叠前地质统计学反演在页岩甜点和薄夹层预测中的应用——以西加拿大盆地W区块为例

页岩气是一种非常规天然气。在少井地区,在井之间预测高TOC(总有机碳含量)、高脆性及裂缝发育的甜点一直是页岩气勘探与开发的重要环节。西加拿大盆地W区块页岩目的层段厚度较薄(地震反射时间最大为20ms),层内发育多套灰岩薄夹层(厚度为0.5~3m),脆性页岩和塑性泥岩纵波阻抗值存在重叠区间,利用地震资料预测页岩甜点和灰岩薄夹层困难。为此,从岩石物理弹性参数分析出发,建立页岩甜点的岩石物理评价模板,明确了页岩甜点和灰岩夹层的弹性参数特征;应用三维岩性约束叠前地质统计学反演方法预测高TOC、高脆性页岩及灰岩夹层。主要步骤有:①分析页岩储层岩石物理参数,页岩有利目标具低泊松比、中值杨氏模量、高TOC、高脆性,灰岩夹层具高泊松比、高杨氏模量、低TOC、高密度特征;②一维约束地质统计学反演预测页岩有利区和夹层的参数测试;③三维约束叠前地质统计学反演预测页岩有利区及夹层。预测结果表明,高TOC、高脆性页岩与裂缝发育的叠合区为甜点目标区,优选页岩甜点发育且灰岩夹层厚度小的区带为有利的井位部署区,确保了水平井段优质储层的钻遇率高,产气量大。

基于模糊融合预测的页岩地质甜点识别技术——以胜利油区渤南洼陷为例

针对常规地震在页岩地质甜点预测中多解性较强的问题,充分挖掘一维的全岩分析数据和测井数据、二维的地质数据、三维的叠后地震数据以及五维的OVT资料方位信息,开展基于模糊融合预测的页岩地质甜点识别技术研究,提高页岩地质甜点预测准确率。首先,分别统计研究区断裂大致展布方向和有利岩相分布区,优选敏感方位角度段对OVT资料进行分方位叠加;其次,开展基于叠前优势方位的裂缝平面分析和基于前馈神经网络的页岩有利岩相三维预测;最后,研发基于改进Sigmoid和Takagi-Sugeno(TS)函数的模糊融合技术,根据页岩地质甜点控制因素的重要性程度确定主控因素的发挥作用,将方位各向异性裂缝平面预测结果和神经网络页岩岩相预测结果有效融合,实现页岩地质甜点决策融合。应用该技术在渤南洼陷沙三段下亚段开展页岩地质甜点分类分级评价,在裂缝和岩相预测基础上,剔除裂缝不发育区和不利岩相对页岩地质甜点分析的干扰,将研究区页岩地质甜点划分为3类,裂缝发育+有利岩相叠合区为一类甜点,预测结果与实钻井吻合程度较高,取得较好应用效果。研究结果表明,基于模糊融合预测的页岩地质甜点识别技术,实现了页岩地质甜点分类分级评价,提高了预测可信度,为页岩油勘探提供了可靠的技术支撑。

