储层预测
鄂尔多斯盆地下古生界和中元古界的暗色海相碳酸盐岩及泥页岩是区内主要的气源岩。有关的储层包括海相碳酸盐岩（颗粒灰岩、鲕粒灰岩、碎屑流性质的砾屑灰岩、白云岩、生物屑灰岩）及陆源碎屑浊积岩（中奥陶统拉什仲组）。有关的储集空间如下：1.白云岩晶间孔隙赋存于次生白云岩中，主要见于东部、中部，发育层段为中、上寒武统、下奥陶统马家沟组。例如在南坪剖面寒武系顶部、马家沟组均是由白云岩组成。中部气田的主要储层为马五段白云岩，其孔隙度为小于2%～8%。白云岩一般位于层序边界之下、高水位体系域顶部。2.碳酸盐岩溶蚀孔隙以奥陶系顶面巨大不整合面及某些层序边界附近的巨大溶洞及溶孔为特征。例如在拉什仲剖面上桌子山组层序边界（例如层序边界6、7及10附近），REN8井在奥陶系曾放空0.6m。3.碳酸盐岩铸模孔隙、生物体腔孔包括生物或碳酸盐颗粒溶蚀孔，也有受溶蚀形成的粒间溶孔、粒内溶孔等，见于各碳酸盐岩中。4.粒间孔隙见于马家沟组、中奥陶统及中寒武统张夏组，以台地边缘相亮晶砂屑灰岩中这种孔隙较多，但一般孔隙度小于2%，渗透率也极低。西缘拉什仲组的近岸浊积岩，也发育粒间孔隙。浊积岩的储集性能很早就倍受关注，预测在西部地区（中央隆起带以西）将会发现良好的浊积岩储层。5.其他孔隙其他如裂缝孔隙、溶蚀扩大的缝合线（中、上寒武统）也有所出现。本区奥陶系和寒武系有利储层分布区，与沉积环境和上述孔隙赋存的岩相有关。通常，低水位体系域各沉积体系（例如颗粒质浅滩、钙屑碎屑流沉积）和高水位体系域并进型体系（例如镶边、台内点礁、上部白云岩等）能构成良好储层，加之不整合面为良好的流体通道，为碳酸盐岩溶蚀作用及暴露期间白云岩作用提供了可能。海进体系域虽然也能构成良好储层，但层薄而意义不大。李克勤（1992）曾做出有利生储综合评价图，其中有利储集区主要分布于东部斜坡带黄河以东地区和中央隆起带以西至西部坳陷区。这也说明山西境内沁水盆地等也是有利气田远景区。
储层预测技术
扶杨油层地震资料处理过程中主要存在三方面难点:一是地震资料分辨率较低，不能分辨扶杨油层内部砂体;二是扶杨油层顶界面为高波阻抗界面，对砂泥岩薄互层具有较强的屏蔽遮挡作用，不利于提高地震资料的分辨率;三是扶杨油层内部砂岩和泥岩速度差别小，加上砂体延伸短、宽度窄，空间变化快，增大了储层预测的难度。针对以上难点，在州201试验区进行了高分辨率、高保真的叠前目标处理，开展了多种储层预测方法研究，并在试验井设计、钻井过程中对储层进行滚动预测，提高薄互层河道砂体的预测精度，为开发试验奠定了基础。(一)特低渗透薄互储层三维地震资料处理技术州201试验区的三维地震资料是1998～1999年针对深层采集和处理的。本次研究的扶杨油层信噪比和分辨率相对较低，不能满足现场试验的需求。为此，选取了100km2的原始资料进行叠前时间偏移处理，改善构造和储层预测效果。处理采样率为2ms，处理长度为6s，原始面元为25m×50m，重新处理面元为25m×25m。针对该区原始地震资料存在大量面波、50Hz和野值干扰、薄互层发育、断层多、扶杨油层构造较复杂等特点，除采用常规的几何扩散补偿、地表一致性振幅处理和补偿、地表一致性异常振幅(野值)压制、地表一致性反褶积、地表一致性自动剩余静校正、三维DMO叠加、零相位反褶积加地震记录逐次分离的串联使用等方法提高分辨率等保幅和提频处理技术外，还采取了叠前分频去噪和高频速度分析两种新处理方法，有效地提高了地震资料的信噪比和分辨率。1.地震资料处理新方法(1)叠前分频去噪处理，有效压制噪音，提高资料保真度针对信号和噪音在不同频段内的分布规律和分布区域，采用分频技术进行压噪处理，有效保护高频弱信号和低频信息，压制异常振幅，提高去噪的保真度。