武恒志,叶泰然,赵 迪,马如辉

(中国石化 西南油气分公司, 四川 成都 610041 )



川西坳陷陆相致密气藏河道砂岩储层精细刻画技术及其应用

武恒志,叶泰然,赵 迪,马如辉

(中国石化 西南油气分公司, 四川 成都 610041 )

川西坳陷侏罗系砂岩储层具有低渗致密的特点,主要为三角洲相分流河道沉积。河道纵向叠置关系复杂、砂岩厚度薄、岩性及物性横向变化明显，但地震资料分辨率有限，河道砂岩储层预测及刻画难度大,制约着开发目标评价及井网部署。采用从宏观到微观、从定性到定量、从外形精细刻画至内幕非均质性评价逐步逼近的综合研究思路，重点集成了井-震一体化河道沉积层序识别、河道砂体叠加样式正演、相带空间刻画和递进反演相控储层定量描述等关键技术，解决了河道期次划分、叠置样式预测、外形刻画和定量描述等多个难题，实现以单河道为单元的气藏精细开发目标评价,取得了明显的应用效果，并形成了陆相致密气藏河道砂岩储层精细刻画与描述技术体系。

层序；相带；河道砂岩；储层；岩性气藏；川西坳陷

川西坳陷侏罗系岩性气藏埋深700～2 500 m，气藏主要受河道砂岩储层分布控制。“九五”科技攻关首次利用三维地震储层预测技术实现了新场气田勘探开发重大突破,先后在四川盆地川西坳陷建成多个大、中型气田，这些气田主要位于正向构造带上并以成都凹陷周边的新场气田、马井气田和洛带气田等为典型代表。2011年以来，伴随 “叠覆型致密砂岩气区”成藏地质理论和“相带控砂、河道控储、断砂输导、网状运移、差异聚集、甜点控产”地质认识的提出[1-5]，川西坳陷侏罗系岩性油气藏迈出了向斜坡区及凹陷区勘探开发的步伐。依托地球物理储层预测技术和水平井分段压裂等关键技术攻关及突破，实现了多个勘探发现，落实了多个开发建产阵地，产能建设取得了重要进展。在地球物理储层预测技术方面，早期主要采用振幅类、频率类、相位类、相关类、波形聚类和三维可视化等技术进行河道储层预测和刻画，在正向构造带储层厚度大及地球物理特征相对易于识别区域取得了明显效果[6-9]。伴随勘探开发区域拓展、预测目标地质特征复杂性增加及开发对地球物理预测精细化、定量化需求(如对小层开发需要明确各单一河道分布、河道内幕沉积结构、薄储层厚度、储层物性非均质性等)，早期技术的局限性越来越明显，预测精度难以满足生产需求。近年来，确立地震、地质一体化综合研究思路，通过科技攻关，地球物理预测技术取得重要进展，以河道沉积层序识别、储层叠置样式识别、相带精细刻画、定量描述等为代表的关键方法技术的成功应用，有效支撑了川西坳陷侏罗系陆相致密气藏增储上产成果的取得。

