塔河油田石炭系卡拉沙依組三角洲薄層砂體刻畫

張福順，瞿 長,2

(1.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2.中國石油大學(xué)(北京) 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249)

隨著塔河碎屑巖領(lǐng)域整體勘探程度的提高，可供勘探的大幅度構(gòu)造圈閉日益減少，薄互層的巖性圈閉已成為未來最具儲(chǔ)量接替前景的勘探目標(biāo)。石炭系卡拉沙依組是塔河油田增儲(chǔ)上產(chǎn)的重要含油層系。該層系勘探開發(fā)面臨地層埋深大(大于5.0 km)、砂體厚度薄(3.0～8.0 m)、橫向變化快[1]等問題，砂體精確定量預(yù)測成為勘探開發(fā)成功的關(guān)鍵[2]。研究區(qū)地震主頻為30 Hz，能夠分辨的砂體最小厚度為22.63 m，常規(guī)的稀疏脈沖反演及地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演遠(yuǎn)達(dá)不到砂體預(yù)測精度需求，因此亟需尋找一種有效的方法來解決薄儲(chǔ)層預(yù)測的難題[3]。

由于目的層段砂巖與泥巖波阻抗差異小，常規(guī)疊后確定性反演難以區(qū)分砂泥巖儲(chǔ)層，因此研究區(qū)先后嘗試了擬聲波阻抗反演、疊前反演及屬性反演進(jìn)行砂體刻畫。擬聲波阻抗反演采用反映巖性變化比較敏感的自然電位曲線擬合聲波曲線[4]，雖然反演結(jié)果對于砂體橫向展布特征反映比較好，但仍然存在兩方面的問題：一是對于薄砂層刻畫精度不夠，達(dá)不到地質(zhì)要求；二是井上砂體和反演結(jié)果吻合度不高，有些井上非常明顯的砂體在反演結(jié)果上看不到。疊前反演利用橫波速度預(yù)測，由于研究區(qū)缺乏橫波資料，合成橫波是以Xu-White模型為基礎(chǔ)[5]，通過輸入泥質(zhì)含量、孔隙度和含水飽和度等參數(shù)進(jìn)行反演獲得的，反演結(jié)果表明：對實(shí)鉆厚度7 m以上砂體，相對誤差在30%以下，但當(dāng)砂體厚度小于7 m時(shí)，厚度預(yù)測誤差較大。屬性反演采用最大波峰振幅屬性[6]，反演結(jié)果表明：雖然可以確定砂體邊界，但無法識(shí)別薄層砂體。

以上嘗試的3種地球物理預(yù)測方法均未取得較好效果，而后通過識(shí)別研究區(qū)卡拉沙依組主要成因砂體(水上、水下分流河道砂體和潮汐改造分流河道砂體、砂坪砂體)的地震波形，發(fā)現(xiàn)波形與成因砂體對應(yīng)關(guān)系很好，且相同成因砂體的波形相關(guān)系數(shù)高(大于0.88)，不同成因砂體波形相關(guān)系數(shù)低(小于0.68)。故本文在砂體地質(zhì)模型的約束下，采取基于地震波形指示反演與地層切片分析相結(jié)合的方法進(jìn)行砂體刻畫，充分利用地震波形的橫向變化反映儲(chǔ)層空間的相變規(guī)律[7]，實(shí)現(xiàn)研究區(qū)緩坡三角洲薄層砂體的預(yù)測。

1 研究區(qū)概況

塔河油田位于塔里木盆地沙雅隆起中段阿克庫勒凸起西南斜坡[8](圖1)。塔河地區(qū)石炭系卡拉沙依組(圖2)是緩坡背景下受潮汐影響的三角洲沉積[9]，由于地形坡度較緩，每個(gè)三級層序只發(fā)育海侵和高位體系域，缺少低位體系域。高位體系域時(shí)，靠近物源方向的研究區(qū)北部主要發(fā)育三角洲分流河道砂體，物性較好，是有利砂體；海侵體系域時(shí)，受潮汐影響，研究區(qū)南部主要發(fā)育潮汐改造分流河道砂體及砂坪砂體，物性相對較差。研究區(qū)有利砂體的垂向疊置樣式為沖刷式、互層式和夾層式；側(cè)向展布樣式為連片式、斜切式、對接式和孤立式[10]。其中，垂向沖刷式和側(cè)向連片式主要發(fā)育于水上分流河道帶，垂向互層式、夾層式以及側(cè)向斜切式、對接式和孤立式發(fā)育于水下分流河道帶。

