疊前反演在西湖凹陷致密砂巖儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”預(yù)測中的應(yīng)用

韓 剛,高紅艷,龍 凡,秦德文,李 俊,王煥弟

(1.中海油研究總院有限責(zé)任公司,北京100028;2.中海石油(中國)有限公司上海分公司,上海200030;3.北京珠瑪陽光科技有限公司,北京100083;4.石油工業(yè)出版社,北京100011)

隨著世界對(duì)天然氣需求的不斷增加和常規(guī)天然氣儲(chǔ)量的日益減少,很多國家將非常規(guī)天然氣作為重要的后備資源[1]。致密砂巖儲(chǔ)層一般是指覆壓基質(zhì)滲透率κ<0.1mD(空氣滲透率κ<1mD,1mD≈0.987×10-3μm2)的砂巖儲(chǔ)層,單井一般無自然產(chǎn)能或自然產(chǎn)能低于工業(yè)氣流下限,但在一定經(jīng)濟(jì)條件和技術(shù)措施下,可獲得工業(yè)天然氣產(chǎn)量[2]。美國聯(lián)邦能源管理委員會(huì)(FERC)估計(jì)全球致密砂巖氣資源量為(600～3000)×1012m3,是常規(guī)天然氣資源量的1～5倍。在中國四川盆地、鄂爾多斯盆地先后發(fā)現(xiàn)了大型致密砂巖氣田,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益[3-5]。

前人結(jié)合西湖凹陷中-深層的儲(chǔ)層特點(diǎn)及勘探開發(fā)實(shí)際,將B構(gòu)造花港組儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”的標(biāo)準(zhǔn)[6]定義為:儲(chǔ)層滲透率κ≥1mD,孔隙度φ≥9%。前人在東海盆地、準(zhǔn)噶爾盆地等致密砂巖地區(qū)的巖石物理研究結(jié)果表明,由于致密砂巖儲(chǔ)層的特殊性,埋深大、低孔滲等因素導(dǎo)致了致密儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”與圍巖(泥巖等非“甜點(diǎn)”)的P波阻抗差異并不明顯,二者重疊較多,低阻抗并不能很好反映儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”信息[7]。因此,以傳統(tǒng)的疊后地震屬性、P波阻抗反演為代表的地球物理技術(shù)已無法滿足非常規(guī)致密砂巖背景下的儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”預(yù)測的需要。

近幾年來,隨著巖石物理建模及疊前彈性反演技術(shù)的不斷進(jìn)步,國內(nèi)一些學(xué)者開始嘗試?yán)茂B前彈性參數(shù)(如縱橫波速度比vP/vS、泊松比σ、橫波速度vS、縱波速度vP、體積模量K等)反演技術(shù)預(yù)測致密砂巖及其“甜點(diǎn)”,取得了一定的預(yù)測效果。陳祖慶等[8]利用疊前μρ、EI30參數(shù)反演開展致密砂巖“甜點(diǎn)”及含氣性預(yù)測(其中,μ,ρ和EI30分別是拉梅常數(shù)、密度和入射角為30°的彈性阻抗);徐玥等[9]利用Russell流體因子(通過體積模量等構(gòu)建)開展致密砂巖“甜點(diǎn)”及含氣性預(yù)測;李瑞磊等[10]利用疊前彈性反演參數(shù)(縱橫波速度比、阻抗等)與貝葉斯分類相結(jié)合開展致密砂巖及儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”預(yù)測;賈凌云等[11]介紹了一種廣義彈性阻抗反演(泊松比、流體識(shí)別因子f/vS(f為Gassmann流體項(xiàng)))預(yù)測致密砂巖及其含氣性的方法;李久娣[12]介紹了一種通過坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)構(gòu)建的敏感參數(shù)識(shí)別致密砂巖、阻抗識(shí)別“甜點(diǎn)”的方法。上述文獻(xiàn)中,涉及對(duì)致密砂巖儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”反映最敏感的彈性參數(shù)(即密度)的反演方法和實(shí)際預(yù)測應(yīng)用效果方面的介紹較少。

