吉木萨尔页岩油“甜点”预测方法

董 岩，徐东升，钱根葆，王晓辉，戴云捷

(1.中国石油新疆油田分公司，新疆 克拉玛依 834000；2.中国石油东方地球物理公司，新疆 乌鲁木齐 830016)

0 引 言

近年来，随着中国石油探明程度的提高，老油田含水率越来越高，年综合递减率逐渐增大，新发现规模效益储量难度越来越大，并呈现出储量品位变差的趋势，常规的石油领域新建产能难以弥补产量的递减，亟需寻找非常规石油资源，实现资源的战略接替。页岩油以其“源储一体、原位聚集、规模资源”等特性必然成为常规油气的重大接替领域，国内外页岩油勘探开发均已取得重大的进展[1-6]。准噶尔盆地吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组页岩油以其多源混积、过渡岩性、“甜点”分散、源内聚集等特点成为中国西部挤压型前陆咸化湖盆页岩油典型代表[7-9]，“甜点”储层单层平均厚度小于6 m，发育上、下2个“甜点”段[10-13]。目前，上“甜点”已投入开发，开发方式以水平井钻探和体积压裂为主。前期采用常规波阻抗反演和地震多属性反演等方法仅对地质“甜点”进行了宏观预测，预测结果分辨率较低，仅能分辨大套的“甜点”段，难以表征厚度为6 m左右的主力开发油层，水平段钻遇率仅为87%左右。因此，如何依托现有的三维地震资料，形成一套针对页岩油 “甜点”预测方法，为水平井钻探提供一套高精度的储层模型，进而提高油层钻遇率，成为当前吉木萨尔页岩油高效开发亟需解决的技术问题。

1 页岩油“甜点”地球物理特征

1.1 页岩油“甜点”测井分类

二叠系芦草沟组页岩油具有源储一体、整体成藏的特点，储层为咸化湖盆中滨浅湖—半深湖的细粒混积岩，储层岩性包括粉细砂岩、云屑粉细砂岩、砂屑云岩、泥晶与微晶云岩。物性受岩性控制明显，上、下“甜点”段平均孔隙度为11%，平均渗透率为0.01 mD，属于中低孔、超低渗储层。

目前，常规的测井曲线难以表征页岩油的岩性、物性和含油性，唯一对储层特征较为敏感的测井曲线只有核磁有效孔隙度[14]。在现有开发方式下，按照核磁有效孔隙度和含油饱和度的关系，将核磁有效孔隙度大于5%、含油饱和度大于45%并达到工业油流标准的“甜点”定义为油层。具体可划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ共3类，分类标准如表1所示，根据目前页岩油高效开发建产的迫切需求，“甜点”储层开发动用类型主要以Ⅰ类和Ⅱ类为主。

按照上述分类标准，上“甜点”主要集中在P2l22-1、P2l22-2、P2l22-3三个砂层，岩性主要为砂屑云岩、岩屑长石粉细砂岩和云屑砂岩，油层厚度为38 m。其中，上部P2l22-1储层平均厚度约为2 m，以Ⅱ类“甜点”为主，横向连续性较差；中部P2l22-2储层平均厚度约为4～6 m，以Ⅰ类“甜点”为主，横向连续性好，是水平井钻探的首要目标层段；下部P2l22-3储层平均厚度约为2 m，以Ⅱ、Ⅲ类“甜点”为主，横向连续性差。下“甜点”主要集中在P2l12-1、P2l12-2、P2l12-3三个砂层，岩性主要为砂屑云岩、云质粉砂岩和云屑砂岩，油层厚度为25 m。其中，上部P2l12-1储层平均厚度约为2 m，以Ⅱ类“甜点”为主，横向连续性较差；中部P2l12-2储层平均厚度约为4～6 m，以Ⅰ类“甜点”为主，横向连续性好，是水平井钻探的首选目标层段；下部P2l12-3储层平均厚度约为2 m，以Ⅱ、Ⅲ类“甜点”为主，横向连续性差。

表1 吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组页岩油“甜点”分类

1.2 页岩油“甜点”地震反射特征

该文研究依托的是JI17井区三维地震资料，资料面元为25 m×50 m，覆盖次数为48次。三维区内二叠系芦草沟组埋藏深度为1 600～4 000 m，二叠系芦草沟组有效频宽为10～48 Hz，主频约为28 Hz，二叠系芦草沟组地层速度平均值为3 500 m/s，按照传统1/4波长估算，纵向能够分辨约30 m的储层。

通过储层精细标定，上“甜点”在地震剖面上表现为强波峰、中低频的反射特征，横向连续性较好；下“甜点”表现为中弱波谷、中低频的特征，横向变化较快(图1)。地震剖面上“甜点”段的振幅强弱变化能够较好地反映“甜点”横向变化特征，地层切片上地震属性的相对变化可以表征井的沉积变化韵律。可以利用波形的变化特征，通过叠后地震反演或者模拟的技术手段开展高分辨率的“甜点”预测(图2)。

2 页岩油“甜点”高精度预测

2.1 “甜点”敏感参数分析及预测思路

在“甜点”地球物理特征研究的基础上，将二叠系芦草沟组纵波阻抗和核磁有效孔隙度进行了分类交会(图3)，Ⅲ、Ⅱ类“甜点”及非“甜点”均表现为高阻抗特征，波阻抗值大于8×106kg/(m2·s)，Ⅰ类“甜点”表现为中低阻抗的特征，波阻抗值为6×106～11×106kg/(m2·s)。因此，纵波阻抗和核磁有效孔隙度具有一定的负线性关系，但难以定量表征3类“甜点”。另外，常规的确定性反演和基于地震的随机模拟方法都难以有效地提高“甜点”预测的分辨率，预测结果不能满足水平井钻探的高精度需求。

