鶯歌海盆地樂東區(qū)中層薄氣層AVO特征分析*

劉 峰 周家雄 裴健翔 高 華 潘光超

(中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司)

鶯歌海盆地樂東區(qū)中層薄氣層AVO特征分析*

劉 峰 周家雄 裴健翔 高 華 潘光超

(中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司)

為了進(jìn)一步弄清鶯歌海盆地樂東底辟區(qū)中層超壓氣層的AVO類型及主控因素,探索適合本地區(qū)中層相應(yīng)地質(zhì)條件下的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)及烴類檢測(cè)方法,進(jìn)而提高中層勘探成效,從巖石物理統(tǒng)計(jì)特征出發(fā),針對(duì)底辟區(qū)淺、中層2種典型氣層在儲(chǔ)層成因、物性與溫壓等方面的差異,以橫波速度預(yù)測(cè)技術(shù)為基礎(chǔ),采用流體替代、變孔隙度模擬等手段對(duì)該區(qū)中層薄氣層AVO特征進(jìn)行了分析。與淺層常壓氣層的Ⅲ類AVO異常不同,該區(qū)中層超壓氣層主要為Ⅱ類AVO異常,儲(chǔ)層孔隙度的變化是影響中層氣層波阻抗變化及AVO特征的主控因素。由于該區(qū)中層儲(chǔ)層物性差,超壓薄氣層頂界所產(chǎn)生的強(qiáng)振幅異常主要是由于該氣層AVO效應(yīng)和薄氣層調(diào)諧效應(yīng)所產(chǎn)生,此類振幅陷阱應(yīng)在中深層勘探中予以足夠重視。

鶯歌海盆地;樂東區(qū);中層薄氣層;AVO響應(yīng);橫波速度預(yù)測(cè);正演模擬;調(diào)諧效應(yīng)

經(jīng)過20多年的勘探,鶯歌海盆地樂東區(qū)淺層已經(jīng)成為南海西部海域主要的天然氣生產(chǎn)區(qū)之一[1-4]。隨著淺層常溫常壓領(lǐng)域勘探程度日益增高,該地區(qū)中深層天然氣勘探潛力越來越引起重視[5]。近幾年,盡管針對(duì)樂東區(qū)中深層加大了鉆探力度,但效果并不理想,失利原因主要表現(xiàn)在2個(gè)方面[6]:一是儲(chǔ)層問題,中深層一般發(fā)育淺海環(huán)境下大套泥巖背景的沉積體系,由于遠(yuǎn)離物源輸送端,沉積物普遍偏細(xì),儲(chǔ)層物性差;二是受高溫超壓影響,對(duì)中深層目標(biāo)地震反射特征及含氣性規(guī)律認(rèn)識(shí)不清。探井資料揭示,鶯歌海盆地中深層具有典型的快速充填、高溫超壓特征[7],快速充填致使泥巖成巖過程中排水不暢,易形成欠壓實(shí);同時(shí),高溫超壓又促使泥巖大量脫水、軟化,從而降低泥巖內(nèi)摩擦力,增強(qiáng)塑性流動(dòng)[8-9],導(dǎo)致中深層巖石物理性質(zhì)發(fā)生一定的改變,進(jìn)而對(duì)中深層儲(chǔ)層的地球物理響應(yīng)特征產(chǎn)生較大的影響,特別是當(dāng)儲(chǔ)層物性較差時(shí),這種影響更為明顯。

鑒于鶯歌海盆地樂東區(qū)中深層地質(zhì)條件的復(fù)雜性,常規(guī)的淺層氣層“亮點(diǎn)”識(shí)別技術(shù)已不能滿足中深層勘探的需要,為提高中深層勘探成效,筆者針對(duì)淺層與中深層在儲(chǔ)層成因、物性與溫壓條件等方面的差異,開展了氣層AVO特征分析及模型正演研究,旨在弄清中深層超壓氣層的AVO類型及主控因素,為探索適合本區(qū)中深層相應(yīng)地質(zhì)條件下的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)及烴類檢測(cè)參數(shù)與方法提供借鑒和指導(dǎo)。

