临兴致密砂岩气藏地质特征及开发潜力分析

米洪刚，张 兵，朱光辉，苏 羽，张海锋

(中联煤层气有限责任公司，北京 100016)

0 引 言

临兴地区上古生界致密砂岩气藏具有良好的开发潜力，但目前开发过程中储层地质精细研究不够深入，有效储层的预测手段较为单一，导致勘探开发的难度日益加大。许多学者对临兴地区上古生界致密砂岩气藏的地质与成藏机理开展了研究。米立军、王华等[1-2]对鄂尔多斯盆地东北缘致密气田成藏地质特征开展分析，提出需要在精细储层刻画的基础上，重新评价当前不同品质储量的动用状况以及剩余潜力。王继平、胡勇等[3-4]结合致密砂岩气藏开发认识，提出针对不同品质储量部署加密井位，提高开发区产能及储量动用范围。但目前大多数学者没有对临兴地区分小层深入开展平面及纵向储层精细刻画，且未针对储量动用评价进行研究，因此，有必要针对重点开发层段(石盒子组)开展平面及纵向上优质储层的地质研究。通过相控岩石物理分析及叠前反演分析等技术手段开展平面及纵向有利储层的预测，最终形成一套井震结合的有利储层分布预测方法，达到平面及纵向上对优质储层精细刻画的目的。同时，结合重点开发层段产能情况、储量动用分类评价等动态资料，采用动、静态结合的研究模式，开展储层动用综合评价，针对平面及纵向上的剩余资源指出下步挖潜方向，为临兴地区致密气藏井位部署和高效开发提供技术支撑。

1 区域概况

鄂尔多斯盆地位于中国东部稳定区和西部活动带的结合部位，四周被造山带包围，为南北走向东缓西陡的矩形向斜。由北部的伊盟隆起、南部的渭北隆起以及中部自西向东的西缘冲断构造带、天环坳陷带、伊陕斜坡带、晋西挠褶带6个构造单元组成(图1a)。盆内断层受构造应力作用，以走滑断层为主，根据断层规模主要分为2类：第1类断层贯穿整个目的层，由顶部延伸至太原组以下，断距较大且平面延伸距离较远，剖面上易识别，可起到沟通深层气源的作用[5-7]；第2类断层属于层间断层，未贯穿目的层顶底界面，断距小且延伸距离短，仅局部地区存在，剖面上多呈现同相轴的扭动，为层内气源侧向运移提供通道。

图1 鄂尔多斯盆地临兴地区构造位置及盒四段含气面积Fig.1 The structural location and gas-bearing area of the fourth member of the Shihezi Formation in Linxing Area of Ordos Basin

临兴地区位于鄂尔多斯盆地东部晋西挠褶带和伊陕斜坡过渡带，断裂和褶皱较发育(图1)。临兴气藏勘探开发工作始于2014年，在勘探阶段共有11口试气井见到了工业气流，盒二段、盒三段、盒四段、盒七段等6个层段无阻流量总计超过4.0×104m3/d(图1b)。随着勘探开发部署工作的不断深入，有利区域越来越少，后期完钻井较前期对比钻探位置和地质条件也有所变差，因此，储量动用不充分，勘探开发的难度加大。目前研究区共投产91口井，已投产井平均动用储量为2 383×104m3，其中81口井动用储量大于1 000×104m3。气井试采情况与试气情况相似，也存在着分布范围广、差异大的特征，单井初期日产气量为0.1×104～7.1×104m3/d。

2 沉积微相有效识别

临兴地区地层自下而上发育本溪组、太原组、山西组、下石盒子组、上石盒子组及石千峰组(图2a)。本溪组、太原组沉积时期，发育陆表海环境下的潮控三角洲—障壁海岸沉积体系；山西组沉积时，发育海陆过渡环境下的浅水曲流河三角洲沉积体系；下石盒子组、上石盒子组及石千峰组沉积时期，整体以陆相湖盆三角洲沉积体系及河流沉积体系为主。此次研究的目的层石盒子组以三角洲沉积为主，砂岩的地震反射特征与砂层的厚度、孔隙度及周围岩石类型相关，沉积环境不同，其波阻抗结构等也有所不同。因此，基于沉积微相、成岩相、物性特征等参数总结并建立临兴地区不同沉积微相中不同岩性组合储层划分与评价标准[8-11](表1)。