图1 吉木萨尔二叠系芦草沟组“甜点”连井地震剖面

图2 JI17井区三维 “甜点”段沿层均方根振幅切片

基于以上“甜点”敏感参数分析，当前“甜点”预测方法需要创新：一是针对波阻抗难以表征“甜点”储层的技术难点，需要通过核磁有效孔隙度的模拟来实现“甜点”的分类预测；二是针对常规确定性反演和随机模拟分辨率低的技术难点，需要充分利用地震的高频信息来实现“甜点”的高分辨率预测。

地震波形指示的地质统计学模拟是针对薄储层开发的较高精度的储层预测方法，是基于相控随机模拟思想，采用地震波形指示的蒙特卡罗算法(SMCMC)，利用地震波形特征来解析低频的空间结构，以此代替变差函数(变程)来优选井样本，并根据样本的分布距离，对高频成分进行无偏差的最优估计。对于横向变化快、非均质性较强的薄储层，这种预测方法在纵向上能够最大限度地提高分辨率，横向上受地震波形的宏观约束能够降低结果的随机性，从而能够有效提高储层预测的精度和可靠性[15-16]。依据上述分析，页岩油“甜点”预测主要采用基于地震波形指示的地质统计学模拟来实现。

图3 二叠系芦草沟组纵波阻抗和核磁有效孔隙度交会图

该技术的关键创新点：一是地震波形指示的地质统计学优化算法，有别于传统的仅依靠钻井资料的不确定性估算，是通过井震的精细标定建立地震波形和页岩油地质“甜点”的统计学关系，利用地震波形的空间变化规律作为“甜点”储层预测的宏观约束，实现井点处测井数据作为“硬约束”、无井处地震波形作为“软约束”的精确估算，大大降低了预测结果的多解性；二是充分拓宽了地震资料的高频信息在“甜点”预测中的应用，通过地质统计学的方法对过井点处的地震频率进行定量分析和估算，确定地震资料的最佳截止频率，再通过基于宽频的地质统计学模拟实现对核磁有效孔隙度的高分辨率预测，预测结果分辨率远远高于地震资料的原始分辨率。

2.2 预测结果分析及钻井验证

利用基于地震波形指示的地质统计学模拟方法对研究区二叠系芦草沟组核磁有效孔隙度进行了预测。在JI174—JI172井连井核磁有效孔隙度模拟剖面上(图4)，蓝色代表非 “甜点”，黄色代表Ⅲ类 “甜点”，红色代表Ⅰ类和Ⅱ类 “甜点”，预测结果实现了核磁有效孔隙度的定量分类预测，主力油层核磁有效孔隙度空间展布特征符合沉积背景规律。预测结果与前期利用地震多属性模拟结果相比，宏观趋势是一致的，纵向分辨率大幅度提高(图4)，前期利用地震多属性模拟的预测结果仅能在纵向上分辨20 m以上的“甜点”段，基于地震波形指示的核磁有效孔隙度模拟的预测结果可以在纵向上分辨约6 m的“甜点”。基于地震波形指示的核磁有效孔隙度模拟预测结果，横向上能够较好地反映“甜点”储层的变化趋势，核磁有效孔隙度模拟剖面中，下“甜点”横向变化快、上“甜点”主力油层相对稳定的变化关系与实际钻井变化规律相一致，预测钻井吻合率为95%，后续新钻井核磁测井吻合率为90%，说明预测结果精度高、可靠程度高，能够满足研究区水平井开发的需求。

图4 吉木萨尔二叠系芦草沟组核磁有效孔隙度模拟剖面

3 水平井开发效果

利用高分辨率的核磁有效孔隙度模拟结果，针对二叠系芦草沟组页岩油开发主体区，按照200 m井距整体部署了68口水平井，水平段平均长度为1 500 m。截至2019年7月底，已完钻11口并全部投产，目的层油层钻遇率在92%以上，Ⅰ类和Ⅱ类地质“甜点”的钻遇率均大于90%。采用大规模体积压裂工艺，在目的层试产效果较好，初期峰值日产油为27.5～116.8 t/d，其中，JHW035井5.5 mm油嘴最大日产油量为116.8 t/d，JHW036井4.5 mm油嘴最大日产油量为82.8 t/d，初期生产效果较好。目前，正常生产的7口井平均日产油量为42.7 t/d。

通过页岩油“甜点”测井及地震的分类表征，形成了一套针对陆相页岩油薄“甜点”识别的地球物理预测方法，提高了水平井油层钻遇率，实现了页岩油的效益开发。

4 结 论

(1) 吉木萨尔二叠系芦草沟组页岩油分为上“甜点”和下“甜点”2个部分，上“甜点”横向稳定性较好，整体表现为中强振幅连续反射特征，下“甜点”相对变化较快，整体表现为中弱振幅不连续反射特征。

(2) 形成了基于地震波形指示的地质统计学模拟的页岩油 “甜点”高分辨率预测技术，有效解决了页岩油薄“甜点”预测难题，提高了页岩油地质“甜点”预测精度和“甜点”钻遇率，预测“甜点”识别厚度由前期的20 m提至6 m，实钻水平井I类和II类“甜点”钻遇率大于90%。实际水平井的钻探及试油结果验证了该技术的可靠性，为后续水平井的钻探和轨迹调整提供了有力的参考依据。