近年来, 中国隐蔽油气藏的勘探逐渐向精细化转变, 类型上从岩性圈闭和地层圈闭向勘探难度更大的物性圈闭转变(张善文, 2006; 周心怀等, 2016)。所谓物性圈闭是指受储集层孔隙度和渗透率空间变化控制的圈闭。在富含油气盆地中, 优质储集层物性形成的隐蔽圈闭是油气勘探的“ 甜点目标” 。物性圈闭预测需要借助高分辨率三维地震资料和大量的钻井资料, 开展“ 井控地震反演和解释” , 确定优质砂体以及物性在空间的分布。

中国的科研人员和学者针对鄂尔多斯、松辽盆地的储集层预测开展了大量工作, 形成了一系列颇有成效的储集层预测技术方法, 主要集中在地震数值模拟、统计学反演、属性优化、多属性融合以及叠前弹性阻抗反演方面, 多注重于统计学方法和反演算法的完善(陈美伊等, 2016; 贾凌霄等, 2016; 曹小璐等, 2017; 戴婉薇等, 2017; 牛聪等, 2017; 潘兰等, 2018)。利用叠后地震资料, 结合地质学的规律进行约束反演方面的实用性研究较少。

准噶尔盆地西北缘玛湖凹陷西斜坡三叠系百口泉组沉积时期, 为稳定的湖盆缓坡带, 古沉积坡度较缓, 小于3° 。百口泉组地层厚度在80~230 m之间, 受夏子街和黄羊泉双向物源影响, 发育以砂泥岩为主的扇三角洲沉积。2012年以来, 钻井不断揭示该区储集层孔隙度和渗透率与油层的厚度和分布具有正相关关系。大量学者通过对百口泉组沉积特征研究, 逐渐认识到玛湖凹陷西斜坡三叠系百口泉组具有“ 扇体大面积成藏, 储集层物性控制油气聚集丰度和规模” 的特征(宫清顺等, 2010; 瞿建华等, 2013; 匡立春等, 2014; 于兴河等, 2014; 张顺存等, 2015; Imin et al., 2016; 胡青等, 2017)。由于研究区受后期构造改造作用小, 目的层三叠系百口泉组扇三角洲体系中难以形成大型的构造圈闭, 而是发育丰富的“ 甜点型” 物性圈闭。因此, 如何有效预测相对高孔渗优质储集层分布, 扩大储量规模, 是近年来滚动勘探和开发面临的关键问题。然而, 勘探实践表明常规的反演方法虽然在区分大套的砂泥岩方面具有较好的效果, 但在寻找优质储集层方面, 常规地震反演解释流程预测效果并不理想。

本研究提出一种精细的优质储集层反演方法, 有效解决了研究区面临的问题: 首先建立目标区高精度层序地层格架, 细分地层单元, 然后在高精度层序格架约束下识别沉积相类型和相带边界, 四级层序界面和沉积相带边界分别作为优质地震反演和解释低频模型的纵向和横向约束条件。第2步, 统计不同四级层序内钻井的岩性、电性和含油气性与阻抗之间的关系, 建立不同格架内的储集层判别标准, 这一步的关键是确定不同层段优质储集层的波阻抗识别值域。第3步, 以层序格架为基础分层进行统计学反演, 应用不同的储集层截取值, 确定优质储集层的叠置关系和空间分布范围。

图 1

Fig.1

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	图 1 准噶尔盆地玛湖凹陷西斜坡构造位置(A)及二叠系— 侏罗系地层柱状图(B)Fig.1 Tectonic location of west slope of Mahu sag, Junggar Basin(A)and stratigraphic column(B) of the Permian to Jurassic

该方法有效地落实了玛湖凹陷西斜坡风南井区三叠系百三段下部4块、百二段下部1块, 共5块优质储集层发育区, 预测结果与开发钻井吻合率达100%, 根据预测结果提出的3口井位建议均试获工业油流, 同时预测的优质储集层分布范围为该井区探井和开发井网设计奠定了基础。