本区线性干扰主要出现在16Hz以下的低频段;中深层的异常噪声主要分布在15～40Hz的近偏移距道上，呈窄条带状，与同频带的反射信号有较大的区别;40Hz以上的频带内异常噪声也有分布，但能量较弱。采用分频处理技术，在低频段识别线性干扰，准确地检测并压制干扰，保护高频信号不受影响;对于高频段的低速干扰，只在高频段压制，保护中、低频段的信号。具体做法:一是对线性干扰严重、分布范围较广的单炮记录，采用线性干扰分频检测与分频压制技术，保证了较高的地震资料保真度;二是对非规则的异常噪音，采用异常噪声分频检测与分频压制方法，在信号失真较小的条件下消除噪声，进一步提高资料处理质量;三是应用时间域单频干扰波压制技术，有效地去除了50Hz工业电干扰，保留了其他频率成分不被破坏，提高了信号保真度;四是对面波较发育的地震记录，采用自适应面波压制技术，该方法只压制面波，对有效信号的低频成分和其他信息保真，适应性强，效果稳定。(2)高频速度分析，叠加弱能量的高频成分，拾取精度较高的速度估算值在复杂区块或薄互层发育的区域，不同的反射层或反射层组对应不同的速度，高频数据可获得更准确的速度值。在低频段和优势信噪比频带的速度谱上，速度的精度和分辨率均不如高频段好。高频速度分析能把能量较弱的高频成分拾取并叠加好，得到精度较高、分辨率较高的速度值，对速度估算的精度高于常规处理方法。本次处理共进行了4次速度分析，最终优选了DMO速度分析作为正式的叠加速度。2.处理效果分析在整个处理过程中，针对原始资料特点，设计了合理的处理流程，精细分析每步处理参数，使剖面质量大幅度提高。一是从剖面整体效果看，信噪比较高，分辨率比较适中;二是扶杨油层地震反射波特征突出，能连续追踪，断点、断面清晰可靠，反射构造形态较清晰可辨(图6-2);三是处理后的成果剖面和原成果剖面相比，频带展宽，主频大约提高15Hz，分辨率提高，目的层的层间信息丰富，很好地保留了有效波的低频成分，为后续的储层预测提供了保证。图6-2 最终处理成果剖面(二)特低渗透薄互储层地震预测方法从目前地震储层预测研究现状来看，实现储层预测主要有两种技术途径:一是以地震属性分析为主的储层横向预测技术，实现储层平面展布预测;二是地震反演技术，实现储层三维空间预测。就大庆外围扶杨油层而言，各产油层的单层砂岩厚度基本在5m以下，一般为1～2m。以目前的地震资料分辨能力，要在地震剖面上直接解释单砂体还有很大困难，因此储层横向预测仍然是对各油层段砂岩累计厚度进行的。1.利用地震属性分析方法进行储层横向预测地震属性分析是储层横向预测的重要手段。地震属性分析的目的就是以地震属性为载体从地震资料中提取隐藏的信息，并把这些信息转换成与岩性、物性或与油藏参数相关的可以为地质解释或油藏工程直接服务的信息，能够定性地预测和分析平面上储层的分布特征和规律。它由两个部分的内容组成，即地震属性优化和预测。预测既可以是含油气性、岩性或岩相预测，也可以是油藏参数预测。通常储层横向预测使用的是整个目的层段的地震属性值，例如主频、最大振幅等。由于这种地震属性代表储层的整体性，而油田开发阶段，需要对纵向上的开发层系做精细描述，尤其是对砂泥岩薄互储层的描述，此类储层横向预测方法就平面具体点而言，其结果存在一定误差是必然的。为此，对储层横向预测结果的分析，应侧重分析一定平面范围内储层横向整体的规律性和趋势。在目前资料和技术条件下(资料频带的有限性、信息不足和方法本身的缺陷)，对于地震信息的利用必须根据资料条件结合本区地质特点进行有效性分析，建立地震属性与储层特征间的统计关系，筛选出适合工区储层和油气预测的有效信息，才能获得较为可靠的预测效果。