中國南方海相復(fù)雜山地頁巖氣儲層甜點綜合評價技術(shù)——以昭通國家級頁巖氣示范區(qū)為例

梁 興王高成徐政語張介輝陳志鵬鮮成鋼魯慧麗劉 臣趙春段熊紹云

1.中國石油浙江油田公司 2.中國石油杭州地質(zhì)研究院 3.斯倫貝謝中國公司

梁興等.中國南方海相復(fù)雜山地頁巖氣儲層甜點綜合評價技術(shù)——以昭通國家級頁巖氣示范區(qū)為例.天然氣工業(yè)，2016，36 （1）：33-42.

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中國南方海相復(fù)雜山地頁巖氣儲層甜點綜合評價技術(shù)——以昭通國家級頁巖氣示范區(qū)為例

梁 興1王高成1徐政語2張介輝1陳志鵬1鮮成鋼3魯慧麗2劉 臣1趙春段3熊紹云2

1.中國石油浙江油田公司 2.中國石油杭州地質(zhì)研究院 3.斯倫貝謝中國公司

梁興等.中國南方海相復(fù)雜山地頁巖氣儲層甜點綜合評價技術(shù)——以昭通國家級頁巖氣示范區(qū)為例.天然氣工業(yè)，2016，36 （1）：33-42.

摘 要針對中國南方海相頁巖氣勘探開發(fā)所面臨的“強改造、過成熟、復(fù)雜山地人文”等地質(zhì)與地理條件，以云南昭通國家級頁巖氣示范區(qū)6年來的頁巖氣勘探甜點評價及黃金壩產(chǎn)區(qū)5×108m3頁巖氣產(chǎn)能建設(shè)實踐為支撐，在調(diào)研總結(jié)國內(nèi)外頁巖氣儲層評價認識的基礎(chǔ)上，明確提出南方海相山地頁巖氣儲層甜點評價中應(yīng)補充頁巖氣保存條件、孔隙壓力條件這2項關(guān)鍵指標，并應(yīng)強化地應(yīng)力與天然微裂縫系統(tǒng)評價研究。以此為基礎(chǔ)，融合頁巖氣多學科資料進行系統(tǒng)分析并開展地質(zhì)工程一體化綜合研究，由此建立了頁巖氣儲層“地球物理、儲層地質(zhì)、裂縫系統(tǒng)、巖石地質(zhì)力學”三維模型。應(yīng)用實踐結(jié)果表明：①地質(zhì)工程一體化和儲層三維建模是中國南方海相復(fù)雜山地頁巖氣儲層甜點評價的有效方法；②頁巖氣儲層甜點評價體現(xiàn)了多屬性、多項評價參數(shù)的三維空間疊合與疊加效應(yīng)；③木桶短板原理決定了頁巖氣儲層甜點區(qū)的分布格局和評選結(jié)果。結(jié)論認為：該頁巖氣儲層甜點綜合評價方法具有創(chuàng)新性，可有效規(guī)避復(fù)雜的地質(zhì)風險和工程風險，對高效勘探開發(fā)南方海相頁巖氣具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞中國南方 海相頁巖氣 儲集層 甜點 三維模型 地質(zhì)工程一體化 綜合評價 云南昭通國家級頁巖氣示范區(qū)

頁巖氣作為非常規(guī)、清潔能源，因其資源豐富和在美國成功的效益開發(fā)而備受各國關(guān)注，成為勘探的熱點[1]。2009年取得國內(nèi)首個頁巖氣勘查礦權(quán)的滇黔北昭通探區(qū)，2012年被列為中國石油天然氣股份有限公司在南方建立的首批國家級頁巖氣示范區(qū)，目前已實現(xiàn)海相上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖氣井商業(yè)突破，優(yōu)選出4個頁巖氣勘探甜點區(qū)，基本建成黃金壩5×108m3頁巖氣產(chǎn)區(qū)，并向國家提交了頁巖氣開發(fā)探明地質(zhì)儲量。通過多年來的山地頁巖氣勘探開發(fā)積極探索與持續(xù)實踐，目前已形成了“有序選區(qū)→階段評價→分區(qū)建產(chǎn)→效益開發(fā)”的南方海相山地頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù)體系，開啟了南方海相頁巖氣地質(zhì)工程一體化高效開發(fā)引領(lǐng)模式[1-4]，為中國南方海相復(fù)雜山地頁巖氣勘探開發(fā)工作奠定了堅實基礎(chǔ)。

1 山地頁巖氣儲層甜點選區(qū)評價參數(shù)

滇黔北昭通示范區(qū)主要目的層—五峰組—龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁巖發(fā)育于龍馬溪組下亞段底部和五峰組[5]，細分為Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅰ3、Ⅰ4、Ⅰ5共5個小層（圖1、表1）。受廣西期沉積環(huán)境、沉積相帶和滇東—黔中古隆起控制，優(yōu)質(zhì)頁巖氣儲層現(xiàn)主要殘存于滇黔北坳陷北部建武、沐愛、彝良等復(fù)向斜區(qū)，呈北東東至近東西向展布[5-9]，地表地形呈云貴高原山地—丘陵地貌特征。