本文通過對(duì)研究區(qū)4口井的巖石物理分析,篩選出對(duì)花港組砂巖最敏感的彈性參數(shù)是泊松比,對(duì)儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”最敏感的彈性參數(shù)是密度。利用疊前AVO三參數(shù)反演得到最敏感的彈性參數(shù)(泊松比和密度)數(shù)據(jù)體,以此為基礎(chǔ)開展定量解釋,對(duì)研究區(qū)目的層的砂體及儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”分布進(jìn)行了預(yù)測。

1 技術(shù)方法

1.1 疊前反演原理

Zoeppritz方程組是疊前彈性反演重要的理論基礎(chǔ)。地震勘探中的主要現(xiàn)象就是地震波能量在分界面處的重新分配。邊界條件決定了地震波能量如何在反射波和透射波間分配,用位移表達(dá)分界面處能量的分配是最易理解的辦法,于是導(dǎo)出了Zoeppritz方程組。該方程組雖然可以準(zhǔn)確地表示波場在邊界處發(fā)生的變化,卻不能給出振幅隨不同因子變化的直觀表示,因此有許多近似式。在給出的Zoeppritz方程近似式中,Aki-Rechards近似式的應(yīng)用最為普遍。本文以反演泊松比和密度為目標(biāo),采用Zoeppritz方程的線性公式,具體如下:

(1)

(2)

公式(1)由宗兆云等[13]給出,可以直接反演E、σ和ρ的反射率。公式(2)是Aki-Rechards近似式,可以直接反演vP、vS和ρ的反射率。

本次疊前彈性反演采用全道集參與的直接彈性反演方法[14],即不是使用部分疊加而是使用全部道集數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)多,擬合求解更準(zhǔn)確),也不是使用間接計(jì)算方法由vP、vS和ρ這3個(gè)基本參數(shù)計(jì)算其它彈性參數(shù),而是采用直接反演方法得到這3個(gè)參數(shù)(直接反演能避免間接計(jì)算導(dǎo)致的誤差積累),在實(shí)現(xiàn)過程中加入了抗噪技術(shù)。

1.2 巖石物理分析

B構(gòu)造花港組埋深為3600～4200m,儲(chǔ)層整體偏致密。通過研究區(qū)4口井3套儲(chǔ)層的孔-滲參數(shù)統(tǒng)計(jì),a儲(chǔ)層平均孔隙度為7.6%,平均滲透率為0.36mD;b儲(chǔ)層平均孔隙度為8.9%,平均滲透率為0.79mD;c儲(chǔ)層平均孔隙度為8.2%,平均滲透率為0.58mD(表1)。

表1 研究區(qū)儲(chǔ)層孔-滲參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

研究區(qū)測井解釋將儲(chǔ)層劃分為3類,其中Ⅰ類儲(chǔ)層:κ≥10mD,且φ≥12%;Ⅱ類儲(chǔ)層:1mD≤κ<10mD,9%≤φ<12%;Ⅲ類儲(chǔ)層:κ<1mD,且φ<9%。參考前人對(duì)B構(gòu)造儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”的劃分標(biāo)準(zhǔn)[6],Ⅰ、Ⅱ類儲(chǔ)層屬于“甜點(diǎn)”范疇,而Ⅲ類儲(chǔ)層為非“甜點(diǎn)”(圖1)。

圖1 研究區(qū)不同類型儲(chǔ)層的分類標(biāo)準(zhǔn)

圖2為研究區(qū)1井H3b-H3c層(埋深在3700～3900m)的彈性參數(shù)曲線綜合柱狀圖,其中一些典型的彈性參數(shù)對(duì)致密砂巖及儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”非常敏感,具體分析如下。

圖2 研究區(qū)1井彈性參數(shù)曲線綜合柱狀圖

由于目的層較深,儲(chǔ)層整體偏致密,砂巖與泥巖的阻抗差異并不明顯,重疊較嚴(yán)重,如H3b上部3685～3770m砂巖與H3c下部3870～3910m泥巖阻抗相當(dāng);但砂巖與泥巖的泊松比差異較大,如H3b整段3685～3800m和H3c中部3820～3860m砂巖呈較明顯的低泊松比特征,而H3c頂部3805～3820m和下部3870～3910m泥巖呈較明顯的高泊松比特征。在砂體內(nèi)部,密度對(duì)儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”及物性的反映最敏感,如H3b整段3685～3800m砂巖為氣層,呈明顯的低密度特征,且下段儲(chǔ)層物性越好,密度越低;H3c中部3820～3860m砂巖為干層,呈明顯的高密度特征,密度越高,代表儲(chǔ)層物性越差;綜合利用泊松比和密度參數(shù),能有效識(shí)別致密砂巖及其儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”。

