高溫高壓儲(chǔ)層的精細(xì)地震屬性預(yù)測技術(shù)——以鶯歌海盆地為例

周家雄 劉薇薇 馬光克 王立鋒 劉 兵

1.中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）資源學(xué)院 2.中海石油（中國）有限公司湛江分公司

1 概述

亮點(diǎn)、AVO、疊前反演等技術(shù)是天然氣勘探開發(fā)過程中儲(chǔ)層預(yù)測、含氣性檢測的有效手段[1－6]，這些技術(shù)曾經(jīng)和正在為提高業(yè)界的勘探成功率立下汗馬功勞。在鶯歌海盆地，隨著勘探走向中深層[7]，走向高溫高壓領(lǐng)域，勘探的成本也大幅提高，而上述技術(shù)則出現(xiàn)了精度大幅降低或失靈的情況，因此急需找到更準(zhǔn)確的適合高溫高壓氣藏勘探的地震預(yù)測技術(shù)。

鶯歌海盆地位于南海北部大陸架西北區(qū)，該盆地是一個(gè)年輕、快速沉降、以海相沉積為主的盆地，異常高溫超壓是其重要特征之一。新近紀(jì)中中新世梅山組—晚中新世黃流組儲(chǔ)蓋組合稱為中深層，該層段埋藏較深，地溫梯度為4.56℃／100m，壓力高（地層壓力系數(shù)大于1.8），屬高溫超壓區(qū)[8－9]，給鉆井工程帶來極大風(fēng)險(xiǎn)，使得該領(lǐng)域勘探技術(shù)難度大、資金投入高，勘探風(fēng)險(xiǎn)大。由于鶯歌海盆地中深層的異常溫壓、泥底辟[10]、立體成藏[11]等因素的綜合影響，使得中深層的地震響應(yīng)錯(cuò)綜復(fù)雜?，F(xiàn)有鉆探資料顯示，DF13氣田相同的地震反射特征可能對應(yīng)氣層、水層、含氣水層、氣水同層、干層等不同的地質(zhì)情況（圖1），相同物性與厚度的砂體也可能對應(yīng)不同強(qiáng)度的地震反射。分析中深層地震反射錯(cuò)綜復(fù)雜的其原因包括受淺層氣吸收衰減、泥底辟、蓋層差異、砂體耦合、儲(chǔ)層物性、儲(chǔ)層厚度、流體等因素的影響。因此，需要研究一種方法對著些影響因素逐一分析、消除或剝離，以達(dá)到本區(qū)高溫高壓儲(chǔ)層預(yù)測和含氣性檢測的目的。

圖1 DF13氣田連井地震顯示剖面圖

2 地震響應(yīng)影響因素分析與分離

2.1 淺層氣及泥底辟低速帶影響分析與消除

DF13氣田位于中央泥底辟構(gòu)造帶，高溫高壓氣藏的儲(chǔ)層為黃流組。該區(qū)淺層為東方區(qū)新近系上新統(tǒng)鶯歌海組千億立方米級(jí)的大氣藏[12]。由于淺層氣的吸收衰減作用，造成下伏地層平均速度減小、同相軸下拉、地震反射振幅減弱；在構(gòu)造中心部位受泥底辟的影響，產(chǎn)生地震模糊區(qū)（圖2）。此時(shí)用地震屬性來進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測及反演會(huì)對儲(chǔ)層物性及含氣性帶來誤判。

圖2 目的層目標(biāo)處理新、老地震資料對比剖面圖

研究中消除這兩方面的影響因素方法是：①開展地震資料目標(biāo)處理，提高地震資料的信噪比和目的層的資料相對保幅性（圖2）；②改變常規(guī)反演只針對目的層段建模和反演的做法。本氣田反演從海底開始，嚴(yán)格利用所有淺層井資料開展包含淺層氣的建模，同時(shí)利用三維速度場資料來消除泥底辟區(qū)域的低速影響。通過精細(xì)目標(biāo)處理及速度約束補(bǔ)償反演，基本能夠消除淺層氣及泥底辟低速帶來的影響，儲(chǔ)層預(yù)測與深度預(yù)測與實(shí)鉆結(jié)果吻合較好。