准噶尔盆地西北缘玛湖凹陷西斜坡, 在区域上经历了海西、印支和燕山运动等构造事件。盆地西北部的乌夏断裂带在石炭纪海西运动后开始形成, 在该运动控制下产生大量断层; 晚期造山运动, 形成前陆盆地(Carroll et al., 1990)。二叠纪盆地边缘山体向盆内挤压, 形成了冲积扇、扇三角洲沉积体系(Carroll et al., 1995)。三叠纪受印支运动影响, 西北部的哈拉阿拉特山山体迅速抬升, 乌夏断裂带逆掩推覆运动不断加强, 山体南部形成了较厚的三叠系沉积, 之后, 隆起区地层抬升并遭受不同程度的剥蚀。白垩纪构造活动明显减弱, 地层间歇性沉降。新生代地层抬升并遭受剥蚀, 形成现今的地层展布形态(雷振宇等, 2005)。

研究区位于玛湖凹陷西北斜坡乌尔禾断裂带和断凸带之间的三级构造单元上, 是一南倾单斜, 构造条件稳定, 经历稳定的沉积, 地层保存完好。研究区紧邻玛湖生烃凹陷, 油气资源丰富, 三叠系自下而上发育百口泉组、克拉玛依组和白碱滩组, 中生界三叠系与古生界二叠系呈不整合接触(图1)。百口泉组为扇三角洲砂砾岩与泥岩互层沉积, 物源来自于东北部和西部。百口泉组自下而上可细分为百一段、百二段和百三段。地层和砂层厚度都具有“ 东边厚、西边薄” 的特点, 从西向东依次发育前扇三角洲、扇三角洲前缘及扇三角洲平原沉积(张昌民等, 2020)。从百一段到百三段, 岩石粒度逐渐变细, 颜色从褐色逐渐过渡到灰绿色、灰色, 反映了整体水进的沉积序列(马永平等, 2015)。

本研究应用的三维地震资料由中石油2013年12月采集, 面积600km², 地震面元12.5 m× 12.5 m, 频宽10~60Hz, 主频40Hz, 目的层速度3676 m/s, 垂向地震分辨率23 m。所采用的资料包括30口井的钻测井曲线(SP、GR和RT)和15口井岩心数据。

图 2

Fig.2

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	图 2 准噶尔盆地玛湖凹陷西斜坡层序界面特征及三叠系层序地层格架(剖面位置见图 1)Fig.2 Characteristics of sequence boundaries and the Triassic sequence stratigraphic framework in west slope of Mahu sag, Junggar Basin(profile location in Fig.1)

经典层序地层学是通过识别不整合面或与之可对应的整合面、海侵面和最大洪泛面等关键界面研究年代框架所限定的、具有成因联系的地层组合关系(Baum and Vall, 1988; Posamentier and Allen, 1993)。层序地层格架的建立是以有效识别层序界面为基础的。限于地震资料垂向分辨率的制约, 在建立四级或五级层序地层格架过程中, 经典层序中的关键界面和地层终止关系在常规三维地震资料中往往很难被识别和连续追踪, 这给四、五级层序格架的建立和沉积单元的识别、对比带来了困难(林畅松等, 2002)。

通过应用研究区30余口测井资料和600km²三维地震资料, 在精细合成地震记录标定基础上, 建立了玛湖凹陷西斜坡三叠系高精度层序地层格架。其中二、三级层序界面以区域不整合界面为界, 地震剖面可见明显“ 底削顶超” 的现象, 地震同相轴连续性好, 具有年代地质意义, 且可全区追踪。进而将玛湖凹陷斜坡区三叠系划分为1个二级层序, 5个三级层序(自下而上依次为SQ1、SQ2、SQ3、SQ4和SQ5)。其中, SQ1对应百口泉组, SQ2对应克拉玛依组下段, SQ3对应克拉玛依组上段, SQ4对应白碱滩组下部, SQ5对应白碱滩组上部(图 2)。

