沉積期次控制下的砂礫巖體有效儲層地球物理綜合預(yù)測

惠長松,許浩天,李湘軍,曹麗萍,于景強

(1.中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司物探研究院,山東東營257000;2.長江大學(xué)地球物理科學(xué)學(xué)院,湖北武漢430100;3.中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司濱南采油廠,山東濱州256600)

沉積期次控制下的砂礫巖體有效儲層地球物理綜合預(yù)測

惠長松1,許浩天2,李湘軍3,曹麗萍1,于景強1

(1.中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司物探研究院,山東東營257000;2.長江大學(xué)地球物理科學(xué)學(xué)院,湖北武漢430100;3.中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司濱南采油廠,山東濱州256600)

東營北帶砂礫巖體具有低孔低滲、非均質(zhì)性強的儲集特點,有效儲層空間變化快,導(dǎo)致滾動探井鉆探效果差,儲量難以落實。從沉積期次精細劃分出發(fā),結(jié)合研究區(qū)實際地質(zhì)情況,應(yīng)用隨機地震反演、物性預(yù)測、流體敏感屬性分析等地球物理技術(shù),分別對單期次砂礫巖體進行相帶展布、孔隙度平面分布預(yù)測及基于S變換吸收衰減屬性的流體檢測,得出砂礫巖體各期次成藏的有利區(qū)和富集區(qū)。利用綜合預(yù)測評價結(jié)果,指導(dǎo)井位優(yōu)化部署和新建產(chǎn)能方案設(shè)計,取得了良好的滾動勘探開發(fā)效果。

砂礫巖體;有效儲層預(yù)測;沉積期次劃分;物性下限;流體檢測

東營箕狀斷陷湖盆北部陡坡帶發(fā)育有大規(guī)模的砂礫巖體[1],在勘探過程中發(fā)現(xiàn)大量以砂礫巖儲層為主的構(gòu)造巖性油氣藏[2]。研究區(qū)位于東營北帶西段的利567塊,該區(qū)沙河街組四段沉積時期,來自陳家莊凸起的沉積物沿斜坡帶快速堆積,形成以砂、礫巖為主的近岸水下扇沉積[3]。此套砂礫巖體為斷陷內(nèi)多物源、近距離、快速堆積的產(chǎn)物[4],加之埋藏較深,成巖作用強烈,是一種低孔低滲、非均質(zhì)性強的儲集體類型,有效儲層平面變化快,導(dǎo)致滾動探井鉆探效果差,儲量難以落實。對于砂礫巖體有效儲層的預(yù)測,高云等[5]采取了疊前同時反演技術(shù),開展過東營北帶東段中深層砂礫巖體有效儲層預(yù)測方法研究,但由于目標層系埋深平均在3000m以上,地震疊前數(shù)據(jù)適用性有限。為提高東營北帶西段砂礫巖體的滾動勘探開發(fā)效果,本文根據(jù)研究區(qū)實際情況,從沉積期次精細劃分入手,應(yīng)用隨機地震反演、測井物性分析和流體敏感地震屬性分析等技術(shù),開展了沉積期次控制下的砂礫巖體有效儲層地球物理綜合預(yù)測研究。

1 砂礫巖體沉積期次劃分

砂礫巖體沉積期次劃分的核心內(nèi)容就是沉積層序的劃分與解釋。由于構(gòu)造運動具有周期性,海(湖)平面是有規(guī)律的升降[6],地層的沉積也表現(xiàn)出相應(yīng)的韻律性和旋回性,而這種旋回性恰好與時頻特征的方向性具有一致的特點。具體的期次劃分主要基于層序地層學(xué)的研究思路,同時聯(lián)合應(yīng)用鉆井、地震、測井及測試等多種資料。