圖1 昭通示范區(qū)五峰組—龍馬溪組下亞段頁巖氣儲層劃分圖

表1 昭通示范區(qū)龍馬溪組下亞段—五峰組頁巖儲層小層劃分與評價對比表

經(jīng)與北美Haynesville、Barnett、Marcellus等頁巖對比［10-12］，發(fā)現(xiàn)昭通示范區(qū)富有機質(zhì)頁巖除地層時代相對較老、演化程度較高外，沉積環(huán)境基本相同、儲層物性相近，但由于后期成烴與埋藏環(huán)境演化歷史明顯不同，呈現(xiàn)了頁巖氣地質(zhì)工程和地面條件的不同格局。主要體現(xiàn)在昭通示范區(qū)頁巖在經(jīng)歷印支期以來多期造山事件改造后而殘留于構(gòu)造坳陷內(nèi)，地層形變強度大且橫向多變，地質(zhì)應(yīng)力背景和天然裂縫復(fù)雜，頁巖氣儲層早已進入生烴漸趨停滯的過成熟階段，頁巖氣賦存主要以原生氣藏的保存與再聚集賦存為主，頁巖氣藏因遭受逸散破壞而出現(xiàn)地層孔隙壓力下降與非連續(xù)性分布格局。這明顯有別于構(gòu)造相對穩(wěn)定、現(xiàn)今多處于中—高演化階段并有大量濕氣—干氣生成補充的北美克拉通臺地頁巖氣賦存區(qū)，以弱變形、保存較高地層孔隙壓力的原生型氣藏為主，氣藏賦存呈現(xiàn)大面積、連續(xù)型分布特征，并伴生有頁巖油和致密油。在地表地形地貌方面差異也十分明顯，昭通示范區(qū)呈現(xiàn)山高谷深、平壩少、人口相對集中的山地—丘陵地貌，而北美呈現(xiàn)地廣人稀的大平原。因此，以昭通示范區(qū)為代表的中國南方海相復(fù)雜山地頁巖氣勘探區(qū)，頁巖氣富集與賦存突現(xiàn)了保存條件及地層孔隙壓力兩項評價參數(shù)的尤為關(guān)鍵與重要。

通過與四川盆地長寧、威遠、涪陵等頁巖氣示范區(qū)對比［13-15］，發(fā)現(xiàn)昭通示范區(qū)頁巖雖然沉積巖相、地球化學指標、含氣量、脆性指數(shù)等靜態(tài)參數(shù)與鄰區(qū)相同或相近（表2），但由于所處的大地構(gòu)造位置的差異、沉積埋藏史與構(gòu)造改造歷程不同（圖2），頁巖變形改造、地應(yīng)力、裂縫發(fā)育、儲層物性、孔隙壓力等方面均有不同，表現(xiàn)出了與四川盆地內(nèi)示范區(qū)頁巖氣富集賦存不一樣的特征：①川渝頁巖氣富集與賦存區(qū)構(gòu)造相對簡單、連片面積大，如涪陵礁石壩含氣區(qū)面積達500 km2、威遠及長寧地區(qū)超過1 000 km2；而昭通示范區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，為多期多組構(gòu)造擠壓與走滑作用疊加與聯(lián)合的復(fù)向斜單元，頁巖氣富集與賦存區(qū)（向斜構(gòu)造帶）連片面積小、分布分散。②川渝頁巖氣富集與賦存區(qū)頁巖地應(yīng)力環(huán)境簡單、多壓扭，水平應(yīng)力差值小（一般小于15 MPa），鉆井壓裂技術(shù)的挑戰(zhàn)小；而昭通示范區(qū)處于靠近三江走滑構(gòu)造帶的三角地帶，走滑+壓扭疊合的應(yīng)力環(huán)境極為復(fù)雜，水平應(yīng)力差值超過20 MPa，安全鉆井和體積壓裂技術(shù)的挑戰(zhàn)大。③川渝頁巖氣富集與賦存區(qū)孔隙壓力系數(shù)普遍較高，測試壓力系數(shù)多超過1.5；而昭通示范區(qū)僅靠近向斜軸部YS108井區(qū)較高（表2），區(qū)域上變化較大。近年來頁巖氣試采成果亦證實，昭通示范區(qū)單井產(chǎn)量維持在日產(chǎn)氣量超過1×104m3的評價直井，其頁巖原始孔隙壓力系數(shù)多在1.45～1.96，壓力系數(shù)低于1.2的為低產(chǎn)井或干井。因此，以昭通示范區(qū)為代表的中國南方海相頁巖氣甜點選區(qū)評價，除引用國內(nèi)外常規(guī)的頁巖氣八大評價指標（頁巖埋深與厚度、有機質(zhì)豐度與成熟度、頁巖物性與含量氣性、頁巖礦物成分組成和頁巖力學性質(zhì)）外［14］，務(wù)必高度重視南方海相山地頁巖氣地質(zhì)條件的特殊性，需要因地制宜地補充頁巖氣保存條件、地層孔隙壓力兩項關(guān)鍵的評價指標（圖2）。