三级层序SQ1百口泉组最大沉积厚度大约175 m, 通过三级层序格架内纵向分辨率较高的测井曲线(SP、GR)样式进行界面识别, 划分四级层序。钻井揭示的四级层序界面往往是岩性突变界面、地层叠置关系转换面和相变界面, 表现为“ 向上变细” 、“ 向上变粗” 和“ 先细后粗” 的3种叠加样式。据此特征将三级层序SQ1划分为6个四级层序(SSQ1— SSQ6)(图 3):

图 3

Fig.3

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	图 3 准噶尔盆地玛湖凹陷西斜坡三叠系百口泉组四级层序划分Fig.3 Fourth-order sequence division of the Triassic Baikouquan Formation in west slope of Mahu sag, Junggar Basin

1)SSQ1岩性以厚层灰褐色、杂色砂砾岩为主, 夹薄层泥岩, 单砂体厚度20 m左右。测井曲线表现为低伽马、高电阻特征, 以厚层箱形为主, 顶部略呈钟形, 且曲线齿化特征明显, 整体显示向上变细的特征。

2)SSQ2岩性以厚层灰色、深灰色块状砂砾岩为主, 泥岩夹层厚度和数量均较小, 单砂体厚度5 m左右。测井曲线表现为中— 低伽马、高电阻、厚层箱形, 曲线齿化特征不明显。

3)SSQ3地层颜色过渡为灰色、绿灰色, 岩性底部以厚层泥岩为主, 顶部以块状砂岩为主, 其间发育薄层砂砾岩、含砾细砂岩等, 呈“ 泥包砂” 特征, 粒度向上明显变粗, 单砂体厚度25 m左右。测井曲线外形呈漏斗特征。

4)SSQ4以厚层灰色、深灰色泥岩为主, 砂砾岩厚度较小, 单砂体厚度5 m左右。整体砂岩百分含量低。测井曲线特征为高伽马、低电阻, 齿化特征不明显。

5)SSQ5岩性为厚层灰色、深灰色块状砂砾岩夹薄层泥岩, 单砂体厚度25 m左右。测井曲线表现为低伽马、高电阻特征, 外形为齿化箱形。

6)SSQ6岩性以红褐色泥岩为主, 夹薄层砂岩, 单砂层厚度10 m左右。测井曲线表现为高伽马、低电阻特征。

由于三维地震资料分辨率的限制, 在区域上无法连续追踪每一个四级层序界面, 因此将SSQ1+SSQ2、SSQ3+SSQ4、SSQ5+SSQ6分别组合形成3个单元进行顶、底界面追踪, 这样可以最大范围追踪四级层序界面, 同时井— 震标定揭示以上3个单元分别相当于百一段、百二段和百三段。

通过四级层序格架纵向分层约束和沉积充填过程的分析, 结合大部分已钻油气井在百二段下部和百三段下部储集层发育规律性, 对砂体富集层系SSQ3和SSQ5进行相控地震反演和解释, 预测优质储集层的分布范围。根据研究区已钻井统计分析, 扇三角洲平原孔隙度4.81%~9.20%, 渗透率为(0.15~2.29)× 10^-3μ m², 不发育优质储集层。扇三角洲前缘亚相岩性较纯, 杂基含量少, 孔隙度6.5%~12.8%, 渗透率为(1.53~120.00)× 10^-3μ m², 是优质储集层的主要发育相带。

为了达到更好的储集层预测效果和精度, 本方法较以往最大的区别是将百二段和百三段分开反演, 分别统计, 选取不同的储集层识别标准。百二段对应四级层序SSQ3+SSQ4组合, 百三段对应SSQ5+SSQ6组合, 分层反演的数据体的下部波阻抗切片可以代表对应砂体发育层序SSQ3和SSQ5储集层分布。

