成熟探區物探技術發展方向
——以中石油成熟探區為例

董世泰,張 研

(中國石油天然氣股份有限公司勘探開發研究院,北京100083)

1 成熟探區油氣勘探現狀

1.1 成熟探區儲量增長具有普遍性,勘探開發程度不均衡是老區挖潛增儲的基礎

據統計,在全球五大油氣區內,大油氣田的儲量增長與成熟探區精細勘探密切相關。在具有50年以上開發歷史的大油氣田,新增儲量的20%～50%來自老區精細勘探,而在開發歷史小于50年的油氣田,新增儲量的50%～90%來自老區精細勘探。

在我國陸上八大含油氣盆地,主要含油氣區帶[1]都已進入成熟勘探階段。松遼盆地、渤海灣盆地、準噶爾盆地西北緣、柴達木盆地柴西南等地區,勘探開發歷史悠久,石油探明程度介于40%～60%。如松遼盆地主力油區常規石油資源探明率接近62%,常規天然氣資源探明率接近27%。渤海灣盆地石油資源探明率約為49%,天然氣資源探明率約為24%。這些成熟探區都處于富油氣凹陷(區帶),剩余油氣資源豐富。此外,同一盆地不同層系的油氣藏類型、油氣分布特征存在差異,油氣勘探開發程度有較大的不均衡性,這些構成了成熟探區挖潛增儲的基礎。以渤海灣探區為例,近3年發現的探明儲量中,復雜斷塊、斜坡區巖性和潛山內幕油氣藏分別占40%、53%、7%,相應的控制儲量分別占19%、54%、27%,預測儲量分別占38%、55%、7%。從構造單元看,富油氣凹陷發現的探明、控制、預測儲量比例分別為94.9%、87.0%、85.5%。從層系看,沙三段以下層系發現的探明、控制、預測儲量比例分別為65%、79%、62%(圖1)。可見富油氣凹陷依然是油氣發現的主體,斜坡區巖性、深層構造和地層巖性占比增大,目標向中深層轉移的趨勢明顯。

渤海灣成熟探區不同類型油氣藏認識與勘探開發程度的不均衡性在其它成熟探區具有一定的普遍性,是中石油探區未來挖潛增儲的重點領域之一。

圖1 近3年渤海灣探區累計三級儲量構成(單位:104t)

1.2 成熟探區剩余資源潛力及挑戰

中石油成熟探區剩余石油資源量約2.27×1010t,占總剩余資源量的53.0%,剩余天然氣資源量9.1×1012m3,約占總剩余資源量的30.2%,是油氣勘探的重點區帶。

松遼盆地成熟探區主要圍繞中央坳陷區分布。中淺層優質烴源巖的源內高臺子油層和源下扶余油層井控程度高、物性差、產量低、豐度低,平面上由曲流河、網狀河、分流河道等多種類型河道組成,河道寬度在100～1000m,橫向變化快,連續性較差,多期多類型砂體平面上錯疊連片。儲層總體具有“薄、疊、窄、差”、斷裂發育、油水關系復雜等特點。單砂體厚度薄,2～5m的砂體占40%,1～2m的砂體占30%,5m以上的砂體占10%左右。單期河道寬一般在150～500m,砂巖粒度細,以粉砂巖為主。深層勘探目的層為沙河子組致密砂礫巖與營城組火山巖,埋藏較深、構造復雜、儲層致密、物性整體較差。現有地震資料主頻35～40Hz,難以滿足細分層、小斷層構造解釋以及儲層精細預測的要求。

渤海灣盆地成熟探區主要包括遼河大民屯、西部凹陷、東部凹陷、冀東南堡凹陷、大港岐口凹陷、滄東-南皮凹陷、華北饒陽凹陷等7個主要富油氣凹陷[2]。油氣勘探對象逐步轉向斜坡帶復雜巖性、斷鼻帶/斷階帶/背斜帶復雜斷塊[3]、背斜構造帶/凸起構造帶復雜潛山、逆牽引背斜帶火成巖、深層斜坡帶致密巖性/湖盆中心泥灰巖等領域。不同領域油氣勘探程度差異較大,構造帶主體勘探開發程度高,斜坡與凹陷區勘探開發程度低;構造油氣藏勘探開發程度高,古近系巖性和潛山勘探開發程度低;中淺層勘探開發程度高,深層勘探開發程度低;常規油氣藏勘探開發程度高,致密油勘探開發程度低。復雜巖性和地層巖性油氣藏目標規模變小,隱蔽性增強,已發現的斷塊面積平均0.63km2,斷距小于10m,河道砂體面積以0.15～0.50km2為主,現有地震資料主頻為20～30Hz,難以滿足該區識別小地質體的要求。