表2 昭通示范區(qū)與四川盆地川渝示范區(qū)頁巖氣地質(zhì)要素對比表

圖2 中國南方復(fù)雜山地頁巖氣選區(qū)評價指標體系簡圖

勘探評價實踐表明，區(qū)域蓋層剝露缺失區(qū)、通天斷層發(fā)育帶和水文地質(zhì)淡化帶，頁巖氣藏往往遭受破壞而變成無氣賦存區(qū)或無氣賦存帶，地層壓力系數(shù)明顯偏低；整體封閉保存完好的斜坡帶，頁巖氣保存條件好，頁巖氣井產(chǎn)能隨頁巖地層壓力系數(shù)增高而增大。因此，頁巖氣儲層甜點選區(qū)評價，應(yīng)首先優(yōu)選區(qū)域蓋層保存完好，并有一定厚度、遠離通天斷層、水文地質(zhì)呈現(xiàn)停滯或緩慢微滲還原環(huán)境、構(gòu)造相對穩(wěn)定的區(qū)帶。

2 山地頁巖氣儲層識別與表征

經(jīng)近年來昭通示范區(qū)測井與地震勘探技術(shù)攻關(guān)，目前已初步形成了適用于南方海相山地頁巖氣的測井數(shù)據(jù)采集與處理解釋等技術(shù)系列，形成了頁巖氣測井識別與預(yù)測技術(shù)系列[16-21]，建立了井震響應(yīng)的關(guān)聯(lián)與過關(guān)鍵井的骨干地震地質(zhì)解釋大剖面，實現(xiàn)了示范區(qū)頁巖氣儲層識別與表征[22-27]。其中，昭通示范區(qū)頁巖氣層在測井曲線上響應(yīng)特征表觀為高伽馬、高時差與低縱橫波速度比（圖3），時常伴有高電阻、低密度、低補償中子的異常；在地震剖面響應(yīng)特征上，表觀為優(yōu)質(zhì)頁巖龍馬溪組下亞段碳質(zhì)+砂質(zhì)頁巖頂界與龍馬溪組上段灰質(zhì)頁巖底界呈現(xiàn)波谷反射、連續(xù)性較差，而五峰組—龍馬溪組頁巖底界與奧陶系寶塔組石灰?guī)r頂界呈現(xiàn)強振幅波峰反射、中低頻、連續(xù)較好，優(yōu)質(zhì)頁巖富氣層段顯現(xiàn)低頻波阻抗反射（圖3），表明示范區(qū)優(yōu)質(zhì)頁巖與富氣層段易于識別、易于追蹤與表征。

圖3 昭通示范區(qū)YS108井和上1井五峰組—龍馬溪組頁巖儲層井震標定圖

3 山地頁巖氣儲層甜點預(yù)測方法

基于能容納地質(zhì)工程多學科資料數(shù)據(jù)與系統(tǒng)分析研究的Petrel軟件平臺[28]，通過昭通示范區(qū)黃金壩產(chǎn)區(qū)頁巖氣地質(zhì)體三維空間構(gòu)架及儲層屬性、天然裂縫與孔隙壓力參數(shù)預(yù)測，運用地球物理（測井和地震）、儲層地質(zhì)、裂縫系統(tǒng)及巖石力學建模技術(shù)，實現(xiàn)儲層屬性三維空間表征與參數(shù)三維空間疊合疊加，進行產(chǎn)區(qū)頁巖氣儲層甜點體綜合評價與選優(yōu)。其中，頁巖儲層屬性預(yù)測包含厚度與埋深、有機質(zhì)豐度（TOC）與成熟度（Ro）、含氣量與物性（孔隙度和滲透性）、巖石力學性質(zhì)（楊氏模量和泊松比）、礦物成分（脆性指數(shù)）、三向地應(yīng)力特征（可壓性）等8項頁巖氣地質(zhì)品質(zhì)與工程地質(zhì)評價指標參數(shù)。天然裂縫預(yù)測是利用三維地震螞蟻追蹤方法進行不同尺度天然裂縫研究，獲取不同級別和尺度的斷層、裂縫密集帶、天然微裂縫形態(tài)特征及其封堵性質(zhì)，從而反映頁巖儲層保存條件和表征次生改造滲透性評價參數(shù)；地層孔隙壓力預(yù)測則是獲取頁巖儲層氣藏含氣性及保存條件封閉性能評價參數(shù)。

3.1 儲層地質(zhì)體三維空間構(gòu)架與表征技術(shù)

