟組儲層總體表現為低孔、致密特征，孔滲具有明顯正相關關系，屬于孔隙型儲層，氣井產能主要受河道砂巖優質儲層發育程度、儲層富氣程度以及儲層改造三大因素控制。

3）正演模擬結合實際地震資料表明沙溪廟優質河道砂組砂體越厚、泥質含量少、儲層厚度越大、物性越好，砂體底界波峰反射越強。利用河道砂“亮點”最大振幅能量屬性有效區分優質砂體分布位置。

4）利用“強振幅“亮點”+“低泊松比+軌跡垂直（大角度斜交）最大主應力方向”的模式部署試采井，結果表明強振幅區內Ⅰ、Ⅱ類儲層鉆遇率超過80%，測試產量由2018年單井平均無阻流量31.8×104m3/d提高到84.5×104m3/d，實施效果顯著，為致密氣規模效益開發提供強力技術支撐。