渤海湾盆地沧东凹陷孔二段湖相页岩油甜点评价与勘探实践

基于岩心、薄片、X射线衍射、岩石热解、CT扫描、核磁共振及试油资料,研究黄骅坳陷沧东凹陷古近系孔二段陆相页岩层系宏观及微观的组分、沉积结构特征及页岩油甜点评价标准和方法,确定页岩油水平井最佳甜点箱体。根据优势岩石类型、韵律结构及测井曲线特征,建立了薄层状灰云质页岩、纹层状混合质页岩、纹层状长英质页岩和层状灰云质页岩4类页岩岩相,将孔二段一亚段划分为(PS1—PS4)4个准层序。PS1页岩孔隙度大于6%,黏土含量小于20%,S1值小于4 mg/g;PS2页岩纹层结构发育,大孔径孔喉、连通性较好、有机碳及可动烃含量高,S1值大于4 mg/g、TOC值为2%~6%、黏土含量小于20%、孔隙度大于4%;PS3页岩S1值大于6 mg/g,黏土含量为20%~30%,孔隙度小于4%;PS4页岩TOC值偏低、含油性相对较差。建立了游离烃含量(S1)、页岩韵律结构、黏土含量、TOC及孔隙度等5参数的页岩油评价分类标准,以及5参数赋权重甜点层定量评价方法和评价指数EI。综合分析分析认为PS2最优,是页岩油地质-工程双甜点,其次是PS3和PS1,前者侧重于页岩油地质甜点而后者则偏于工程甜点,最后为PS4。优选PS2和PS3两套页岩油甜点钻探,多口直井和水平井获得高产,其中1701H井稳产623 d、累产超万吨,展示孔二段页岩油良好的勘探前景。图9表5参33。

井震结合分析页岩油“甜点”沉积特征及分布——以吉木萨尔凹陷芦草沟组“下甜点”为例

页岩油“甜点”储层多与暗色泥岩薄互层产出,对其沉积形态认识及分布刻画难度大。基于吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组“下甜点”段岩心、测井及地震资料,分析“甜点”沉积相类型,井震结合对比分析“甜点”空间形态及分布。研究表明:1)页岩油“甜点”为湖泊深水扇相成因。其中:中扇亚相主要为细—粉砂岩,发育粒序层理、块状层理及爬升波纹层理等;单层厚度在1.30~3.80 m,平均为2.20 m;核磁孔隙度为6.0%~12.3%,平均为9.0%。外扇亚相主要为粉砂岩及泥质粉砂岩,发育爬升波纹层理及变形构造等沉积构造;单层厚度在0.50~1.40 m,平均为0.92 m;核磁孔隙度为3.5%~7.8%,平均为5.2%。2)在平行物源方向的地震剖面上,见低角度前积地震反射,前积体被沉积坡折带分隔,分别解释为中扇与外扇亚相;在垂直物源方向的地震剖面上,中扇为弱振幅充填地震相,外扇为中振幅亚平行披覆地震相。3)朵叶体从南部J40井区向北推进,发生侧向迁移,在沉积坡折带之下形成多个外扇分支朵叶体,中扇与外扇朵叶体长宽相近,其沉积规模可以超过10 km。研究认为,井震结合分析能够有效指导页岩油“甜点”刻画,提出的“甜点”储层沉积形态及分布对芦草沟组页岩油高效开发有积极意义。

陆相页岩油甜点地球物理表征研究进展

针对中国东部陆相页岩油甜点地球物理预测技术适应性不足等问题,从基础研究入手,构建陆相页岩油层岩石物理模型,分析地球物理响应特征;开展地质-测井-地球物理融合分析,认为富有机质纹层状岩相+裂缝为富集主控因素;在岩相、TOC、物性、含油性、脆性、压力、地应力等地震预测方法研究的基础上,攻关纹层状岩相、裂缝及地应力地球物理预测技术。基于岩石物理模型与各向异性叠前反演,形成层理缝密度预测方法,将层理缝密度地震属性作为沉积约束参数,实现纹层状岩相有效预测;基于正交各向异性介质AVAZ属性,提高裂缝表征精度;基于岩石三模量实现地应力大小预测,基于层间速度变化率预测地应力方向。通过研究,厘清了陆相页岩油甜点要素,明确了甜点要素指标体系以及岩石物理、地球物理响应特征,完善与建立了相应的甜点地球物理表征方法,在济阳坳陷预测了页岩油有利目标区。

渤海湾盆地沧东凹陷孔二段一亚段有利岩相及页岩油甜点区优选

为了优选出目标层位页岩有利岩相与预测页岩油分布甜点区,采用主成分分析法(PCA),对页岩油资源量(滞留烃)、物性(孔隙度、渗透率)、工程性质(脆性指数、岩石力学参数)3个主地质成分进行分析.结果表明,纹层状长英质页岩相与纹层状混合质页岩相滞留烃含量高、孔渗性好且脆性指数偏大;王官屯、七里店以南、沈家铺东南地区为页岩油分布甜点区,具有较好油气显示.

