随着油气勘探开发的深入, 致密砂岩油气勘探开发逐渐为人们所重视^[1-2], 开发经验表明, 裂缝发育程度及分布情况对致密砂岩储层高产稳产与否有重大意义^[3-4]。国内外学者针对致密砂岩储层中的裂缝进行了大量的研究, MICHAEL等^[5]认为裂缝在致密砂岩气藏中可以起到压力调整作用; 赵靖舟等^[6]认为致密砂岩储层中的裂缝可为油气运移提供渗流通道; 芦慧等^[7]认为在致密砂岩储层中裂缝能将孤立的孔隙连通起来形成油气赋存场所, 同时裂缝自身也可作为储集空间; 王鹏威等^[8]认为裂缝的发育程度以及时空关系不同均会对致密砂岩气藏造成不同影响。由于致密砂岩储层多是低孔低渗储层, 存在的油气需经后期改造才能产出^[9-11], 裂缝能降低岩石破裂强度, 减小开采成本; 此外, 裂缝的发育还可能会造成油气散失, 不利于油气保存^[12]。因此, 裂缝的研究对致密砂岩气储层预测意义重大。本文综合利用多种资料及技术手段对巴中地区千佛崖组致密砂岩储层裂缝与含气性关系进行了研究, 主要从裂缝的发育及分布特征, 含气性的分布特征以及裂缝与含气性在平面、剖面上的相关性等几个方面进行了研究。

研究区位于巴中区块东部, 面积约406 km², 位置如图 1所示。构造具有沉降稳定缓慢、盆地开阔、盆缘距离远且坡度平缓的特征, 主要发育湖泊相和浅水三角洲相沉积。目的层位为中侏罗统千佛崖组地层, 岩石类型主要为岩屑长石砂岩、长石岩屑砂岩、岩屑石英砂岩。薄片观察可见少量粒间溶孔和粒内溶孔, 具有低孔低渗特征。孔隙度分布范围为1.520%~9.320%, 平均为4.017%;渗透率分布范围为0.05~0.78 mD, 平均为0.159 mD(1 mD≈0.987×10^-3 μm²)。

图 1(Fig. 1)

图 1 研究区位置

勘探开发结果表明研究区千佛崖组致密砂岩的油气成藏配置条件好, 多井可见凝析油气藏。

巴中地区千佛崖组裂缝类型复杂多样、产状多变。统计各裂缝参数可以发现, 巴中地区千佛崖组发育裂缝的倾向主要为北东向、北西向和南西向, 以北东向发育居多, 如图 2a所示; 裂缝倾角分布主要为20°~60°和80°~90°, 该段发育有高倾角缝和大量的中低倾角缝, 并且中倾角缝最为发育, 如图 2b所示; 统计各岩石组分中裂缝线密度发现研究区裂缝多分布于细砂岩、泥岩、粉砂质泥岩中, 如图 2c所示。对研究区元陆4, 元陆17和元陆171井成像测井资料的分析以及对元陆, 元陆17, 元陆173和元陆175井岩心资料和显微裂缝的观察研究发现:目的层裂缝大都呈未充填或半充填状态, 少数裂缝被沥青、铁质等充填, 裂缝整体有效性较好, 如图 3所示。

图 2(Fig. 2)

图 2 巴中地区千佛崖组裂缝参数统计 a 裂缝倾向统计; b 裂缝倾角统计; c 裂缝与岩性关系

图 3(Fig. 3)

图 3 研究区目的层裂缝充填情况 a 元陆173井, 井深3 745.31~3 745.49 m, 低角度未充填裂缝; b 细粒岩屑石英砂岩裂缝(充填沥青), 3 654 m, 放大100倍(-), 元陆4井; c 成像测井资料分析, 3 548~3 549 m, 元陆17井

含裂缝地层的弯曲度和连续性变化是地层形变的最直观表现, 综合应用曲率分析法和相干分析技术可提高复杂密集裂缝预测的准确度^[13-15]。采用曲率分析法^[16]和相干分析技术^[17]分别对千佛崖储层裂缝进行预测, 如图 4和图 5所示, 虚线区域为裂缝分布区。结果表明曲率分析法和相干分析技术预测结果具有较好的一致性, 裂缝预测效果好。