圖3為研究區(qū)4口井花港組地層的巖石物理分析結(jié)果,可以看出,砂、泥巖的阻抗差異很小,但泊松比差異較大,砂巖呈明顯的低泊松比特征,砂泥巖的泊松比門檻值約為0.23,泊松比識(shí)別砂巖精度在90%以上(圖3a)。在砂體內(nèi)部,密度相對(duì)阻抗在反映儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”及物性方面有更明顯的優(yōu)勢,儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”呈明顯的低密度特征,“甜點(diǎn)”的密度門檻值約為2.53g/cm3,密度識(shí)別“甜點(diǎn)”精度在85%以上(圖3b)。

圖3 研究區(qū)4口井花港組地層的巖石物理分析結(jié)果a 巖性敏感性分析; b 儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”敏感性分析

1.3 疊前CRP道集優(yōu)化處理

疊前CRP道集的質(zhì)量好壞直接影響疊前彈性反演的信噪比和精度。如果疊前CRP道集并不能滿足疊前彈性反演的要求,即使運(yùn)用先進(jìn)的反演算法,也會(huì)影響最終的反演效果。因此,在開展疊前彈性反演之前,必須對(duì)疊前CRP道集開展資料品質(zhì)評(píng)價(jià)和保幅去噪處理,為后續(xù)疊前彈性反演提供高質(zhì)量的地震資料基礎(chǔ)。

本研究采用的疊前CRP道集為面向儲(chǔ)層預(yù)測的保幅性處理后的道集,疊前時(shí)間偏移后未做任何去噪處理,這種類型的道集有利于從源頭上對(duì)道集的保幅性開展整體評(píng)價(jià)和把控。目的層花港組埋深為2.8～3.4s,疊前CRP道集最大偏移距為4600m,入射角為30°～35°,角度滿足疊前反演(包括密度反演)的要求。疊前CRP道集同相軸總體平直,偏移速度準(zhǔn)確;多次波等噪聲較少,只存在少量的隨機(jī)噪聲;近-中-遠(yuǎn)道子波能量一致性較好。針對(duì)目的層存在的少量弱隨機(jī)噪聲,開展保幅去噪處理,可以看出,去噪后CRP道集的信噪比得到一定改善(圖4)。

圖4 疊前CRP道集保幅去噪處理前、后結(jié)果對(duì)比

1.4 疊前反演

利用上述方法開展疊前敏感彈性參數(shù)(泊松比、密度)反演,并分析反演的結(jié)果是否能有效反映目的層砂體和儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”。疊前反演得到的泊松比和密度數(shù)據(jù)的信噪比較高,表明反演結(jié)果具有很好的抗噪性(尤其是密度),同時(shí)疊前泊松比、密度反演結(jié)果與測井曲線吻合較好。此外,測井解釋的砂體主要位于泊松比剖面的相對(duì)低值位置,表明泊松比反演結(jié)果能較好反映砂巖(圖5),測井解釋的儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”主要位于密度剖面的相對(duì)低值位置,而且密度越低,代表儲(chǔ)層物性越好(表2),表明密度反演結(jié)果能較好反映砂巖內(nèi)部的儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”(圖6)。

圖5 過研究區(qū)4口井的疊前泊松比反演剖面(砂巖低泊松比)

表2 疊前密度反演結(jié)果與儲(chǔ)層孔-滲關(guān)系

圖6 過研究區(qū)4口井的疊前密度反演剖面(“甜點(diǎn)”低密度)