基于匹配追踪算法的高精度页岩气“甜点”识别

中国页岩气资源开发近年来已取得了许多阶段性进展,但因勘探开采成本高、风险大,因此在钻井资料较少的情况下,充分利用地震资料的横向变化特征,精确刻画页岩气"甜点"区分布具有重要意义。常规叠后地震反演方法能够识别页岩层,但不能有效区分含气页岩层与非含气页岩层,而基于地震波衰减理论的流体活动因子能够有效表征储集层的渗透性,识别含气页岩储层。提出将流体活动因子与高精度匹配追踪算法相结合,在地震信号时频分解的基础上,建立含气页岩层与地震波衰减的联系,求取流体活动性属性,进而实现高精度页岩气"甜点"识别。该方法不受测井资料及构造解释的影响,能客观反映页岩层的含气性,适用于页岩气勘探初期钻探目标评价。理论模型试算和在中国南方复杂构造区海相页岩气勘探中的实际应用表明了该方法的有效性。

辽河坳陷大民屯凹陷沙四段页岩油“甜点”预测及评价

以往按照致密油勘探的技术思路研究大民屯凹陷沙四段页岩油,存在以下问题:一是油页岩作为沙四段页岩油领域的烃源岩,更多地关注其生烃能力,而忽视了其自身的储集能力;二是常采用波阻抗反演和地震属性分析等常规技术宏观预测地质“甜点”,结果存在多解性;三是尚未开展与工程“甜点”(储层脆性、裂缝等)相关的参数预测。为此,综合应用地质资料,以岩石物理分析为依据,确定了以源岩品质、储层品质及工程品质为主要的评价要素,并建立主要评价要素与地球物理响应参数之间的关系模型;利用“两宽一高”地震资料,分层组、分要素精准预测了页岩油“甜点”分布,形成了一套针对陆相页岩油“甜点”的地球物理预测方法和技术流程。得到以下认识:Ⅰ组以油页岩为主,以寻找富有机质油页岩为目标,TOC值预测是重点;Ⅱ组以泥质云岩为主,储层物性相对较优,溶蚀缝发育,储层岩性及裂缝预测是关键,储层脆性指数预测也是重点;Ⅲ组下段以寻找优质砂体、上段以寻找稳定的泥质云岩为目标,储层岩性预测是关键。

页岩气甜点微观特征认识与优选

甜点优选是页岩气高效开发的关键。通过矿物组分光学分析以及扫描电镜观察,研究矿物外形、大小、相互接触关系,进而判断矿物成因。结果表明:碳硅质页岩的有机显微组分包括沥青质体、化石碎片、后生菌藻体。沥青质体与自生矿物在纳米级上交互共生,发育纳米孔隙。光学镜下的泥质、硅质、碳质等,在场发射扫描电镜下显示:沥青质体与自生纳米矿物呈现凝块状团聚。凝块之间普遍发育几微米~几十纳米的组分间隙,成为碳硅质页岩孔隙的主要贡献者。研究结果为页岩气勘探甜点的识别与判断提供了可靠的有机岩石学、矿物学和储层学微观标志,由此建立了测井评价页岩气方法,并有效优选了页岩气甜点。

