珠江口盆地白云深水區含氣儲層AVO模板的建立及應用

李 杰, 鄭金云, 張忠濤, 朱焱輝, 陳兆明, 張 明, 郭 佳, 劉 靈, 曾 婷

珠江口盆地白云深水區含氣儲層AVO模板的建立及應用

李 杰1, 2, 鄭金云1, 2, 張忠濤1, 2, 朱焱輝1, 2, 陳兆明1, 2, 張 明1, 2, 郭 佳1, 2, 劉 靈1, 2, 曾 婷1, 2

(1. 中海石油(中國)有限公司深圳分公司, 廣東 深圳 518054; 2. 中海石油深海開發有限公司, 廣東 深圳 518054)

白云深水區多口油氣鉆探揭示砂質儲層含氣和含水都有可能表現為Ⅲ類或Ⅳ類的AVO及亮點異常, 單純依靠亮點+Ⅲ類AVO異常進行烴類氣體預測具有多解性, 是鉆前儲層的流體預測面臨的新挑戰和難點。本文利用珠江口盆地白云深水區測井數據, 根據儲層特征與含氣性差異性優選了多口測井數據齊全井, 利用測井數據對不同井位儲層段的AVO特征進行分析。通過Aki-Richards公式計算了不同井的截距和梯度屬性, 建立了白云深水區和屬性圖版。對比分析發現不同含氣儲層, 隨著巖性、含氣性差異及其巖性組合不同, 呈現不同AVO異常特征, 巖心分析表明該異常不僅與儲層含氣性有關, 也與蓋層巖性密切相關, 尤其是當蓋層或者儲層含有灰巖時, 對AVO異常影響較大。利用M礦區目標儲層的疊前反演彈性參數, 再結合本文建立的和屬性圖版和流體識別因子方法, 對目標儲層含氣性進行了預測, 發現了該儲層在橫向上含氣性不同, 鉆探結果證實預測結果有效與可靠, 表明該AVO模板具有較好的實用性。

AVO異常; 含氣性; 疊前反演; 白云深水區

珠江口盆地白云深水區是我國油氣勘探有利勘探區域, 近年來在深水-超深水盆地成因機制、高熱流背景下白云凹陷油氣成藏與深水儲層特征等取得新認識, 發現了LW3、LH34-2和LH29-1等油氣田, 但是也遭遇了深水目標鉆探的失利[1-6]。經過多年勘探形成了一系列烴類氣體檢測的方法, 包括巖石物理建模、亮點及AVO異常等, 但巖石物理建模對周邊井的依賴程度比較高, 不同區域模型參數差異也較大, 單純基于亮點異常判斷流體類型的多解性較強, 而AVO是一種較為常用烴類檢測的方法, 該方法是利用波振幅隨炮檢距或入射角曲線變化特征來識別烴類氣體, 包括4類變化特征, 不同巖性組合形成的AVO特征可能不同, 即使巖性組合相同, 由于薄層厚度不同, AVO特征上也存在差異。振幅變化特征可指示反射界面兩側介質的巖性及物性特征, 是尋找油氣, 指導勘探的有效技術[7-8]。由于含氣砂巖的波阻抗遠低于泥巖, 氣層表現為亮點的地震振幅異常, 低阻抗砂巖含氣時往往會表現出Ⅲ類AVO, 因此, 亮點與Ⅲ類AVO異常成功識別了白云LW3氣田[9-11]。但是由于不同巖性組合, 可能造成相同AVO 異常, 如在白云凹陷發現了30 m厚含氣砂巖并不是亮點反射, 而是地震振幅呈現弱反射、Ⅱ類AVO異常。大量研究表明成巖作用與巖石結構、巖石孔隙膠結物、快速沉降和快速沉積形成的欠壓實等影響縱橫波速度與泊松比等彈性參數, 進而影響目標層AVO異常[12-14]。