準噶爾盆地成熟探區主要包括西北緣和腹部。西北緣瑪湖凹陷環帶以三疊系、二疊系地層巖性勘探為主,有利砂體側向疊置,走滑斷裂斷距較小,單砂體厚度薄。腹部重點領域為東道海子北環帶白堊系清水河組地層超覆油氣藏、滴南凸起中東部和石東地區白堊系呼圖壁河組巖性油氣藏,油氣分布復雜,走滑斷裂控藏因素不清。以上地震地質條件對地震資料保幅和提高分辨率處理提出了更高要求。現有地震資料主頻為25～30Hz,難以滿足該區有利儲層和流體識別的要求。

柴達木盆地成熟探區主要分布在柴西南地區的獅子溝-英雄嶺構造帶和柴西南斜坡。儲層類型包括薄層巖性油氣藏、復雜斷塊油氣藏,其中深層小斷塊油氣藏、低幅度構造油氣藏、潛山型基巖油氣藏等復雜圈閉的精細描述需要高分辨率地震資料來支撐。現有地震資料主頻為25Hz左右,難以滿足該區復雜的二級、三級斷裂和巖性識別的要求。

鄂爾多斯盆地待探明的石油天然氣資源主要分布在主力烴源巖發育區,包括中生界低滲透巖性石油儲層、上古生界低滲透巖性天然氣儲層、奧陶系礁灘和縫洞型儲層等。碎屑巖儲層目標層系多、薄,縱橫向變化快,局部地區油水關系復雜。如隴東地區單砂體及氣層厚度薄,盒8為0～22m,山1為0～5m。灰巖儲層馬五6膏鹽巖下天然氣成藏受區域巖性相變及馬五6底面構造等多重因素控制,膏巖和鹽巖邊界不清,馬五7-馬五9地層厚度薄。現有地震資料主頻為20～30Hz,難以滿足該區薄儲層及流體識別的要求。

四川盆地勘探總體步入“由淺至深、由新到老、低緩構造帶轉向復雜構造帶、構造圈閉轉向巖性圈閉”階段,成熟探區包括長興組生物礁、飛仙關組鮞灘和上三疊統須家河組、川東石炭系、嘉陵江組等。碎屑巖致密儲層以陸相碎屑巖沉積為主,巖性縱橫向變化快,單層厚度變化大(須家河單層2～20m)。深層寒武系、震旦系碳酸鹽巖儲層埋藏深、時代老、后期構造活動強烈,造成成藏規律復雜、單層厚度變化大(2～25m),且中下部發育泥質云巖夾層,縱橫向空間分布不均,非均質性極強。現有地震資料主頻為35Hz左右,難以滿足該區薄儲層和小斷裂識別識別的要求。

塔里木盆地成熟探區包括庫車前陸沖斷帶、臺盆區奧陶系碳酸鹽巖、低幅度薄砂層油氣藏,總體屬于勘探大發現期。復雜山地現有地震資料主頻為20～25Hz,臺盆區現有地震資料主頻為25～30Hz,難以滿足該區小斷層、復雜縫洞儲層識別的要求。

綜上所述,中石油探區主要含油氣盆地未來勘探領域普遍面臨儲層厚度薄、斷層斷距小、圈閉面積小等難題,提高地震分辨率是成熟探區物探工作的重中之重。

1.3 成熟探區挖潛普遍面臨三個盲區問題

上述成熟探區已基本實現三維地震覆蓋,簡單構造、地層巖性類型的資源已基本搞清楚,剩余資源主要集中在各盆地富油氣凹陷(區帶)的低勘探程度區以及新領域、新層系,普遍面臨資料、技術和認識三個“盲區”。