2.2 泥巖蓋層分析

DF13氣田平面分布達(dá)數(shù)百平方千米，儲(chǔ)層、蓋層橫向上變化較大。受沉積速度、厚度及壓實(shí)不均影響，泥巖蓋層的速度及密度在空間上存在較大差異。由此導(dǎo)致同一套氣層具有完全不同的地震響應(yīng)特征。當(dāng)存在致密泥巖蓋層時(shí)，致密泥巖旁瓣的波谷會(huì)與氣層頂面的波谷疊加，導(dǎo)致氣層頂面出現(xiàn)異?！傲咙c(diǎn)”；相反，當(dāng)蓋層是一套相對低阻抗泥巖時(shí)（本區(qū)蓋層阻抗均高于儲(chǔ)層），氣層頂面反射相應(yīng)減弱，從而導(dǎo)致對儲(chǔ)層含氣性的誤判。

為消除蓋層橫向變化產(chǎn)生的地震響應(yīng)差異，筆者根據(jù)沉積環(huán)境約束構(gòu)建地質(zhì)模型，全區(qū)追蹤黃流組儲(chǔ)層頂面包絡(luò)，對砂、泥巖厚度及空間展布進(jìn)行精細(xì)描述。對泥巖速度分析從速度預(yù)測方面入手，結(jié)合構(gòu)造及泥巖壓實(shí)規(guī)律，正演剔除低速泥巖的影響，在反演中得到儲(chǔ)層的真實(shí)絕對波阻抗。圖3表明：受蓋層影響振幅較弱區(qū)域，在地質(zhì)約束反演剖面中顯示為較好連續(xù)氣層，實(shí)鉆獲得厚達(dá)28m的高產(chǎn)氣層。

2.3 砂體耦合效應(yīng)

圖3 泥巖蓋層影響及消除的地震顯示剖面圖

DF13區(qū)黃流組儲(chǔ)層為海底扇相沉積，各砂體空間相互疊置，單砂體雕刻難度大。通常地，兩個(gè)砂體之間隔層厚度發(fā)生變化時(shí)，兩個(gè)砂體的反射系數(shù)在與子波褶積時(shí)會(huì)產(chǎn)生干涉耦合效應(yīng)，各自反射強(qiáng)度發(fā)生變化，偏離真實(shí)地震反射。相互之間的影響程度取決于各砂體的反射系數(shù)及砂體間隔層厚度。

利用正演模型研究隔層厚度對儲(chǔ)層干涉耦合的影響，結(jié)果顯示：當(dāng)隔層厚度低于地震分辨率時(shí)，下伏砂體的振幅會(huì)隨泥巖隔層的厚度變薄而變?。欢?dāng)泥巖隔層厚度增大到地震分辨率時(shí)會(huì)對下伏砂體振幅起到增強(qiáng)作用。在不知砂體間實(shí)際受耦合效應(yīng)影響程度的時(shí)候，主要采取針對特殊目標(biāo)層的地震正演研究來解決這一影響因素。如圖4所示，砂體邊部振幅逐漸減弱為砂體厚度逐漸減薄與隔層厚度逐漸減薄的綜合影響，所以不能以該區(qū)域較弱振幅否認(rèn)砂體邊緣部位含氣性。同時(shí)該研究也顯示，當(dāng)砂體厚度低于5m時(shí)，如果泥巖隔層較薄，則頂面反射顯示砂體過早尖滅，造成砂體地震解釋范圍比實(shí)際展布范圍小。所以是砂體間耦合效應(yīng)對地震反射的影響程度主要取決于地震資料分辨率。

圖4 砂體耦合效應(yīng)正演顯示剖面圖

2.4 儲(chǔ)層厚度

業(yè)界關(guān)于調(diào)諧厚度的研究已經(jīng)比較深入[13]。受本區(qū)沉積特征影響，儲(chǔ)層厚度橫向變化較大。水道中砂體厚度較大時(shí)，頂面振幅反射強(qiáng)度與真實(shí)反射系數(shù)呈正比。隨著儲(chǔ)層厚度減薄，到達(dá)調(diào)諧厚度時(shí)，儲(chǔ)層頂面振幅急劇增強(qiáng)。故本區(qū)儲(chǔ)層預(yù)測必須應(yīng)用地震沉積學(xué)的思路，先區(qū)分大于調(diào)諧厚度和小于調(diào)諧厚度的區(qū)域，然后，在此基礎(chǔ)上開展儲(chǔ)層厚度描述，從而剝離地震反射調(diào)諧對儲(chǔ)層厚度描述的影響。

