2016, Vol. 38
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2. 西南石油大学地震地质勘探联合研究所, 四川 成都 610500
2. Joint Institute for Seismic and Geological Exploration, Southwest Petroleum University, Chengdu, Sichuan 610500, China
致密砂岩气藏具有低孔低渗、连通性差的特点。在全球，含气的致密砂岩体积非常巨大，美国和加拿大经过几十年的勘探开发，致密砂岩储层开采的天然气量逐年增加，证实了致密砂岩气藏具有广阔的勘探开发前景[1-2]。在中国各大油气区块均有低孔低渗的致密砂岩气藏分布，20 世纪80 年代末以来，致密砂岩气勘探取得了巨大的成就，产量逐年上升[3]。特别是在四川盆地上三叠统须家河组天然气成藏范围大，资源分布广，是中国致密砂岩气勘探和开发的重点层系[4-6]。
致密砂岩储层隐蔽性强，地震预测难度大。通常采用岩石物理和正演模拟技术获取储层预测的敏感参数[7]，借助地震物相研究方法明确有利储层发育带[8]，通过多参数地球物理反演[9-10]、地震多属性分析[11] 等方法预测优质储层分布，研究和预测裂缝发育规律来预测“甜点区”[12]，在实践中取得了较好效果。
元坝西部区域构造上位于四川盆地川北低平褶带（图 1），西北为九龙山背斜构造带、东北为通南巴背斜构造带。整体埋藏深，构造变形弱，地层产状平缓。须家河组四段在元坝西部地区广泛发育，厚度40～100 m，主要为辫状河三角洲沉积，可分为上、中、下3 个亚段，下亚段储层岩石类型以石英砂砾岩为主，上亚段储层岩石类型主要为灰白色、浅灰色钙屑砂砾岩、钙屑砂岩，中亚段岩性主要为深灰色泥岩[13]；储层储集空间类型主要为粒内溶孔、粒间溶孔及裂缝，少量黏土杂基微孔，原生孔隙不发育[14]；物性统计表明，储层段砂砾岩孔隙度集中分布在2.0%～4.0%，表明元坝西部须四上亚段储层非均质性强，整体较致密，为低孔、低渗裂缝孔隙型储层。多口井在须四段均钻遇良好的气层，须四上亚段已测试的5 口井均获工业气流，证实了元坝西部地区须四上亚段气藏大面积含气，局部富集高产，未见水。
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| 图1 元坝西部地区构造位置图 Fig. 1 Structural location graph in the western Yuanba region |
根据前人研究成果，元坝西部须四段气藏高产控制因素为“物源控储、烃源控藏、构造控缝和缝储控产”，即钙屑砂砾岩的展布控制了天然气的分布、有利沉积相带和裂缝共同控制了天然气的富集与高产[15-18]。研究区完成了三维地震资料采集，主频45 Hz，有效波频宽5～70 Hz，地震资料品质较好，信噪比较高。由于须四段致密砂砾岩储层薄，与非储层物性差异小，有效储层预测难度大。因此，本文以测井、测试资料为基础，通过精细岩石物理分析，采用叠前纵横波联合反演得到纵横波阻抗、密度等数据体，再利用岩性概率预测技术，开展钙屑砂砾岩有利岩性区预测；以有利岩性区为约束，采用基于分频数据体的物性参数预测方法，得到有效储层分布范围；在叠前裂缝密度预测的基础上，综合岩性和物性参数，预测了须四上亚段气藏高产富集带分布区。
1 有利岩性区的预测 1.1 岩性敏感属性的确定利用研究区内进行过全波列测井的11 口井的测井资料，分别对纵波、横波、密度、vp=vs、泊松比、λμ和μρ等7 种岩石物理参数进行直方图统计及多种交会分析，发现储层发育的钙屑砂砾岩具高vp、高vs、高密度、高λμ、高μρ特征。根据多井交会分析结果，综合考虑多井变化规律一致性、反演结果可靠度、不同岩性或物性数据重叠度和分布特征等因素，对于须四上亚段而言，vp、λμ与μρ交会岩性区分能力较好（图 2），这些属性组合为岩性概率预测提供了基础。
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| 图2 须四上亚段岩石物理交会分析图 Fig. 2 Rock physical cross analysis of the upper sub-member of segment Xu4 |
基于岩石物理分析、井震标定、地震子波提取和横波估算、地震道集的叠前预处理等主要技术环节，开展叠前联合反演[19]。实际工作中为了保证反演结果的精度，选定3 个入射角范围（2°～16°、16°～30°及30°～44°）进行叠加，然后分别利用近、中、远角度叠加剖面提取了3 个不同角度的子波进行合成记录制作并标定时深关系，提取较为稳定、能量较为集中的井旁道子波，定义了目的层地层格架及地层接触关系，建立叠前纵、横波阻抗初始模型。在角度叠加数据体、子波、初始模型建立基础上，对模型迭代次数、比例因子等参数进行测试，多次实验后得到了合理的反演参数，通过叠前纵、横波联合反演，进而得到了纵、横波阻抗数据体，其与井上纵波阻抗、横波阻抗吻合非常好。说明反演参数设置合理，预测结果可靠有效，可以将该结果用于后续的岩性概率预测。