州201试验区主产层为FⅠ、FⅡ组油层。利用Geoframe软件对FⅠ、FⅡ油层组分别提取28种平面地震属性参数。通过作地震属性与累计砂岩厚度交汇图，采用代表区域整体趋势的大多数与地震属性相关性好的井开展累计砂岩厚度预测。在开展储层预测时，剔除起干扰作用的井后，使FⅠ油层组的累计砂岩厚度与地震属性的相关性从21.1%提高到85.4%。研究认定FⅠ油层组平均正振幅值和3种带宽属性与砂岩厚度相关程度较高。采用平均正振幅值和3种带宽属性，运用多属性人工神经网络方法对FⅠ油层组砂岩累计厚度分布规律进行了预测。FⅡ油层组的地震属性与砂岩累计厚度不具有相关性，分析与FⅡ油层组砂岩整体不发育有关。2.利用地震反演方法预测纵向上主力层砂体分布特征地震资料难以对薄互储层形成较好的响应特征，需要通过井震联合反演来提高纵向上的分辨率，达到对小层精细描述的目的。为了更好地刻画州201井区砂体的展布特征，应用Jason软件进行了反演处理。Jason软件主要有3个叠后反演模块，即InverTrace、Inver-Mod和StatMod，对应3种目前流行反演方法:稀疏脉冲反演、测井约束反演和随机反演。从理论上讲，这3种反演方法得到的反演剖面的反演分辨率依次增高。在反演之前，对参与反演的51口井进行了标准化处理。结合研究区已完钻井测井资料分析，该区储层表现为高波阻抗(低声波)、低伽马。应用声波测井曲线制作合成记录，进行层位综合标定是建立反演储层地质框架模型的基础。在小区试验的基础上，确定了稀疏脉冲反演、地震特征反演和随机反演3个模块的反演流程，实现了对主要目的层的精细描述。(1)约束稀疏脉冲反演约束稀疏脉冲反演是建立在一个快速趋势约束的脉冲反算法上的一种反演方法，该方法在井少或井多的地区都可以运用，但只能做波阻抗反演。在本区的储层反演中，从波阻抗剖面看，比较大的储层发育段有明显的波阻抗响应显示，但不能分辨薄储层。这是因为该反演方法是以地震资料为主，声波和密度测井曲线只是起到波阻抗趋势和波阻抗值范围的约束，因此波阻抗剖面的分辨率取决于地震资料的分辨率的高低。其结果主要用于确定储层的大致分布，在此结果基础上进一步加密解释层位，提高合成记录标定精度，为后续的地震特征反演、随机反演提供更精细的模型和合成地震记录。(2)地震特征反演地震特征反演技术是一种基于模型的、地震资料约束下的测井参数反演技术。其核心思想是:地震道上各类数据之间是彼此相关的，在同一模型层内任何一道的数据都可以通过其他道的数据加权得到。因此，利用地震资料解释结果与测井资料相结合，生成一个精细的初始地质模型，充分利用了地质、测井资料和地震资料的信息。对测井资料和地震资料进行主组分分析以及模型估算，利用井旁合成记录内插和外推产生一个合成记录数据体，并通过一定的约束条件来优化，使初始模型达到与地震数据的最佳匹配。当合成记录数据体与实际地震数据体之间的误差满足精度要求时，便得到了空间的权值分布，形成权系数体。将权系数应用到其他类型的测井曲线上，便得到了这种测井曲线的属性数据体，如波阻抗、层速度、电阻率、孔隙度等数据体。该方法适用于勘探开发程度较高的地区，要求有一定数量的钻井才能确保反演成果的质量。本区利用这种方法分别得到了波阻抗、电阻率等一系列属性数据体。从剖面情况看，其分辨率要比稀疏脉冲反演得到的剖面分辨率高。(3)随机模拟与随机反演随机模拟与随机反演方法使用地质统计学的方法对非均质油藏进行随机模拟。该技术也是用于勘探开发程度较高、对储层的发育特征认识比较清楚的地区，进行储层物性参数(如孔隙度、渗透率等)随机模拟，也可进行岩性模拟。