2 地震波形指示反演

“地震波形指示反演”是在傳統(tǒng)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法[11-13]。其基本思想是在篩選統(tǒng)計(jì)樣本時(shí)參照波形相似性和空間距離2個(gè)因素，在保證樣本結(jié)構(gòu)特征一致性的基礎(chǔ)上，按照分布距離對樣本排序，從而使反演結(jié)果在空間上體現(xiàn)了沉積相帶的約束，平面上更符合沉積規(guī)律和特點(diǎn)[14-15]。

“有效樣本數(shù)”是地震波形指示反演質(zhì)量控制的重要參數(shù)之一[16]，表征地震波形空間變化對儲(chǔ)層的影響程度，直接影響最終的反演結(jié)果精度[17-19]。本文分別選取不同樣本數(shù)在研究區(qū)進(jìn)行地震波形指示反演，結(jié)果表明：當(dāng)樣本數(shù)為1時(shí)，水上及水下分流河道砂體寬厚比為38；樣本數(shù)為2時(shí)，寬厚比為49；樣本數(shù)為3時(shí)，寬厚比為70；樣本數(shù)為4時(shí)，寬厚比為96；樣本數(shù)為5時(shí)，寬厚比為120；樣本數(shù)為6時(shí)，寬厚比為141。前人采用野外露頭剖面砂體構(gòu)型的方法，測量出這類砂體寬厚比在60至80之間[10]，因此研究區(qū)最佳樣本數(shù)為3。

3 SMI儲(chǔ)層參數(shù)反演

SMI儲(chǔ)層參數(shù)反演采用地震波形指示的原理，優(yōu)選能夠反映巖性的敏感曲線參與模擬。分析認(rèn)為，研究區(qū)的SP曲線對砂、泥巖區(qū)分效果較好。

圖1 塔河油田構(gòu)造位置示意

圖2 塔河油田卡拉沙依組精細(xì)劃分綜合柱狀圖(T205井)

地震波形與成因砂體相關(guān)，SP曲線與巖性對應(yīng)關(guān)系好，故本次用SP曲線進(jìn)行波形指示反演。利用波形(中低頻)與SP信息(中高頻)在已知井點(diǎn)處耦合對應(yīng)，以波形相似為指示將目標(biāo)點(diǎn)與樣本點(diǎn)比對，從而反演出目標(biāo)點(diǎn)的SP值，求取SP反演三維數(shù)據(jù)體。

反演過程中需要依據(jù)SP值進(jìn)行儲(chǔ)層分類，并設(shè)定相應(yīng)的門檻值。通過統(tǒng)計(jì)研究區(qū)60口鉆井的測井解釋結(jié)論(圖3a，b)，發(fā)現(xiàn)干層的SP值基本大于-38 mV，而油、氣、水層的SP值均小于-40 mV，且含油層段孔隙度大于10%，滲透率大于1×10-3μm2，不含油層段孔隙度小于10%，滲透率小于1×10-3μm2。

圖3 塔河油田卡拉沙依組儲(chǔ)層特征與SP值關(guān)系

再結(jié)合目的層段巖石粒徑與SP值、孔隙度與SP值之間的統(tǒng)計(jì)圖(圖3c，d)，得出如下規(guī)律：泥巖、粉砂質(zhì)泥巖孔隙度小于10%，SP值大于-15 mV，為非儲(chǔ)層；干層的巖性一般為粉砂巖或鈣質(zhì)砂巖，孔隙度介于5%～15%，SP值介于-15～-40 mV，其中粉砂巖SP值一般小于-25 mV；含油層段的巖性一般為中砂巖、粗砂巖或含礫砂巖，孔隙度大于10%，SP值小于-40 mV，為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。因此將SP門檻值設(shè)定為-15，-25，-40 mV，并賦予相應(yīng)的色標(biāo)：SP值大于-15 mV為藍(lán)色(泥巖、粉砂質(zhì)泥巖)，-15～-25 mV之間為綠色(粉砂巖)，-25～-40 mV之間為黃色(差儲(chǔ)層)，小于-40 mV為紅色(優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層)。