建立頁巖氣儲層地質(zhì)體三維空間架構(gòu)，是進行頁巖氣儲層甜點體預(yù)測、三維空間表征的基礎(chǔ)與前提，該技術(shù)包含地球物理層速度建模、構(gòu)造精細解釋與儲層地質(zhì)體建模3三項內(nèi)容。通過對示范區(qū)黃金壩建產(chǎn)區(qū)154 km2三維地震開展高分辨率頻譜拓寬處理，使頻帶由5～60 Hz拓寬到10～65 Hz，主頻由35 Hz增加到45 Hz；通過井震標定進行精細化時深轉(zhuǎn)換與速度塊結(jié)構(gòu)分析，建立產(chǎn)區(qū)時間域山地地震層速度精細模型；通過上覆地層追蹤與準確解釋，預(yù)測優(yōu)質(zhì)頁巖埋深、目標層斷層與褶皺，編制深度域高精度構(gòu)造地質(zhì)圖，構(gòu)建黃金壩產(chǎn)區(qū)頁巖氣儲層地質(zhì)體三維空間構(gòu)架。

3.1.1 層速度建模

分為以下3個步驟：①在時間域建立三維區(qū)構(gòu)造模型，包括樂平組、韓家店組、龍馬溪組、龍馬溪組下亞段Ⅰ、Ⅱ號層及奧陶系寶塔組頂界面；②根據(jù)評價井和導(dǎo)眼井時深標定計算層速度，建立三維速度體；③在開發(fā)井的水平井段設(shè)置虛擬井，用以校正水平段的層速度模型。

3.1.2 構(gòu)造精細解釋

突出了以下兩方面的工作：①通過關(guān)鍵井目的層標定與連井骨干剖面，建立起構(gòu)造解釋格架，進行三維區(qū)64線×64道、32線×32道的手動解釋，為人機交互自動層位追蹤建立骨架約束，最終實現(xiàn)1線×1道的層位解釋結(jié)果，確保層位可靠性；②借助骨干剖面、格架剖面，對天然斷層進行分級解釋，按照由大到小、由粗到細、由模糊到清晰的次序進行落實，解釋過程中對照層位和不連續(xù)性檢測結(jié)果來進行質(zhì)量控制。

3.1.3 儲層地質(zhì)建模

運用下面兩種方法處理兩個方面的問題：①運用VBM（Volume Based Modeling）方法建立目的層地震解釋界面級別的框架，如龍馬溪組頂面、頁巖Ⅱ號層頂面和Ⅰ號層頂面、寶塔組頂面等界面，以便在Petrel層面建模時，三維地震構(gòu)造解釋控制大層，分層厚度控制小層，虛擬井控制水平段；②運用角點網(wǎng)格法建立多條“斷層柱”，通過編輯斷層處層面與斷層的交線，從而控制斷層與層面的交接關(guān)系。

3.2 儲層屬性反演與儲層裂縫、流體壓力預(yù)測方法

3.2.1 儲層屬性反演方法

3.2.1.1 疊前同步AVO反演

以測井、地震和層位為基本輸入，以五峰組—龍馬溪組下亞段優(yōu)質(zhì)頁巖段為目標層，通過利用目標區(qū)三維地震道集的AVO特征，開展產(chǎn)區(qū)測井質(zhì)控及巖石物理分析、地震數(shù)據(jù)質(zhì)控及預(yù)處理、各種反演方案測試等研究，計算獲取縱波阻抗、vp/vs、泊松比等彈性參數(shù)數(shù)據(jù)體。地震屬性反演剖面顯示，龍馬溪組I號層頁巖為一套相對低阻抗和低縱橫波速度比的儲層，橫向連續(xù)性較好，但有一定變化。使用目標函數(shù)進行疊前同步AVO反演，在目標函數(shù)中包括了疊前地震屬性各個方面的求解和控制，如對求解值正演合成記錄與地震的對比、水平方向的變化、求解值與低頻模型的偏離、反射系數(shù)計算的設(shè)定和優(yōu)選、強反射系數(shù)縱向變化的設(shè)定和優(yōu)選、多道反演求解等。

3.2.1.2 儲層屬性預(yù)測

基于疊前同步AVO反演結(jié)果，通過多輪反演測試和參數(shù)優(yōu)化，在目的層處縱波阻抗和vp/vs與井取得較高的一致性后，確定反演三維彈性體可靠性；在綜合分析產(chǎn)區(qū)已有的頁巖氣評價井和關(guān)鍵導(dǎo)眼井頁巖層巖心分析與測

井資料基礎(chǔ)上，巖電標定后計算頁巖氣儲層孔隙度、TOC、含氣量等與阻抗和vp/vs的相關(guān)性，并通過對YS108井聲學測量做交會圖（圖4），確認產(chǎn)區(qū)巖石屬性分離程度良好。具備運用地震反演參數(shù)進行儲層屬性反演條件后，才進行儲層屬性預(yù)測。