图 4(Fig. 4)

图 4 千二段底倾角边缘体属性预测的储层裂缝平面分布

图 5(Fig. 5)

图 5 千二段底相干体属性预测的储层裂缝平面分布

分析巴中地区千佛崖组致密砂岩储层裂缝分布特征可以发现, 陡倾角大断层附近易发育裂缝(与断层距离小于500 m、断层倾角大于50°、延伸长度大于2 km); 处于断层上盘大构造曲率位置易发育裂缝, 较厚且较纯的单层与较高的砂地比易发育裂缝(平均单层厚度大于2 m或砂地比大于0.3)。研究区过井地震剖面显示裂缝特征见表 1, 由表 1可见, 裂缝多发育于元陆17和元陆171井处, 元陆175井处裂缝相对发育, 且主要在千一段、千二段逆断层上盘构造曲率大的区域发育。

表 1(Tab. 1)

表 1 研究区6口井附近裂缝特征统计 裂缝特征 元陆17 元陆171 元陆175 元陆172 元陆173 元陆176 与断层距离/km 0.60 1.30 0.83 1.40 1.12 1.10 断层长度/km 2.02 4.95 4.13 1.46 1.42 12.22 断层倾角/(°) 57 50 64 23 64 58 构造位置 逆断层上盘构造曲率大 逆断层上盘构造曲率大 逆断层上盘构造曲率较大 断块中部构造曲率小 逆断层下盘构造曲率较小 断块中部构造曲率大 平均单层厚度/m 2.15 3.33 3.01 2.10 2.94 3.35 砂地比 0.46 0.34 0.30 0.37 0.27 0.36

表 1 研究区6口井附近裂缝特征统计

本文主要采用AVO技术进行研究区含气性分布预测, 该技术可以从目的层的地震反射信息中获取弹性参数^[18-19]。Zoeppritz方程是AVO技术的理论基础, 由于Zoeppritz方程过于复杂且无法直观表达真实地下岩层实际情况, 所以有了Zoeppritz方程的简化形式, 从而使AVO技术在油气勘探中得到了广泛应用。本文首先对研究区进行单井AVO正演模拟, 并以此来获取含气层AVO响应特征, 在此基础上进行地震属性分析, 提取敏感类地震属性, 建立烃类指示因子, 分别对千一段、千二段和千三段进行含气分布预测。

通过实际地层的AVO正演模拟来分析含气层和差气层的AVO响应特征。选取元陆175井千二段上亚段的含气层和元陆171井千二段上亚段的差气层段进行基于原始测井资料的AVO正演模拟。元陆175井千二段上亚段的含气层模拟结果表明:含气层的密度(ρ)、纵横波速度(v_P, v_S)都比上覆层小; 反射系数(R₀)极性为负, 且随角度的增大而减小; P-G交会图(图 6)显示, 截距P为负, 斜率G为正, 处于第Ⅱ象限, 表现为第Ⅳ类含气砂岩。元陆171井千二段上亚段的差气层模拟结果表明:含气层的密度(ρ)、纵横波速度(v_P, v_S)与上覆层相近; 反射系数(R₀)极性为正, 且随角度的增大而减小; P-G交会图(图 6)显示, 截距P为正, 斜率G为负, 处于第Ⅳ象限, 表现为第Ⅱ类含气砂岩。

图 6(Fig. 6)

图 6 P-G交会显示 a 元陆175含气层; b 元陆171差气层

对研究区目的层段进行地震属性分析, 提取敏感类属性, 建立烃类指示因子DHI, 进行含气性预测。研究表明, 千一段敏感属性为流体因子(FF)、AVO强度(PD); 烃类指示因子DHI(A_DHI=0.6×B_FF+0.4×C_PD/1 000), DHI取负异常指示含气性分布。千二段敏感属性为泊松比(PR)、AVO强度(PD); 烃类指示因子DHI(A_DHI=0.4×D_PR+0.6×C_PD/1 000), DHI取负异常指示含气性分布。千三段敏感类属性为泊松比(PR)、P×signG; 烃类指示因子DHI(A_DHI=0.4×D_PR+0.6×P×signG), DHI取负异常指示含气性分布。

