一種無(wú)井反演方法在印度河盆地儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

唐志遠(yuǎn)， 郭清正 ， 劉國(guó)昌

(1.河北地質(zhì)大學(xué) 信息工程學(xué)院,石家莊 050031；2.中海油能源發(fā)展工程技術(shù)公司，天津 300457；3.中國(guó)石油大學(xué)(北京)，北京 102249 )

0 引言

印度河盆地是巴基斯坦最大的沉積盆地。一系列的地震和地質(zhì)綜合研究表明，該地區(qū)存在許多具有勘探潛力的大型圈閉，并且發(fā)育有多套烴源巖，具有良好的勘探前景[1-2]。含油層系主要集聚在白堊系和第三系地層中，沉積相屬于潮控三角洲，受盆地構(gòu)造和沉積控制，形成了良好的含油氣系統(tǒng)，有著十分豐富的油氣資源[3]。印度河盆地已經(jīng)有五十余年的勘探歷史，但整體勘探程度較低，目前在海域鉆探了16口井，其中7口井見(jiàn)油氣顯示[4]，在深入分析地質(zhì)沉積和油氣成藏模式基礎(chǔ)上，形成一套完整的儲(chǔ)層識(shí)別和預(yù)測(cè)方法對(duì)加快該地區(qū)的油氣勘探具有重要意義。

為提高勘探初期效率，筆者提出一種構(gòu)建虛擬井的地震反演方法用于三維無(wú)井工區(qū)的儲(chǔ)層的評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)。該方法基于地震偏移速度建立縱波速度虛擬井曲線(xiàn)低頻信息，根據(jù)90° 相移后的地震資料振幅信息補(bǔ)充該井點(diǎn)的縱波速度曲線(xiàn)高頻成分，將臨區(qū)先驗(yàn)?zāi)嗍P(guān)系信息應(yīng)用于無(wú)井地震反演儲(chǔ)層預(yù)測(cè)。結(jié)合區(qū)域構(gòu)造解釋以及地質(zhì)評(píng)價(jià)的結(jié)果對(duì)該區(qū)域儲(chǔ)層分布規(guī)律進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

印度河盆地受白堊紀(jì)斷裂作用影響，隨著印度-巴基斯坦板塊不斷向北漂移形成，主要為中新統(tǒng)時(shí)期印度河沖積扇形成的三角洲沉積地層。晚侏羅紀(jì)時(shí)期，盆地從非洲大陸分離，逐漸發(fā)展成為裂谷和被動(dòng)陸緣盆地。晚白堊世時(shí)期，盆地?cái)U(kuò)張引發(fā)持續(xù)的火山噴發(fā)活動(dòng)，形成的火山巖奠定了沉積盆地基底。古新世-始新世早期，洋脊擴(kuò)張，研究區(qū)發(fā)生熱沉降作用，在被動(dòng)大陸邊緣形成海盆和海臺(tái)，由于陸源碎屑物質(zhì)供給少，在海臺(tái)上發(fā)育淺水碳酸鹽巖礁灘，在海盆發(fā)育深海泥和濁積砂。始新世末時(shí)期，印度板塊開(kāi)始向北遷移，與歐亞板塊發(fā)生碰撞，印度河盆地發(fā)展為前陸盆地，大量的陸源碎屑物質(zhì)經(jīng)由印度河快速沉積在盆地內(nèi)，發(fā)育河流-三角洲沉積。漸新世-中新世時(shí)期，盆地褶皺回返，更多陸源碎屑物質(zhì)快速沉積在盆地內(nèi)，發(fā)育疊置河流-三角洲沉積。