1）儲層孔隙度預(yù)測方法

通過產(chǎn)區(qū)關(guān)鍵井目的層段縱波阻抗與總孔隙度、縱橫波速度比與總孔隙度做交會圖分析（圖5），發(fā)現(xiàn)總孔隙度與縱波阻抗存在明顯的負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達-0.81；總孔隙度與縱橫波速度比相關(guān)性減弱，相關(guān)系數(shù)為-0.65；聯(lián)合應(yīng)用縱波阻抗和縱橫波速度比線性回歸總孔隙度，預(yù)測的總孔隙度與實測孔隙度相關(guān)系數(shù)達到0.83。基于該回歸公式和地震反演結(jié)果，即可以較準確預(yù)測產(chǎn)區(qū)頁巖儲層三維孔隙度體。

2）儲層TOC及含氣量預(yù)測方法

通過對產(chǎn)區(qū)關(guān)鍵井目的層段TOC與含氣量交匯圖分析，發(fā)現(xiàn)儲層TOC含量與測井密度相關(guān)性最強，相關(guān)系數(shù)達0.80；但地震反演的密度結(jié)果次于縱波阻抗和縱橫波速度比反演結(jié)果。為精細預(yù)測TOC含量，采用了縱波阻抗、縱橫波速度比和密度的組合回歸方法、相關(guān)系數(shù)可達0.90。結(jié)合目的層段TOC和總含氣量交會圖分析，總體上反映高TOC對應(yīng)高含氣量和高孔隙度，線性相關(guān)系數(shù)達0.97。基于回歸公式和地震反演結(jié)果，可以預(yù)測三維TOC體和含氣總量體。

3）其他屬性預(yù)測方法類似，脆性指數(shù)是通過阻抗、vp/vs計算楊氏模量和泊松比的方法進行計算（vp為縱波速度，ft/s；vs為橫波速度，ft/s；1ft = 30.48 cm，下同）。總體而言，反演結(jié)果為儲層裂縫發(fā)育和地質(zhì)力學建模提供了三維趨勢約束。

圖4 黃金壩YS108井縱波阻抗—縱橫波速度比交會圖

圖5 頁巖波阻抗—總孔隙度交會圖（a）與vP/vS—總孔隙度交會圖（b）

3.2.2 儲層天然裂縫預(yù)測方法

通過對比，選用精度較高的地震屬性螞蟻追蹤方法——該方法是在斯倫貝謝公司Petrel軟件中研發(fā)的一種復(fù)雜地震屬性算法，其過程包括以下4個環(huán)節(jié)：①通過地震資料預(yù)處理突出邊界特征；②通過邊緣檢測技術(shù)來進一步增強邊界特征；③通過螞蟻追蹤不同參數(shù)的優(yōu)化建立螞蟻追蹤體；④通過對螞蟻體的可靠性進行驗證，最終得到可信的螞蟻異常結(jié)果數(shù)據(jù)體。

通過對產(chǎn)區(qū)地震數(shù)據(jù)體嘗試全角度疊加和分角度疊加，經(jīng)偏移處理得到多個數(shù)據(jù)體，分別對這些數(shù)據(jù)體進行優(yōu)選，選擇最適合的數(shù)據(jù)體以用來預(yù)測裂縫。在此基礎(chǔ)上，通過螞蟻邊界條件設(shè)置、調(diào)節(jié)參數(shù)，不斷運算并質(zhì)控結(jié)果，最終得到最優(yōu)參數(shù)。經(jīng)對產(chǎn)區(qū)裂縫預(yù)測結(jié)果進行質(zhì)控、地層傾角信息過濾后，保留下可能反映斷裂、天然微裂縫的螞蟻異常值。螞蟻追蹤結(jié)果在強度和連續(xù)性呈現(xiàn)出3個級別（即強連續(xù)、強異常，中連續(xù)、較強異常以及弱連續(xù)、弱異常），這分別可對應(yīng)大型斷層、中型斷層、小型斷層或天然微裂縫密集帶或地層傾角變化帶。在平面上，螞蟻追蹤結(jié)果表現(xiàn)了較好的規(guī)律性，并與斷層展布、斷層發(fā)育規(guī)律、區(qū)域地質(zhì)背景可以很好對比。通常情況下，大斷層處有較強響應(yīng)，平面上表現(xiàn)藍色明顯連續(xù)線狀，剖面對應(yīng)地震反射軸明顯錯斷，螞蟻體強烈異常；小斷層處有較明顯響應(yīng)，平面上呈現(xiàn)藍灰色較明顯連續(xù)線狀，剖面上對應(yīng)地震反射軸反射強度明顯變化或傾角明顯改變，螞蟻體中等異常；裂縫帶結(jié)果多為模糊響應(yīng)，平面上以灰色較模糊線或網(wǎng)狀顯現(xiàn)，剖面上對應(yīng)反射軸反射強度的輕微變化，微弱螞蟻體異常（圖6）。從而依據(jù)螞蟻追蹤的異常結(jié)果來判斷頁巖次生改造強度：強異常、大型與中型穿層斷層發(fā)育區(qū)，頁巖氣保存條件普遍偏差；弱異常、微斷層與天然微裂縫密集帶發(fā)育區(qū)，頁巖氣保存條件較好，儲層滲透性得到較好改善。