首先建立從洼陷帶至陡坡帶的連井等時地層格架,建立基本覆蓋工區(qū)范圍的8條骨干剖面。結(jié)合鉆井、測井和測試資料對骨干剖面進行精細的地層對比,并利用層序地層學(xué)原理和時頻分析技術(shù)進行層序劃分,卡準大尺度期次。然后選取研究區(qū)利563井等主要探井進行單井短期沉積旋回劃分。劃分過程中,巖相突變面作為劃分旋回的主要標志面,泥巖作為最可靠的參考標志,從地質(zhì)資料出發(fā)識別層序界面。其次利用測井資料研究高分辨率層序旋回劃分方法。由于砂泥比變化基本能定量反映可容空間的變化,而自然伽馬測井曲線對砂泥比的旋回變化最為敏感,可以利用自然伽馬曲線計算砂泥比和泥砂比曲線,進行單井短期基準面旋回劃分。再利用合成地震記錄,將單井的期次劃分結(jié)果標定到地震剖面上,根據(jù)不同期次所對應(yīng)的地震響應(yīng)特征,在地震剖面上進行短旋回期次的橫向追蹤,準確描述小尺度期次。地質(zhì)、測井、地震等多種資料相結(jié)合最終劃分出單井沉積旋回(圖1)。接下來以骨干剖面連井期次對比為基礎(chǔ),通過精細的構(gòu)造解釋,落實了研究區(qū)利567塊砂礫巖體13個沉積期次的構(gòu)造及邊界。

圖1 研究區(qū)鉆井、地震、測井資料聯(lián)合單井沉積旋回劃分圖版

通過精細描述砂礫巖體的沉積期次及其內(nèi)幕旋回,為研究儲層展布特征和有效儲層地球物理預(yù)測奠定基礎(chǔ)。

2 有效儲層地球物理預(yù)測

儲集層是指能夠儲集和滲流流體的巖層,其具備相對高的孔隙性和滲透性。有效儲層是指儲集了烴類流體并且在現(xiàn)有的經(jīng)濟、技術(shù)條件下流體能夠被采出的儲集層。有效儲層物性下限是指儲集層能夠成為有效儲層應(yīng)該具有的最小有效孔隙度和最小滲透率,通常用孔隙度、滲透率的某個確定值來度量[7-8]。

利567塊沙四上亞段砂礫巖體實鉆資料分析表明：平面上,砂礫巖體有效儲層分布主要受相帶控制,由不同儲層巖石類型、碎屑組分、填隙物等構(gòu)成的沉積相帶是影響孔滲性能好壞的主控因素,總體呈現(xiàn)扇中最好(平均孔隙度8.9%,平均滲透率6.1×10-3μm2)、扇端次之(平均孔隙度6.8%,平均滲透率5.0×10-3μm2)、扇根最差(平均孔隙度4.3%,平均滲透率6.6×10-3μm2)的物性分布特征;縱向上,砂礫巖體有效儲層分布主要受埋深和巖性雙重控制,隨著埋深增大,受成巖作用影響,原生孔隙度和滲透率逐漸降低,有效儲層逐漸變少。粉砂巖等細粒沉積巖在埋深較大的情況下次生孔隙發(fā)育,仍能保持相對礫巖等粗碎屑沉積巖較高的孔隙度;而礫巖等粗碎屑沉積巖在埋深較大的情況下抗壓實能力強,能保持高于細粒沉積巖的滲透率。

砂礫巖體有效儲層空間分布的有序性為地球物理預(yù)測提供了地質(zhì)基礎(chǔ),因此借助隨機地震反演預(yù)測有利相帶,利用孔隙度下限預(yù)測確定可成藏面積,采用S變換高頻吸收衰減屬性流體檢測識別富集區(qū)域,可以分期次從不同尺度、不同角度實現(xiàn)砂礫巖體有效儲層的地球物理綜合預(yù)測。

2.1 應(yīng)用隨機地震反演預(yù)測砂礫巖體有利儲集相帶

隨機地震反演技術(shù)是一種將隨機模擬理論與地震反演相結(jié)合的反演方法,它能有效地提高地震資料的垂向分辨率,避免過分依賴初始模型,充分考慮地下地質(zhì)的隨機特性,使反演結(jié)果更加符合實際地質(zhì)情況[9-10]。該技術(shù)結(jié)合地震資料、地質(zhì)統(tǒng)計數(shù)據(jù)和地質(zhì)模型等,實現(xiàn)了地震反演與地質(zhì)統(tǒng)計模擬技術(shù)的結(jié)合。隨機地震反演利用地質(zhì)統(tǒng)計方法來獲得三維空間數(shù)據(jù)屬性的分布函數(shù),并利用該函數(shù)在地震數(shù)據(jù)的指導(dǎo)下完成反演處理。

