擬聲波反演技術(shù)在優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的應(yīng)用——以焦石壩頁(yè)巖氣田為例

尹正武 陳超 彭嫦姿

中國(guó)石化勘探分公司

前人對(duì)頁(yè)巖氣成藏、保存條件、富集機(jī)理及選區(qū)評(píng)價(jià)做了大量的研究工作，并取得了一定的認(rèn)識(shí)［1－6］。前人的研究成果認(rèn)為，海相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖主要形成于沉積速率較慢、水體較為封閉、有機(jī)質(zhì)較為豐富的環(huán)境中［6］，例如四川盆地焦石壩頁(yè)巖氣田，該區(qū)位于川東南齊岳山—金佛山—婁山斷褶帶，其下志留統(tǒng)龍馬溪組下部發(fā)育富含筆石的黑色頁(yè)巖，指示較強(qiáng)的還原環(huán)境，為深水陸棚相沉積［7］，沉積了較厚的海相暗色泥頁(yè)巖。

2011年在焦石壩地區(qū)背斜主體較平緩部位部署了焦頁(yè)1井，目的層為上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組暗色泥頁(yè)巖，2012年11月28日，在龍馬溪組頁(yè)巖氣層（2 660～3 606m井段）射孔測(cè)試，獲20.3×104m3／d高產(chǎn)天然氣流，表明龍馬溪組泥頁(yè)巖具有良好的含氣性。焦頁(yè)1井實(shí)鉆顯示龍馬溪組下段以泥頁(yè)巖發(fā)育為主，為相對(duì)缺氧深水環(huán)境；泥頁(yè)巖厚度達(dá)89 m，底部?jī)?yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖段（TOC＞2%）厚度為38m；平均TOC為2.90%；平均含氣量為4.00m3／t。隨后完鉆的焦頁(yè)2、3、4井優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖也較為發(fā)育。

優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖的發(fā)育程度是頁(yè)巖氣勘探選區(qū)評(píng)價(jià)的首要因素，而波阻抗反演是儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中非常有效的技術(shù)。焦石壩地區(qū)龍馬溪組泥頁(yè)巖整體較為發(fā)育，但頁(yè)巖含氣儲(chǔ)層速度、密度變化小，優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖的波阻抗響應(yīng)不明顯，利用常規(guī)波阻抗反演進(jìn)行優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖定量預(yù)測(cè)存在困難。

1 優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖儲(chǔ)層特征

目前，測(cè)井和鉆井取心技術(shù)是進(jìn)行頁(yè)巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的2種主要手段［7］。有機(jī)質(zhì)豐度不僅影響了泥頁(yè)巖的生烴強(qiáng)度，同時(shí)也影響著泥頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)孔隙的發(fā)育以及吸附氣的含量，通常具有高有機(jī)質(zhì)豐度的頁(yè)巖具有高的生烴潛力以及高含量的吸附氣，故有機(jī)質(zhì)含量高是頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的基本特征［8］。

根據(jù)對(duì)焦石壩地區(qū)焦頁(yè)1、焦頁(yè)2、焦頁(yè)3、焦頁(yè)4井共347個(gè)樣品有機(jī)碳含量的測(cè)定結(jié)果表明，區(qū)內(nèi)五峰組—龍馬溪組一段黑色泥頁(yè)巖雖然在漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史時(shí)期經(jīng)受了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響和破壞作用，但仍表現(xiàn)出較高的有機(jī)碳含量，TOC值主要分布在0.46%～7.13%，平均為2.65%（表1、圖1）。

焦石壩地區(qū)各鉆井龍馬溪組泥頁(yè)巖TOC值在縱向上都具有向泥頁(yè)巖沉積建造底部層段明顯增大的特征，優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖主要分布于龍馬溪組底部，TOC＞2%為特征。如焦頁(yè)1井2 377～2 415m井段五峰組—龍馬溪組一段底部黑色頁(yè)巖，TOC≥2.0%，最高可達(dá)5.89%，平均值為3.50%，優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖層連續(xù)累計(jì)厚度達(dá)38m；焦頁(yè)2井2 533～2 575m井段的黑色碳質(zhì)頁(yè)巖TOC≥2.0%，平均值為3.74%，優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖層連續(xù)累計(jì)厚度可達(dá)42m。焦頁(yè)3井、焦頁(yè)4井優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖層連續(xù)累計(jì)厚度可達(dá)41m和38.5m，TOC平均值分別為3.35%和3.65%。

表1 焦石壩地區(qū)五峰組—龍馬溪組一段泥頁(yè)巖TOC統(tǒng)計(jì)表

圖1 焦石壩地區(qū)五峰組—龍馬溪組一段泥頁(yè)巖TOC直方圖

2 擬聲波曲線(xiàn)重構(gòu)

特征曲線(xiàn)重構(gòu)是以地質(zhì)、測(cè)井、地震綜合研究為基礎(chǔ)，針對(duì)具體地質(zhì)問(wèn)題和反演目標(biāo)，以巖石物理學(xué)為基礎(chǔ)，從多種測(cè)井曲線(xiàn)中優(yōu)選，并重構(gòu)出能反映儲(chǔ)層特征的曲線(xiàn)［9］。理論上，常規(guī)測(cè)井系列中的自然電位、自然伽馬、補(bǔ)償中子、密度、電阻率等測(cè)井曲線(xiàn)都可用于識(shí)別儲(chǔ)層，與聲波時(shí)差建立較好的相關(guān)性，通過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法轉(zhuǎn)換成擬聲波時(shí)差曲線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層特征曲線(xiàn)重構(gòu)［10－11］?；趦?yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖高TOC的特征，首先利用小波多尺度分解技術(shù)提取聲波測(cè)井曲線(xiàn)的低頻信息；然后再利用統(tǒng)計(jì)回歸方法提取TOC曲線(xiàn)的高頻信息；最后利用信息融合技術(shù)將低頻信息融合到高頻信息中，構(gòu)建既具有地層背景的低頻信息又能反映優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖變化的擬聲波曲線(xiàn)。