圖6 黃金壩產(chǎn)區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖I號層螞蟻體追蹤顯示平面圖

3.2.3 儲層孔隙壓力預(yù)測方法

從超壓機理出發(fā)，通過建立示范區(qū)聲波速度場計算孔隙壓力的理論模型，并應(yīng)用油氣藏屬性、壓裂資料以及鉆井氣測數(shù)據(jù)對孔隙壓力模型進行校核。具體做法如下：①通過對關(guān)鍵導(dǎo)眼井縱波速度進行空間展布，建立初始速度場，并與校正后的水平井縱波速度對比；②引入水平井縱波速度后，得到更精確的三維速度場模型，應(yīng)用最新的水平井縱波速度進行校核，驗證速度場模型的可靠性。在得到較為可信的壓力模型參數(shù)基礎(chǔ)上，應(yīng)用于一維巖石力學計算中，產(chǎn)區(qū)通過分析20口已鉆井氣測數(shù)據(jù)，驗證了孔隙壓力的三維分布及數(shù)值，為后續(xù)的三維地質(zhì)力學建模、儲層壓裂改造設(shè)計和壓后評估分析以及鉆井工程設(shè)計、鉆井過程中的井壁穩(wěn)定與鉆井液優(yōu)化均提供了可靠的模型。據(jù)黃金壩產(chǎn)區(qū)6口關(guān)鍵導(dǎo)眼井儲層段孔隙壓力及壓力梯度分析，產(chǎn)區(qū)孔隙壓力從I5層有較明顯升高，至I4層頂附近最大、封閉性最好；隨后向下有所降低，在I3層內(nèi)達到低值，至五峰組內(nèi)又有回升，綜合結(jié)果以I5和I4層壓力最高、封閉性最好，為優(yōu)質(zhì)頁巖氣儲層。

3.3 儲層三維空間表征與甜點優(yōu)選

在儲層地質(zhì)體三維空間構(gòu)架基礎(chǔ)上，借助Petrel平臺，通過儲層屬性、天然裂縫及地質(zhì)力學三維建模技術(shù)，將產(chǎn)區(qū)頁巖儲集體原生屬性（8項地質(zhì)工程評價指標）、次生屬性（裂縫發(fā)育及應(yīng)力分布，保存條件與儲集體次生改造滲透性能評價指標）、流體屬性（頁巖儲集體封閉性評價指標和孔隙壓力系數(shù)）等多項參數(shù)進行三維空間表征，實現(xiàn)黃金壩三維區(qū)儲集體10項指標評價參數(shù)優(yōu)勢疊合與疊加。這種將頁巖氣地質(zhì)、工程一體化進行綜合研究方法，在國內(nèi)是首次應(yīng)用，具有顯著的創(chuàng)新性，具有國際領(lǐng)先的水平，而且建立的儲層建模型成果有很高精度和可信度。在多參數(shù)三維儲層模型成果應(yīng)用上，一是以頁巖氣保存與封閉性指標為核心，優(yōu)選出優(yōu)勢相對集中的YS108井區(qū)甜點體與龍馬溪組下亞段底部的I3～I4兩小層作為高產(chǎn)層（圖1），二是系統(tǒng)地描述和表征頁巖氣地質(zhì)特點、工程特征及其區(qū)域變化規(guī)律，既能有效地克服單因素評價的弊端，又能源頭上有效解決地質(zhì)與工程單方面作業(yè)的矛盾推諉，而且系統(tǒng)論成果還有效指導(dǎo)黃金壩產(chǎn)區(qū)頁巖氣鉆井軌跡設(shè)計、鉆井液設(shè)計優(yōu)化與壓裂方案優(yōu)化，并在鉆井、壓裂工程實施時進行實時的作業(yè)方案優(yōu)化與有效施工調(diào)整，從而有效規(guī)避施工作業(yè)風險，確保水平井儲層鉆遇率、體積壓裂改造效果和井筒完整性。