1 河道砂岩储层基本特征与预测难点

1.1 河道砂岩储层基本特征

川西坳陷中、浅层侏罗系岩性气藏为次生远源气藏，烃源岩主要为下伏三叠系须家河组地层，优质储集层的分布和发育规模决定了气藏的分布和规模，侏罗系蓬莱镇组及沙溪庙组两大主力气藏储层均以河道砂岩为主。沉积物源主要来自坳陷东北部米仓山及龙门山北段，同时具有少量龙门山中南段物源。在单井和典型剖面沉积相分析以及200余口钻井砂岩厚度和含砂率统计基础上，落实了各层段沉积相平面分布特征。其中，河流相主要发育在坳陷北部，属于辫状河、网状河三角洲沉积体系。成都凹陷以东沉积相以三角洲平原和前缘为主，在南部主要为前三角洲和湖泊相，河道砂体主要呈北东南西向展布。河道砂岩岩石类型主要为岩屑砂岩、长石岩屑砂岩和岩屑石英砂岩。砂岩以细粒结构为主，并广泛发育粉砂岩，储层主要分布在中-细粒砂岩中。颗粒分选中等-较好，磨圆度较差，以次棱角状为主。砂岩孔隙度主要分布在4%～15%，储层孔隙度平均为8%～10%，一般低于12%，孔隙度下限为7%左右；渗透率主要分布在(0.05～1)×10-3μm2，一般低于0.5×10-3μm2，储层渗透率下限为0.1×10-3μm2左右。储层类型以孔隙型为主，属于典型的低孔低渗致密储层。储层的典型测井响应特征表现为“三低二高”：即低自然伽马、低中子、低密度、高声波、中-高电阻率。沉积环境是控制储层分布及物性变化的首要因素，分流河道物性最好，其次是河口坝，而决口扇、河漫滩、分流间湾和砂泥坪的物性较差。

1.2 河道砂岩储层预测难点

川西坳陷侏罗系岩性气藏往往具有以单河道为储渗单元的特征，单河道和单砂体构成多个独立的子气藏。气藏开发需要以单河道或单砂体为单元，即使同一层段内的不同河道，与烃源断层配置条件及圈闭条件、沉积微相、储层特征等差异，均会导致其含气丰度、产能特征的明显差异。但伴随勘探开发的深入,对叠置河道的精细剖分,河道外形及河道内部物性非均质性刻画与描述等提出了越来越多的需求,带给地球物理预测的难点主要体现在：

1) 河道沉积层序识别

河道砂体纵向叠置情况复杂，砂体横向变化快，厚度薄，单砂体厚度一般为5～20 m，而地震资料主频为25～35 Hz，可分辨储层的厚度为25～30 m，可检测储层厚度为15～20 m。受地震资料分辨率限制，同一相位内往往发育多条叠置河道，传统以相位为单元的单属性相带刻画技术手段受限，叠后提高分辨率处理亦难以完全适应薄层窄河道识别需求，河道期次识别难度大。

2) 河道砂岩叠置样式预测

河道砂岩纵向上往往叠置，不同储层叠置区域开发井网部署及水平井轨迹设计方案不同。而夹层厚度与砂岩储层厚度差异及砂体发育层数不同均会导致地震响应差异，在砂岩频繁叠置情况下，地震子波旁瓣干涉效应对地震反射能量影响会明显增加，常规以能量为核心的预测方法常难以满足不同储层叠置样式区域预测的需要。

3) 单河道相带刻画

以振幅为核心的常规属性提取常用于河道外形的刻画[10],但常规属性分析往往受反射能量影响大，而反射能量往往与储层厚度、夹层及物性相关，识别精度受限。如何准确刻画河道沉积相带边界亦是面临的主要难点之一。

4) 河道砂岩储层预测与定量描述

河道砂岩内部存在岩性及物性非均质性，储层厚度往往较砂岩厚度薄，物性纵横向变化快，加之储层总体较致密，与围岩波阻抗叠置较为严重，地球物理特征隐蔽，定量识别储层厚度及其分布是开发评价及产能建设的主要难点。

2 河道砂岩储层精细刻画技术

河道砂岩储层精细刻画是一个复杂的系统工程，面临沉积层序、叠加样式预测，相带刻画与定量预测描述等难题，不仅需要建立多学科结合的研究思路及技术流程，更需要对单项特色技术进行测试优选并集成配套多种特色的地球物理技术。

本文针对川西坳陷河道砂岩储层精细刻画难点，采用逐级控制的递进式预测思路。首先开展河道沉积层序识别和小层精细对比，基于实际地震地质资料开展河道砂体叠置样式正演，分析河道砂体叠置情况下的地震反射特征，优选出敏感属性参数与属性提取技术手段；其后综合采用属性分析技术、波形分类技术、体分频像素成像技术和三维可视化技术开展有利相带空间刻画，确定河道砂体内部叠加样式和空间展布特征；最后，在相带预测结果的约束下，重点采用地质统计学反演技术，实现河道砂岩储层定量预测。