1 樂東區(qū)中深層氣層巖石物理特征

鶯歌海盆地樂東區(qū)中深層儲(chǔ)層物性差、高壓面淺,高溫超壓作用改變了中深層的巖石物理性質(zhì),導(dǎo)致中深層氣層與淺層氣層的巖石物理特征存在明顯的差異。

樂東區(qū)已鉆井氣層的巖石物理統(tǒng)計(jì)分析表明,地層巖石縱波速度隨埋深的增加具有先增大后減小的特征,地層進(jìn)入超壓帶后,速度開始發(fā)生明顯的反轉(zhuǎn)。在淺層常壓帶,儲(chǔ)層與泥巖速度差異不大,儲(chǔ)層含氣后速度相對(duì)于泥巖明顯減小,流體性質(zhì)(含氣性)的變化是影響淺層波阻抗變化的主控因素;在中深層超壓帶,儲(chǔ)層速度比泥巖略大,儲(chǔ)層含氣后雖然速度有所減小,但由于儲(chǔ)層物性的差異,中深層出現(xiàn)了2種類型的氣層。一類為常規(guī)低波阻抗氣層,這類氣層往往物性好,以濁積水道砂沉積為主,分布非常局限;另一類為高波阻抗氣層,這類氣層物性較差,以濁積席狀砂沉積為主,分布廣,目前樂東區(qū)底辟帶中深層鉆井揭示的多為此類儲(chǔ)層(圖1)。

針對(duì)樂東區(qū)中深層氣層巖石物理特征,為分析中深層高波阻抗氣層的AVO特征,掌握影響中深層此類儲(chǔ)層波阻抗變化的主控因素,筆者從沉積環(huán)境、成因類型、曲線形態(tài)、溫壓條件、波阻抗特征等5個(gè)方面進(jìn)行了分析,優(yōu)選L5井淺層T23常壓低阻抗氣層和L6井中層T25超壓高阻抗氣層2個(gè)典型案例(表1及圖2、3),以橫波速度預(yù)測(cè)為基礎(chǔ),分別對(duì)各氣層段進(jìn)行流體替代和變孔隙度模擬,分析含氣飽和度和孔隙度變化對(duì)氣層的縱橫波速度、密度及泊松比的影響;進(jìn)而利用Zoeppritz方程計(jì)算各種條件下不同入射角時(shí)氣層頂面的P-P波反射系數(shù),進(jìn)行AVO正演模擬響應(yīng)分析。

圖1 鶯歌海盆地樂東區(qū)淺層(常壓帶)、中層(超壓帶)儲(chǔ)層縱波速度分析

表1 鶯歌海盆地樂東區(qū)L5、L6井氣層巖石物理參數(shù)及沉積特征對(duì)比表

圖2 鶯歌海盆地樂東區(qū)過L5井波阻抗反演剖面及L5井綜合柱狀圖

圖3 鶯歌海盆地樂東區(qū)過L6井波阻抗反演剖面及L6井綜合柱狀圖

圖4 鶯歌海盆地樂東區(qū)鄰區(qū)D3井砂泥巖地層橫波速度預(yù)測(cè)結(jié)果

2 橫波速度預(yù)測(cè)方法優(yōu)選

本次研究的2口井因缺乏實(shí)測(cè)的橫波速度資料,故在進(jìn)行氣層AVO分析之前,首先要開展橫波速度預(yù)測(cè)研究。

目前,橫波速度預(yù)測(cè)方法主要分為兩大類。一類為經(jīng)驗(yàn)公式法[10-13],其中最經(jīng)典的是J.P.Castagna等[14-15]給出的飽含水砂、泥巖縱波速度-橫波速度經(jīng)驗(yàn)公式(即著名的泥巖基線),其核心思想認(rèn)為巖石骨架參數(shù)的變化是影響巖石橫波變化的主要因素。經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)測(cè)法缺乏明確的物理意義,但該方法計(jì)算簡(jiǎn)單且通常能得到比較穩(wěn)定的預(yù)測(cè)結(jié)果。另一類為巖石物理理論模型預(yù)測(cè)法,其中最常用的是基于Gassmann方程的橫波速度預(yù)測(cè)法[16]和Xu-White模型橫波速度預(yù)測(cè)法[17-18]。巖石物理理論模型預(yù)測(cè)法充分考慮了儲(chǔ)層孔隙形狀、溫壓及孔隙內(nèi)流體及其礦化度對(duì)縱、橫波速度的影響,具有較好的物理基礎(chǔ)和較高的精度,但該方法理論模型參數(shù)比較復(fù)雜,難以把握,且計(jì)算量較大。