随机反演技术中，首先在做好约束稀疏脉冲反演和地震特征反演的基础上，对储层的发育特点、纵横向上的展布规律做充分的地质分析之后，初步确定砂体展布的x、y、z方向的大致范围。利用井上的波阻抗和反演的波阻抗数据体，进行直方图分析和变异分析，然后结合地震数据体和子波进行模拟计算，模拟计算的结果即为反演的结果。州201区块分别应用上述3种方法进行了反演处理，3种反演方法环环相扣，前一步得到的数据应用到下一步的反演中。从理论上讲，分辨率和预测精度应逐步提高，但从反演效果看，约束稀疏脉冲反演得到的分辨率较低，地震特征反演得到的结果更可靠。由于本区储层的复杂性以及对本区储层发育特征的认识程度较低，导致随机模拟和随机反演的效果也不理想。因此，优选地震特征反演得到的结果作为下一步储层综合解释的主要依据。3.砂体综合解释利用反演结果对砂体进行综合描述，在地震特征反演的波阻抗体和电阻率体上进行本区的砂岩厚度、有效厚度预测。砂体描述的关键在于确定其边界，在反演剖面上是以色标的大小来确定砂体的范围。准确确定砂体边界的主要方法:一是在整体上对研究区51口井的含油砂体进行了相互对照及仔细分析，最终确定了一个合适的色谱进行整个工区内的砂体描述;二是具体对单砂体和目的层段，在纵向上统计油层砂岩、泥岩及过渡岩性的波阻抗值，然后在横向上依照此关系，结合岩层的反射特征确定砂体边界。考虑到各井之间的不同砂体，甚至同一口井的不同层位的砂体在组分、速度特征上都存在一定的差异，在反演剖面上表现为各砂体所对应的色标出现细微的差别。因此，需要结合测井资料和实际地质情况，最终完成对砂体的具体描述和解释。在反演剖面上，采取了以井点为中心、向四周延伸的描述方法。根据层位标定，在过井的南北向剖面和东西向剖面上进行砂体对比，确定砂体的大致范围。在此基础上，分析砂体平面展布与古地貌沉积匹配性，然后由井向四周展开追踪，进行更精细的人工解释工作，直到能清楚地确定砂体的展布范围为止，得到最终的砂岩平面分布。在砂体解释的基础上，利用电阻率属性体，在电阻率剖面上进行解释，确定州201井区的有效厚度和平面分布情况，并用已知井进行校正，得到最终的有效厚度预测结果，作为布井方案设计的依据。(三)随钻跟踪预测方法在钻井过程中，随时将新钻井结果补充到反演数据体中，进行反演跟踪预测，进一步加深对储层的认识，完善储层预测结果，优化井位运行。2005年9月，将完钻的25口新井资料加载到反演数据体中，在高井网密度情况下，进行地震资料的滚动预测，逐步减少地震资料的多解性，逼近河道砂体的真实尺度，提高储层预测精度。通过对新完钻井油层发育情况分析，结合地震属性的认识和新一轮的地震反演跟踪预测，证实了州201井区东侧储层发育较差。结合储层跟踪预测研究成果，并考虑进一步完善注采井网，及时部署了州201井区的补充调整方案，共设计井位27口，其中水平井3口。在州201井区钻井实施过程中，坚持以“实践、认识、再实践、再认识”理论为指导，通过迭代反演、跟踪预测、滚动钻井的科学做法，共完钻开发井51口，其中直井48口，水平井3口(图6-3)，试验区最终储层综合预测符合率85.4%，取得了较好的效果。图6-3 三肇凹陷州201试验区完钻井位图
“天然气水合物”应用前景如何？