在低勘探程度區和二類凹陷,一般只有采集時間較早的二維普查地震測線,較難滿足地質目標精細評價需求。在富油氣凹陷內,火山巖、潛山、深層斜坡區巖性以及隱蔽圈閉等目標埋藏相對較深,內幕儲層及成藏主控因素復雜,以往地震資料品質較差,重新認識研究存在資料盲區。

目前常規地震資料頻帶范圍較窄,一般情況下采用新的處理解釋技術僅能將頻帶拓寬10Hz左右,提高地震分辨率、識別米級儲層面臨巨大技術挑戰,成熟探區薄儲層、小幅度構造、致密儲層等目標評價存在技術盲區。

大部分成熟探區以往的地質認識是,烴源巖和儲層以陸相沉積為主,儲層類型以構造、地層巖性、特殊巖性體、潛山構造等為主。近年來,大量海相潛力地層被發現,致密油氣、非常規、基巖潛山、深層、超深層儲量呈上升趨勢。面對新的油氣藏類型,尋找成熟探區新的規模儲量區和優質儲量,存在地質認識盲區,需要不斷提高和深化地質認識,重新評價生烴規律、油氣藏成藏模式、儲蓋組合、儲層物性等。

在上述三個“盲區”中,資料盲區和技術盲區是影響地質認識和目標評價的關鍵。

2 成熟探區挖潛面臨的技術挑戰

2.1 中深層目標評價面臨原始資料信噪比低的問題

自2000年開展高精度三維地震勘探以來,中石油成熟探區重點區帶已基本實現了兩個階段的高精度三維地震資料采集。以渤海灣盆地為例,第一階段(2000—2007年)面元大小25m×25m,覆蓋次數36～128次,橫縱比0.2～0.3,頻帶寬度8～50Hz,主頻25Hz左右,中淺層和中深層分辨能力分別為15～30m和30～40m;第二階段(2008—2016年)面元大小25m×25m和12.5m×25.0m,覆蓋次數90～180次,橫縱比0.4～0.6,頻帶寬度5～65Hz,主頻30Hz左右,中淺層和中深層分辨能力分別為10～20m和20～30m。對于斜坡區中深層(Es3、Es4、Ek)巖性勘探,第一階段資料覆蓋次數低、面元偏大,重新處理效果改善不明顯;第二階段資料總體品質較高,覆蓋次數較高,面元適中,重新處理潛力較大,基本滿足中淺層(Em、Eg、Ed、Es1、Es2)復雜斷塊和巖性滾動勘探需求,但對于中深層潛山和巖性勘探,依然存在覆蓋次數低、深層資料信噪比偏低、重新處理內幕成像改善不明顯等問題。

2.2 米級薄儲層識別面臨地震分辨率低的問題

中石油成熟探區常規規模油氣儲量幾近找完,剩余資源挖潛對象面積越來越小,物性越來越差。如渤海灣盆地近幾年復雜斷塊探明儲量圈閉的平均面積為0.63km2,斷距小于10m,單砂體厚度小于10m。松遼盆地中淺層單砂體厚度小于6m。準噶爾盆地西北緣單砂體厚度10m左右。

近年來,針對老油區油藏破碎、砂體橫向變化大、油水關系復雜、注水開發后期剩余油分散、潛力不明等勘探開發問題,開展了寬頻、高密度采集,地震頻帶普遍拓寬10Hz左右。在此基礎上開展了井控提高分辨率處理,總體地震頻帶拓寬15～20Hz左右,分辨率得到改善,但依然不能滿足識別15m以下斷層和10m以下砂層的需求。提高地震資料分辨率的采集處理技術是成熟探區剩余油挖潛和提高勘探開發效益的關鍵。

2.3 低品位油氣藏評價面臨技術儲備不足的問題

除儲層變薄以外,品位降低成為中石油成熟探區剩余資源勘探開發面臨的普遍問題。在渤海灣地區沙3、沙4、孔2、孔3等斜坡區,孔隙度小于10%的儲層占40%以上,滲透率小于1×10-3μm2的儲層占48%以上。在松遼探區,致密油儲層單砂體厚度小于1m的占58%,小于2m的占33%,孔隙度小于10%的占44%,滲透率小于1×10-3μm2的儲層占55%以上。準噶爾盆地環瑪湖地區百口泉組平均孔隙度7.76%,平均滲透率0.73×10-3μm2。各地區普遍存在相帶變化快、儲層非均質性強、物性差等問題。常規地震資料處理、地震反演等成果難以識別有效儲層,提高分辨率采集處理技術、提高低品位儲層預測技術儲備不足,現有地震技術難以滿足油藏精細建模需要。