3.3.1 儲層屬性建模

在地震反演和測井解釋工作基礎(chǔ)上，①通過結(jié)合地震面元確定網(wǎng)格橫向尺寸，根據(jù)測井分辨率確定網(wǎng)格垂向尺寸，設(shè)計三維網(wǎng)格；②將測井曲線采樣到井軌跡穿過的網(wǎng)格，測井曲線粗化；③將反演屬性體重采樣到三維網(wǎng)格；④井震結(jié)合，以地震反演屬性作為軟數(shù)據(jù)控制屬性的橫向分布，測井數(shù)據(jù)作為硬數(shù)據(jù)，控制屬性的縱向分布進行三維儲層屬性體建模。屬性模型采用序貫高斯法，結(jié)合反演屬性體進行協(xié)同克里金(Co-Kriging)模擬；TOC、楊氏模量則分別與反演的TOC及楊氏模量進行協(xié)同模擬，建模結(jié)果用于儲層三維空間表征與評價（圖7）。

圖7 黃金壩產(chǎn)區(qū)五峰組—龍馬溪組下亞段頁巖I號層屬性模型圖

3.3.2 裂縫系統(tǒng)建模

基于螞蟻體追蹤結(jié)果，通過采用離散裂縫網(wǎng)絡(luò)DFN（Discrete Fracture Network）方法將隨機產(chǎn)生的裂縫片組成裂縫網(wǎng)絡(luò)，以描述天然裂縫系統(tǒng)。所需參數(shù)包括裂縫發(fā)育強度、方位、傾角、延伸長度及高度等。針對產(chǎn)區(qū)構(gòu)造裂縫發(fā)育程度與特點，定義合理的裂縫力學強度，可使其在地質(zhì)力學模型中體現(xiàn)出真實力學特征。三維天然裂縫建模成果用于儲層裂縫系統(tǒng)三維空間表征與頁巖氣評價，有效地指導(dǎo)鉆井壓裂設(shè)計與作業(yè)施工如何有效規(guī)避斷層裂縫或利用微裂縫。

3.3.3 地質(zhì)力學建模

基于儲層地質(zhì)體三維框架模型建立的三維有限元網(wǎng)格，通過利用地震反演結(jié)果及一維巖石力學研究成果確定三維巖石力學參數(shù)，包括楊氏模量、泊松比、單軸抗壓強度、摩擦角及抗拉強度，集成斷層及裂縫帶于三維模型中，確定三維孔隙壓力體；利用斯倫貝謝三維地質(zhì)力學軟件VISAGE確定原場地應(yīng)力，包括最小水平主應(yīng)力、最大水平主應(yīng)力及上覆巖層壓力。三維地質(zhì)力學建模結(jié)果用于儲層力學三維空間表征與評價，從而有效地建立以井筒穩(wěn)定性（不漏不塌、不涌不溢）為核心的鉆井地圖，以有效指導(dǎo)優(yōu)化防漏防塌的鉆井液設(shè)計，實現(xiàn)安全順利快速鉆進；與此同時，地質(zhì)力學模型為儲層壓裂改造優(yōu)選射孔層段與水平井合理分簇分級提供了成果支撐，結(jié)合裂縫模型成果可從設(shè)計源頭指導(dǎo)規(guī)避壓裂作業(yè)風險，以形成復(fù)雜縫網(wǎng)和實現(xiàn)最大化的壓裂改造體積SRV（Stimulated Reservoir Volume）的水平井體積壓裂目的。

4 認識與結(jié)論

1）滇黔北坳陷昭通示范區(qū)海相頁巖受多期次造山擠壓構(gòu)造疊加與走滑作用聯(lián)合影響，頁巖氣地質(zhì)條件復(fù)雜，形成了以向斜構(gòu)造區(qū)帶為主體的多個頁巖氣富集與賦存單元，五峰組—龍馬溪組下亞段頁巖氣富集與賦存在隔槽式復(fù)向斜帶呈現(xiàn)以連片性差、甜點區(qū)單體面積小與區(qū)域分散展布為特征，明顯有別于四川盆內(nèi)川渝示范區(qū)連續(xù)性好的頁巖氣藏；認識到保存條件對經(jīng)歷強烈改造的構(gòu)造坳陷型頁巖氣賦存區(qū)有著至關(guān)重要的控制作用。

2）位于滇黔北坳陷的昭通示范區(qū)海相頁巖，經(jīng)歷了“強改造、過成熟演化”的復(fù)雜地史演變，但頁巖氣儲層仍具有明顯的測井與地震識別特征，可以通過井震結(jié)合，采用疊前技術(shù)進行頁巖氣目標儲層原生屬性8項指標評價參數(shù)計算，利用螞蟻體算法進行次生裂縫系統(tǒng)預(yù)測，運用孔隙壓力模型計算壓力系數(shù)，實現(xiàn)三維儲層屬性多項評價參數(shù)預(yù)測。