2.1 井-震一体化河道沉积层序识别

川西坳陷中浅层气藏不同河道存在成藏配置条件的差异，不同河道天然气产能差异明显。因此，河道单元及河道沉积层序识别是气藏开发方案编制及井网部署的基础。川西坳陷侏罗系蓬莱镇组划分为4个亚段,29套砂组,沙溪庙组划分为2个亚段,9套砂组。砂组划分往往参照地震的可识别性确定，一个砂组对应一个地震相位，厚度一般40～50 m，相当于一个中期基准面旋回层序。一个砂组往往由多个米级厚度的单砂体或小层组成，单砂体或小层往往为受控于短期基准面旋回的河道沉积。气藏针对河道单元的开发面临几个主要问题：①单个地震相位之内如何准确识别多期河道(图1a);②钻井砂体对比时如何划分单砂体沉积期次(图1b);③如何判断不同钻井砂体是否属于同一河道(图1b)。

开展井-震一体化研究，精细捕捉河道沉积在地震资料纵横向上的响应，可识别单一地震相位之内多期单河道沉积层序，提高地震资料空间上识别河道砂体能力，具体做法主要包括：砂组划分及小层对比井-震一体化和单河道识别及河道沉积演化分析井震一体化。

图1 川西坳陷什邡地区砂组连井地震剖面(a)及砂体对比剖面(b)Fig.1 Seismic cross section(a)and correlation section of sand bodies(b) for in Shifang area, western Sichuan Depression

图2 川西坳陷什邡地区砂组河道砂岩储层振幅属性Fig.2 Seismic amplitude attribute of channel sand reservoirs in Shifang area,western Sichuan Depression

2.2 河道砂体叠置样式正演

确定砂岩储层纵向叠加样式是气藏开发又一重要需求。叠置砂体模型正演模拟是建立储层识别标志、提出预测模式及方法的关键步骤。模型正演主要根据储层与围岩厚度变化、声波及密度测井资料、地震资料主频及相位特征选取子波获得相应的正演记录[12]。河道砂体发育过程往往具有继承性,伴随河流摆动,河道砂沉积往往存在侧向迁移,纵向叠加样式多变，而纵向多个薄层干涉影响非常普遍，不同岩性组合、不同厚度变化组合、不同地震波主频带来不同的叠置砂体的地震响应，因此需要根据实际情况制作多层叠置砂体模型以建立识别标志，提出针对性预测方法。

图3 川西坳陷新场砂组连井砂体对比剖面(a)、正演记录(b)和地震剖面(c)Fig.3 Correlation section of sand bodies(a),forwarding record(b)and seismic sections(c)of in Xinchang area,western Sichuan Depression

图4 川西坳陷新场地区河道砂岩储层波形分类Fig.4 Wave form classification of in Xinchang area,western Sichuan Depression

岩性类别纵波速度/(m·s-1)密度/(g·cm-3)砂体厚度/mS1砂岩38332.475～25S2砂岩38622.485～25M1泥岩38002.40—M2泥岩41002.5030M3泥岩41502.5030～40M4泥岩43502.60—

2.3 相带空间刻画技术

2.3.1 沿层属性提取

在储层精细标定和追踪对比的基础上，进行三维沿层切片分析及属性参数提取是河道储层刻画最为普遍采用的技术，提取的参数包括振幅、频率、波阻抗、相干等若干种属性[13-14]。川西坳陷侏罗系河道砂体以高孔隙度的低阻抗砂体物性好，为主要开发目标，利用振幅变化，尤其是强波谷振幅变化可较好刻画河道相带分布(图2，图5)。此外，由于振幅属性容易受到围岩变化及地震波干涉效应影响，利用波阻抗属性，对于刻画有效河道储层效果更加明显。振幅及波阻抗属性分析是目前川西地区最为常用的河道相带预测方法。

