分布于厚煤系之間的薄砂巖儲層間接預測方法
——以杭錦旗地區J井區為例

秦雪霏

(中國石化上海海洋油氣分公司，上海 200120)

在油氣成藏研究中，煤巖與炭質泥巖作為主要烴源巖備受關注，但煤巖與炭質泥巖的低阻抗特性，容易與圍巖形成明顯的波阻抗差異，地震剖面上表現為連續穩定的低頻強反射，為煤系地層砂巖儲層預測帶來了很大困難。賴生華等[1-2]設計了六套含煤地質模型，并結合正演模擬分析，證實了煤巖厚度、煤巖與砂巖之間地層厚度(煤砂間距)以及地震子波頻率、相位等參數，均可對煤下砂巖有效反射形成不同程度的干涉。因此，含煤地層儲層識別問題成為近年來專家學者的研究熱點，解決方案可以歸納為以下三種：一是拓頻處理提高地震分辨率的方法[3-4]，通過拓展受煤干涉影響程度相對較弱的中高頻段信息，提高砂巖有效反射占比，該方案對于信噪比高、煤反射干涉相對較弱的地區具有一定適用性；二是依托高分辨地質統計學的相控預測[5-6]或儲層直接預測方法[7-9]，通過統計測井資料中不同巖性的高斯分布，得到煤系地層中儲層空間展布的概率體，該方案在井控程度高且鉆井分布均勻的地區應用效果較好；三是結合匹配追蹤等時頻分析方法，優選煤巖響應相對較弱的中高頻段資料進行子波分解與重構[10-12]，通過弱化煤巖反射能量進行儲層預測，該方案適用于煤巖厚度較小或煤砂間距相對較大、煤巖反射對儲層干涉強度相對較弱的地區。盡管煤系地層儲層預測研究取得了豐碩的成果，但對夾于厚煤巖之間且煤砂間距較小的薄儲層而言，由于同時受到上覆及下伏厚煤巖雙向疊合的干涉作用，上述技術方法均難以取得良好效果，需要更多地依托沉積特點開展間接預測，以鄂爾多斯盆地杭錦旗地區J井區為例進行說明。

1 地質特征及儲層預測難點

1.1 山1段煤系地層地震地質特征

研究區位于杭錦旗中部伊陜斜坡北端，構造平緩穩定，于晚石炭紀至早二疊紀沉積了太原組、山西組等上古生界地層，主要目的層段山西組為辮狀河三角洲沉積，沉積環境穩定，自下而上可分為山1段和山2段，巖性主要包括中-粗粒砂巖、細-粉砂巖、泥巖、炭質泥巖與煤巖，是整個鄂爾多斯盆地最主要的油氣儲層及烴源層系。

根據區域地質對比結果，鄂爾多斯盆地山1段普遍發育4號、5號煤系，山1段下伏為太原組頂部的6號煤系[13]。這三套煤系在鄂爾多斯盆地內呈區域性分布，煤含量差異較大，形成煤巖與炭質泥巖共生的特征(統稱為煤系)。縱向上，部分煤系可分為主煤與上煤(圖1)，但煤系之間地層厚度普遍較小，可視為整體。山1段及太原組局部發育厚度不足2 m的薄煤層，分布范圍較小。

山1段地層厚度35～50 m，自下而上可進一步細分為山11與山12兩個亞段。受沉積期古地形影響，山西組早期以填平補齊沉積為主，山11尤其明顯，底部發育北岔溝砂巖，類型主要為石英砂巖、巖屑石英砂巖及巖屑砂巖，屬于低孔低滲致密儲層[14-15]。研究區毗鄰伊盟古隆起，石炭-二疊紀長期處于相對較高的古地勢，北岔溝砂巖厚度相對盆內明顯較薄，且夾于4號-5號煤系之間，形成上下厚煤、煤系之間地層薄、薄儲層的組合結構(圖1)。

研究區地表以沙漠、草場為主，表層稀疏，吸收衰減作用強，三維地震資料分辨率較低，地震主頻為20～22 Hz，頻寬為6～45 Hz。4號-6號煤系之間地層厚度較小，共同作用形成了綜合低波阻抗地層，地震上表現為區域穩定的低頻連續強波谷反射(圖2a中Tc波)，為盆地最主要的標志波。盡管Tc反射波在橫向上差異微弱，但是實鉆資料揭示4號-6號煤系中砂泥煤的巖性組合豐富多樣(圖1)，儲層識別難度較大。