為了得到較為準(zhǔn)確的橫波速度,為后續(xù)的氣層AVO特征分析奠定基礎(chǔ),對(duì)各種模型的參數(shù)進(jìn)行了精細(xì)研究,并優(yōu)選了經(jīng)典的Castagna經(jīng)驗(yàn)公式法和Gassmann理論方程法分別進(jìn)行橫波速度預(yù)測(cè)。

利用上述2種方法,分別對(duì)L5、L6井進(jìn)行了橫波速度預(yù)測(cè)。為了分析預(yù)測(cè)的橫波速度的準(zhǔn)確性,選取鄰區(qū)具有實(shí)測(cè)橫波速度資料的D3井為驗(yàn)證井。圖4為D3井采用以上2種方法預(yù)測(cè)的橫波速度與實(shí)測(cè)的橫波速度的對(duì)比圖,可以看出:在泥巖段,2種方法預(yù)測(cè)的橫波速度均與實(shí)測(cè)值基本重合;在氣層段,2種方法預(yù)測(cè)的橫波速度比實(shí)測(cè)值略小,其中基于Gassmann方程的橫波速度預(yù)測(cè)法充分考慮了儲(chǔ)層孔隙形狀、流體特征及溫壓對(duì)縱、橫波速度的影響,預(yù)測(cè)精度更高。因此,選擇基于Gassmann方程的橫波速度預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行流體替代與AVO正演模擬分析。

3 流體替代與AVO正演模擬分析

基于L5、L6兩口井的Gassmann方程橫波速度預(yù)測(cè)結(jié)果,以流體替代和變孔隙度模擬為手段,開展了氣層的AVO正演模型研究,其中用流體替代來模擬和定量分析孔隙流體對(duì)含流體巖石彈性參數(shù)的影響,用變孔隙度模型來模擬和定量分析骨架變化對(duì)巖石彈性參數(shù)的影響。

3.1 L5井淺層常壓氣層流體替代與AVO正演模擬

對(duì)L5井T23氣層進(jìn)行原狀地層(含氣飽和度約40%)條件下的AVO模型正演結(jié)果(圖5)表明,在原狀地層條件下,該淺層氣層具有典型的AVO特征,反射振幅隨入射角增大而明顯增大。對(duì)該氣層進(jìn)行流體替換及變孔隙度模擬,并生成不同含氣飽和度、不同孔隙度條件下的振幅隨入射角變化的正演合成記錄,然后拾取各種正演模擬結(jié)果的氣層頂界反射系數(shù),得到了不同含氣飽和度和不同孔隙度條件下反射系數(shù)隨入射角的變化曲線(圖6)。

圖5 鶯歌海盆地樂東區(qū)L5井淺層常壓氣層原狀地層條件下氣層頂面AVO響應(yīng)(孔隙度18.5%)

圖6 鶯歌海盆地樂東區(qū)L5井T23氣層頂界面反射系數(shù)隨入射角的變化曲線

圖6a展示了不同含氣飽和度(0、20%、40%、60%、80%、100%)條件下反射系數(shù)隨入射角的變化情況,可以看出:淺層T23氣層屬于典型的III類AVO異常,反射系數(shù)(絕對(duì)值)隨入射角的增大而增大;飽含水層(S g=0)與氣層(S g=100%)反射系數(shù)差異明顯,純水層波阻抗略高于上覆泥巖;隨含氣飽和度的增大,地層波阻抗降低,反射系數(shù)的差異越來越小,含氣水層與氣層差異不大,但這種差異具有隨著入射角的增大而增大的趨勢(shì)。圖6b為不同孔隙度條件下反射系數(shù)隨入射角的變化曲線圖,可以看出:隨著孔隙度增大,反射系數(shù)降低;孔隙度從6.5%變化到30.5%時(shí),近道(0°)反射系數(shù)由0.1下降到-0.2,且隨著氣層孔隙度變化,氣層頂界的反射系數(shù)差異總體上隨著入射角的增加而減小;當(dāng)孔隙度較小(＜12%)時(shí),T23氣層波阻抗大于上覆泥巖,表現(xiàn)為高波阻抗氣層,道集剖面上會(huì)出現(xiàn)極性反轉(zhuǎn);當(dāng)孔隙度＞12%時(shí),表現(xiàn)為低波阻抗氣層,道集上不會(huì)出現(xiàn)極性反轉(zhuǎn)。