利用建立的烃类指示因子DHI, 对研究区地层进行含气性分布预测。预测结果表明, 含气性主要分布于千二段中、上亚段, 千一段次之。千一段含气分布范围为元陆173井周缘, 元陆176—元陆175井一线和元陆171—元陆17—元陆172一线周缘和工区东南部区域。千二下亚段含气分布范围为元陆173周缘, 元陆175井周缘, 元陆176—元陆171井一线和元陆17井周缘区域。千二段中亚段含气分布范围为元陆173周缘, 元陆175—元陆176—元陆171井一线和元陆17井周缘区域。千二段上亚段含气分布范围为元陆173井周缘, 元陆175—元陆171—元陆17井一线和工区东北部区域。

对比分析千一段含气指示因子预测的含气区平面分布(图 7)和千一段底相干体属性预测的裂缝平面分布(图 8)可以发现, 研究区千一段含气性分布与裂缝分布方位高度一致, 受裂缝分布影响较大。对比分析千二段下亚段含气指示因子预测的含气区平面(图 9)和千二段下亚段底相干体属性预测的裂缝平面分布(图 10), 可以发现研究区千二段下亚段含气性分布局部与裂缝分布方位一致, 其含气性分布局部受裂缝分布影响。对比分析千二段中亚段含气指示因子预测的含气区平面分布(图 11)和千二段中亚段底相干体属性预测的裂缝的平面分布(图 12), 可以发现研究区千二段中亚段含气性分布与裂缝分布方位高度一致, 受裂缝分布影响较大。对比分析千二段上亚段含气指示因子预测的含气区平面分布(图 13)和千二段上亚段底相干体属性预测的裂缝平面分布(图 14)可以发现, 研究区千佛崖组二段上亚段含气性分布与裂缝分布方位差异较大, 受裂缝分布影响小。对比分析千三段含气指示因子预测的含气区平面分布(图 15)和千三段底相干体属性预测的裂缝平面分布(图 16)可以发现, 研究区千三段含气性分布与裂缝分布方位高度一致, 受裂缝分布影响较大。将千佛崖组含气性分布和裂缝分布进行叠合可得含气性储层综合预测分布图(图 17), 与实际开采情况吻合度较高。

图 7(Fig. 7)

图 7 千一段含气指示因子预测的含气区平面分布

图 8(Fig. 8)

图 8 千一段底相干体属性预测的裂缝平面分布

图 9(Fig. 9)

图 9 千二段下亚段含气指示因子预测的含气区平面分布

图 10(Fig. 10)

图 10 千二段下亚段底相干体属性预测的裂缝平面分布

图 11(Fig. 11)

图 11 千二段中亚段含气指示因子预测的含气区平面分布

图 12(Fig. 12)

图 12 千二段中亚段底相干体属性预测的裂缝平面分布

图 13(Fig. 13)

图 13 千二段上亚段含气指示因子预测的含气区平面分布

图 14(Fig. 14)

图 14 千二段上亚段底相干体属性预测的裂缝平面分布

图 15(Fig. 15)

图 15 千三段储层含气指示因子预测的含气区平面分布

图 16(Fig. 16)

图 16 千三段底相干体属性预测的裂缝平面分布

图 17(Fig. 17)

图 17 含气性储层综合预测平面分布

图 18给出了致密储层裂缝与含气性关系, 可以看出, 剖面上裂缝比较发育的层段, 储层致密砂岩含气性明显比一般的致密砂岩储层高, 气层与裂缝比较发育的井段相对应。可见, 研究区千佛崖组致密砂岩储层中, 裂缝的存在是形成高产气藏的重要条件。

图 18(Fig. 18)

图 18 致密储层裂缝与含气性关系(元陆175井, 1 ft≈0.3 048 m)

巴中地区千佛崖组致密砂岩储层中裂缝发育位置主要为千一段和千二段逆断层上盘构造曲率大的区域, 裂缝多分布于细砂岩、泥岩、粉砂质泥岩中, 倾向以北东向为主, 倾角分布范围广, 整体有效性较好。气层主要分布于千二段中、上亚段, 千一段次之。目的层段致密砂岩储层中气层多聚集于裂缝发育带, 裂缝的形成有利于致密砂岩气藏的形成, 研究裂缝分布规律对于在致密砂岩储层中寻找高产气藏具有重要指导意义。