滄東凹陷孔二段細粒沉積巖致密油甜點預測

李岳桐 盧宗盛 吳振東 李玉海 李冰玲 王仁康

(①中國地質大學(武漢)地球科學學院，湖北武漢 430074； ②東方地球物理公司研究院大港分院，天津 300280)

1 引言

隨著中國東部富油氣區勘探開發程度的提高，細粒沉積巖致密油已成為重要的接替領域。傳統的細粒沉積巖包括黏土巖、泥巖、頁巖等。針對滄東凹陷孔二段實際情況，周立宏等[1]、鄢繼華等[2]認為該區細粒沉積巖具有“三端元、四組分”的分類標準，以細粒沉積巖中含量普遍較高的碳酸鹽巖、長英質及黏土等礦物為三端元，將細粒沉積巖劃分為細粒長英沉積巖類、碳酸鹽巖類、黏土巖類和細粒混合沉積巖(各類礦物質量分數均不大于50%)等四種組分。在致密油研究中細粒沉積巖“甜點”是指能夠提供較高工業產能的優質儲層發育區[3]。

由于致密油具有巖性復雜、橫向變化快的特點，常規的地震預測方法難以識別巖性及預測甜點。宋效文等[4]通過零值剝離地層切片的方法預測甜點發育區，為滄東凹陷致密油甜點預測提供了借鑒。此外，缺乏利用地球物理技術預測滄東凹陷孔二段致密油甜點的應用實例。目前針對致密油甜點的預測方法主要有：①基于疊前反演的優質儲層預測方法[5-9]。通過疊前反演，利用縱、橫波速度及泊松比等參數，建立致密油儲層的巖石物理模型。但是該方法需要工區的橫波資料，若有多波地震資料最好，至少要有橫波測井資料，在一般地區并不滿足。②基于疊后地震數據的反演方法[10，11]。目前主要為地質統計學反演以及相控儲層反演，這兩種方法是預測薄儲層及致密油甜點的有效反演方法。③基于多技術手段聯合、多屬性融合的甜點預測方法。董寧等[12]綜合應用巖石物理分析、屬性優化、分頻地震屬性以及隨機反演等多種技術手段提高預測精度；牛聰等[13]通過地震正演模擬、地震相分析、縱橫波聯合反演等方法減小甜點預測的誤差。

綜上所述，針對致密油儲層的預測難點，需要井震結合以及多屬性融合才能達到較為理想的預測效果[14，15]。本文根據滄東凹陷的地質特點以及缺乏針對性的地球物理技術預測甜點發育區的現狀，應用“逐級剝離”思路，以常規疊后地震資料為基礎，通過取心井巖石地球物理分析和正演模擬，分析甜點儲層段地震響應特征及敏感屬性，構建融合屬性預測細粒沉積物分布，進一步應用敏感特征曲線反演精細預測甜點分布。經鉆探證實，文中方法取得了很好的效果。

2 研究區概況

滄東凹陷位于黃驊坳陷南部，夾持在滄東、徐西斷層之間，主體勘探面積為1500km2。孔二段主要為湖泊和三角洲相沉積[16-18](圖1)。受滄東與徐西兩條邊界斷層的控制，湖盆呈近北東向狹長展布，自盆緣至湖心呈環帶狀依次發育沿岸的外環常規砂巖相帶、內環的細粒沉積巖相帶。孔二段自上而下劃分為Ek21、Ek22、Ek23和Ek24四個油組，其中Ek21上部為高位期低電阻灰色泥巖沉積，Ek21下部至Ek23為湖擴期深灰色細粒沉積巖，末期發育遠岸水下扇，Ek24為低位期中細砂巖(圖2)。孔二段是滄東凹陷主力生烴層，有機質豐度高、生烴強度大，呈細粒沉積巖致密儲層與優質烴源巖互層式大面積連片分布,形成典型的源—儲共生型細粒沉積巖致密油。

從孔二段四級旋回格架對比圖(圖2)可以看出，該區孔二段儲層較薄、巖性復雜，并且巖性橫向變化快。G108-8井500m的系統取心井資料揭示，孔二段發育5套致密油甜點：Ek21中下部(圖2的①)、Ek22、Ek23(圖2的③、④)三個細粒沉積巖致密油儲層集中段，Ek22頂部(圖2的②)、Ek24(圖2的⑤)兩個致密砂巖集中段。試油結果表明：細粒沉積巖“甜點”的碳酸鹽巖含量較高，巖性為白云巖、白云質粉砂巖與細粒混合沉積巖；物性差，孔隙度小于9%，滲透率小于1.2mD。

圖1 滄東凹陷孔二段沉積體系圖[4]