大量實際資料研究表明,任一研究工區(qū)測井資料的概率密度函數(shù)基本是穩(wěn)定的[11]。東營北帶西段沙四段砂礫巖體具有單層厚度大、泥巖隔層薄(甚至缺失)、層間速度差異小的特點,依靠振幅及同相軸連續(xù)性的常規(guī)地震相劃分方法已無法實現(xiàn)。研究自然電位測井(SP)曲線發(fā)現(xiàn),SP曲線與儲層的相帶具有很好的對應(yīng)性。SP地質(zhì)模型隨機反演結(jié)合波阻抗及儲層測井響應(yīng)特征,可實現(xiàn)多參數(shù)共同約束下的有利儲集相帶劃分與預(yù)測。

反演結(jié)果顯示,扇根礫石堆積區(qū)具有密集分布高SP值特點;扇端由于發(fā)育多套薄層灰質(zhì)砂巖,雖然同樣具有較高的SP值,但成層狀分布特點明顯;扇中區(qū)域的SP值相對較低(圖2)。預(yù)測相帶與實鉆相帶對比,SP概率密度體很好地反映了儲層在空間上隨相帶的變化規(guī)律。在此基礎(chǔ)上提取各期次的SP概率密度體,各期次有利儲集相帶展布規(guī)律非常清晰。

圖2 研究區(qū)沉積期次八的隨機反演剖面(a)和平面分布(b)

2.2 利用孔隙度平面分布預(yù)測估算成藏面積

現(xiàn)代沉積中的陸相沉積砂層,孔隙度一般大于35%,有的可高達50%,但地下碎屑巖的孔隙度一般小于25%,有的可降低到10%以下,這主要是成巖作用影響的結(jié)果[12]。在陸相碎屑巖地層中,純凈的砂巖極少,一般砂巖都或多或少地含有泥質(zhì),如果直接用Wyllie公式計算陸相地層孔隙度,計算的結(jié)果誤差是非常大的,無法達到較好的預(yù)測目的[13]。Angeleri等[14]運用Wyllie公式的“時間平均”原理,把雙相介質(zhì)時間平均方程改為(1)式所示的三相介質(zhì)時間平均方程,從而實現(xiàn)了基于鉆井、測井資料模型的含泥質(zhì)砂巖孔隙度預(yù)測。

(1)

式中：Δt為地層中的聲波時差;φ為地層孔隙度;ψ為砂巖中的泥質(zhì)含量;Δtf為地層流體中的聲波時差;Δtsh為泥質(zhì)的聲波時差,一般受埋深控制;Δtm為巖石骨架中的聲波時差。

在實際應(yīng)用中,從利567塊沙四上亞段砂礫巖體的巖心實驗數(shù)據(jù)獲取砂巖泥質(zhì)含量,根據(jù)鉆井、測井資料建立純泥巖的速度模型和等效純凈砂巖(巖石骨架+孔隙)的速度與地層深度的函數(shù)關(guān)系,應(yīng)用(1)式計算單期次砂礫巖體孔隙度。預(yù)測結(jié)果顯示總體上具有扇中孔隙度平均值最高、扇端次之、扇根最低的趨勢;同時斷裂活動對儲層物性有明顯的改善作用,緊鄰勝北-利津斷層的儲層孔隙度明顯提高,最高可達15%。

利用地質(zhì)統(tǒng)計方法獲得東營北帶西段沙四上亞段砂礫巖體有效儲層的孔隙度下限約為5%,以5%為界定條件,孔隙度高于5%的儲層發(fā)育區(qū)為可成藏范圍,從而實現(xiàn)各期次可成藏面積的預(yù)測。