表1 临兴地区储层划分与评价标准Table 1 The reservoir division and evaluation criteria in Linxing Area

图2 鄂尔多斯盆地临兴地区综合柱状图Fig.2 The comprehensive histogram of Linxing Area in Ordos Basin

以盒四段为例，井震结合精细刻画石盒子组地层格架，建立三角洲沉积中不同岩性组合测井-地震响应模板，并在此基础上开展盒四段小层级别沉积微相精细描述，为“甜点”储层精细预测提供理论依据。根据岩性组合及沉积旋回特征将盒四段划分为H4-1、H4-2、H4-3这3个小层(图2b)。其中，H4-1、H4-3小层以泥岩或粉砂质泥岩为主，H4-2小层以厚层砂岩或厚层砂岩夹薄层泥岩为主[12-14]。根据优势相原则，可将各小层沉积相划分为河道、河道侧翼、河道间3种沉积微相。分析测井-地震响应特征，发现波阻抗总体呈砂岩高、泥岩低，自下而上砂泥岩阻抗差异增大的特征，基于此将岩性组合划分为厚层砂岩与厚层泥岩组合、砂岩互层与厚层泥岩组合、薄层砂岩与厚层泥岩组合及中等厚度砂岩与厚层泥岩组合4类(图3)。其中，河道为厚层致密砂岩，呈中低频连续中强反射特征；河道侧翼为中等厚度致密砂岩，呈中低频连续较强反射特征；河道间为薄层砂与厚层泥岩，呈中高频连续弱反射特征。结合不同岩性组合单井地震相分析及地震属性平面图，对盒四段小层级别沉积微相进行精细描述，发现沉积相平面展布与地震属性平面展布有良好的对应关系(图4)。

图3 临兴地区盒四段不同岩性组合沉积-测井-地震响应特征Fig.3 The sedimentation-logging-seismic response characteristics of different lithologic associations in the fourth member of the Shihezi Formation in Linxing Area

图4 临兴地区盒四段各小层沉积相Fig.4 The sedimentary facies plan of each sublayer of the fourth member of the Shihezi Formation in Linxing Area

3 优质储层分布

3.1 相控岩石物理分析

利用岩石物理分析，结合沉积相与地层精细刻画，进行相控叠前确定性反演，在此基础上，开展相控地质统计学反演，并对反演结果进行分析预测，最终得到优质储层和致密砂岩“甜点”分布。以“层控-相控”为约束，开展高分辨率储层预测，需要明确研究区岩石物理性质，并以此指导储层定量预测。常规的插值模型并不能满足精细储层建模的要求[15-16]，在相控叠前地质统计学反演基础上，结合河道优势相，利用孔隙度、密度、纵横波速度比，能够非常清楚地刻画优质储层(图5)。由图5可知：孔隙度大于6.0%、密度小于2.55 g/cm3、vP/vS小于1.8的河道砂体为优质储层。

图5 临兴地区盒四段层控-相控优质储层定量预测图版Fig.5 The quantitative prediction chart of stratum-controlled and facies-controlled high-quality reservoirs in the fourth member of Shihezi Formation in Linxing Area

3.2 相控叠前反演

利用常规储层预测方法难以在地震剖面上有效地识别或区分砂岩与泥岩、含气砂岩与致密砂岩[17]，此次研究将储层段砂岩与泥岩的纵波速度、密度、纵波阻抗等相互叠置进行反演分析。以“沉积微相下的岩性组合-测井响应特征-地震响应特征”为分析思路，井震结合开展小层级别的精细沉积微相平面及纵向分布预测。由LX1-27—LX-5井近北西南东向连井地震含气剖面(图6，剖面位置见图1)，可以识别出河道、河道侧翼、河道间等不同沉积微相地震反射特征。河道以中低频连续中强反射为主，是“甜点”发育有利部位；河道侧翼表现为中低频连续较强反射特征；河道间表现为中高频连续弱反射特征。利用该定性和定量相结合的方法，含气储层的识别精度达到85%以上。

图6 临兴地区盒四段过LX1-27—LX-5井剖面Fig.6 The section of the fourth member of Shihezi Formation in Linxing Area passing through Well LX1-27-LX-5 in Linxing Area