3 成熟探區挖潛技術應用案例分析

3.1 處理技術進步使老資料品質不斷提高,是化解技術盲區問題的關鍵

在新的勘探階段,隨著保幅處理、疊前時間偏移、疊前深度偏移、各向異性偏移、逆時偏移等處理技術的發展,中石油各探區普遍部署實施了老地震資料的重新處理解釋工作,使老資料信噪比、分辨率和成像精度不斷提高。如在渤海灣地區歷經多年、多輪次勘探的成熟老區,對成藏條件優越、具有資源潛力和老資料重新處理潛力以及圈閉規模的區塊,開展了多輪次老資料重新處理解釋。2004—2009年開展了大連片疊前時間偏移處理,為全凹陷構造樣式、沉積層序和儲層展布研究奠定了基礎;2009年至今開展了以地質評價為主的目標處理,提高了復雜構造精細解釋精度和儲層疊前預測精度;在重點凹陷,針對中深層斜坡區巖性和潛山目標開展了連片疊前深度偏移處理[4],落實了基底構造特征,為深層領域勘探奠定了基礎。2011年至今已累計實施老資料重新處理36204km2,占盆地三維地震勘探面積的83%。大港板橋地區經過高分辨率目標處理、疊后反演和層序地層學解釋[5],地震剖面的頻帶展寬15Hz,分辨率顯著提高(圖2),通過井震標定和五級層序砂層對比,在板橋斷裂構造北翼濱Ⅰ段發現千萬噸級規模儲量。在遼河筆架嶺地區,開展了全頻保幅處理,超越有效頻寬的限制,全頻帶(0～截頻)拓展地震信號,力求子波主頻、頻寬、相位、振幅能量在整個剖面上保持一致,新處理成果主頻從22Hz拓展到30Hz,頻帶從7～40Hz拓寬至4～55Hz,盆地邊界、斷裂、潛山頂面及內幕成像質量得到大幅度提高(圖3)。

3.2 以盆地整體認識為目標的連片疊前深度偏移,是構造和沉積再評價的關鍵和化解認識盲區的基礎

隨著勘探目標向下坡進洼處延伸,斜坡區巖性、深層潛山等復雜構造成為勘探重點,以往處理成果對斜坡區和深層關注度不夠,不能滿足勘探要求。近年來,華北油田針對各凹陷部署實施了三維疊前深度域連片偏移處理,在凹陷整體重新認識方面發揮了重要作用。以霸縣凹陷為例,著眼全局、突出目標,部署了1955km2疊前深度域連片處理,以此為基礎建立全凹陷高品質地震數據平臺[6];開展全凹陷構造精細解釋,深化了整體構造特征再認識,首次明確洼槽區發育鄚州、鄚北、岔河集-高家堡、葉家莊、葉家莊北五排構造(圖4);開展構造、沉積成藏特征整體認識,形成順向斷階油藏、逆掩斷壘油藏、致密帶封堵油藏等3種模式,發現多領域、多區帶勘探目標,助推2014—2015年文安斜坡河道砂巖性油藏上交預測儲量4000多萬噸,高家堡構造-巖性油藏上交預測儲量2000多萬噸,岔河集復雜斷塊上交探明儲量2000多萬噸,文安南段河道砂巖性油藏上交控制儲量1000多萬噸,陡坡帶扇體鉆探成功率90.9%。

