基于電阻率約束的分頻含氣性預測技術

羅 晶 巫芙蓉 張洞君 徐 敏 陳 輝 樊 軍 張黎明 趙振偉

1.中國石油集團東方地球物理勘探有限責任公司西南物探研究院 2.中國石油西南油氣田公司頁巖氣研究院

0 引言

現有的疊后含氣性預測技術一般都利用與頻率相關的信息進行檢測，比如主頻、瞬時頻率、頻率衰減、單頻信息、低頻伴影、高低頻能量比等等[1-7]，理論體系已較為成熟[8-9]，具有大量的時頻分析研究成果，其中也不乏一些成功的預測經驗[10-11]。

筆者對四川盆地非均質性強的碳酸鹽巖儲層（二疊系、三疊系礁灘）進行分析，發現其疊后含氣性預測的實際應用效果并不理想，存在著多解性。仔細研究前人的預測思路，發現存在一些問題：①技術思路局限于應用時頻分析技術開展方法試驗，致力于改進高精度的時頻算法，以求得到更高的單井吻合率；②采用某種單屬性井點驗證方式，吻合率達到75%就算不錯的預測結果，雖然有部分學者開始利用多因素驗證（比如高頻能量與低頻能量的比值），但本質上仍是單屬性的后驗作用（某一單屬性針對某一特定地質異常體極為敏感、對其含油氣性的指示作用例外）；③預測結果被物探技術人員所詬病，對井位部署和有利勘探區優選的支撐作用非常有限。造成上述問題的主要原因可能是理論研究未獲突破、地質問題過于復雜和多樣。

在生產應用中，疊后含氣性預測技術目前已處于發展的瓶頸期，擺脫傳統的思維模式，利用已鉆井的氣水分布情況，合理運用地震數據包含的頻率信息，實現切實可行的含氣性預測思路，建立合理的疊后含氣性預測理論體系及方法流程迫在眉睫。為此，筆者利用深/淺電阻率對氣層敏感的特點，提取其信息作為地震約束，結合地震分頻信息和全頻帶相對波阻抗信息，以非線性算法為橋梁，建立多元頻率數據體與深/淺電阻率對數差的映射關系，量化氣層的值域范圍，以期達到預測儲層含氣性的目的。

1 技術思路與方法原理

1.1 技術思路

基于對氣層、水層較敏感的深/淺電阻率測井曲線，結合地震全頻帶相對波阻抗信息、地震分頻信息和非線性算法，建立深/淺電阻率對數差曲線與地震數據體波形間的非線性映射關系，量化氣層的值域范圍，實現含氣性預測（圖1）。

1）有效地利用鉆井信息，而非井點驗證的方式，對氣層、水層較敏感的深/淺電阻率曲線作為先驗信息參與約束。

圖1 技術路線圖

2）合理運用地震數據包含的頻率信息。已有大量的研究成果[1-11]顯示，頻率信息在氣層、水層存在差異，而這種差異信息可能表現為高頻衰減、低頻伴影、敏感的單頻信息等，故多元的地震頻率信息是含氣性預測的關鍵。

3）利用多元的頻率信息與深/淺電阻率信息建立測井曲線與地震波形的非線性映射關系，得到氣層敏感因子數據體，實現含氣性預測。

1.2 方法原理

1.2.1 徑向電阻率比較法

根據鉆井液在儲層中的侵入特征，可以利用徑向電阻率變化來區分氣、水層。若地層水礦化度比鉆井液礦化度高，鉆井液濾液侵入地層時，氣層形成減阻侵入剖面，水層形成增阻侵入剖面，對比分析探測不同深度的電阻率曲線，深電阻率大于淺電阻率的地層為氣層，反之為水層。

當然，深/淺電阻率還受到眾多因素的影響[12]，但在實際應用中，深/淺電阻率作為先驗信息，需要結合速度、自然伽馬等曲線綜合評價，需要時進行必要的校正。為了引入深/淺電阻率信息參與約束，定義深/淺電阻率對數差值（Rc）為：

式中Rc表示深/淺電阻率對數差值，無量綱；Rd表示深電阻率，Ω·m；Rs表示淺電阻率，Ω·m。

1.2.2 地震分頻及振幅與頻率的關系

地震的時頻分析方法一般包括短時傅里葉變換、小波變換和S變換等[13]，而地震分頻技術正是一種基于頻譜分析的全新地震成像解釋方法，它可以整體揭示地層的縱向變化規律、沉積相帶的空間演變模式，并能指導人們進行儲集層厚度展布的描繪與分析[14]，其實際應用中常采用快速便捷的離散傅立葉變換（DFT），將時間函數g(t)（地震時間記錄）變換為頻率函數G(f)，其數學表達式如式（3）。

式中i表示-1；f表示頻率，Hz；t表示時間，ms；N表示時窗內的樣點數；a(j)表示輸入地震信號；j表示輸入地震信號時間域序號，j=0…N-1；A(k)表示經過傅里葉變換后的振幅譜；k表示頻率域序號。

地震反射信號經傅立葉變換后，在頻率域內都有一個與之相對應的特定頻率成分，且這種頻率成分在頻率域是唯一的。經過分頻后，每一個單一頻率對應的振幅都是調諧振幅，對時間調諧厚度計算公式[式（4）]進行變換可得式（5）。