綜合分析圖6可以認(rèn)為,孔隙度的變化對(duì)AVO的影響要大于流體性質(zhì)對(duì)AVO的影響,即孔隙度是影響氣層波阻抗變化的主控因素。當(dāng)孔隙度由10%變?yōu)?0%時(shí),反射系數(shù)變化范圍為0.05～-0.2;而當(dāng)含氣飽和度由0逐漸增大到100%時(shí),反射系數(shù)變化范圍為0～-0.1。當(dāng)孔隙度＞20%時(shí),孔隙度對(duì)AVO的影響已占主導(dǎo)地位,儲(chǔ)層無論充滿何種流體,均表現(xiàn)為低波阻抗特征,道集上不會(huì)出現(xiàn)極性反轉(zhuǎn)。當(dāng)孔隙度＜20%時(shí),儲(chǔ)層的波阻抗特征與其含氣飽和度密切相關(guān),含氣飽和度較高時(shí)儲(chǔ)層表現(xiàn)為明顯的低波阻抗特征,且儲(chǔ)層波阻抗隨著含氣飽和度的降低而增大。

3.2 L6井中層超壓薄氣層流體替代與AVO正演模擬

對(duì)L6井T25氣層進(jìn)行流體替代,假定其氣層含氣飽和度分別為0、20%、60%等3種情況,通過理論計(jì)算得到了不同含氣飽和度時(shí)氣層頂面的AVO正演響應(yīng)(圖7)。從圖7可以看出,當(dāng)含氣飽和度低于50%時(shí),地層波阻抗接近上覆泥巖,頂面反射微弱。利用Zoeppritz方程對(duì)L6井T25儲(chǔ)層AVO正演模擬結(jié)果進(jìn)行計(jì)算得到了不同含氣飽和度和不同孔隙度情況下,不同入射角時(shí)儲(chǔ)層頂面P-P波反射系數(shù)的變化情況(圖8)。結(jié)果表明,L6井T25氣層屬于II類AVO異常,同樣是孔隙度的變化對(duì)AVO的影響要大于流體性質(zhì)對(duì)AVO的影響。當(dāng)孔隙度由12%逐漸增大到24%時(shí),反射系數(shù)變化范圍為0.02～-0.1;而當(dāng)含氣飽和度由0逐漸增大到100%,反射系數(shù)變化范圍為0～-0.05。對(duì)于L6井T25儲(chǔ)層,AVO臨界孔隙度約為18.2%。當(dāng)孔隙度＞18.2%時(shí),儲(chǔ)層無論充滿何種流體,均表現(xiàn)為低波阻抗特征,道集上不會(huì)出現(xiàn)極性反轉(zhuǎn);當(dāng)孔隙度＜18.2%時(shí),儲(chǔ)層的波阻抗特征與其含氣飽和度密切相關(guān),含氣飽和度較高時(shí)表現(xiàn)為一定的低波阻抗特征,且儲(chǔ)層波阻抗隨著含氣飽和度降低而增大。

圖7 鶯歌海盆地樂東區(qū)L6井T25超壓薄氣層不同含氣飽和度時(shí)氣層頂面AVO響應(yīng)(孔隙度16.2%)