自2006年LW3大氣田發現以來, 珠江口盆地鉆探了多口深水井[4, 6], 大量鉆井結果證實砂巖儲層含氣和含水都有可能表現為Ⅲ類或Ⅳ類AVO及亮點異常[9], 雖然在白云凹陷西南部B9和B13目標與LW3具有相似亮點和Ⅲ類AVO特征, 但是實際鉆探發現B9為水層, B13為氣層, 孔隙度在15%～30%,滲透率極低, 不同儲層物性差異明顯, 呈現高孔中滲、中孔中低滲和特低孔低滲的儲層特征[15], 難以進行商業開發。因此, 單純的基于亮點與Ⅲ類AVO異常的烴類檢測具有多解性, 建立適用于珠江口盆地AVO模板有利于烴類氣體鉆前預測。為了尋找AVO類型與儲層含氣、含水之間的關系, 本文對珠江口盆地深水區鉆井進行了系統的統計, 優選了不同巖性組合、不同地震異常且縱橫波測井數據齊全, 通過對各口井的AVO屬性進行計算, 建立了白云凹陷深水含氣性預測模板, 結合疊前反演的彈性參數, 指導白云凹陷深水區鉆前含氣預測。

1 區域地質概況

珠江口盆地位于南海北部陸坡東部, 水深從幾十米至3 000米以上, 盆地具有先斷后坳雙層結構, 因此不同坳陷、洼陷之間構造演化差異明顯, 已經發現了48個油氣田和36個含油氣構造[16]。白云凹陷是珠江口盆地面積最大、埋藏最深的深水凹陷(圖1), 新生代最大沉積厚度達12 km, 包括白云西洼、白云主洼、白云東洼和白云南洼[2]。白云凹陷受深部基巖斷裂影響具有張扭性質, 形成由多條雁列式斷裂帶組成的控洼邊界, 且雁列式主控斷裂具有遷移性[2-3, 17], 自下而上充填了文昌組中-深湖相、辮狀河三角洲沉積、恩平組湖沼盆、河流-三角洲平原沉積、珠海組濱岸-三角洲-淺海陸架過渡相沉積、珠江組-韓江組三角洲-淺海-半深海沉積、粵海組-第四系淺海-半深海的黏土質-粉砂沉積[6]。白云深水區近年來發現有利油氣儲層主要為深水重力流水道砂巖沉積和陸架邊緣三角洲砂巖儲層, 而B6-1、L4-1、L9-1和L33-1等含油氣構造鉆探失利主要原因是由于構造圈閉內水道砂巖有限分布, 而鉆前對優質儲層預測不準確[2]。

圖1 白云凹陷油氣與井位分布圖及B13、B9和LW3井位AVO特征

目前鉆探發現儲層主要是珠江組底部與珠海組上部地層, 埋深小于2 000m, 孔隙度大于18%, 該儲層容易通過地球物理屬性識別, 但是當孔隙度小于15%時, 儲層段為泥質、粉砂、灰巖與薄砂層互層, 不同厚度巖性與流體充填差異也會造成振幅亮點反射差異, 很難與砂質含油氣層異常區分, 增加了鉆前儲層預測難度, 需要開展技術攻關[2]。

2 材料與方法

2.1 AVO屬性模板建立

AVO技術的理論基礎是平面波在水平分界面上反射和透射的佐普里茲方程。但是由于佐普里茲方程形式復雜, 物理意義不明確, 無法直接應用于地震數據處理和地下介質彈性參數的反演。Aki-Richards[18]進行了簡化, 提出了具有明顯物理意義的公式:

其中R為反射系數,為入射角,和為AVO屬性, 其中屬性為AVO截距, 是垂直入射的反射系數,屬性為AVO梯度, 是反射系數隨著入射角變化時的變化梯度, 與巖石縱、橫波速度和密度有關,為曲率。p為上下地層縱波速度的平均值,s為上下地層橫波速度的平均值,為上下地層密度的平均值, Δp是上下地層縱波速度的差, Δs是上下地層橫波速度的差, Δ是上下地層密度的差。本文我們利用優選的測井數據, 選擇目標層段, 利用方程(1)—(4)進行和屬性的計算, 建立與屬性交匯圖模板。