研究工區(qū)位于印度扇巴基斯坦一側(cè)，構(gòu)造上位于印度扇內(nèi)在莫里隆起和歐文斷裂帶之間。如圖1所示，工區(qū)處于陸坡深水區(qū)，水深400 m～2 800 m，勘探程度較低。分析結(jié)果表明，漸新統(tǒng)-中新統(tǒng)烴源巖有機(jī)質(zhì)含量較高，品質(zhì)較好，其中Pakcan-1井在2 725 m～3 090 m深度,發(fā)現(xiàn)TOC在0.55%～3.24%之間，Ro在0.6%～0.9%之間，揭示該地區(qū)中新統(tǒng)地層可能存在很好的油氣遠(yuǎn)景區(qū)帶。海上地震勘探早期主要采集了二維地震測(cè)線(xiàn)，隨著區(qū)域豐富油氣藏的發(fā)現(xiàn)，進(jìn)行了三維地震采集。本研究區(qū)三維面積約為3 300 km2，目標(biāo)層段主要為中新統(tǒng)河流-三角洲相沉積地層。

圖1 研究工區(qū)地理位置Fig.1 The location of study area

研究區(qū)目標(biāo)層段為第三系中新統(tǒng)地層(從上到下依次為m60，m50，m40層段)，主要巖性為砂、泥巖。據(jù)地震資料解釋結(jié)果，研究區(qū)從第三系漸新統(tǒng)到第四系更新統(tǒng)(e90-p55層)遍布河道。如圖2所示剖面，河道具有橫向遷移、多期發(fā)育的特點(diǎn)，低水位體系域河道另具有規(guī)模大、縱向疊合切割特點(diǎn)。從圖2中可以看出，河道繼承性疊置發(fā)育，向西遷移。工區(qū)內(nèi)的河流系統(tǒng)提供了豐富的物源以及大量的濁積砂巖沉積。此外，廣泛分布的斷裂構(gòu)造為深部油氣運(yùn)移至淺層提供了通道，水深以及穩(wěn)定的區(qū)域環(huán)境為油氣藏發(fā)育提供了理想的成藏條件。

圖2 工區(qū)內(nèi)多期次發(fā)育的河道Fig.2 The multistage developed river channels in the study area

2 儲(chǔ)層特征

該地區(qū)目前已有鉆井16口。臨近研究區(qū)的井有Pakcan-1井和G2-1井。其中Pakcan-1井位于陸棚區(qū)，在1 743 m～2 300 m的深度有較薄的進(jìn)積三角洲砂巖，日產(chǎn)氣1.05×105m3；G2-1井位于深水區(qū)，鉆遇始新世生物礁，產(chǎn)水。三維工區(qū)內(nèi)無(wú)井。

據(jù)Pakcan-1井與G2-1井中新統(tǒng)巖屑資料，該層段含多套扇三角洲-水下扇碎屑巖儲(chǔ)層，巖性主要為中到細(xì)粒砂巖、粉砂巖，少量為粗砂巖、不等粒砂巖、含礫砂巖，具有砂巖、粉砂巖和薄層泥巖互層特點(diǎn)。砂巖分選差，細(xì)粒砂巖的顆粒主要為次圓狀，粗粒砂巖的顆粒主要為次棱角狀及次圓狀。砂巖疏松到中等硬度。單砂層厚度1 m～50 m不等，多為10 m～20 m。碎屑巖儲(chǔ)層孔隙度集中在18%～25%區(qū)間，平均為19.7%；滲透率為集中在100 md～500 md之間，平均514 md。儲(chǔ)層孔隙度、滲透率隨深度減小。圖3為pakcan-1井與Pak-G21井中新統(tǒng)地層縱波阻抗與Gamma測(cè)井曲線(xiàn)交會(huì)分析結(jié)果。從圖3中可以看出，該層段內(nèi)砂巖具有明顯的低Gamma(<80 gAPI)和高縱波阻抗特征(>6.7*106kg/m3·m/s)，該界限可以作為本區(qū)域泥巖基線(xiàn)參考值。

3 虛擬井構(gòu)建

實(shí)際地震資料經(jīng)過(guò)處理為可解釋性剖面后，子波已經(jīng)由最小相位轉(zhuǎn)換成零相位。Zeng等[5-6]提出90°相移技術(shù)將地震記錄轉(zhuǎn)換為90° 相位剖面后，地震相位與巖性測(cè)井曲線(xiàn)更加吻合，使得地震反射同相軸與地質(zhì)巖層相對(duì)應(yīng)。陳繼春等[7]利用90° 相移剖面對(duì)應(yīng)不同厚度地層的反射特點(diǎn)成功的尋找出有利勘探目標(biāo)。由于深水區(qū)井稀少，這里考慮采用偏移速度場(chǎng)作為地層速度低頻成分，地震資料補(bǔ)充高頻的辦法構(gòu)建虛擬井速度信息。