依據(jù)擬聲波曲線(xiàn)及原始聲波曲線(xiàn)，分別計(jì)算了焦頁(yè)3井?dāng)M聲波波阻抗曲線(xiàn)與原始波阻抗曲線(xiàn)，對(duì)比兩者（圖2）可以看出，原始波阻抗曲線(xiàn)中泥頁(yè)巖與優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖波阻抗值區(qū)分較小，均為10 000～12 000（g／cm3）·（m／s）；擬聲波后優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖段的波阻抗值明顯的降低，相比泥頁(yè)巖的波阻抗范圍［10 000～12 000（g／cm3）·（m／s）］，高TOC優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖的波阻抗為8 000～11 000（g／cm3）·（m／s）。依據(jù)擬聲波波阻抗值可以有效地區(qū)分優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖。

對(duì)焦頁(yè)1、2、3、4井分別進(jìn)行了聲波擬合及波阻抗曲線(xiàn)計(jì)算后，統(tǒng)計(jì)了擬聲波波阻抗與原始波阻抗曲線(xiàn)的直方圖分布（圖3）。從圖3中可以看出：依據(jù)原始波阻抗無(wú)法區(qū)分出泥頁(yè)巖與優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖，而依據(jù)擬聲波波阻抗小于10 000（g／cm3）·（m／s）的門(mén)檻值則可以有效區(qū)分出優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖。

圖2 擬聲波波阻抗曲線(xiàn)與原始波阻抗曲線(xiàn)對(duì)比圖

圖3 擬聲波波阻抗曲線(xiàn)與原始波阻抗曲線(xiàn)直方圖

3 應(yīng)用效果

擬聲波波阻抗反演采用稀疏脈沖反演方法，該反演能有效地將測(cè)井信息與地震數(shù)據(jù)體結(jié)合起來(lái)，反演過(guò)程中應(yīng)用了測(cè)井的縱向分辨率及地震的橫向分辨率信息［12］。首先采用TOC曲線(xiàn)重構(gòu)聲波曲線(xiàn)，利用優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖高TOC的信息，將優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖從泥頁(yè)巖中凸現(xiàn)出來(lái)；其次利用精細(xì)標(biāo)定計(jì)算的擬聲波波阻抗構(gòu)建合理的地層模型；最后利用地震及模型信息進(jìn)行擬聲波波阻抗反演。

圖4為過(guò)焦頁(yè)1－2－4井的原始波阻抗剖面（a）與擬聲波反演的波阻抗剖面（b）。對(duì)比兩者可以看出，原始波阻抗剖面上優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖與泥頁(yè)巖不能有效地進(jìn)行區(qū)分，波阻抗值均分布于8 000～11 000（g／cm3）·（m／s）（圖4－a中紅黃色區(qū)域），無(wú)法有效地解釋出優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖的頂；而在擬聲波阻抗反演剖面上可以直接刻畫(huà)出優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖的縱橫向變化情況，優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖的擬聲波波阻抗值較小［小于10 000（g／cm3）·（m／s）］，優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖上部波阻抗值明顯升高［大于10 000 （g／cm3）·（m／s）］，優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖的頂部界限清晰，可以有效地追蹤解釋。

最后分別應(yīng)用常規(guī)波阻抗與擬聲波波阻抗反演的結(jié)果，依據(jù)優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖的擬聲波波阻抗響應(yīng)值提取焦石壩地區(qū)三維優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖的厚度（圖5），擬聲波波阻抗反演預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)鉆井基本一致，預(yù)測(cè)誤差小于1 m；而依據(jù)常規(guī)波阻抗反演的預(yù)測(cè)結(jié)果誤差較大，焦頁(yè)4井誤差大于5m，相對(duì)誤差均大于4%，不能滿(mǎn)足優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖厚度預(yù)測(cè)的精度要求（表2）。

從圖5可以看出：焦石壩地區(qū)三維主體部位優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖整體發(fā)育，主體部位優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖厚度均大于35 m，由東北到西南優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖厚度增厚，應(yīng)用擬聲波波阻抗反演預(yù)測(cè)的優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖厚度變化趨勢(shì)更精細(xì)，優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖發(fā)育的展布特征也得到了更好的刻畫(huà)。

圖4 過(guò)焦頁(yè)1、2、4井原始波阻抗與擬聲波波阻抗反演剖面圖

圖5 焦石壩地區(qū)優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖厚度預(yù)測(cè)圖

表2 優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖厚度預(yù)測(cè)誤差統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)論

1）基于優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖具有高TOC值的這一特征，提出了利用擬聲波反演進(jìn)行優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖定量預(yù)測(cè)的技術(shù)：首先利用小波多尺度分解技術(shù)提取聲波測(cè)井曲線(xiàn)中的低頻信息，再利用信息融合技術(shù)將TOC曲線(xiàn)與原始聲波曲線(xiàn)重構(gòu)成擬聲波曲線(xiàn)，最后利用稀疏脈沖波阻抗反演技術(shù)進(jìn)行優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖的定量預(yù)測(cè)。

2）焦石壩地區(qū)龍馬溪組下部?jī)?yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖整體發(fā)育，主體部位優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖厚度均大于35m。擬聲波反演預(yù)測(cè)結(jié)果與后續(xù)實(shí)鉆井基本結(jié)果一致，預(yù)測(cè)誤差小于1m，同時(shí)龍馬溪組優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖的展布特征也得到了有效刻畫(huà)。

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