2 應(yīng)用效果

2.1 砂體和“甜點(diǎn)”分布預(yù)測

基于泊松比和密度反演的成果數(shù)據(jù)進(jìn)行定量解釋,開展目的層砂體及儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”平面分布預(yù)測,并結(jié)合沉積微相分析,降低砂巖及儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”預(yù)測的風(fēng)險(xiǎn)。據(jù)前人沉積體系及沉積相研究結(jié)果可知,研究區(qū)物源方向來自東北部,發(fā)育辮狀河三角洲沉積,整體富砂,分流河道、河口壩微相砂體發(fā)育,為區(qū)內(nèi)最有利的儲(chǔ)集體微相帶類型[15-16]。

以c層為例,預(yù)測砂體呈北—東向條帶展布,具有較明顯的分流河道特征。砂體厚度一般為10～20m。4口井鉆遇的微相帶存在一定差異,3井和1井位于分流河道主體,砂體相對(duì)較厚,約為15～20m;4井和2井位于分流河道邊緣,砂體厚度相對(duì)較薄(圖7a)。預(yù)測儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”主要位于3井周邊及其東南部,面積約為39.4km2,密度范圍為2.40～2.53g/cm3,而1井、2井和4井處“甜點(diǎn)”不發(fā)育,預(yù)測結(jié)果與測井解釋成果相吻合。“甜點(diǎn)”發(fā)育區(qū)主要位于分流河道主體微相上,表明“甜點(diǎn)”的分布受沉積微相的控制作用明顯(圖7b)。

圖7 疊前泊松比反演預(yù)測c層砂體厚度(a)和密度反演預(yù)測c層儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”平面分布(b)

2.2 “甜點(diǎn)”預(yù)測成果應(yīng)用

東海盆地西湖凹陷以前勘探發(fā)現(xiàn)的油藏類型以構(gòu)造油氣藏為主,近幾年在勘探實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)了一些構(gòu)造-巖性油氣藏,油田已經(jīng)將尋找構(gòu)造-巖性油氣藏、提高“甜點(diǎn)”鉆遇率作為下一步勘探的重點(diǎn)方向。

以c層為例,基于砂巖及儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”預(yù)測成果,參考構(gòu)造圈閉等成藏條件分析,將“甜點(diǎn)”發(fā)育區(qū)與構(gòu)造圈閉相疊合開展有利區(qū)預(yù)測。研究區(qū)西南部3井周邊面積約為20.4km2,該區(qū)構(gòu)造背景有利,圈閉落實(shí),儲(chǔ)層厚度相對(duì)較厚,為18～20m;儲(chǔ)層物性較好,平均孔隙度為11%～13%,滲透率為3.8～21.4mD;為c層最有利的Ⅰ類儲(chǔ)層區(qū)域。該區(qū)目前正在部署大斜度評(píng)價(jià)井,儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”預(yù)測結(jié)果為該區(qū)提高“甜點(diǎn)”鉆遇率、擴(kuò)展隱蔽油氣藏勘探提供了有利的儲(chǔ)層方面的依據(jù)(圖8)。

圖8 構(gòu)造與“甜點(diǎn)”疊合劃分有利區(qū)平面分布(以c層為例)

3 結(jié)論

西湖凹陷B構(gòu)造區(qū)由于埋深深、低孔-滲等因素導(dǎo)致了致密砂巖儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”與圍巖的P波阻抗差異較小,本文優(yōu)選對(duì)砂巖及儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”最敏感的彈性參數(shù)(泊松比和密度)開展定量反演并預(yù)測,取得的主要認(rèn)識(shí)如下:

1) 巖石物理精準(zhǔn)分析是致密砂巖及其儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”預(yù)測的理論基礎(chǔ)和依據(jù),研究認(rèn)為對(duì)研究區(qū)目的層砂巖最敏感的彈性參數(shù)是泊松比,對(duì)儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”最敏感的彈性參數(shù)是密度,針對(duì)這些最敏感的彈性參數(shù)開展定量反演,有助于提高砂巖及儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”的預(yù)測精度;

2) 基于全道集參與的直接彈性參數(shù)反演方法開展反演得到泊松比和密度數(shù)據(jù)體,在此基礎(chǔ)上開展定量解釋,預(yù)測砂巖及儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”分布特征與沉積相相吻合,證明了該研究思路和技術(shù)方法在研究區(qū)是可行的,并對(duì)東海西湖凹陷其它類似地質(zhì)背景地區(qū)的儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”預(yù)測有一定的借鑒意義。