2.3 通過敏感地震屬性含流體檢測劃分富集區(qū)域

張會星等[15]的研究表明，地震波在穿過含流體雙相介質(zhì)后其頻譜發(fā)生變化，地震波低頻能量相對增強,高頻能量相對減弱，因此通過提取地震波的低頻段和高頻段能量，根據(jù)是否出現(xiàn)地震波低頻段能量相對增強、高頻段能量相對減弱，可以判斷地下介質(zhì)的雙相性或含油氣性。將廣義S變換引入到地震波吸收衰減分析中,結(jié)合應(yīng)用“低頻增加、高頻衰減”面積差值法突顯吸收衰減異常部分,突出含油氣儲層在地震記錄上的響應(yīng),從而提高油氣識別的準確性[16]。

首先建立研究區(qū)實鉆井測井模型,由正演模擬結(jié)果獲取含油氣層段地震響應(yīng)特征,并提取高頻吸收衰減屬性明確其地質(zhì)意義。正演模擬結(jié)果表明,S變換高頻吸收衰減(high frequency attenuation,HFA)屬性值SHFA的大小與儲層所含流體具有一定相關(guān)度,可有效識別油氣富集區(qū)域(本區(qū)砂礫巖油藏埋深普遍大于2800m,非“油”即“干”)。SHFA≥0.4,對應(yīng)油層或油/干間互層(如利567井2940～3010m井段);0.2≤SHFA<0.4,對應(yīng)干層(如利911井3380～3393m井段);SHFA<0.2,對應(yīng)非儲集層。

從期次六和期次八的含油氣性檢測結(jié)果來看,油氣富集規(guī)律比較明顯：受相帶控制,油氣主要富集于扇中、扇端相帶,鉆遇期次六、期次八扇根部位的利563井電測解釋基本為干層;受近南北向辮狀分流河道(推測)分布控制,油氣富集呈南北向條帶狀展布,局部部位東西向連通成片,鉆遇期次八辮狀分流河道(推測)的利567，利911，利35井獲得了工業(yè)油流,SHFA均在0.4以上(圖3)。

圖3 研究區(qū)沉積期次六(a)和沉積期次八(b)的S變換高頻吸收衰減屬性(SHFA)

2.4 有效儲層預(yù)測綜合評價

評價標準的建立是在評價參數(shù)確定的基礎(chǔ)上,結(jié)合評價對象和評價內(nèi)容的條件和特點,依據(jù)評價的目的和要求,對評價參數(shù)進行等級評價。評價參數(shù)的獲得主要是通過數(shù)據(jù)式的事實或經(jīng)過計算得到的數(shù)值確定的[17]。

具體評價原則為：儲層(孔隙度)下限為第一原則,所處相帶為第二原則,含油氣性為第三原則;三種預(yù)測方法綜合考慮。依據(jù)相帶、儲層物性、含油氣性建立砂礫巖有效儲層評價標準及等級劃分(表1)。以期次八為例,依次劃分出Ⅰ類區(qū)(處于扇中、扇端相帶,孔隙度φ≥5%,SHFA≥0.4),Ⅱ類區(qū)(處于扇中、扇端相帶,孔隙度φ≥5%,SHFA為0.2～0.4),Ⅲ類區(qū)(處于扇根、扇中、扇端相帶,孔隙度φ<5%,SHFA<0.2),分別對應(yīng)油層或油/干間互層區(qū)、干層區(qū)、非儲集層區(qū)(圖4)。

表1 利567塊砂礫巖體有效儲層評價標準及等級劃分

圖4 研究區(qū)沉積期次八有效儲層綜合評價結(jié)果

3 應(yīng)用效果分析

根據(jù)多個沉積期次有效儲層綜合評價結(jié)果的疊合分析(圖5)及成藏規(guī)律研究成果,部署鉆探了利567-X1井。該井鉆遇砂礫巖厚油層,選取部分井段壓裂試油獲得高產(chǎn),從而實現(xiàn)利567塊沙四上亞段砂礫巖體新增可采儲量近30×104t,取得了良好滾動勘探開發(fā)效果,證實了沉積期次控制下的砂礫巖體有效儲層綜合預(yù)測方法具有一定的可靠性。