式中Δz表示調諧厚度，m；f表示頻率，Hz；v表示速度，m/s。

如圖2所示，對于不同厚度的地層，其調諧頻率不同（圖2-a）；經過轉換，利用該關系式就可以得到在不同時間厚度下振幅與頻率的關系（圖2-b）。

振幅與頻率的關系非常復雜。同樣的地層在不同主頻的地震子波下表現出不同的振幅特征，這種復雜的關系利用簡單的函數很難表達出來，只有通過非線性映射關系，如支持向量機[15-16]或神經網絡[17]等較成熟的非線性算法，才能較好地表達。

圖2 振幅與時間厚度、頻率關系圖

2 應用實例

2.1 工區概況

T工區在晚二疊世位于開江—梁平海槽東側（圖3）。從2013年開始，研究區先后開展了多輪地震解釋工作，然而工區中部區域（圖3虛線圈）的臺緣帶及生物礁的分布均不能落實，多輪成果的臺緣帶及生物礁的刻畫不一樣，存在較大爭議，井位部署一直未能落實。前期區內多口井鉆遇上二疊統長興組，其中，鉆井A井及其側鉆井（A-1井）均鉆遇生物礁，儲層發育，但都產水。為了落實T工區的生物礁相帶展布特征、儲層分布及流體性質，筆者重點開展了該區域復雜的氣水關系研究。

圖3 T工區長興組生物礁分布圖

2.2 測井響應特征分析

圖4為T工區內鉆遇生物礁的B井測井曲線圖。從圖4可以看出，生物礁的儲層段具有明顯的速度降，以氣層段和水層段尤為明顯。相對于上下圍巖的平均速度6 300 m/s，氣層和水層的速度介于5 400～6 200 m/s，氣層和水層的速度無明顯差異；但深電阻率與淺電阻率的正差異在氣層和水層之間區別明顯，據此建立Rc曲線，并確定氣層的Rc門檻值為0.5，Rc＞0.5則為氣層。

圖4 T工區典型生物礁測井曲線圖（B井）

2.3 含氣敏感頻率信息優選

長興組儲層段多發育在飛仙關組底向下40 ms范圍內。沿層向下提取該時窗范圍內的頻譜，主頻為27.5 Hz，頻帶范圍介于8～47 Hz（圖5）；對獲氣井（C井、D井）進行單井頻譜分析，在產氣層段（圖6中的紅色虛線框），其敏感頻率介于16～36 Hz。

圖5 T工區長興組頻譜分析圖

圖6 T工區典型井頻譜分析圖

經參數試驗，按照加密敏感頻率帶、增加高頻的原則設計分頻參數，按照12 Hz、22 Hz、27 Hz、32 Hz、37 Hz、42 Hz、52 Hz進行分頻，既保證了敏感頻率段的覆蓋加密，又保證了項目的時效。

地震頻帶相對波阻抗信息選用有色反演結果。有色反演是一種頻率域測井約束波阻抗反演方法[18]，其核心是用地震的頻譜和井的波阻抗頻譜相匹配來完成反演，有色反演分辨率同地震相當；而在褶積模型基礎上的反演方法[19]，比如道積分反演獲得的相對波阻抗信息，會減小地震高頻，降低地震分辨率[20]。

2.4 應用效果分析

圖7為過D井和E井的含氣因子剖面圖，紅黃色表示含氣性好，藍色表示含氣性差，Rc門檻值為0.5。氣層發育在飛仙關組底向下約40 ms時窗范圍內，含氣條帶清晰，橫向展布特征明顯（紅色虛線圈）。圖8為采用本方法預測的T工區長興組含氣性平面分布圖，驗證井11口，符合率為91%，與實際鉆井吻合好，T工區含氣有利區主要分布在工區南邊DMP潛伏構造（圖8下方黑色虛線框）以及中部HNT構造北東傾末端（紅色虛線框）。

2.5 效果綜合評價

T工區位于開江—梁平海槽的“箕形”末端（海槽東南部）[21-22]，臺緣帶不發育，生物礁隆起幅度小，發育點礁，礁體識別難度大。從圖8已有鉆井的區域（黑色虛線框）來看，預測結果與實鉆結果吻合率高。分析前幾輪地震工作的成果，礁體特征不明顯、飛仙關組底對比的準確性影響了相帶的劃分及礁體的刻畫，“相控”觀點可能對研究區并不適用。目前，HNT構造北東傾末端（紅色虛線框區域）未鉆井，從該區域的L剖面可以看出，含氣區域有小幅隆起，飛仙關組底存在細微的強弱變化，紅黃色含氣條帶橫向展布特征明顯，處于飛仙關組底向下15～40 ms時窗范圍內，是潛在的勘探有利區（圖9）。

圖7 T工區典型井含氣因子剖面圖

圖8 T工區長興組含氣性預測分布圖

3 結論

1）深/淺電阻率曲線可以指示氣層，該信息可以被提取出來作為先驗信息用于地震資料的約束，而非簡單地起驗證井作用。

2）分頻信息增大了多元頻率數據體與Rc曲線的映射關系，有色反演為更加合理的全頻帶相對波阻抗地震數據，更有利于氣水識別。

3）利用已鉆井的氣水測試信息，結合地震數據包含的頻率信息開展含氣性預測是一種切實可行且有效的疊后含氣性預測方法，具有極大的推廣應用價值。

圖9 T工區L線沿上二疊統底拉平偏移剖面及含氣因子剖面圖