准噶尔盆地西北缘哈山地区风城组碱湖页岩油地质特征与勘探展望

玛湖凹陷二叠系风城组是准噶尔盆地近年来页岩油勘探开发和增储上产的重点层位。哈拉阿拉特山地区(简称哈山地区)位于玛湖凹陷北缘,由于位于逆冲带附近且处于勘探早期,该区风城组的沉积背景、古地理位置及页岩油勘探潜力尚不明确。根据哈山地区风城组页岩油近10年的勘探开发基础资料和成果,系统梳理了该区页岩的沉积环境、岩相划分、源岩品质、含油性和储集性,探讨了哈山地区页岩油的“甜点”发育规律和勘探前景。结果表明:玛湖主体洼陷之外,哈山地区中部风城组发育另一个碱湖沉积沉降中心,其火山喷发、沉积演化和成碱阶段与南部乌夏地区具有很好的可比性,为风城组另一富烃凹陷;提出了风城组碱湖页岩四端元对三角页岩划分方案,将风城组页岩划分为含盐和非含盐8种页岩岩相;整体上,哈山地区风城组黏土质页岩和钙质页岩有机质丰度最高,云质页岩和盐质页岩含油性相对较好,云质页岩和粉砂岩储集性最好,提出了云质页岩为I类甜点,粉砂岩为Ⅱ类甜点。哈山地区风城组页岩在源岩和储集层品质方面与乌夏地区风城组相当,具有较好的页岩油勘探前景。

陆相碳酸盐质细粒沉积岩及油气甜点多源成因

基于以往研究认识,通过分析细粒碳酸盐物质来源和岩石形成作用,系统论述碳酸盐质细粒沉积岩的多源成因机制,并对碳酸盐质细粒沉积岩的油气富集类型进行总结。研究表明,以陆地物质输入、盆内自生物质生成、火山热液物质注入和混合物质来源为主的多物源供给是陆相断陷盆地富集细粒碳酸盐物质的主要原因。其中物源区富碳酸盐岩基岩的发育控制了盆内碳酸盐物质充填的规模,火山热液活动可向湖盆提供碱性流体以增加碳酸盐晶体形成的物质供给量,受生物活动诱导形成的自生碳酸盐晶体是湖盆内细粒碳酸盐物质长期积累的主要来源。在沉积及沉积后阶段,受物理、生物化学和化学作用的相互影响,形成了具有多种特征的碳酸盐质细粒沉积岩。物质来源与沉积成因对陆相碳酸盐质细粒沉积岩内的油气富集具有控制作用。在多源成因体系中,油气富集甜点类型可包含内源型、陆源型、火山热液型和混源型等。

济阳坳陷古近系页岩油富集规律认识与勘探实践

基于40余口页岩油工业油流井的测试数据和4口取心井累计1 010.26 m系统岩心观察以及上万块次样品测试数据,通过多井次页岩油井钻探和老井压裂先导试验,分析济阳坳陷古近系沙河街组四段上亚段—沙河街组三段下亚段页岩基本特征,明确页岩油富集要素,建立页岩油富集模式,形成页岩油甜点综合评价方法。认为目的层段页岩具有非均质性强、成岩弱、热演化程度低、黏土和碳酸盐矿物含量高等特征;页岩岩相、微裂缝、薄夹层和异常压力是页岩油富集稳产的主控因素,富有机质纹层状岩相储集性、含油性最优,微裂缝网络体系改善了页岩储集性和渗流能力,薄夹层为页岩油稳定产出主要渗流通道,异常高压发育段游离态页岩油富集、含油性好;将目的层段页岩油划分为基质型、夹层型和裂缝型3类,依据页岩油赋存特征,结合国内外页岩油勘探实际,认为夹层型页岩油是目前最具有勘探效益的类型;界定不同类型页岩油选区参数标准,多因素综合评价页岩油有利区。夹层型页岩油井F159、F143、GX26等直井采用'体积压裂'+'高导流通道压裂'组合缝网套管压裂工艺,改造后日产油6t以上,最高可达日产44 t,产能稳定,页岩油有望成为济阳坳陷油气勘探的重要接替阵地。