圖3 目標(biāo)層段縱波阻抗與Gamma測(cè)井 曲線(xiàn)交會(huì)分析結(jié)果Fig.3 The cross plot map of P-impedance and Gamma well log in target layer

圖4顯示了pakcan-1井井點(diǎn)位置虛擬井曲線(xiàn)的合成過(guò)程，并且與實(shí)際測(cè)井曲線(xiàn)進(jìn)行對(duì)比。圖4(a)為地震資料處理中獲取的偏移速度作為虛擬井的低頻信息，圖4(b)為該井點(diǎn)的地震資料經(jīng)過(guò)90°相位旋轉(zhuǎn)后的地震資料，通過(guò)偏移速度場(chǎng)轉(zhuǎn)化為深度域值。地震資料的振幅值為一相對(duì)數(shù)值，將其補(bǔ)充到測(cè)井曲線(xiàn)上需要一個(gè)匹配系數(shù)，假設(shè)這種匹配關(guān)系為：

圖4 虛擬井合成井曲線(xiàn)的制作Fig.4 The synthetic log cutve pseudo nell(a)偏移速度；(b)90°相位旋轉(zhuǎn)后的地震振幅曲線(xiàn)；(c)合成速度與實(shí)際測(cè)井曲線(xiàn)的對(duì)比

圖5 pakcan-1井合成井曲線(xiàn)參與反演的儲(chǔ)層識(shí)別Fig.5 The seismic inversion result use Pakcan-1 synthetic well log data

Vel—log = a*Vel_mig + b*Sei+ c

(1)

式中:Vel—log為合成測(cè)井聲波速度，m/s；Vel_mig為井點(diǎn)偏移速度，m/s；Sei為90°相移后的井點(diǎn)地震資料(無(wú)量綱)；a、b、c為修正系數(shù)。

方程(1)為超定方程，通過(guò)將實(shí)際測(cè)井曲線(xiàn)聲波速度值代入方程中的Vel—log求取修正系數(shù)，采用最小二成算法進(jìn)行求解，得出a=0.8、b=0.25、c=660。經(jīng)過(guò)誤差分析，合成速度曲線(xiàn)與原始測(cè)井曲線(xiàn)的整體誤差約為5%，因此，應(yīng)用該方法的合成曲線(xiàn)與實(shí)際測(cè)井曲線(xiàn)吻合程度整體較好。受砂泥巖薄互層調(diào)諧效應(yīng)影響，在1 560 m～1 620 m之間誤差偏大。

根據(jù)Gardner等[8]巖石物理關(guān)系式，可以構(gòu)建出虛擬井的密度測(cè)井曲線(xiàn)。通過(guò)統(tǒng)計(jì)Pakcan-1井儲(chǔ)層段實(shí)際測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，擬合出縱波速度與密度的關(guān)系為：

(2)

其中：Den為密度，kg/m3；Vp為縱波速度，m/s。

圖5為基于虛擬井的反演結(jié)果與地震資料的疊合圖，虛擬井測(cè)井曲線(xiàn)為合成縱波速度與密度信息。通過(guò)與實(shí)際gamma測(cè)井曲線(xiàn)中劃分出來(lái)的巖性對(duì)比可以看出，該反演結(jié)果與井資料吻合度較高。巖性分界面與地震資料振幅曲線(xiàn)存在90°的相位差，這同時(shí)也證實(shí)了通過(guò)90°相位旋轉(zhuǎn)資料構(gòu)建測(cè)井曲線(xiàn)的合理性。