圖2 大港板橋以往處理(a)與目標處理(b)剖面對比

圖3 遼河筆架嶺地區常規處理(a)與全頻處理(b)剖面對比

圖4 華北霸縣凹陷連片深度域處理剖面

3.3 面向復雜對象的目標采集提高了地震資料品質,是彌補資料盲區的關鍵

成熟探區早期采集的部分地震資料時間跨度大,采集參數差異大,中深層信噪比低,經過多次重新處理仍難以滿足目標精細評價的要求。在部分二類盆地和凹陷周緣地帶,以早期二維地震資料為主解釋的構造及儲層落實程度低。隨著勘探認識不斷深化,在富油氣凹陷的周緣地帶、富油氣凹陷中深層發現巨大勘探潛力,而以往地震資料匱乏或品質較差成為制約地質認識的瓶頸。加強高精度目標地震采集,解決資料盲區問題,是發現新的儲層和圈閉目標的關鍵。如在華北饒陽蠡縣南,以往地震資料以二維為主,以往地質認識是該區處于蠡縣斜坡。為重新認識本區地質特征,部署實施了高精度目標三維采集,發現了兩個北西向復雜斷裂帶(寧42井區張扭帶和冀探1井區張扭帶),高陽鼻狀構造帶與老資料相比規模更大(圖5)。在此基礎上發現22個圈閉,總面積66km2,為擴展勘探領域奠定了基礎。在楊武寨洼槽實施高精度目標采集,落實沙三段下部砂體展布,發現強161x、強162x、強68x等3個有利巖性圈閉,合計含油面積8.5km2,預測儲量近千萬噸。鉆探強161x井、強162x井、強68x井發現累計厚度近百米的油層,揭示出斜坡區深層良好、巨大的勘探潛力。

圖5 華北蠡縣南老資料(a)與新資料(b)T4構造圖對比

4 物探技術發展方向

成熟探區精細物探成效表明,最大限度挖掘現有資料潛力、以提高地震資料分辨率和成像精度為核心的老資料重新處理解釋,是化解成熟探區挖潛技術盲區的關鍵;以盆地整體認識為目標的連片疊前深度偏移成像是構造和沉積再評價、化解成熟探區挖潛認識盲區的基礎;面向復雜對象的目標采集是提高地震資料品質、彌補成熟探區挖潛資料盲區的關鍵。在此基礎上,加強以“井-震-藏”一體化為核心的油藏地球物理技術研究,強化井間信息利用,細化和量化砂層組或主力層砂體分布特征描述,做精做細物探,精雕細刻儲層,是提高成熟探區油藏建模和剩余油預測精度,尋找漏失油氣藏的重要技術發展方向。

4.1 強化井約束的老資料重新處理解釋,為新的預探、評價井位部署奠定基礎

地質評價風險貫穿于油氣勘探的整個過程。在成熟探區精細勘探階段,要重點解剖前期預探發現的油藏類型,明確目標的性質,通過強化地震地質研究,明確儲層類型和油藏類型,認清油氣分布規律,確定新一輪井位部署的側重點,以控制目標規模;強化以勘探—評價—開發井資料約束的三維資料疊前深度域重新處理和解釋,使新一輪預探、評價井位部署建立在井控資料的基礎上。

4.2 加強以凹陷為單元的老資料連片疊前深度偏移處理,為地質整體再認識奠定基礎

在構造油藏勘探階段,井位部署通常僅需要構造圖、油藏預測剖面及過井“十”字地震剖面。在成熟探區精細勘探階段,井位部署要求在提交以上圖件的同時,還要提交主要目的層構造圖、沉積相圖、古地貌分析圖、單井合成記錄、反演剖面,以及振幅類、頻率類、時間-頻率類屬性分析圖、砂體厚度圖等。這些圖件需要高保真、高精度的成像資料做支撐,以寬頻高分辨率、高信噪比地震數據為基礎。應強化地震老資料與鉆井、測井等資料的結合,開展深度域寬頻連片疊前深度偏移處理,為成熟探區地質整體再認識及深層勘探奠定基礎。