圖2 孔二段四級旋回格架對比圖

3 細粒沉積巖致密油甜點預測

針對孔二段細粒沉積巖致密油儲層薄、巖性復雜、縱橫向變化快、地震資料分辨率低、常規手段預測難度大的問題，總的預測思路是應用“逐級剝離”的方法預測甜點。首先運用模型指導下的融合屬性預測巖性，剝離掉常規砂巖，然后進行敏感特征曲線反演，逐級剝離掉泥巖，得到細粒沉積巖致密油儲層甜點分布。

3.1 屬性融合巖相預測

3.1.1 巖—電特征分析

由于細粒沉積巖相區巖性復雜，首先利用大井段取心資料，開展巖性與電性特征分析，建立巖性識別模板(圖3)。對于無巖心探井地區，根據巖性識別模板，充分利用薄片分析及其他地質資料重建巖性。通過分析多口井的巖電特征，明確了不同巖性的測井響應特征：Ek24砂巖具有低聲波時差、高密度、低自然伽馬、中電阻率的特征； Ek22頂部砂巖具有低聲波時差、中等密度、高自然伽馬、低電阻率的特征；Ek21-Ek23白云巖具有低聲波時差、高密度、低自然伽馬、高電阻率的特征；細粒混合沉積巖具有中等聲波時差、中等密度、中等自然伽馬、高電阻率的特征；泥巖具有高聲波時差、高自然伽馬、低密度的特征。

3.1.2 單井模型正演

根據巖電特征建立的地質模型及實測聲波時差建立的速度模型進行模型正演(圖4)，綜合分析正演合成記錄與實際地震資料，了解不同巖性組合的地震響應特征。研究表明，砂巖發育區為高頻、弱反射，砂泥巖互層為高頻、強反射，泥頁巖與過渡巖互層為低頻、中強反射。

圖3 G108-8井聲波時差與電阻率(a)、密度(b)交會圖板

圖4 單井正演模型

3.1.3 常規地震屬性分析

利用常規三維地震資料開展孔二段各油組的常規地震屬性分析，發現瞬時振幅和瞬時頻率對巖性較敏感(圖5、圖6)。瞬時振幅和瞬時頻率屬性在平面上呈環形，與宏觀的沉積規律有一定的耦合關系。單井正演模型和平面預測結果表明，細粒沉積物巖相區大都表現為低頻、強振幅，但部分區域的單一屬性預測結果與實鉆結果有較大差異，具體表現為：①單一的振幅屬性無法準確預測的區域。如在瞬時振幅屬性圖(圖5)中的A區域，實鉆結果為常規砂巖相區，但在該圖上A區域與鄰近的細粒沉積巖相區均表現為強振幅(紅色)響應，利用井間關系無法解釋；②單一的瞬時頻率屬性無法準確預測的區域。如在瞬時頻率屬性圖(圖6)中的B區域，實鉆結果為常規砂巖相區，但在該圖上B區域與鄰近的細粒沉積巖相區均表現為低頻(紅色)響應。若能充分利用盆緣不同物源體系造成的振幅和頻率變化，可更準確地反映巖性變化。盡管利用單一屬性無法有效預測細粒沉積巖的分布，但利用振幅與頻率的融合屬性可區分細粒沉積巖相區與常規砂巖相區。為了進一步區分這三個區域，通過融合屬性精細預測細粒沉積物。經過統計，該區孔二段頻率為8～30Hz,振幅為5000～19000。為了在融合計算時使頻率和振幅達到統一數量級，構建融合屬性公式

(1)

調整兩個屬性的數量級，通過數值正演模擬選擇最優參數。式中：AR為融合地震屬性；Amp為振幅屬性； Freq為頻率屬性；m、n為融合參數。屬性融合結果表明，A區為強振幅、高頻響應，B區為弱振幅、低頻響應，細粒沉積巖相區為中強振幅、中低頻響應。

圖5 滄東凹陷Ek21瞬時振幅屬性圖

3.1.4 融合參數確定

為了合理地確定融合參數，在單井分析的基礎上，選取不同相區5口井的數據進行二維正演，根據單井的巖性劃分和測井曲線的旋回特征，確定巖性的橫向變化，建立連井巖性對比模型(圖7)。利用巖性對比模型進行約束，參考實際地震資料確定巖性橫向變化點，建立精細的二維地質模型(圖8a)；利用得到的地質模型進行約束，根據實測聲波數據插值建立速度模型(圖8b)，所建速度模型既能很好地反映巖性橫向變化引起的速度差異，又能提高巖性縱向分辨率。選取主頻與實際資料一致的地震子波，采用射線追蹤法對地質模型進行正演，得到的合成地震記錄(圖8c)與實際剖面特征一致，表明模型設計方法可靠。