對于大于地震調(diào)諧厚度的區(qū)域，儲(chǔ)層厚度可以直接采用地震解釋的時(shí)差和層速度計(jì)算得到。而對于低于地震調(diào)諧厚度區(qū)域儲(chǔ)層厚度的描述，主要利用本區(qū)實(shí)際砂體巖石物理參數(shù)，建立正演模型，模擬厚度與振幅的相關(guān)關(guān)系，并用于求取儲(chǔ)層的厚度。該方法預(yù)測得到的儲(chǔ)層厚度得到了后鉆多口井的檢驗(yàn)，誤差均在勘探允許的范圍內(nèi)，說明了該方法的合理性。

2.5 儲(chǔ)層物性

為研究高溫高壓條件下，儲(chǔ)層物性變化對地震反射特征的影響，筆者從巖石物理研究角度出發(fā)，正演儲(chǔ)層流體不變條件下儲(chǔ)層速度、密度變化情況，并以此為基礎(chǔ)，正演對地震反射振幅的影響。本次巖石物理研究利用本區(qū)的巖心實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與測井解釋數(shù)據(jù)，采用Xu－White模型，建立孔隙度與泥質(zhì)含量的相關(guān)關(guān)系，通過改變泥質(zhì)含量和與之對應(yīng)的孔隙度來構(gòu)建研究模型，并通過此模型來研究泥質(zhì)含量的變化對于地震速度的影響，來最終定量解讀地震振幅強(qiáng)弱的變化。

研究結(jié)果顯示（圖5），泥質(zhì)含量增加后，總孔隙度隨之降低，巖石速度及密度也應(yīng)該隨之增加。即當(dāng)儲(chǔ)層物性變差，儲(chǔ)層反射強(qiáng)度降低。如圖5所示，多口井測井曲線擬合趨勢基本相同。將各井實(shí)鉆儲(chǔ)層頂面振幅其他因素的影響剔除后，實(shí)鉆振幅值與正演模擬趨勢基本吻合。證明該規(guī)律可以代表真實(shí)物性變化條件下的地震反射變化情況。同時(shí)，該研究結(jié)果可以將地震振幅大小與物性下限（15%）相對應(yīng)，當(dāng)不受調(diào)諧及其他因素影響的時(shí)候，真實(shí)氣層頂面反射振幅在3.5左右。所以對振幅強(qiáng)度低于3.5的區(qū)域在儲(chǔ)量計(jì)算時(shí)基于風(fēng)險(xiǎn)考慮，儲(chǔ)量級(jí)別相應(yīng)降低。

圖5 孔隙度與振幅強(qiáng)度相關(guān)關(guān)系圖

2.6 儲(chǔ)層含水飽和度

Batzle[14]、夏紅敏[15]等的研究表明，在常溫常壓條件下，含氣飽和度在5%～95%之間，氣層的速度、反射系數(shù)和地震響應(yīng)差異不大，利用地震資料預(yù)測氣層含氣飽和度存在很大的難度。

本次研究根據(jù)PVT及DST測試數(shù)據(jù)，得到高溫高壓條件下氣體的密度及體積模量。研究結(jié)果顯示：當(dāng)高溫高壓儲(chǔ)層的含水飽和度低于70%時(shí)，縱波速度對含水飽和度并不敏感；當(dāng)含水飽和度大于70%時(shí)，縱波速度隨著含水飽和度的增加而逐漸增大（圖6）。對于DF13氣田來說，各井所鉆遇砂體普遍都有錄井氣測異常響應(yīng)，測井解釋含氣飽和度都在20%以上，故這些砂體在地震剖面上均表現(xiàn)為強(qiáng)振幅反射。受高溫高壓的影響，氣組內(nèi)氣水過渡帶較長，在含氣水層、氣水同層也會(huì)顯示為“亮點(diǎn)”特征。本次流體替換研究結(jié)果得到了與正常穩(wěn)壓條件下不同的含水飽和度與速度的變化趨勢，但對解決高溫高壓儲(chǔ)層的含氣飽和度預(yù)測問題還存在瓶頸。基于含氣飽和度對地震屬性的影響，在含氣范圍圈定及開發(fā)井位部署時(shí)要充分考慮氣水過渡帶問題，結(jié)合地質(zhì)信息，規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。