圖8 鶯歌海盆地樂東區(qū)L6井T25氣層頂界面反射系數(shù)隨入射角度的變化曲線

4 中層薄氣層AVO響應(yīng)地震正演與調(diào)諧效應(yīng)分析

通過井點(diǎn)AVO特征分析,弄清了中層超壓薄氣層的AVO類型及主控因素,但L6井中層T25薄氣層存在地震反射振幅與合成記錄不一致的問題。如圖9所示,L6井T25氣層為一套高波阻抗砂巖中儲(chǔ)層物性相對(duì)較好的層段,厚度為4.3 m,氣層與上下圍巖的密度、速度、波阻抗差異并不明顯,合成地震記錄上表現(xiàn)為一暗點(diǎn),而地震剖面上顯示為明顯的強(qiáng)振幅異常。為了剖析這一假象的本質(zhì),設(shè)計(jì)了2個(gè)模型,從薄氣層AVO響應(yīng)正演模擬和調(diào)諧效應(yīng)分析這2個(gè)角度對(duì)這一地震異常進(jìn)行解析。

圖9 鶯歌海盆地樂東區(qū)L6井中層T25薄氣層合成記錄

4.1 L6井中層薄氣層AVO響應(yīng)地震正演

L6井T25整套砂巖儲(chǔ)層厚度為36.5 m,由三部分組成,頂部為一套物性較差的高速砂巖(厚度7.5m),中間為薄氣層(厚度4.3m),其下也是一套高速砂巖(厚度24.7m)。根據(jù)L6井T25薄氣層及上、下儲(chǔ)層與圍巖的實(shí)鉆地層參數(shù)建立了層狀模型,并采用變偏移距的方法對(duì)薄氣層頂面進(jìn)行了地震正演模擬,結(jié)果表明:隨著偏移距增大(自左至右分別為0、300、600、900、1200、1500、1800m),氣層振幅(絕對(duì)值)逐漸增大,但偏移距超過1200m時(shí),氣層振幅(絕對(duì)值)增大幅度已變得較弱(圖10)。根據(jù)彈性縱波在介質(zhì)分界上的反射和透射原理[2],接收到的地震信號(hào)實(shí)際是反射P波與反射SV波的疊加,合成記錄標(biāo)定所用的聲波時(shí)差相當(dāng)于反射P波,氣層AVO響應(yīng)會(huì)使合成記錄與地震道之間產(chǎn)生一定的差異。因此,正演結(jié)果說明L6井T25薄氣層存在AVO響應(yīng),從而促使地震反射產(chǎn)生強(qiáng)振幅陷阱。

圖10 鶯歌海盆地樂東區(qū)L6井T25薄氣層變偏移距地震正演模型參數(shù)及結(jié)果(自左至右偏移距分別為0、300、600、900、1200、1500、1800m)

4.2 L6井中層薄氣層調(diào)諧效應(yīng)分析

L6井T25薄氣層上覆高速砂巖的存在強(qiáng)化了薄氣層與圍巖的波阻抗差異,為了分析不同厚度薄層調(diào)諧作用對(duì)地震振幅的影響,以該薄氣層頂界為反射界面,選取氣層段儲(chǔ)層參數(shù)建立了楔狀地質(zhì)模型,并進(jìn)行了正演模擬(圖11),結(jié)果表明:在井點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的氣層厚度處,氣層頂、底面的反射呈干涉相消,氣頂反射振幅微弱;儲(chǔ)層厚度18 m(約1/4波長(zhǎng))時(shí),儲(chǔ)層頂、底面的反射相互加強(qiáng),此時(shí)反射振幅達(dá)到最大;隨著儲(chǔ)層厚度的繼續(xù)增大,儲(chǔ)層頂、底面基本可以分開,反射振幅也逐漸穩(wěn)定不再受厚度的影響。由于L6井T25薄氣層與上覆的高速砂巖存在較大的波阻抗差,且薄氣層下部的高速砂巖厚度超過調(diào)諧厚度,因此在下部高速砂巖內(nèi)部調(diào)諧厚度處產(chǎn)生了強(qiáng)反射。由此可見,薄層厚度的變化對(duì)地震振幅的影響很大,不僅零偏移距振幅遵循薄層調(diào)諧原理,AVO異常幅度同樣遵循薄層調(diào)諧原理[19-21],在調(diào)諧厚度處,頂?shù)捉缑嬲穹黠@變強(qiáng)。所以,薄層調(diào)諧作用加劇了L6井T25薄氣層識(shí)別中的強(qiáng)振幅陷阱。