2.3.2 波形分类技术

针对上文单砂体及叠置砂体分布区预测，采用波形分类技术。波形分类是一种利用自组织神经网络技术(SOM)对地震道波形进行自动分类的技术。其工作原理是基于对相同地质特征的地质体具有相似的地震波形反射的假设。波形分类首先需要确定样本波形的位置，该波形位置通常选择典型井的位置，并赋予该样本波形一定的地质含义(典型井储层的地质属性)。在一定的时窗范围内计算其他位置的地震波形与样本波形的相似程度。对于与某一样本波形具有高相似性的地震道波形被认为与该样本波形为同类波形，从而认为该地震道波形与样本波形具有相同的地质属性[15]。

2.3.3 体分频像素成像技术

常规地震振幅和频率属性一直是前期河道砂岩储层识别与刻画的主要属性。近年来，新区勘探开发面临的目标储层地球物理特征隐蔽性越来越强，预测难度加大，且随着勘探开发程度的提高，对预测刻画精度要求越来越高。该类常规属性分析手段在川西地区越来越难以满足河道砂岩储层精细刻画的要求，而利用分频技术刻画河道外形可取得明显效果[16-20]。分频解释技术对三维地震资料进行特殊处理 ,产生具有单一频率的一系列的振幅调谐体和离散频率能量体，采用单频属性进行三原色平面融合，相带识别能力得到提高，但单频信噪比较低，影响刻画效果。

图5 川西坳陷高庙—中江地区沙溪庙组砂组体分频像素成像(a)与振幅属性(b)对比Fig.5 Pixel imaging for spectral decomposition(a)and seismic amplitude attributes(b)of in Gaomiao-Zhongjiang area,western Sichuan Depression

采用的体分频像素成像技术刻画相带边界效果明显，该技术是像素成像去噪处理与体分频融合处理两项技术的联合运用。首先对三维地震数据进行像素去噪，利用三维像素处理功能，采用各向异性滤波技术，通过反复迭代，无限逼近方法，消除三维地震数据体内的系统噪声和随机噪声，从而达到提高地震资料信噪比，突出有效地震反射波的目的，使得地质异常体边界反射更加清晰，便于识别。在此基础上开展体分频处理，利用小波变换把地震反射成分中的各频率对应的调谐能量分解出来而形成对应频率的能量异常体,赋予每一单频体一种颜色(通常是红、黄、蓝色中的一种)，单频体内不同采样点处依据能量差异赋予此点同种颜色不同的亮度和饱和度，最后将各单频体同一点处不同颜色的亮度和强度按照三原色光模式(RGB)混合得到对应的颜色值，融合形成属性体，这较早期分频技术分别形成单频体，通过平面图融合的方式前进了一大步。这种处理方法与卫星遥感技术采用不同带宽频率对地表地形地物扫描产生的干涉图相解释方法相类似，可实现地质体外形的整体刻画，使相带连续性、相带边界刻画能力较常规属性明显提高。

2.3.4 三维可视化技术

三维可视化技术是精细刻画河道三维空间分布的重要工具[6-7]，在小层追踪对比线的控制下或种子点控制下，可自动进行储层的三维空间识别和追踪，并对满足条件的样点进行识别(也称为储层雕刻)，实现储层三维空间展布的刻画。通过该技术的创新应用，重点结合沉积微相研究成果对追踪出的河道砂岩储层的空间分布进行地震沉积学分析，认为该技术尤其是在河道纵横向叠置的情况下，准确区分河道走向、划分河道期次方面较常规属性分析有非常明显的优势。