3）昭通示范區(qū)三維儲層甜點綜合評價方法及其建模成果，有效地指導(dǎo)了黃金壩產(chǎn)區(qū)頁巖氣勘探開發(fā)實踐。良好的實踐效果表明，此方法對南方復(fù)雜山地頁巖氣是有效可行的，具有顯著的創(chuàng)新性和因地制宜的適用性。研究表明，山地頁巖氣儲層既具有原生屬性（TOC、礦物含量、孔隙度滲透性等），又有次生屬性（斷層與天然微裂縫），還有流體屬性（含氣量、流體壓力等）和地質(zhì)力學屬性（頁巖儲層巖石脆性和壓裂改造的可壓性）；儲層甜點區(qū)（體）優(yōu)選充分體現(xiàn)了多屬性、多項評價參數(shù)的三維空間疊合與疊加效應(yīng)，遵行木桶短板原理進行綜合評價優(yōu)選儲層甜點。整體封閉保存條件是控制頁巖氣賦存展布格局的前提條件，高地層壓力系數(shù)和好儲層物性是決定單井高產(chǎn)能的關(guān)鍵要素。

4）昭通示范區(qū)海相頁巖氣儲層甜點綜合評價技術(shù)方法對中國南方復(fù)雜山地海相頁巖氣勘探開發(fā)具有重要的示范與引領(lǐng)意義。頁巖氣地質(zhì)工程一體化與儲層三維建模技術(shù)國內(nèi)首次應(yīng)用，具有顯著的創(chuàng)新性，能有效指導(dǎo)頁巖氣勘探開發(fā)實踐并規(guī)避部署設(shè)計與施工作業(yè)風險，對高效勘探開發(fā)南方海相山地頁巖氣方面具有重要的導(dǎo)向引領(lǐng)作用，對國內(nèi)非常規(guī)油氣勘探具有借鑒意義。

參 考 文 獻

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Comprehensive evaluation technology for shale gas sweet spots in the complex marine mountains, South China: A case study from Zhaotong national shale gas demonstration zone

Liang Xing1, Wang Gaocheng1, Xu Zhengyu2, Zhang Jiehui1, Chen Zhipeng1, Xian Chenggang3, Lu Huili2, Liu Chen1, Zhao Chunduan3, Xiong Shaoyun2
(1. PetroChina Zhejiang Oilfield Company, Hangzhou, Zhejiang 310023, China; 2. PetroChina Hangzhou Research Institute of Geology, Hangzhou, Zhejiang 310023, China; 3. Schlumberger China, Beijing 100015, China)
NATUR．GAS IND．VOLUME 36，ISSUE 1，pp.33-42， 1/25/2016．(ISSN 1000-0976；In Chinese)

Abstract:The exploration and development of marine shale gas reservoirs in South China is challenged by complex geological and geographical conditions, such as strong transformation, post maturity, complex mountains and humanity. In this paper, the evaluations on shale gas sweet spots conducted in Zhaotong demonstration zone in the past six years and the construction of 500 million m3shale gas production capacity in Huangjinba region were discussed, and the results of shale gas reservoir evaluations in China and abroad were investigated. Accordingly, it is proposed that another two key indicators be taken into consideration in the evaluation on shale gas sweet spots in marine mountains in South China , i.e. shale gas preservation conditions and pore pressure, and the research on ground stress and natural microfracture systems be strengthened. Then, systematic analysis was conducted by integrating shale gas multidisciplinary data and geological and engineering integration study was carried out. Finally, a 3D model, which was composed of “geophysics, reservoir geology, fracture system and rock geomechanics”, was established for shale gas reservoirs. Application practice shows that the geological engineering integration and the 3D reservoir modeling are effective methods for evaluating the shale gas sweet spots in complex marine mountains in South China. Besides, based on shale gas sweet spot evaluation, 3D spatial congruency and superposition effects of multiple attributes and multiple evaluation parameters are presented. Moreover, the short-plate principle is the factor controlling the distribution patterns and evaluation results of shale gas sweet spots. It is concluded that this comprehensive evaluation method is innovative and effective in avoiding complex geological and engineering risks, so it is of guiding significance in exploration and development of marine shale gas in South China.

Keywords:South China; Marine shale gas; Reservoirs; Sweet spot; 3D reservoir model; Geological engineering integration; Comprehensive evaluation; Zhaotong （Yunnan） national shale gas demonstration zone

收稿日期（2015-11-24 編輯 羅冬梅）

作者簡介：梁興，1965年生，本刊第七屆編委會委員，教授級高級工程師，博士；現(xiàn)任中國石油浙江油田公司副總經(jīng)理兼總地質(zhì)師，長期從事頁巖氣、煤層氣、常規(guī)天然氣的地質(zhì)綜合評價研究工作和油氣勘探開發(fā)規(guī)劃部署與科研管理工作。地址: （310023）浙江省杭州市西湖區(qū)留下街道荊山嶺。ORCID:0000-0003-1712-0538。E-mai:liangx85@ petrochina.com.cn

基金項目：國家油氣重大專項“云南昭通頁巖氣開采試驗”(編號：2012ZX0518-006)、中國石油天然氣集團公司重大專項“昭通示范區(qū)頁巖氣鉆采工程技術(shù)現(xiàn)場試驗”（編號：2012F-47-02）。

DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2016.01.004