2.2 單井AVO屬性計算

AVO分析是鉆前預測地層含烴類氣體有效方法, 但是從白云深水區四口井含氣層的縱橫波速度、密度及其含氣飽和度與厚度看, 在反射地震呈亮點反射位置, 不同井位巖性與含氣性差異較大(表1), 表明AVO分析存在局限性。通過多口井分析, 建立該區域和模板, 本文通過四口井測井曲線異常, 研究不同巖性、不同含氣性組合下和屬性。圖2為LW3-1井縱波速度、橫波速度、孔隙度、密度及含水飽和度, 在3 060 m到3 080 m之間有一個厚度約20 m氣層, 呈低縱波速度、高橫波速度、低密度和高孔隙度異常。從測井曲線看, 該氣層上部縱橫波速度、密度等與含氣層明顯不同, 為不含氣區域蓋層。利用測井數據提取和屬性時, 需要結合反射地震剖面來確定層位。白云深水區目標層反射地震數據的主頻為30 Hz, 平均速度約3 000 m/s, 則波長約為100 m。反射地震分辨率為四分之一波長, 約為25 m。因此采用目標層上部25 m的蓋層進行AVO屬性分析, 分別利用蓋層段與目標層的平均縱波速度、平均橫波速度及平均密度計算(圖2)。

上覆蓋層段的平均縱波速度p上=3 250 m/s, 平均橫波速度s上=1 592 m/s, 平均密度上=2.56 g/cm3, 目標段的平均縱波速度p下=2 980 m/s, 平均橫波速度s下=1 741 m/s, 平均密度下=2.25 g/cm3。利用公式(2)和(3), 得到了截距屬性=–0.1108, 梯度屬性=–0.072。

2.3 P和G屬性模板的建立

利用與LW3-1井相同的計算方法, 對白云深水區不同厚度、不同含氣飽和度與含水砂巖儲層多井的和屬性進行計算, 根據地層含氣飽和度(g)差異, 分為高飽和度氣層(g≥65%)、氣層(35%≤g≤65%)、含氣水層(15%≤g≤35%)和水層(g≤15%)四類。

圖3為利用不同井數據計算的和屬性交會圖。該圖表明從右上到左下地層目標層由含水逐步變成含氣, 越往左下方走, 含氣飽和度越高。表明含氣井儲層段的、值出現在二、三、四象限, 表現出Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ類AVO特征, 表明儲層含氣AVO并不是單一變化, 從而解釋了單純利用AVO特征進行烴類檢測的多解性。通過對所有含氣井儲層段和屬性系統分析, 發現不同點在第三象限具有普遍性, 表現為＜0,＜0。在第二和第四象限具有特殊性, 具體表現為以下三種情況:

表1 白云凹陷不同井含烴類氣體層彈性參數

圖2 LW3-1測井曲線

注: 黑色為蓋層各參數的平均值, 紅色為儲層段各參數的平均值

圖3 多口井計算P和G屬性交匯圖

(2) 儲層段上方存在一套物性相對較差的干層, 也表現為第二象限Ⅳ類AVO特征。有多口井(B1和B2井)鉆遇了該類AVO特征, 圖5為B1井測井曲線。目標層位于3 600 m到3 635 m一個厚度為35 m含氣儲層, 儲層上方存在一套泥質含量相對較高的干層, 會導致干層彈性參數橫波速度s上＞s下, 出現與蓋層段含灰巖相同屬性異常, 出現在第二象限。

(3) 儲層段含灰巖, 表現為第四象限Ⅱ類AVO特征。圖6為C1井測井曲線, 目標層位于3 430 m到3 455 m厚度為25 m含灰巖夾層的儲層, 測井顯示儲層段出現局部高值異常, 目標層縱波與橫波速度變大, 表現為p上＜p下,s上＜s下,上＞下, 根據公式(2)和(3), 導致＞0,＜0,和屬性落在第四象限。