在叠前联合反演基础上，利用叠前反演弹性属性进行岩性概率统计学预测[20]，能够直接反演得到钙屑砂砾岩、石英砂砾岩和泥岩，并能降低岩性边界拾取的人为性和岩性重叠严重的预测风险。其工作流程以测井数据或弹性属性反演结果的概率密度函数模型为基础，将概率函数从地震反演映射到弹性属性体，输出结果一系列岩性概率数据体及最可能的相（图 3）。
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| 图3 岩性概率预测技术流程 Fig. 3 Technical process of the lithologic probability statistical prediction |
具体计算步骤：（1）测井分析和岩相定义，定义每一种岩相最基本的岩石物理关系，如速度孔隙度等；（2）岩石物理建模，蒙特卡罗模拟和概率密度计算，要获得概率密度函数，必须离散将要计算的空间，并使用合适的核（时窗）函数进行平滑；（3）由于测井和地震数据之间采样率不同，为了避免计算出的和提取出的属性之间的差异，应该用井附近的属性道校正，利用测井概率密度函数校正地震反演结果并进行统计分类，进而开展地质统计模拟。
模拟结果显示，过井岩相预测结果与单井岩相，以及与交会法岩相识别结果吻合度好，表明本区基于岩性概率法得到的岩性预测结果可靠。从平面来看（图 4），须四上亚段钙屑砂砾岩分布区主要位于研究区的西部及北部。
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| 图4 基于岩性概率统计预测的须四段上亚段钙屑砂砾岩分布图 Fig. 4 Calcarenaceous sandy conglomerate distribution of theupper sub-member of segment Xu4 based on lithologicprobability statistical prediction |
通过多井岩石物理分析，孔隙度和波阻抗之间没有相对明显的关系，利用波阻抗直接计算孔隙度存在多解性。考虑到地震资料分辨率有限，尽可能利用井点垂向信息，通过研究不同地层厚度下的振幅与频率之间的关系（AVF），将AVF 作为独立信息引入反演，合理利用地震资料的低、中、高频带信息，得到一个高分辨率的反演结果，减少薄层反演的不确定性[21] 。
研究中利用小波分频技术将原地震数据分成低、中、高频分频数据体，对于分频处理过后的地震资料，利用非线性方法（三参数控制的类似神经网络的学习方法），以叠前反演属性（反演的阻抗体、密度体等）加上岩相体为约束，建立不同频率地震资料与测井孔隙度的非线性映射关系，由此得到直接表征储层的孔隙度成果。其中利用遗传演化神经网络（EANN）方法计算的结果与井实际数据吻合最好，平均相关系数达到90% 以上。
研究区须四段上亚段预测孔隙度总体偏低，在2.0%～5.5%，与测井解释的孔隙度相对误差小于5%（表 1）。
| 表1 须四段上亚段地震预测孔隙度和储层有效厚度误差统计表 Table 1 Seismic porosity prediction and effective reservoir thickness error of the upper sub-member of segment Xu4 |
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在叠前反演的基础上，利用叠前岩性概率预测技术得到有利钙屑砂砾岩分布，以钙屑砂砾岩分布作为约束，通过基于分频数据体的物性参数预测，对须四上亚段孔隙度值小于2.0% 的区域（试气为工业气层的测试段孔隙度最小值为2.0%），进行阀值过滤，保留的区域作为有效储层。满足一定孔隙度要求的须四上亚段钙屑砂砾岩有效储层整体上大面积展布，受沉积微相控制明显，西南部较厚，向东逐渐减薄，北部受九龙山背斜抬升影响，储层遭受剥蚀，有效储层厚度在0～18 m（图 5）。
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| 图5 须四段上亚段有效钙屑砂砾岩储层厚度预测平面图 Fig. 5 Effective calcarenaceous sandy conglomerate reservoir thickness prediction of the upper sub-member ofsegment Xu4 |
通过与已钻井测井解释的有效厚度统计结果对比，二者相对误差均小于3%（表 1），预测可信度较高。
3 高产富集带的预测 3.1 叠前裂缝密度预测裂缝对改善致密砂砾岩储层渗透性至关重要。通过裂缝数据统计分析，元坝西部须四段砂砾岩脆性矿物含量高，受后期构造影响，裂缝发育，以中、低角度的构造缝为主。