反演过程中将四级层序格架内沉积充填相带边界作为低频模型的边界约束条件。利用典型井和三维地震资料进行相控地震反演和解释, 最后利用“ 盲井” 验证储集层预测的可靠度。

图 8

Fig.8

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	图 8 准噶尔盆地玛湖凹陷西斜坡风南井区百三段下部(SSQ5)储集层识别量板Fig.8 Reservoir identify template of the lower part of Member 3 of Baikouquan Formation(SSQ5) in Fengnan well block in west slope of Mahu sag, Junggar Basin

5.1 建立优质储集层识别标准

钻井岩石分析数据揭示SSQ5内仅根据电阻率虽然可以区分出砂岩和泥岩, 但致密储集层和优质储集层无法区分。根据FN401、FN4、FN407、FN12、FN11、FN17、FN405和FN406井建立的四级层序SSQ5储集层量板上可见(图 8), 研究区内波阻抗可以有效区分优质储集层和致密储集层, 其中, 泥岩波阻抗值低于10i100ig/m³· m/μ s, 优质储集层波阻抗大于10i100ig/m³· m/μ s而小于11i700ig/m³· m/μ s, 致密储集层波阻抗大于11i700ig/m³· m/μ s。同样图 9揭示了四级层序SSQ3波阻抗分布区间及岩性对应关系:泥岩波阻抗低于10i800ig/m³· m/μ s, 优质储集层波阻抗介于10i800~12i100ig/m³· m/μ s之间, 致密储集层波阻抗大于12i100ig/m³· m/μ s。

图 9

Fig.9

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	图 9 准噶尔盆地玛湖凹陷西斜坡风南井区百二段下部(SSQ3)储集层识别量板Fig.9 Reservoir identify template of the lower part of Member 2 of Baikouquan Formation(SSQ3) in Fengnan well block in west slope of Mahu sag, Junggar Basin

5.2 相控剖面反演结果

图 10对比了非相控反演剖面与地震相控反演波阻抗剖面之间的差异。非相控反演剖面(SSQ5+SSQ6)揭示FN15井及附近和FN10井百三段上部均为泥岩区。FN15、FN16井之间为致密层(图 10-A)。而在相控反演剖面上, 通过波阻抗值的进一步限定, 不仅区分出了砂泥岩, 而且在厚层砂体内区分出了优质储集层和致密储集层, 指出FN15井及其附近、FN10井百三段上部和FN15、FN16井附近均发育优质储集层(图 10-B)。相控反演可以确定井间优质储集层的变化范围。反演连井剖面揭示储集层由东北向西南逐渐减薄, 致密储集层主体位于FN10井以东, 向西虽然砂体变薄, 但主体属于优质储集层, 与泥岩互层, 构成良好的储盖组合。通过分层相控反演, 识别出SSQ5(百三段下部)FN10井致密储集层, 预测结果揭示该致密储集层向FN17井发生了渐变, 逐渐变化为优质储集层。而致密储集层上部砂层(百三段上部)物性却变好, 属于优质储集层。已揭示的FN15井优质储集层虽与FN11井和FN17井处于同一层序内, 但并不连通, 分属于不同砂体。

图 10

Fig.10

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	图 10 准噶尔盆地玛湖凹陷西斜坡风南井区百三段非相控反演与地震相控反演结果波阻抗剖面对比(剖面位置见图 1)Fig.10 Comparision of non-facies controlled and facies controlled impedance profiles of the Member 3 of Baikouquan Formation in Fengnan well block in west slope of Mahu sag, Junggar Basin(profile location in Fig.1)

5.3 相控平面反演结果

致密砂岩受同沉积作用及沉积后期成岩作用的影响, 物性的变化趋势并不与沉积相带完全重合, 钻井揭示即使在同一相带内部, 砂岩物性的横向变化很快, 研究表明通过在同一相带内的分层反演, 可以有效识别出优质储集层的发育边界, 确定由物性控制的优质储集层的分布范围。