基于以上分析, 可以看到珠江口盆地白云深水區的、屬性投點的范圍并非只受流體類型決定, 而是受到巖性、巖性組合及流體類型多重因素的影響, 正常砂泥組合下, 優質砂巖含氣時、均坐落在第三象限; 蓋層段含灰巖或儲層段上方存在一套物性相對較差的干層時、投點會偏向左上方, 表現第二象限Ⅳ類AVO特征; 儲層段含灰時、投點會向偏右下方, 表現為第四象限Ⅱ類AVO特征; 同樣的儲層類型, 含氣變為含水時,、投點會向偏右上方。

圖4 A1井的巖性與測井曲線

圖5 B1井的巖性與測井曲線

圖6 C井巖性與測井曲線

3 結果

3.1 流體識別因子的建立

流體因子是Smith等[19]利用縱波與橫波速度相對變化量的加權來識別儲層含烴類異常, Russell等學者基于多孔彈性介質推導了反映孔隙流體參數, 提出識別孔隙流體方法[20-21]。實際鉆探發現的暗點型油氣藏具有II類AVO異常[22], 表明流體因子在某些特定地質條件應用效果好。本文利用多口井計算的和屬性模板, 通過各類型儲層點的邊界可以擬合出兩條平行趨勢邊界線(圖3):

其中和分別為AVO截距與梯度屬性, 將不同巖性組合多個井位計算的AVO模板分為三個區域: 高飽和度氣層、氣水同層和水層。根據(5)和(6)定義一個適合于白云深水區的流體識別因子(), 可以半定量識別儲層段的流體類型:

當處于邊界線(方程5)右上角區域時,＞–0.16, 該區域、屬性對應的儲層含水, 當處于邊界線(方程6)左下角區域時,＜–0.32時, 該區域、屬性對應的儲層為含水高飽和度氣層, 當處于兩條邊界線之間時, –0.3＜＜–0.16時, 該區域的、屬性對應的儲層為氣水同層,越小, 含氣概率越大, 含氣飽和度越高。

3.2 P和G模板應用

白云深水區是我國深水油氣勘探重要區域, 近來在AVO屬性為亮點反射的儲層卻鉆探失利[1-2]。本文通過對M礦區進行疊前反演獲得彈性參數(圖7和8), 利用儲層與蓋層的縱橫波速度比(p/s), 縱波阻抗(Ip)及密度(), 結合多口測井數據建立的不同巖性儲層AVO模板, 確定儲層與蓋層平均的縱橫波速度及密度數據, 利用公式1—4, 計算、屬性和流體識別因子, 進行鉆前預測含氣特性。

從M礦區地震剖面看(圖7), 綠色虛線區域為目的層段(上部為ZJ490, 下部為ZJ510)都具有相似地震反射特征, 振幅強弱在橫向上變化不大。從疊前反演的屬性看(圖8), 目標層具有明顯的低縱波阻抗異常, 基于LW3氣田的低縱波阻指示優質儲層的經驗判斷該目標可能是優質的含氣儲層。為了對該儲層橫向含氣特性進行分析, 我們選擇三個典型位置, 利用疊前反演縱橫波速度比、縱波阻抗與密度數據(圖8), 基于公式1—4計算不同位置的和屬性及流體識別因子(表2)。由于兩套儲層都比較薄, 儲層取值時把ZJ490和ZJ510作為一個層來提取。

圖7 M礦區ZJ490和ZJ儲層的縱波阻抗展布圖及目標層地震剖面

圖8 M礦區目標儲層疊前反演縱橫波速度比、縱波阻抗和密度剖面

在m1、m2、m3三個點計算的、屬性(圖9, 五角星)與測井獲得交匯圖對比, 發現三個點都位于氣水同層, 且三個點對應的流體識別因子–0.32＜＜–0.16。其中 m1點處的流體識別因子最小, 預測的儲層最差, 向東側含氣性相對變好。在m1點的位置鉆探了M井, 鉆探測井分析表明, 該層段為儲層為物性較差, 儲層部分含氣, 氣體飽和度為31%, 屬于低飽和度含氣儲層。因此, 利用該為和屬性模板, 再結合疊前反演多種屬性, 預測儲層含氣性與鉆探揭示的儲層特性基本一致, 表明該模板在白云深水區具有良好應用效果。