基于方位各向异性的裂缝预测方法已较为成熟，其理论基础是基于地震纵波方位各向异性来预测裂缝发育方向及相对密度[22-23]。根据实际地质情况和应用试验，开展井震结合基于叠前各向异性的裂缝预测技术方法，即利用纵波方位各向异性方法开展裂缝预测研究，有效结合岩芯、成像测井裂缝解释认识，综合标定方位各向异性强度数据体，将其转化为具有实际地质意义的裂缝数据体，最终实现元坝西部地区须四上亚段储层裂缝的空间发育预测。
具体的操作步骤和关键技术如下：（1）利用钻井岩芯以及成像测井资料开展裂缝发育特征研究，主要观测裂缝成因，裂缝产状，裂缝充填情况，张开程度等，并统计裂缝倾角、方位角、发育密度等参数，建立研究区储层裂缝发育模型。统计表明，研究区目的层裂缝发育程度整体偏低，裂缝线密度在0～10.0 条/m，其中主要分布在3.0条/m 以下，平均线密度约1.4 条/m，裂缝发育方向较为集中，裂缝走向主要以北西南东和北东南西向，裂缝倾角分布范围较大，在5°～60°，以中、低角度为主，高产井的裂缝走向基本以北西向为主或具有网状缝的特点。
（2）分析地震数据的方位角和偏移距的分布，获取不同方位角道集数据，作为裂缝预测的基础。
（3）通过对井资料的分析，进行层位标定，开展地震各向异性岩石物理正演。正演结果反映出可以用各向异性振幅椭圆短轴方向指示裂缝方向，振幅椭圆扁率指示裂缝密度。
（4）提取相对波阻抗等属性参数进行各向异性椭圆拟合，计算出方位各向异性强度数据体，从而实现对储层裂缝发育密度及展布方向的预测，而后利用成像测井资料解释结果标定各向异性强度数据体，从而转化为具有实际地质意义的裂缝数据体。
（5）按照裂缝预测结果进行相对“量化”分类划区，裂缝密度大于1.39 为Ⅰ类发育区，在1.37～1.39的为Ⅱ类发育区，小于1.37 的为较不发育区（图 6）。
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| 图6 元坝西部须四上亚段裂缝密度预测平面图 Fig. 6 Fracture density prediction of the upper sub-member of segment Xu4 in the western Yuanba region |
影响研究区须四上亚段油气成藏主要因素为紧邻烃源岩提供充足的烃源条件、物性较好钙屑砂砾岩提供好的储集空间、裂缝发育增强流体渗透能力并改善储集空间。元坝紧邻须家河组烃源岩的沉积沉降中心和生烃中心，须一段、须二中亚段、须三及须五段暗色泥页岩厚度较大，岩性纯，且均达到了好烃源岩的标准，为须四段储层提供充足的烃源。同时又可以作为盖层，构成“三明治”型的生储盖组合模式，油气向上或向下直接运移至砂砾岩储集成藏。作为岩性油气藏，有效储层的发育对油气的分布起着关键的作用。须四上亚段物性较差，含气层段孔隙度仅2%～4% 左右，物性好的含钙屑的砂砾岩储层加之裂缝发育，可以增强流体的渗透能力，改善油气储集空间。因此，储层综合预测与评价的核心基于钙屑砂砾岩分布、孔隙度大小、有效钙屑砂砾岩厚度、裂缝发育密度的预测成果。由于有效钙屑砂砾岩的预测包含了钙屑砂砾岩及孔隙度预测的成果，它是在钙屑砂砾岩预测的基础上寻找孔隙度高的钙屑砂砾岩，即所预测的物性好的钙屑砂砾岩。此外，裂缝的发育对储层起到了很好的改善作用，如果厚度较大的有效钙屑砂砾岩裂缝发育，那么天然气富集高产的可能性会更大。
依据已测试井的产量大小，结合有效钙屑砂砾岩分布及厚度大小，结合裂缝密度预测成果，有效钙屑砂砾岩厚度大于10 m 且裂缝发育为Ⅰ类区，有效钙屑砂砾岩厚度5～10 m 且裂缝较发育为Ⅱ类区，有效钙屑砂砾岩厚度2～5 m 且裂缝较发育为Ⅲ类区（图 7）。Ⅰ类区即高产富集区主要分布在研究区西南元坝204 元坝224 井区，已测试的元坝224 井和元坝222 井分别获得了日产7.88×104 m3和11.86×104 m3 工业气流；Ⅱ类区有效钙屑砂砾岩厚度5～10 m 且裂缝较发育，已测试的元陆25 井获得了日产2.5×104 m3 低产工业气流。
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| 图7 须四上亚段储层综合预测与评价图 Fig. 7 Comprehensive reservoir evaluation and prediction of the upper sub-member of segment Xu4 |
（1）元坝西部地区须四上亚段储层岩石类型为钙屑砂砾岩、钙屑砂岩，整体较致密，为低孔低渗裂缝孔隙型储层，具有一定厚度和孔隙较发育的钙屑砂砾岩、钙屑砂岩分布和裂缝发育共同控制了天然气的高产富集区。
（2） 针对元坝西部地区须四上亚段气藏富集与高产主控因素，以测井资料、测试资料为基础，通过精细岩石物理分析，综合利用多种地球物理信息，逐级深入开展岩性、物性和裂缝预测研究，形成了适合研究区须四上亚段气藏高产富集带预测技术方法。
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