图 11揭示的是百三段下部(SSQ5)相控反演预测结果。共识别出4个物性圈闭发育区。X90井区附近, 识别出北部以断裂为界、其余方向边界为致密砂岩的优质储集层, 分布面积为4.2 km²。FN17井北优质储集层发育区, 北部以断裂为界, 东部和西部以致密砂岩为界, 南部与泥岩相接, 优质储集层分布面积为4.7km²。FN15井区在已经探明的储量分布区之外, 识别出30.2 km²的优质储集层发育区, 其南部以断裂为界, 北部和东部均为致密砂岩, 西部与泥岩相接。FN405井优质储集层是一个孤立的砂体, 面积4.5 km²。

图 11

Fig.11

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	图 11 准噶尔盆地玛湖凹陷西斜坡风南井区百三段下砂岩段波阻抗平面属性(SSQ5)(位置见图 1)Fig.11 Impedance properties of the lower sandstone of Member 3 of Baikouquan Formation(SSQ5) in Fengnan well block in west slope of Mahu sag, Junggar Basin(location in Fig.1)

图 12揭示的是百二段下部(SSQ3)地震反演和解释预测结果, 致密砂岩分布在东部和北部地区, 优质储集层的发育并非孤立, 而是连片分布, 南北2块探明储量区之间优质储集层砂体连片, 整片含油, 扩展储量区面积14.4 km²。

图 12

Fig.12

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	图 12 准噶尔盆地玛湖凹陷西斜坡风南井区百二段下砂岩段波阻抗平面属性(SSQ3)(位置见图 1)Fig.12 Impedance properties of the lower sandstone of Member 2 of Baikouquan Formation(SSQ3) in Fengnan well block of west slope of Mahu sag, Junggar Basin(location in Fig.1)

通过13口开发井实钻数据与预测数据对比统计, 在钻遇率最高的百三段预测符合率为100%(表 1)。在此研究基础上, 先后提出南75、南76和南79井3口井的井位部署建议, 均已试获工业油流, 取得良好的勘探效果。

表 1

Table1

表 1(Table1)

表 1 准噶尔盆地玛湖凹陷西斜坡风南井区百三段储集层预测与实钻水平开发井吻合情况统计 Table1 Statistical of coincidence between reservoir prediction and actual horizontal development wells in the Member 3 of the Baikouquan Formation in Fengnan well block in west slope of Mahu sag, Junggar Basin

表 1 准噶尔盆地玛湖凹陷西斜坡风南井区百三段储集层预测与实钻水平开发井吻合情况统计 Table1 Statistical of coincidence between reservoir prediction and actual horizontal development wells in the Member 3 of the Baikouquan Formation in Fengnan well block in west slope of Mahu sag, Junggar Basin

1)准噶尔盆地玛湖凹陷西斜坡三叠系百口泉组划分为6个四级层序, 根据井-震结合、区域追踪, 将四级层序SSQ1+SSQ2、SSQ3+SSQ4和SSQ5+SSQ6分别组合作为独立单元, 分别进行相控反演, 明确了优质储集层纵向变化关系。

2)研究区扇三角洲砂体分布面积广, 具有多期砂砾岩体纵向叠置、横向连片特征; 扇三角洲平原以致密砂岩为主, 优质储集层主要发育在扇三角洲前缘相带。

3)基于地震沉积学的沉积体系充填过程研究表明, 研究区内扇三角洲具有多期水进、水退特征, 砂体主要富集在四级层序SSQ1、SSQ3和SSQ5内, 根据水进期泥岩分布范围认为最有效的储盖组合集中发育在百二段(SSQ3+SSQ4)和百三段(SSQ5+SSQ6)。

4)应用高精度层序地层纵向边界和沉积相横向边界约束, 进行分层相控叠后储集层波阻抗反演, 预测5个优质储集层发育区, 提出3口井的井位建议, 钻探试油成功率100%。勘探实践表明, 该方法是滚动勘探和开发阶段实用性储集层预测手段。