4 應(yīng)用效果分析

基于上述構(gòu)建虛擬井的方法，對(duì)本三維工區(qū)進(jìn)行地震反演。此次反演所采用的地震資料與Pakcan-1井區(qū)地震資料為同一批次采集和處理，地震資料振幅譜分析結(jié)果顯示，兩工區(qū)地震資料一致性較好，因此考慮將公式(1)得到的參數(shù)直接用于本工區(qū)的構(gòu)建虛擬井曲線(xiàn)進(jìn)行反演。應(yīng)用圖3的交會(huì)分析結(jié)果區(qū)分出工區(qū)內(nèi)砂巖儲(chǔ)層，提取目標(biāo)層段的砂體時(shí)間厚度圖進(jìn)行分析。圖6為m60-m50目標(biāo)層段砂體厚度與地質(zhì)解釋的河道分布特征對(duì)比。

圖6 地震反演預(yù)測(cè)的目標(biāo)層砂體厚度分布Fig.6 The sand reservoir distribution predicted by seismic inversion result

從圖6可以看出：①反演結(jié)果結(jié)合區(qū)域地質(zhì)分析顯示，東北方向的印度河提供了豐富物源，具有明顯的由東北向西南方向沖刷的三角洲-曲流河沉積特征；②砂體厚度分布與河道分布存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，典型的三角洲沉積發(fā)育了大量的水下分支河道，研究區(qū)目標(biāo)層的儲(chǔ)層類(lèi)型主要為河道砂，在有充足油氣供給以及封堵條件良好的情況下，這些儲(chǔ)層可能具有較大潛力；③根據(jù)臨區(qū)鉆探及地震相解釋結(jié)果，研究區(qū)為深水海底扇沉積模式，發(fā)育多期次河道，縱向疊置，橫向遷移，會(huì)造成泥頁(yè)巖橫向連續(xù)性差，這種情況下，儲(chǔ)層段全區(qū)連續(xù)分布的泥巖蓋層可能不存在。

5 結(jié)論

筆者將地震偏移速度作為井曲線(xiàn)的低頻成分，將90°相移的地震資料通過(guò)一定關(guān)系式轉(zhuǎn)換，補(bǔ)充井曲線(xiàn)高頻成分，并且通過(guò)區(qū)域泥石關(guān)系擬合密度信息的辦法構(gòu)建虛擬井，用于開(kāi)發(fā)初期的無(wú)井區(qū)域的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)。通過(guò)實(shí)際測(cè)井曲線(xiàn)對(duì)該方法的驗(yàn)證和對(duì)海上三維區(qū)塊儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的成功應(yīng)用，得到以下認(rèn)識(shí)：

1)地震資料經(jīng)90°相移轉(zhuǎn)換后一定程度上能體現(xiàn)巖性接觸關(guān)系特征，因此，通過(guò)這種途徑來(lái)補(bǔ)充虛擬井曲線(xiàn)的高頻成分具有物理意義。

2)地震資料的品質(zhì)是本反演方法成功的關(guān)鍵因素。保幅處理的地震資料能更好反映巖性及流體變化信息在地震上的響應(yīng)特征，在運(yùn)用90°相移技術(shù)之前，需要地震資料是零相位或者是獲得可靠的子波相位，以消除剩余相位影響。

3)該方法構(gòu)建的虛擬井曲線(xiàn)分辨率主要受地震資料影響。在砂泥巖薄互層發(fā)育區(qū)，受子波調(diào)諧效應(yīng)的影響，構(gòu)建的井曲線(xiàn)將會(huì)存在較大誤差。

在其他干擾因素方面，偏移速度的準(zhǔn)確性對(duì)構(gòu)建虛擬井有重要影響。井點(diǎn)地震振幅通過(guò)偏移速度轉(zhuǎn)換到深度域補(bǔ)充井曲線(xiàn)高頻成分，可以結(jié)合波形層析等方法獲得高精度的速度信息。此外，復(fù)雜構(gòu)造區(qū)域的散射以及流體造成的吸收衰減都會(huì)對(duì)地震資料造成影響，虛擬井井點(diǎn)位置應(yīng)該避開(kāi)這些區(qū)域。

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