天然气水合物又叫可燃冰，具有清洁，热效率高，便于运输，开采技术成熟等优点，应用的前景还是非常广阔的。天然气水合物的形成条件不是低温就是高压，所以地球上存在可燃冰的地方大多在海里。而我国对于开采可燃冰有一定的技术基础。开采了以后由于是液态，所以运输储存比气体的运输储存方便的多，而且也更安全。现在可以通过技术把普通天然气处理成水合物，也是非常有应用价值的，比如西气东输工程如果把天然气变成液态，那效率提升的就不是一点半点了。总体来说天然气水合物储存技术是一项新兴的技术，目前处于研究发展阶段。但它的发展与应用必将带动相关工业链的发展，产生巨大的经济效益和社会效益。
天然气水合物的中国发展
专项调查（2002～2010年）自2002年开始，中国地质调查局组织专家科学论证，全面部署我国海域天然气水合物资源调查工作。通过广泛的技术交流、国际合作以及奋力攻关，系统获取了显示天然气水合物存在的地质（碳酸盐岩结壳、冷泉等）、地球物理（似海底地震发射波“BSR”等）、地球化学（烃类异常）、生物（菌席、双壳类生物）等综合异常信息，初步圈定了天然气水合物重点目标区，为后续钻获实物样品奠定了基础。自2002年起，中国地质调查局还先后设立了多个调查研究项目，对我国冻土区特别是青藏高原冻土区开展了地质、地球物理、地球化学和遥感调查，发现我国冻土区具备较好的天然气水合物成矿条件和找矿前景，其中羌塘盆地为Ⅰ级远景区，祁连山、漠河盆地和风火山—乌丽地区为Ⅱ级远景区。与此同时，通过积极开展天然气水合物资源调查与评价关键技术的自主研发、引进、集成和创新，经过长期科技攻关，在天然气水合物资源勘查技术装备、实验测试装备、模拟测试技术、找矿预测技术、成矿理论等方面取得了重要进展——建成了具有世界先进水平的综合调查船，集成和创新了高分辨率多道地震等综合勘查技术，建立了天然气水合物资源勘查规范；形成了先进的并具有我国特色的天然气水合物勘查技术体系和成矿理论方法，多项成果荣获国家发明专利、国家实用型专利和计算机软件著作权等登记证书，为天然气水合物找矿突破奠定了坚实的技术和理论基础。 首次取得战略突破（2007年、2009年）我国海域天然气水合物资源调查与研究项目历时10年，获得四大调查成果：发现南海北部陆坡天然气水合物有利区，评价其资源潜力，圈定目标区，成果获取天然气水合物实物样品。2007年实施的天然气水合物取样，首次成功获取了实物样品，证实了我国南海北部蕴藏有丰富的天然气水合物资源。由此，使我国成为继美国、日本、印度之后第四个通过国家级研发计划采到天然气水合物实物样品的国家，也标志着我国天然气水合物调查研究水平一举步入世界先进行列。2009年，中国地质调查局组织实施的《祁连山冻土区天然气水合物科学钻探工程》施工完成的8个钻井中，有5个钻井钻获天然气水合物实物样品。这是我国冻土区首次钻获天然气水合物实物样品，也是全球首次在中低纬度高山冻土区发现天然气水合物实物样品。 为进一步加大天然气水合物资源勘查力度，2011年国务院批准设立了新的天然气水合物国家专项。中国地质调查局广州海洋地质调查局通过进一步勘查，在珠江口盆地东部海域发现了天然气水合物有利目标区，经过科学论证确定了钻探取样井位。2013年5月～9月，在该区域实施了3个航段共计102天的钻探取样工作，开展了10口井的钻探取芯，均钻获实物样品，获取了大量天然气水合物实物样品。现场分析认为，该区域天然气水合物具有埋藏浅、矿层厚度大、含天然气水合物纯度高等特点，具有巨大的开发价值和广阔的资源前景。2013年8月，《祁连山及邻区天然气水合物资源勘查》项目组再次在青海省天峻县木里镇DK-9科学钻探试验井中，成功钻获天然气水合物实物样品，单层厚度超过20米。此次钻获天然气水合物，是该区“点”上突破后“扩边”勘查的重大进展，不仅扩大了祁连山冻土区天然气水合物的分布范围，而且证实了对该区天然气水合物控矿因素与形成机理的初步认识，验证了多学科综合找矿方法的有效性。