圖5 利567塊砂礫巖體沉積八到十三期次有效儲層綜合評價結(jié)果疊合顯示

4 結(jié)論與認識

1) 研究區(qū)沙河街組四段砂礫巖體埋深大,低孔低滲、非均質(zhì)性強,有效儲層預(yù)測難度大?；诰殑澐值某练e期次,通過隨機地震反演預(yù)測有利相帶、孔隙度分布預(yù)測估算成藏面積和敏感地震屬性(SHFA)流體檢測劃分富集區(qū)域,綜合評價單期次有效儲層的空間展布特征,可以較好地解決砂礫巖體的有效儲層預(yù)測問題。

2) 沉積期次控制下的多參數(shù)有效儲層綜合預(yù)測,提供了一套對陸相斷陷湖盆陡坡帶砂礫巖體比較可靠的有效儲層地球物理預(yù)測方法。該方法對具有同樣地質(zhì)背景探區(qū)的砂礫巖體勘探具有一定的參考價值和借鑒作用。

[1] 孫喜新,姜在興,李國斌.利津洼陷及周邊地區(qū)沙四上亞段沉積相[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā),2009,28(6):26-31 Sun X X,Jiang Z X,Li G B.The depositional facies in formation upper Es4,Lijin Subsag and its adjacent areas[J].Petroleum Geology & Oilfield Development in Daqing,2009,28(6):26-31

[2] 范振峰,張金亮,王金凱.陡坡帶砂礫巖體儲集特征研究——以車鎮(zhèn)凹陷北帶為例[J].中國海洋大學(xué)學(xué)報,2011,41(6):93-94 Fan Z F,Zhang J L,Wang J K.Characters of glutenite reservoir in steep slope zone in case of north belt of Chezhen Depression[J].Periodical of Ocean University of China,2011,41(6):93-94

[3] 鄭浚茂,龐明.碎屑巖儲集巖的成巖作用研究[M].北京:中國地質(zhì)大學(xué)出版社,1989:1-10 Zheng J M,Pang M.Research of diagenesis of clastic rocks[M].Beijing:Press of China University of Geosciences,1989:1-10

[4] 張建忠,許建華.東營凹陷北部陡坡帶西段水下扇儲層成巖作用與孔隙演化[J].油氣地質(zhì)與采收率,2003,10(5):8-9 Zhang J Z,Xu J H.Diagenesis and pore evolution of submarine fan reservoir in the west of northern steep slope,Dongying Sag[J].Petroleum Geology and Recovery Efficiency,2003,10(5):8-9

[5] 高云,朱應(yīng)科,趙華,等.疊前同時反演技術(shù)在砂礫巖體有效儲層預(yù)測中的應(yīng)用[J].石油物探,2013,52(2):223-224 Gao Y,Zhu Y K,Zhao H,et al.Application of prestack simultaneous inversion technique in effective reservoir prediction of sand-gravel body[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2013,52(2):223-224

[6] 馮磊.利用地震資料時頻特征分析沉積旋回[J].巖性油氣藏,2011,23(2):95-96 Feng L.Using time-frequency characteristics to analyze sedimentary cycle[J].Lithologic Reservoirs,2011,23(2):95-96

[7] 郭睿.儲集層物性下限值確定方法及其補充[J].石油勘探與開發(fā),2004,31(5):140-144 Guo R.Supplement to determining method of cut-off value of net pay[J].Petroleum Exploration and Development,2004,31(5):140-144

[8] 楊通佑,范尚炯,陳元千,等.石油及天然氣儲量計算方法[M].北京：石油工業(yè)出版社,1990：31-32 Yang T Y,Fan S J,Chen Y Q,et al.Reserve calculation method for oil-gas reservoir[M].Beijing:Press of Petroleum Industry,1990：31-32

[9] 易平,林桂康.隨機地震反演技術(shù)及在文昌13-1油田的應(yīng)用[J].石油地球物理勘探,2005,40(1):87-88 Yi P,Lin G K.Seismic stochastic inversion and its application in Wenchang13-1 oilfield[J].Oil Geophysical Prospecting,2005,40(1):87-88

[10] 楊麗兵,張虹,譙述蓉,等.隨機地震反演在川西坳陷DY構(gòu)造儲層預(yù)測中的應(yīng)用[J].石油物探,2010,49(4):373-374 Yang L B,Zhang H,Qiao S R,et al.Application of stochastic seismic inversion on reservoir prediction of DY structure in Western Sichuan depression[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2010,49(4):373-374