圖11 鶯歌海盆地樂東區(qū)L6井T25薄氣層楔狀地質(zhì)模型及其正演結(jié)果

5 結(jié)論

1)針對(duì)鶯歌海盆地樂東底辟區(qū)淺層與中深層氣層在儲(chǔ)層成因、物性及溫壓條件等方面的差異,從該區(qū)巖石物理統(tǒng)計(jì)特征出發(fā),以橫波速度預(yù)測(cè)技術(shù)為基礎(chǔ),采用流體替代、變孔隙度模擬等手段對(duì)該區(qū)中層薄氣層AVO特征進(jìn)行了分析,結(jié)果表明:與淺層常壓氣層的Ⅲ類AVO異常不同,該區(qū)中層超壓氣層主要為Ⅱ類AVO異常?？紫抖仁怯绊懺搮^(qū)中層氣層波阻抗變化及AVO特征的主控因素。當(dāng)孔隙度比較大(＞20%)時(shí),孔隙度對(duì)該區(qū)中層氣層AVO特征的影響占據(jù)主導(dǎo)地位,此時(shí)無論儲(chǔ)層充滿何種流體,均表現(xiàn)為低波阻抗特征,道集上不會(huì)出現(xiàn)極性反轉(zhuǎn)。

2)從薄氣層AVO響應(yīng)正演模擬和調(diào)諧效應(yīng)分析的角度揭示了該區(qū)L6井中層超壓薄氣層強(qiáng)振幅陷阱的形成機(jī)理,即其頂界所產(chǎn)生的強(qiáng)振幅異常主要是由于該氣層AVO效應(yīng)和薄氣層調(diào)諧效應(yīng)產(chǎn)生的,其AVO響應(yīng)幅度不僅受泊松比差異的影響,同時(shí)也受薄層厚度的影響,遵循調(diào)諧規(guī)律,在調(diào)諧厚度處AVO響應(yīng)振幅達(dá)到最大。鑒于該區(qū)中層儲(chǔ)層物性差,此類振幅陷阱應(yīng)在中深層勘探中予以足夠的重視。

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(編輯:周雯雯)

An analysis of AVO characteristics in thin gas reservoirs with a middle depth in Ledong area,Yinggehai basin

Liu Feng Zhou Jiaxiong Pei Jianxiang Gao Hua Pan Guangchao

(Zhanjiang Branch of CNOOC Ltd.,Guangdong,524057)

In order to further examine the AVO types and their main controls in overpressured gas reservoirs with a middle depth in Ledong diapir area, Yinggehai basin,explore the methods of reservoir prediction and hydrocarbon detection suitable for the middle-deep intervals there,and finally improve the success rate of exploration in these intervals,the approaches such as fluid substitution and variable porosity simulation were used to analyze the AVO characteristics in thin gas reservoirs with a middle depth in this area,by starting from the statistical petrophysical characteristics,considering the differences in reservoir origin,petrophysics,temperature and pressure for two typical gas reservoirs with a shallow and middle depth respectively in the diapir area,and basing on the technique to predict shearwave velocity.In contrast to the AVO anomaly of TypeⅢin shallow gas reservoirs with normal pressure,the overpressure gas reservoirs with a middle depth are predominated by the AVO anomaly of TypeⅡ,and the porosity change is the main control over impedance and AVO characteristics in these gas reservoirs.Owing to poor petrophysical properties of the reservoir rocks with a middle depth,the strong amplitude anomalies on the top of these overpressured thin gas reservoirs are primarily caused by their AVO effect and tuning.Such pitfall of amplitude should be given enough attention in gas exploration in these middle-deep intervals.

Yinggehai basin;Ledong area;thin gas reservoirs with a middle depth;AVO response; shear-wave velocity prediction;forward modeling; tuning effect

2013-06-25改回日期:2013-10-26

*“十二五”國(guó)家科技重大專項(xiàng)“鶯瓊盆地高溫高壓天然氣成藏主控因素及勘探方向(編號(hào):2011ZX05023-004)”部分研究成果。

劉峰,男,工程師,2005年畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院,獲碩士學(xué)位,現(xiàn)主要從事鶯歌海盆地油氣勘探研究工作。地址:廣東省湛江市坡頭區(qū)中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司研究院廣發(fā)樓603室(郵編:524057)。電話:0759-3912460。E-mail:liufeng2@cnooc.com.cn。