陆相湖盆页岩层系基本地质特征与页岩油勘探突破——以渤海湾盆地沧东凹陷古近系孔店组二段一亚段为例

基于2口井140 m连续岩心观察及上千余块次样品测试数据,应用非常规油气地质理论,对渤海湾盆地沧东凹陷古近系孔店组二段一亚段(Ek_2~1)细粒页岩层系基本石油地质特征进行系统分析。研究表明,页岩层系发育长英质页岩、灰云质页岩与碳酸盐岩3种岩类,组合形成互层状集合体;相对稳定的封闭环境下发育优质烃源岩,为页岩油富集奠定了物质基础;方沸石粒间孔、白云石晶间孔及层间微裂缝使致密碳酸盐岩、灰云质页岩、长英质页岩成为有效储集层,其中脆性矿物含量大于70%;Ek_2~1下部高丰度纹层状页岩层系为页岩油富集层段,累计厚度70 m,埋藏深度2 800~4 200 m,平均含油饱和度50%,甜点分布面积达260 km^2,预测资源量过5×10~8 t,是沧东凹陷孔店组石油勘探的重要接替领域。目前KN9页岩油直井改造后2 mm油嘴日产油29.6 t,水平井体积压裂正在实施,有望在中国东部实现陆相页岩油的勘探重大突破。

大面积高丰度海相页岩气富集理论及地质评价技术进展与应用

海相页岩气富集特征及主控因素、地质评价及综合选区是四川盆地及周缘页岩气勘探开发研究的核心内容与突破的关键。基于勘探开发地质与地球物理多学科联合研究、现场调研、重点露头野外踏勘与取样分析、关键探井岩心观察与精细描述等方面的深入研究,阐述了大面积高丰度页岩气富集理论和地质评价技术内涵,及其在川南地区五峰–龙马溪组的最新进展、现场应用及成效。大面积高丰度页岩气富集理论进展包括:厘定了大面积、高丰度页岩气指标含义及其各自相应的地质内涵,认为硫化缺氧陆棚环境发育控制了川南富有机质沉积与富有机质页岩展布,富硅富钙海洋生物勃发控制了页岩气高有机质丰度分布,多地质事件沉积耦合作用控制富有机质页岩甜点段和高资源丰度分布;提出优质储层纹层与有机质纳米孔喉发育,条带状粉砂纹层优质页岩储层高含气性、高脆性、网状裂缝和岩性、电性、物性、地化特性、含气性、可压性“六性”最佳,建立了页岩气4个阶段过程的超压聚集、差异富集演化模式。大面积高丰度超压页岩气地质评价技术进展包括:建立了基于“层序地层、化学地层、生物地层”的黑色笔石页岩地层小层对比与评价技术,研发了5台/套页岩储层表征关键参数测试装置与分析技术,形成了页岩气储层定量表征与评价技术,“双厚度、多参数”甜点区优选评价技术,在四川盆地优选出36个有利目标区,页岩气总地质资源量10.35×10^(12)m^(3)。应用表明,该套理论与技术有效指导和支撑了中国石油页岩气资源评价、地质选区、储量发现、示范区综合评价与建设,为海相页岩气规模开发与产建部署、推动页岩气产业发展提供了重要支撑和决策依据。

三水盆地布二段灰岩夹层型页岩油地质特征

三水盆地布二段是主要的烃源岩发育层段,以“源内找油”的思路开展了该层系夹层型页岩油研究,剖析了沉积背景、烃源岩特征、储层特征等成藏因素,总结了夹层型页岩油“甜点”基本特征。结果表明,该盆地东部斜坡在贫物源背景下发育泥岩灰岩间互沉积,泥质烃源岩源内夹层型灰岩储层大面积、叠置连片分布;烃源岩广覆式分布于整个盆地,TOC一般介于0.8%~1.8%,TOC高值区与东部斜坡较为匹配,具备较好的页岩油烃源岩基础;碳酸盐储层岩性以泥灰岩、灰泥灰岩为主,以“泥岩层系内薄夹层”的形式叠置连片发育;储集空间以裂缝、晶间孔为主,油气显示活跃,形成连续分布的夹层型页岩油;“基质孔-裂缝”组成的孔缝网络既是储集空间又是源储输导体系,利于油气富集形成储集甜点,储集甜点段具有“灰岩集中,物性较好、脆性好、含油性好”的特征,改变了对布二段薄层、致密灰岩“成藏条件差”的固有认识。