[11] 王思權(quán),李瑞,龔德瑜,等.基于統(tǒng)計學(xué)的隨機地震反演在儲層中的應(yīng)用——以蜀南某地區(qū)嘉陵江組儲層預(yù)測為例[J].石油物探,2011,50(3):260-261 Wang S Q,Li R,Gong D Y,et al.Application of statisitics-based seismic stochastic inversion to reservoir prediction prediction——in case of reservoir prediction of Jialingjiang formation in South Sichuan[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2011,50(3):260-261

[12] 吳勝和,熊琦華,彭仕宓,等.油氣儲層地質(zhì)學(xué)[M].北京:石油工業(yè)出版社,1998:23-40 Wu S H,Xiong Q H,Peng S M,et al.Hydrocarbon reservoir geology[M].Beijing:Press of Petroleum Industry,1998:23-40

[13] 劉鐵嶺.砂巖儲層孔隙度影響因素研究 [J].石油天然氣學(xué)報,2012,34(4):97-98 Liu T L.Research on influential factors of sandstone reservoirs [J].Journal of Oil and Gas Technology,2012,34(4):97-98

[14] Angeleri G P,Carpi R.Porosity prediction from seismic data[J].Geophysical Prospecting,1982,30(5): 580-607

[15] 張會星,何兵壽,姜效典,等.利用地震波在雙相介質(zhì)中的衰減特性檢測油氣[J].石油地球物理勘探,2010,45(3):345-346 Zhang H X,He B S,Jiang X D,et al.Utilizing attenuation characteristic of seismic wave in dual-phase medium to detect oil and gas[J].Oil Geophysical Prospecting,2010,45(3):345-346

[16] 刁瑞,李振春,韓文功,等.基于廣義S變換的吸收衰減分析技術(shù)在油氣識別中的應(yīng)用[J].石油物探,2011,50(3):260-261 Diao R,Li Z C,Han W G,et al.Application of absorption and attenuation analysis technique based on generalized S transform for hydrocarbon identification[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2011,50(3):260-261

[17] 康志勇.油氣藏參數(shù)評價方法[M].北京：石油工業(yè)出版社,2013:1-20 Kang Z Y.Appraisal method of parameter in oil-gas reservoir[M].Beijing:Press of Petroleum Industry,2013:1-20

(編輯：朱文杰)

Geophysical integrated prediction of glutenite based on sedimentary cycles division

Hui Changsong1,Xu Haotian2,Li Xiangjun3,Cao Liping1,Yu Jingqiang1

(1.GeophysicalResearchInstitute,ShengliOilfieldCompany,SINOPEC,Dongying257000,China;2.SchoolofGeophysicalSciences,YangtzeUniversity,Wuhan430100,China;3.BinnanOilProductionPlant,ShengliOilfieldCompany,SINOPEC,Binzhou256600,China)

Due to reservoir characteristics of low porosity & permeability and strong heterogeneities of glutenite in the northern of Dongying Sag,the effective reservoirs varies sharply in space,leading to poor results of progressive drillings.We have difficulty in the implementation of reserve scale.By fine division of sedimentary cycles for glutenite,facies distribution prediction,porosity distribution prediction,fluid detection of low frequency absorption and high frequency attenuation attributes based on S transform for a single sedimentary cycle of glutenite are conducted by seismic stochastic inversion,physical property prediction,fluid sensitivity attributes analysis and some other geophysical techniques in the local geological conditions.Finally favorable areas of effective reservoirs distribution about all sedimentary cycles of glutenite are obtained.The integrated prediction results were used for guiding well pattern optimization and new plant scheme design and we achieved favorable rolling E&P results.

glutenite,effective reservoir prediction,sedimentary cycles division,physical property cutoff,fluid detection

2014-09-29;改回日期：2014-12-25。

惠長松(1972—)，男，高級工程師，主要從事油氣勘探綜合研究工作。

P631

A

1000-1441(2015)03-0331-06

10.3969/j.issn.1000-1441.2015.03.012