图6为中江地区沙溪庙组纵向叠置和横向频繁迁移的多河道剖面特征及刻画结果。从地震剖面上可见(图6a)，河道纵向叠置频繁，常规的剖面河道等相位追踪拾取难度大，大时窗内三维可视化解释工作效率及刻画精度均得以提高。首先针对河道所在剖面位置进行大时窗分频像素成像，确定5条主要河道宏观分布及走向特征(图6d)；其次，针对每一条河道实施种子点控制与自动追踪成像，不同期次河道用不同颜色表示(图6b)，从而将原本交叉叠置的②号、③号和④号河道在空间上有效分开；在此基础上，不同期次河道地震反射时间表征也有助于进一步认识河道发育期次，时间埋深大的河道沉积时间最早，图6c可以看出①号河道埋深最大，其次为②号和③号河道，④号和⑤号河道埋深相对较浅。通过平面叠置河道外形控制、单河道追踪、纵向时间刻画结合剖面解释，多套河道砂体相互叠置关系以及空间展布形态刻画效果较好，发育时间顺序亦非常清晰，5条河道按编号序次发育。

2.4 递进反演相控储层定量描述技术

川西坳陷陆相致密砂岩储层厚度薄、储层物性横向变化快，定量描述储层厚度、物性横向变化是开发产能建设的客观需求。为实现储层定量描述地质目标，将相带约束基础上之上的高精度反演作为储层定量描述的攻关思路，形成了递进反演相控储层描述技术，采用稀疏脉冲波阻抗反演和地质统计学岩性反演、孔隙度模拟三者递进结合思路，把常规的地震体转换成多个高分辨率的反演属性体，把界面型的地震数据转换成波阻抗、岩性和孔隙度数据，直接反映储层特征，使其能与钻井、测井直接对比，最后根据相带识别成果，实现优势相带内储层厚度及物性的定量预测和描述，研究储层特征的空间变化。在解决川西横向非均质性很强的岩性油气藏描述问题中效果明显。

根据测井分析结果，优质储层主要位于低波阻抗区域，且储层孔隙度和波阻抗相关性较好，所以开展高精度的叠后反演是可以有效支撑储层厚度和孔隙度预测的。首先开展波阻抗反演，该反演主要采用保真度较高的稀疏脉冲反演(CSSI)方法；然后以波阻抗反演结果为约束，开展地质统计学岩性反演，而该方法在井网密集的情况下有明显的优势；基于地质统计学波阻抗反演结果和岩性反演结果，在砂岩储层内部，进行孔隙度协模拟，最终获得孔隙度反演成果[21-24]。

图7为什邡地区蓬莱镇组气藏地质统计学模拟的连井岩性剖面。其中，黄色为砂岩，绿色为泥岩，剖面曲线为GR曲线。剖面岩性分辨率高，井点岩性反演结果同参加反演约束的实钻井砂体发育情况吻合，同检验井岩性反演结果吻合，反演结果可靠性较高，克服了常规地震剖面分辨率不足的缺点，为砂体厚度预测提供了基础。图8为连井孔隙度剖面，红黄色为高孔隙储层，蓝色曲线为孔隙度曲线，红色为GR曲线，曲线与剖面对应好。剖面上，不同厚度储层得以展示，这为储层厚度及物性预测提供了基础，为储层量化预测实现了关键的一步。

在岩性剖面上，依据储层反射层位向下开时窗，可以求得砂体时间样点厚度。在孔隙度剖面上，依据储层反射层位向下开时窗，可以求得不同孔隙度储层的时间样点厚度。以地震相带刻画结果为约束，在优势主河道相带内，进行钻井砂体、不同孔隙度储层厚度校正，获得砂体厚度图、储层厚度图、平均孔隙度图等满足气藏描述及储量计算、开发井网部署等需求的各类图件(图9,图10)。

图6 川西坳陷中江地区沙溪庙组砂组地震剖面(a)、三维可视化(b，c)与体分频像素成像(d)Fig.6 Seismic section(a),3D visualization(b,c)and pixel imaging for spectral decomposition(d)of in Zhongjiang area,western Sichuan Depression