川南泸州地区页岩气甜点地质工程一体化关键要素耦合关系及攻关方向

页岩气甜点地质工程一体化关键要素分析与评价是页岩气高效勘探开发的必要工作.从甜点优选、钻完井工程、压裂工艺等多方面对川南泸州地区开展研究,结合地质工程一体化研究思路,系统分析了工程要素与地质要素的耦合关系.结果表明:泸州地区地质条件复杂,水平最大主应力方向为NWW-SEE向,由西向东裂缝发育程度减少;天然裂缝方向与最大主应力方向和井轨迹有效匹配提高压裂改造体积,井轨迹方位与地应力夹角大于60°、与裂缝主方向夹角大于20°时,水平井压裂效果越好;通过加密分簇、提高排量、暂堵转向、提高加砂强度等技术优化,可保证深层页岩改造体积及缝网有效性.综上,利用工程与地质双因素耦合分析,开展深层井轨迹与甜点预测关系、深层裂缝体积改造与地应力关系、深层钻-完井工程与岩石力学关系技术攻关,能够有效推动地质工程一体化的动态运行,提高单井最大可采量和区块最大动用量.

三维地质建模在页岩气甜点定量表征中的应用——以扬子地区昭通页岩气示范区为例

基于地震解释、钻井资料、测井数据、先验地质知识,以扬子地区昭通国家级页岩气示范区为研究对象,应用Petrel三维建模软件,建立了涵盖TOC、孔隙度、含气饱和度、含气量、脆性指数等多种属性的三维储层地质模型。采用Petrel自带模块计算游离气资源量,按照体积法运算公式计算吸附气资源量,计算页岩气资源量超过1 000×10~8m^3,与EUR预测较符合。应用中石油甜点评价标准对模型中所有网格进行筛选,实现对研究区甜点层的定量评价,以及甜点体的三维定量刻画,为气藏开发方案提供指导,是地质—工程一体化的重中之重。

Prestack inversion based on anisotropic Markov random field-maximum posterior probability inversion and its application to identify shale gas sweet spots

Economic shale gas production requires hydraulic fracture stimulation to increase the formation permeability. Hydraulic fracturing strongly depends on geomechanical parameters such as Young＇s modulus and Poisson＇s ratio. Fracture-prone sweet spots can be predicted by prestack inversion, which is an ill-posed problem; thus, regularization is needed to obtain unique and stable solutions. To characterize gas-bearing shale sedimentary bodies, elastic parameter variations are regarded as an anisotropic Markov random field. Bayesian statistics are adopted for transforming prestack inversion to the maximum posterior probability. Two energy functions for the lateral and vertical directions are used to describe the distribution, and the expectation-maximization algorithm is used to estimate the hyperparameters of the prior probability of elastic parameters. Finally, the inversion yields clear geological boundaries, high vertical resolution, and reasonable lateral continuity using the conjugate gradient method to minimize the objective function. Antinoise and imaging ability of the method were tested using synthetic and real data.

利用纵横波速度法预测泥页岩脆性矿物指数

脆性矿物指数是用来优选页岩气甜点区的重要参数,针对目前普遍采用的基于弹性参数预测脆性矿物指数的Rickman法地区适应性差的问题,提出了一种纵横波速度预测方法。该方法以黏土矿物和脆性矿物弹性参数为基础,并基于Wyllie方程推导而形成的一种脆性矿物指数预测方法。该方法预测脆性矿物指数仅需要考虑纵波和横波速度参数,方法简单且具有明确的物理学基础和明确的地质含义。在四川盆地某地区S井的应用表明,该方法的预测精度优于Rickman方法,所以纵横波速度法能够有效指导研究区的脆性矿物指数预测。