圖6 含水飽和度與速度相關(guān)關(guān)系圖

3 研究成果應(yīng)用

東方區(qū)高溫高壓儲(chǔ)層地震響應(yīng)特征影響因素繁多給儲(chǔ)層頂面地震響應(yīng)反射帶來很大的假象。如圖7所示，DF2井砂體頂面初始反射振幅與剔除各影響因素后振幅相差3倍。由此可見，當(dāng)各影響因素相互疊加時(shí)，儲(chǔ)層真實(shí)反射已經(jīng)被遮蓋，此時(shí)地震信息不代表真實(shí)地層信息。如何在如此繁多的信息中，剝離不利因素，找到代表真實(shí)地質(zhì)特征的地震反射則是高溫高壓儲(chǔ)層預(yù)測及烴類檢測的關(guān)鍵。

圖7 屬性影響因素綜合顯示圖

影響本區(qū)儲(chǔ)層振幅異常的因素可分為兩大類。一為儲(chǔ)層外部因素：淺層氣吸收衰減、泥巖蓋層、相鄰砂體耦合效應(yīng)。二為儲(chǔ)層自身因素：儲(chǔ)層自身物性、厚度及含水飽和度。屬性剝離技術(shù)的方法及思路為：首先找到每個(gè)儲(chǔ)層的外部影響因素，進(jìn)行定量或半定量分析后，找到相關(guān)解決方案，剔除非儲(chǔ)層因素造成的振幅假象、還原相應(yīng)厚度及物性下真實(shí)地層反射；然后根據(jù)得到的振幅信息定量分析儲(chǔ)層為何種物性及厚度；最終進(jìn)行有利儲(chǔ)層預(yù)測、含氣面積圈定和儲(chǔ)量計(jì)算。

利用地震屬性影響因素剝離技術(shù)開展的儲(chǔ)層和流體預(yù)測結(jié)果，完成4口探井、7口開發(fā)井的井位設(shè)計(jì)及優(yōu)化，同時(shí)為鶯歌海中深層高溫高壓區(qū)的勘探、開發(fā)總結(jié)了一套簡單而實(shí)用的技術(shù)方法。已鉆探井結(jié)果顯示，儲(chǔ)層預(yù)測結(jié)果與實(shí)鉆結(jié)果吻合較好，勘探成功率大幅提高。

4 結(jié)論

東方區(qū)高溫高壓儲(chǔ)層地震屬性影響因素繁多，表征復(fù)雜，但是將各影響因子在剝離分析后可以發(fā)現(xiàn)不同的地震異常都能得到很好的地質(zhì)解釋。若對本區(qū)地震屬性影響因素進(jìn)行排序，則儲(chǔ)層厚度＞儲(chǔ)層物性＞砂體耦合效應(yīng)＞低速泥巖影響＞淺層氣吸收衰減＞儲(chǔ)層含水飽和度。因?yàn)楸緟^(qū)儲(chǔ)層中受水道侵蝕影響，儲(chǔ)層內(nèi)部厚度突變，所以調(diào)諧作用對本區(qū)地震反射強(qiáng)度的影響最大。本研究結(jié)果表明：簡單利用資料進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測，會(huì)對預(yù)測結(jié)果起到非常大的誤導(dǎo)作用。只有對地震、地質(zhì)信息進(jìn)行相互融合，影響因素了然于心，才能正確地進(jìn)行屬性分析，得到我們真正需要的地質(zhì)信息。此外，鶯歌海高溫高壓儲(chǔ)層還有很多難題仍未解決，特別是氣藏的含氣飽和度預(yù)測依然缺乏有效的方法，希望將來在業(yè)界廣大同仁的共同努力下，能夠給鶯歌海盆地的油氣勘探事業(yè)帶來新的曙光。

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