圖6 滄東凹陷Ek21瞬時頻率屬性圖

圖7 KN17井—GD2井孔二段巖性對比剖面

通過二維正演模擬實驗，認為當n=m=2時，提取的融合屬性曲線能較好地反映過渡巖邊界與地質模型的對應關系(圖8d),即

(2)

3.1.5 屬性融合

運用融合算法在地震資料上提取融合屬性，計算出的融合屬性與鉆井數據具有較高的一致性，按其平面展布規律將凹陷劃分為外環(Ⅰ區，對應常規砂巖相帶)、內環(Ⅱ區，對應細粒沉積巖相帶)兩類巖相帶(圖9)，這與滄東凹陷孔二段沉積體系相一致。

3.2 “甜點”預測

3.2.1 敏感曲線優選

測井資料統計證實，自然伽馬曲線在致密油發育區不能區分常規砂巖、細粒沉積巖變化。通過分析，優選電阻率和聲波時差作為孔二段細粒沉積巖致密油甜點預測的敏感曲線。聲波時差與電阻率交會(圖10)分析結果表明，泥巖具有高、低電阻特征。取心資料熱解TOC分析認為：高電阻泥巖是有機質含量高所致，主要發育在細粒沉積巖區；砂巖、白云巖、富含云質的細粒混合沉積巖電阻率從高到低都有分布，作為細粒巖沉積相區的白云巖和含云質的細粒沉積巖具有高電阻特征。

圖9 滄東凹陷Ek21融合屬性圖

圖10 滄東凹陷孔二段電阻率—聲波時差交會圖板

3.2.2 敏感特征曲線反演

優選出敏感曲線后，制定了細粒沉積巖致密油甜點預測的技術流程。通過電阻率擬合聲波時差進行疊后地震資料反演[19,20]，預測具有高電阻特征的致密油甜點段和泥巖的分布。利用高電阻泥巖與細粒沉積巖致密油甜點段在聲速上的差異進行速度反演，區分低速的高電阻泥巖、高速細粒沉積巖甜點發育區。

圖11 KN17-GD2井電阻率擬聲波反演剖面

首先，利用波阻抗與電阻率交會圖擬合經驗公式計算出擬合阻抗，新的合成數據對甜點的識別能力得到加強。圖11為KN17—GD2井的電阻率擬聲波反演剖面。由圖可見，KN26x1—GD2井間Ek21、Ek22為高阻區，向KN17一側和GD2井區一側電阻率逐漸變低，鉆井資料證實細粒沉積巖高電阻發育區集中在GD6X1—GD13井區。圖12為滄東凹陷Ek21電阻率擬聲波反演平面圖，預測出三個高電阻發育區，總面積達270km2。

其次，在高電阻巖性發育區內進行速度反演，利用高電阻泥巖與高電阻甜點段速度的差異剝離高電阻、低速泥巖，得到的高阻抗區為細粒沉積巖致密油甜點區。圖13為滄東凹陷Ek21速度反演平面圖。由圖可見，存在三個細粒沉積巖致密油甜點區，總面積達185km2，預測結果與實鉆結果吻合率較高，有效指導了細粒沉積巖致密油甜點鉆探。

圖12 滄東凹陷Ek21電阻率擬聲波反演平面圖

圖13 滄東凹陷Ek21速度反演平面圖

4 應用效果分析

通過逐級剝離的方法預測出小集地區(面積為105km2)、官西高斜坡區(面積為30km2)、孔西低斜坡區(面積為50km2)等三個Ek21細粒沉積巖致密油甜點區，合計面積達185km2(圖14)。近期對小集—孔西斜坡區致密油鉆探取得了較好效果，其中官東地區的GD6x1井壓裂后在Ek21日產油32t，G1608井在Ek21日產油47t； 孔西斜坡的GX1x1井壓裂后在Ek22日產油21.3t。展示了滄東凹陷孔二段致密油勘探的良好前景，同時證實了文中的致密油甜點預測方法具有一定的實用性。

圖14 滄東凹陷Ek21綜合評價圖

5 結束語

(1)基于巖心資料及測井資料的巖電特征分析可以準確地描述不同巖性的電性特征，從而有針對性的建立地質模型進行數值正演模擬以分析不同巖性組合的地震響應，這是細粒沉積巖致密油甜點研究的基礎；

(2)優選敏感地震屬性并進行合理的多屬性融合計算，可較準確地預測滄東凹陷孔二段細粒沉積巖的分布，證實該技術適用于疊后地震數據體的細粒沉積巖致密油甜點預測；

(3)在滄東凹陷細粒沉積巖相區，電阻率曲線和聲波曲線識別巖性最為敏感，通過電阻率擬合聲波時差進行疊后地震資料反演可有效地預測細粒沉積巖致密油“甜點”的空間分布，為致密油勘探部署提供依據。