1.2 預測難點

賴生華等通過建立六個地質模型，對比了不同褶積子波頻率、相位情況下的正演模擬結果，建立了不同煤巖厚度、位置及煤砂距離對砂巖有效反射影響的擬合曲線，指出當煤巖厚度和煤砂距不穩定時，無法利用振幅預測厚度小于1/4波長的砂巖，進而結合正演模擬結果，明確了相應的量化參數，即地震子波頻率高于40 Hz且煤砂間距大于50 m時，煤巖對砂巖頂面地震反射沒有影響；當頻率低于20 Hz、煤巖與砂巖接近時，煤巖反射會嚴重干涉砂巖有效反射，甚至會發生極性反轉。研究區4號-5號煤系之間地層厚度15～25 m，煤間實鉆砂巖厚度小于15 m，石英砂巖小于10 m(表1)，地震資料條件、煤系之間地層厚度和儲層厚度都不夠理想。

表1 研究區山1段實鉆情況

盡管石炭-早二疊紀煤系區域分布穩定，但煤含量差異較大，隨著煤含量的降低，炭質泥巖中泥質含量增大且波阻抗增大(直至與泥巖一致)，煤系反射強度減弱(圖2a中D井實鉆4號-6號煤系累計厚度最大，但Tc波谷強度略低，與煤系中炭質泥巖占比較高有關)，復雜的煤巖成分導致對北岔溝砂巖的干涉程度在橫向上是不可預見的。

2 研究思路及實施效果

2.1 沉積規律及研究思路

通過對原始PSTM數據子波分解，并利用研究區已有鉆井建立重構數據振幅與煤系厚度、井點處反射波時差與煤系之間地層厚度的交會分析，優選25 Hz以上地震資料進行重構，從圖2b可以看出，盡管原Tc反射波得到了有效擴展，但Tc2瞬時波谷振幅與5+6號煤系厚度呈良好的線性關系，相關度高達0.96(圖3a)，而且實鉆煤系之間地層厚度與Tc1-Tc2反射波時差之間同樣具有良好的正相關關系(圖3b)，說明盡管采用了中高頻段，所得到的反射波仍以煤系自身反射為主，難以利用多子波分解與重構方法開展厚煤層之間薄砂巖儲層的直接預測。因此，利用實鉆井測井資料建立山11亞段砂煤沉積厚度之間的定量化關系，成為解決該問題的關鍵。

圖2 研究區煤系地層波組響應特征(測井曲線為波阻抗，波谷充填顯示)

杭錦旗地區山1段沉積微相可劃分為偏氧化環境的分流河道、偏還原環境的河道間灣與泥炭沼澤[14，16-18]。由于沉積環境的差異，在空間上形成了砂煤互補的沉積規律，可以歸納為兩種類型：①同等地層厚度的情況下，煤系厚度與砂巖厚度呈負相關關系；②同等煤系厚度的情況下，煤系之間地層厚度與砂巖厚度呈正相關關系。研究區的4號及5號煤系厚度相近(圖1)，更側重于第二種類型。從圖3c可以看出，除B井及C井外，其他四口井實鉆砂巖厚度與煤系之間地層厚度具有良好的正相關關系，相關度達到0.86，但對于研究區而言，2口無效井占比略高，依據地層厚度判別砂巖分布會導致誤差較大，需進一步尋找其他有利條件。

杭錦旗地區長期受到持續穩定的構造運動，使得石炭紀-早二疊紀沉積受古地形影響較大，山西組早期分流河道多表現為順下切溝谷的高水動能、辮狀程度低的限制式分布，至山西組晚期受填平補齊沉積作用，古地形逐漸平緩，分流河道轉變為水動能相對較低、辮狀程度較高的廣覆式分布。由于杭錦旗地區毗鄰北部陰山古陸物源區，山1段砂巖石英含量為50%～95%，平均72.15%，孔隙度集中分布在5%～10%[14-15，19]，石英砂巖GR較低(25～50 API)，多呈微齒箱形[20-22]。對于古地形相對較低的地區，山1期水動力強度較大，石英砂巖厚度及物性可以得到有效保障，部分地區砂巖孔隙度達13%以上，是山西組最有效的儲層段。從圖3d可以看出，二者之間呈良好的非線性正相關關系，相關度達到0.77，為石英砂巖儲層的間接預測提供了有利條件。

圖3 研究區煤系地層井震關鍵參數交會

因此，針對研究區山1段分布于厚煤間的薄砂巖儲層間接預測技術思路如圖4所示。首先，通過子波分解與重構，提高地震資料對煤系的識別精度，在此過程中，重點在于建立實鉆煤系厚度與不同參數重構資料振幅的量化關系，以此作為優選最佳重構參數的依據。其次，建立重構資料煤系反射波時差，與實鉆井煤系之間地層厚度之間的定量關系式，以及優選滿足誤差需求的有效井進行深度校正，從而準確落實煤系之間地層空間展布。最后，分別建立煤系之間地層厚度與砂巖、石英砂巖厚度的量化關系，并確定相關度最高的定量關系式，對煤間地層進行相應地轉換，達到利用量化沉積規律開展厚煤間薄儲層間接預測的目的。