4 开发潜力

4.1 平面动用潜力

由井震结合开展的精细沉积微相平面及纵向分布预测结果可知，河道是“甜点”发育有利部位，平面上选取“甜点”最有利区域开展动用潜力分析。此次研究利用反映气层生产能力大小的地层系数(地层有效渗透率与有效厚度的乘积)来判定注水井各层位注入量，确定动用半径及平面动用范围。结合临兴区块盒四段气井试气试采的产能状况，通过地层系数、无阻流量、物性与气层厚度的相关性研究，建立储量分类划分标准，将盒四段储层分为3类：Ⅰ类储层地层系数最高(大于2 mD·m)，产能最大，无阻流量最高(大于1.5×104m3/d)、物性最好(孔隙度大于10.0%，渗透率大于0.5 mD)、气层厚度最大(大于4 m)；Ⅱ类储层地质条件中等，地层系数中等(0.7～2.0 mD·m)，产能中等，无阻流量为0.5×104～1.5×104m3/d，物性中等(孔隙度为5.0%～10.0%，渗透率为0.1～0.5 mD)，气层厚度为3～4 m；Ⅲ类储层最差，地层系数较小(0.1～0.7 mD·m)，产能较差。由盒四段动用储量分布情况(图7)可知：中部动用区域范围大、物性好、含气性好，Ⅰ类储层居多；东部、西部和北部以Ⅱ类储层为主；南部地质条件最差，属于Ⅲ类储层。参照邻井试气试采情况，中部LX-58井试气无阻流量高达50.3×104m3/d，平均日产气为5.7×104m3/d，属于高产井；北部LX-57井试气无阻流量为2.1×104m3/d，平均日产气为0.5×104m3/d；南部LX-46井因试气高产水未投产，效果较差。针对平面上剩余气较丰富的中部和东北部未动用的区域，建议部署新井挖潜，后期可进行加密调整。

图7 临兴地区盒四段动用储量分布Fig.6 The section of the fourth member of Shihezi Formation in Linxing Area passing through Well LX1-27—LX-5 in Linxing Area

4.2 纵向动用潜力

通过对盒四段不同岩性组合地震响应特征分析和优质储层“甜点”预测可知，石盒子组的河道是“甜点”发育有利部位，也是开展储量动用及潜力分析的重点，可以明确下步挖潜方向及挖潜井位部署，能够更加有效地实现气藏储量经济有效动用。临兴地区上古生界石盒子组主要目的层为盒二段、盒四段、盒六段，目前储量未得到充分动用。可以通过前文所述方法对目标层段进行精细储层刻画和优质储层“甜点”预测，重新评价当前不同品质储量动用状况及剩余潜力。针对不同品质储量部署空间立体井位，提高开发区产能及储量动用。井网部署完善后，储量动用程度为56.1%，提升15.3个百分点。利用空间立体优化思路，针对重点层段和兼探层，优化井位部署50口，其中，加密井34口，扩边井16口，累计增加可采储量100×108m3，取得良好的勘探开发效果。

5 结论与建议

(1) 以盒四段为例，井震结合精细刻画石盒子组地层格架与小层级别沉积微相，可识别出河道、河道侧翼、河道间3种沉积微相，厚层砂岩与厚层泥岩、砂岩互层与厚层泥岩、薄层砂岩与厚层泥岩及中等厚度砂岩与厚层泥岩4种岩性组合。

(2) 以“层控-相控”为约束条件，开展高分辨率优质储层定量预测，认为孔隙度大于6.0%、密度小于2.55 g/cm3、vP/vS小于1.8的河道砂体为优质储层。

(3) 以“沉积微相下的岩性组合-测井响应特征-地震响应特征”的分析思路，井震结合开展小层级别的精细沉积微相平面及纵向分布预测。认为河道为厚层致密砂岩，呈中低频连续中强反射特征，是“甜点”发育有利部位；河道侧翼为中等厚度致密砂岩，呈中低频连续较强反射特征；河道间为薄层砂与厚层泥岩，呈中高频连续弱反射特征。

(4) 通过对目标层段各小层不同岩性组合地震响应特征分析和优质储层“甜点”预测，分析不同品质储量动用状况及剩余潜力，并部署空间立体井位。利用立体勘探的优化思路，优化井位部署50口，累计增加可采储量100×108m3，为临兴区块致密气藏开发部署提供有利的技术支撑。