4.3 加強提高分辨率地震采集技術研究

地震反射信號的多次覆蓋會降低地震資料的分辨率,但能夠改善原始資料的信噪比,只有在一定的信噪比條件下,才能談分辨能力的問題。人們習慣于在地震時間剖面上看時間分辨率,在切片平面圖上看空間分辨率。在具備一定信噪比并具有較寬頻寬的剖面上,時間分辨率正比于最高頻率,空間分辨率正比于(偏移后)最大波數。一般來說,高分辨率的時間剖面表現為分層細、反射同相軸有疏有密、相位分得開、振幅有強有弱,即剖面具有動力學特征。但反射同相軸多不一定就是高分辨率時間剖面,反射同相軸少不一定不是高分辨率時間剖面。高分辨率地震時間剖面指目的層頻帶振幅譜覆蓋的范圍達到2.5～3.0個倍頻程及以上,能夠滿足大套地層追蹤、大斷層劃分、次級層序劃分、二級/三級斷層劃分和地層巖性解釋的需求。因此,地震勘探中高頻信息與低頻信息同樣珍貴不可缺失。實際野外作業中,獲得高信噪比的高頻信息難度大,獲得高信噪比的低頻信息也不易,應加強野外地震采集中提高空間分辨率、提高低頻弱信號和高頻弱信號記錄能力、提高低頻信號和高頻信號能量、拓寬地震頻帶等技術的攻關[7-8]。

4.4 強化提高分辨率地震處理技術研究

提高分辨率處理包括子波選擇、低頻保護、地表一致性反褶積、補償低降速帶吸收衰減等,以壓縮地震子波,合理拓寬地震頻帶。

影響地震分辨率的因素包括地震和地質兩個方面。其中地質因素對地震分辨率的影響主要表現為地震波在地層中傳播時子波發生變化。高分辨率處理的最終目標是獲得反射系數剖面,即期望子波是沖激函數。

近地表巖性的變化會引起能量和子波嚴重的空間變化,這種變化遠大于地質和油氣因素引起的儲層信息變化。表層介質沉積松散對地震波的能量有強烈的衰減作用(約占60%～70%),尤其是高頻能量,嚴重降低了地震資料的分辨率,給儲層識別帶來一定的不確定性。因此,在表層調查的基礎上,研究近表層衰減規律,采用Q補償或Q偏移等確定性定量補償方法,基于近地表模型和中、深層模型,進行空變和時變構造約束補償,解決吸收衰減問題,是提高地震資料信噪比和分辨率的關鍵。

最大程度地利用已鉆井的測井資料、VSP資料,將“井點數據”和地面地震數據進行一體化聯合分析與處理,彌補常規處理技術的不足,進一步提高地震資料分辨率,更好地滿足薄儲層、小地質目標體勘探開發對地震資料高精度的需求[7]。

4.5 強化井-震-藏一體化精細評價研究

以巖石物理分析為基礎,在井資料約束下進行精細的井控處理與解釋,在深度域進行精細油層頂底構造成圖,建立精細層序地層學模型;開展疊前反演、油氣預測和裂縫預測,特別是開展相控條件下的儲層預測和基于構造動態演化的地震地質沉積微相研究,進一步提高地震分辨與識別能力。

充分利用巖心、測井、地震資料和生產動態資料,對各層序地層及基準面旋回界面、洪泛面的成因類型進行綜合研究,建立中短期旋回層序地層框架,在此基礎上進行以短期層序為單元的等時地層對比,劃分單井沉積微相并描述小層單元內沉積微相特征。應用層序地層學和相控儲層建模技術建立能精細表征儲層非均質特征的地質預測模型,提高儲層預測空間分辨率。

引入構造動態演化技術,進行單井地層埋藏史恢復和地層沉降史模擬。利用地震相在不同構造運動旋回中的橫向變化和特征差異,劃分不同沉積旋回中的地震沉積相;利用地震切片、多屬性融合成像、切片沉積相投影、平面沉積相智能追蹤等技術,進行地震-地質解釋,提高對地下規模較小的地質體的識別能力。以已知地質規律、鉆井資料、測井資料為約束,提高薄地層、復雜巖性的識別能力和空間分辨能力[7]。

5 結束語

成熟探區剩余油氣藏成藏總體規律與已發現的油氣藏具有一定的相似性,但沉積微相與儲層配置關系、有效儲層及成藏主控因素等細節存在認識差異,中深層儲層物性變差,非均質性強,儲層與流體預測符合率偏低。因此,只有以精細刻畫剩余油分布為目標,加強以提高分辨率為目的的地震采集處理解釋技術研究,強化井間信息利用,做精做細物探,精雕細刻儲層,才能有效支撐成熟探區的勘探開發效益。