图7 川西坳陷什邡地区蓬莱镇组地质统计学反演的连井岩性剖面Fig.7 Well-cross section from geostatistical inversion of the Penglaizhen Formation reservoirs in Shifang area,western Sichuan Depression

图8 川西坳陷什邡地区蓬莱镇组地质统计学模拟的连井孔隙度剖面Fig.8 Cross-well porosity section from geostatistics modeling of the Penglaizhen Formation reservoirs in Shifang area,western Sichuan Depression

图9 川西坳陷什邡地区有效储层(孔隙度>7%)厚度 Fig.9 Effective thickness of reservoirs in Shifang area,western Sichuan Depression

图10 川西坳陷什邡地区储层平均孔隙度Fig.10 Average porosity of reservoirs in Shifang area,western Sichuan Depression

基于稀疏脉冲波阻抗反演与地质统计学反演相结合的递进反演相控储层定量描述技术，以相带预测为约束、有效实现地震资料横向分辨率与钻井资料纵向分辨率结合，分辨率更高，对于薄层识别能力更强，是高精度储层量化预测的有效工具，适宜于开发阶段气藏描述。但地质统计学反演受井网、模型、反演参数等影响，依然具有一定多解性，需要不断结合开发进展，优化预测模型，不断提升预测精度。

3 应用效果

4 结论

1) 相控预测思路应贯穿于河道砂岩储层预测与刻画过程始终，采用从河道相带外形及内幕刻画到河道相带内储层厚度及物性递进预测策略，可有效减少储层预测多解性，提高预测精度。

2) 河道砂岩储层纵向叠置与横向迁移频繁，准确识别河道沉积层序、刻画河道外形及叠置样式，开展定量描述是油气藏开发需要解决的重要基础性课题，本次井-震一体化河道沉积层序识别、河道砂体叠加样式正演、相带空间刻画技术和递进反演相控储层定量描述等方法技术对于河道砂岩储层气藏开发阶段精细刻画有重要参考作用。

3) 不同区块地质特征不同，储层地球物理响应特征各异，并非每一单项技术适用于各个区块，针对研究目标优选预测方法技术手段是河道砂岩储层预测过程中需要重视的问题之一。

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(编辑 张玉银)

Fine characterization technique and its application to channel sandstone in continental tight gas reservoirs of western Sichuan Depression

Wu Hengzhi,Ye Tairan,Zhao Di,Ma Ruhui

(SouthwestPetroleumBrachCompany，SINOPEC,Chengdu,Sichuan610041)

The Jurassic sandstone reservoirs in western Sichuan Depression are mainly of delta distributary channel depo-sits,featuring in tightness and low permeability.The channel sands are complex invertical superimposition,small in thickness,and large in variations of lithology and poroperm characteristics.It is difficult to predict and characterize those reservoirs due to the limited seismic resolution,constraining target evaluation and well pattern deployment.A comprehensive method was adopted to study the reservoirs from macroscopic to microscopic observation,from qualitative to quantitative analysis and from appearance description to internal heterogeneity evaluation.Several key techniques were proposed,including channel sedimentary sequence identification,forward modeling of stacked channel sands,description of space distribution of facies and quantitative characterization of reservoirs based on progressive inversion.They were successfully used in subdivision of channel sequence,prediction of stacking pattern and quantitative description of appearance,making it possible to perform fine evaluation of development target with single channel as an appraisal unit.A technology system was established for fine description and characterization of continental channel sands in tight-gas reservoirs.

sequence,facies belt,channel sandstone,reservoir,lithologic gas reservoir,western Sichuan Depression

2014-09-28;

2014-12-08。

武恒志(1964—)，男，博士、教授级高级工程师，石油地质。

0253-9985(2015)02-0230-10

10.11743/ogg20150207

TE121.3

A