為驗(yàn)證反演方法的可靠性，選取研究區(qū)內(nèi)38口井作為后驗(yàn)井，其余38口井參與反演，得到的反演剖面與所有井參與的反演剖面進(jìn)行對比。圖4為過TK323、TK312、T302、TK308、T301、TK305、TK309井的波形指示反演剖面，所有井參與反演(圖4a)與后驗(yàn)井TK323、T302、TK305未參與反演(圖4b)對比。結(jié)果表明，即使TK323、T302、TK305井未參與反演，后驗(yàn)井過井點(diǎn)處在反演剖面上識(shí)別率仍不錯(cuò)，井間過渡自然，只是局部有小異常和錯(cuò)位。通過統(tǒng)計(jì)研究區(qū)內(nèi)526口井砂層的反演結(jié)果(表1)，發(fā)現(xiàn)砂體厚度大于3 m時(shí)，符合率達(dá)到88.1%，而當(dāng)砂體厚度小于3 m時(shí)，符合率僅為66.7%，即縱向上可分辨3 m以上薄砂層，因此該反演方法較為可靠。

4 地層切片分析

地震沉積學(xué)的強(qiáng)大橫向分辨率可以彌補(bǔ)地震剖面縱向分辨率的不足[20-21]，采用平面展示的地震屬性體在地質(zhì)模型的指導(dǎo)下進(jìn)行砂體刻畫[22-23]。在高精等時(shí)地層格架的頂?shù)准s束下，研究區(qū)卡拉沙依組可以劃分出13個(gè)砂層組(圖2)，以2 ms(4 m)為采樣間隔，利用地層切片技術(shù)等比例內(nèi)插出一系列規(guī)律清楚、單砂體可控的層面[24]；將這些層面在SP數(shù)據(jù)體中依次生成屬性切片，在地層切片“甜點(diǎn)”屬性圖上，紅—黃色代表強(qiáng)“甜點(diǎn)”，指示砂巖，藍(lán)色代表空白反射，指示泥巖。通過統(tǒng)計(jì)這些層面上過井點(diǎn)處反演情況，以第3及第5砂層組為例(表2)，發(fā)現(xiàn)后驗(yàn)井巖性符合率均大于86.8%，證明模擬結(jié)果較為可靠。

圖4 塔河油田卡拉沙依組全部井參與(a)與TK323、T302、TK305井作為后驗(yàn)井(b)的地震波形指示反演結(jié)果對比

表1 塔河油田卡拉沙依組不同厚度單砂體反演符合率統(tǒng)計(jì)

目的層段地層切片能較好地反映研究區(qū)水進(jìn)和水退的沉積演化，刻畫出三角洲薄層砂體的平面分布范圍。例如，第5砂層組由下至上的地層切片顯示水進(jìn)環(huán)境下的海侵體系域，砂體縱向上含量減少，沉積重心向北部物源方向遷移；第3砂層組地層切片顯示水退環(huán)境下的高位體系域，砂體縱向上含量增加，沉積重心向南部遷移。通過砂體精細(xì)解剖的方法，在第5砂層組地層切片上勾畫出似鳥足狀的三角洲沉積樣式(圖5)，物源來自于研究區(qū)北部。順物源方向的AB剖面(圖5)，由A至B砂體厚度明顯減薄，延伸距離變短，在剖面上識(shí)別水上分流河道與水下分流河道過渡位置，進(jìn)而可以在切片圖上確定岸線。垂直物源方向的CD剖面(圖5)，水上分流河道砂體疊置樣式表現(xiàn)為垂向相互切割、橫向疊置連片。

表2 塔河油田卡拉沙依組后驗(yàn)井巖性符合率統(tǒng)計(jì)

5 結(jié)論

(1)形成了基于地質(zhì)模型約束的地震波形指示反演加地層切片相結(jié)合的薄層砂體預(yù)測方法，在塔河油田卡拉沙依組砂體預(yù)測中取得了很好的效果。反演結(jié)果與鉆井符合度高，大幅提高了薄層砂體預(yù)測精度。

圖5 塔河油田卡拉沙依組第5砂層組地層切片砂體平面展布形態(tài)

(2)地震波形指示反演實(shí)現(xiàn)了研究區(qū)3 m以上薄砂層的刻畫，砂體縱向上疊置關(guān)系清晰、橫向上展布自然，符合地質(zhì)認(rèn)識(shí)。

(3)地層切片分析目的層段砂體的變化特征，能較好地反映研究區(qū)水進(jìn)和水退的沉積演化，刻畫出三角洲薄層砂體的平面分布范圍，為尋找有利砂體發(fā)育區(qū)提供地質(zhì)依據(jù)。