圖4 厚煤間薄砂巖儲層間接預測技術路線

2.2 實施效果

實施過程中，需要重點關注以下兩個問題：子波重構有效頻段的選擇依據及其分辨能力和預測過程中的誤差控制。

(1)子波重構方面首先需要明確重構資料對煤系的分辨能力，超過分辨率時預測誤差難以保障。結合實鉆情況，A井與C井5+6號煤系厚度近6 m，在圖2b重構數據上5+6號煤系所形成的Tc2反射波較為清晰；B井4號煤系厚度約5 m，Tc1響應微弱；D井Tc1響應最弱，與其4號煤系中泥質含量偏高有一定關系。在煤系之間地層厚度識別能力方面，A井Tc1與Tc2呈弱復合特征，其他井點處煤系之間地層厚度較大，呈相對獨立反射(圖2b)，說明在現有鉆井資料條件下，采用25 Hz以上頻段重構資料對煤系厚度識別的下限為5 m，對煤系之間地層厚度識別的下限為15 m，低于此下限條件的儲層將無法預測。

(2)誤差控制方面。首先，將研究區Tc1-Tc2波時差按照圖3b中的相關關系式轉換為4號-5號煤間地層厚度的屬性，并以相關度0.78為標準，優選預測與實鉆煤系之間地層厚度誤差小于22%的井(A、B、E)進行校正，達到進一步控制誤差的目的。以相關度為依據優選有效井進行校正，可確保煤間地層厚度的橫向關系穩定，不會發生局部畸變。然后，利用4號-5號煤系之間地層厚度與煤間石英砂巖厚度交會關系式(圖3d)，再次將經過校正后的煤間地層厚度進行轉換，即可得到研究區4號-5號煤系之間石英砂巖平面展布。

分別對比圖1及表1中已知井鉆遇情況與原始PSTM數據Tc反射波振幅屬性(圖5a)，以及子波分解重構數據的Tc1-Tc2之間瞬時波峰振幅(圖5b)，可以看出，盡管25 Hz以上頻段重構資料可以一定程度上弱化煤系強反射，但對于厚煤間的薄儲層識別仍然具有較大的局限性，預測結果與實鉆砂巖及石英砂巖厚度存在較大誤差。

利用子波分解與重構資料所刻畫煤系之間地層厚度，經過量化關系式一次轉換并優選有效井進行校正，再次利用煤系之間地層厚度與石英砂巖厚度量化關系式進行二次轉換得到的間接預測結果，河道特征清晰(圖5c)。對井點處所鉆遇的石英砂巖厚度與預測結果進行誤差統計(表1)，6口井絕對值誤差率平均為25.54%(與圖3d中0.77的相關度相匹配)。將預測誤差與實鉆石英砂巖厚度進行交會，可以看出，當石英砂巖厚度4～6 m時，誤差整體偏高，這與25 Hz重構地震資料對煤系厚度的分辨下限相匹配(圖6)。盡管F井同樣具有較大誤差，但對于厚煤間不足10 m的薄石英砂巖儲層刻畫來說，相比利用原始PSTM資料及子波分解與重構后資料振幅特征開展直接預測，該方法預測精度已經有了很大地提高。

圖5 研究區山1段厚煤間薄儲層預測

圖6 4號-5號煤間實鉆石英砂巖厚度與預測厚度誤差

3 結論

(1)分布于厚煤巖之間的薄砂巖儲層，同時受到儲層上、下煤系強反射干涉，且干涉程度受煤系厚度、煤砂之間地層厚度、煤含量及子波頻率影響，儲層直接預測難度大。通過分析已有鉆井巖性組合規律并建立量化關系，可以達到間接預測的目的。預測過程中重點在于煤系之間地層厚度的刻畫，對重構數據振幅依賴度低，因此，在有效分辨能力范圍內，煤系厚度變化及煤系井徑擴大等不利因素對預測結果影響較小。

(2)厚煤系之間的薄儲層預測不限于砂巖-石英砂巖的逐級預測流程，相關度低將導致成果的誤差率較大，應用效果需結合實際鉆井揭示的規律分析而確定。

(3)子波分解與重構在煤系地層儲層預測中應用廣泛，對于煤系厚度大、煤砂之間地層厚度小的情況，重構結果仍以煤系自身反射為主，但煤系厚度及煤系之間地層厚度可作為重構參數優選的主要依據。