表2 M礦區m1、m2、m3三個位置計算P和G屬性

圖9 M礦區疊前反演彈性屬性計算的儲層段m1、m2和m3位置含氣特性

4 結論

系統分析了36口測井數據, 建立了不同巖性組合下珠江口盆地白云深水區AVO截距與梯度(&)屬性圖, 指出了儲層含氣時, 在正常儲蓋組合下儲層表現為第三類AVO特征, 具有普適性。但是當蓋層段含灰巖、儲層段上方存在物性較差的干層及儲層段含灰巖夾層時, 儲層的AVO特征發生變化, 表現為第II類與第IV類AVO變化特征。通過大量實測測井數據建立該和屬性量版交匯圖能夠對儲層含氣性進行定性的識別。通過模板的坐標旋轉, 形成了深水區的流體識別因子, 基于該因子能夠對儲層含氣進行半定量預測。通過對M礦區ZJ490和ZJ510層段疊前反演儲層彈性參數, 計算了目標層不同位置與, 結合該AVO模板, 預測儲層為氣水同層, 含氣飽和度相對較低, 該預測與實際鉆探結果基本吻合, 該方法能夠對其它無井區進行預測, 發現了儲層橫向存在變化。因此, 該模板為白云深水區鉆前儲層預測提供了一個半定量計算方法, 具有實際勘探意義。

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AVO template and its application for a gas-bearing reservoir in the deep water of the Baiyun area, the Pearl River Mouth Basin

LI Jie1, 2, ZHENG Jin-yun1, 2, ZHANG Zhong-tao1, 2, ZHU Yan-hui1, 2, CHEN Zhao-ming1, 2, ZHANG Ming1, 2, GUO Jia1, 2, LIU Ling1, 2, ZENG Ting1, 2

(1. CNOOC China Limited, Shenzhen Branch, Shenzhen 518054, China; 2. CNOOC Deepwater Development Ltd., Shenzhen 518054, China)

Several drilled sites in the Baiyun deep-water area revealed that sandstone reservoirs of gas-bearing and water-bearing sediments may manifest as AVO of type III or type IV and bright spot anomalies. The prediction of hydrocarbon gas relying on the bright spot and AVO anomaly of type III has uncertainty, which causes difficulties in the prediction of reservoir fluid before drilling. Based on the well logging data in the Baiyun deep-water area, the Pearl River Mouth basin, the characteristics of the AVO reservoir were analyzed, and obvious differences between the reservoir characteristics and gas-bearing were identified. The intercept and gradient properties of the different wells were calculated using the Aki–Richards formula to establish the crossplot betweenandattributes in the study area. The anomalies of AVO influenced by lithology, gas-bearing, and lithological combination showed different characteristics. The core analysis indicated that the AVO anomalies were not only related to the gas-bearing property of the reservoir, but also closely related to the lithology of the overlying strata, especially when the overlying strata or the reservoir contained limestone. The prestack inversion elastic properties of the target reservoir in the M area, combined with theandattribute and fluid factor established in this paper, were used to predict the reservoir properties of the gas saturation. The drilling results proved that the gas saturation is variable in the later and the AVO template can predict reservoir properties better, which indicates the AVO template is effective and reliable.

AVO anomalies; gas-bearing; prestack inversion; Baiyun deep-water area

Feb. 16, 2020

P618.13

A

1000-3096(2020)06-0073-10

10.11759/hykx20200216002

2020-02-16;

2020-04-22

“十三五”國家重大專項子課題(編號“2016ZX05026003-007”)部分研究成果

[National keypoint speical program of the thirteenth, No. 2016ZX05025003-007]

李杰(1986-), 河北石家莊, 工程師, 主要從事天然氣水合物及常規油氣勘探研究相關工作, E-mail: lijie51@cnooc.com.cn

(本文編輯: 楊 悅)