惠民凹陷營子街地區(qū)深層致密砂巖儲層含油性預測

頓宗萍

(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257022)

惠民凹陷營子街地區(qū)深層致密砂巖儲層含油性預測

頓宗萍

(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257022)

惠民凹陷營子街地區(qū)致密砂巖儲層埋深大,巖性、物性橫向變化快,油水關系復雜,應用傳統(tǒng)的疊后油氣檢測方法進行含油性識別的精度低,可靠性差。針對研究區(qū)致密砂巖儲層特征,提出了儲層含油性疊前綜合預測方法。即根據(jù)研究區(qū)實際地質(zhì)情況,優(yōu)選巖石骨架混合方法,建立合理的巖石物理模型,估算井的橫波速度;通過巖石物理分析,篩選出對該區(qū)致密砂巖油藏敏感的彈性參數(shù)組合(縱橫波速度比和縱波阻抗),并確定區(qū)分油水層的門檻值;綜合利用研究區(qū)高精度三維地震資料疊前CIP道集、層位解釋數(shù)據(jù)及井資料等進行疊前彈性阻抗反演,得到敏感彈性參數(shù)融合數(shù)據(jù)體,結(jié)合油水層門檻值對研究區(qū)致密砂巖儲層進行含油性預測。上述方法預測結(jié)果與實鉆結(jié)果吻合率達到87%,預測有利含油面積16km2,后鉆評價井驗證了預測結(jié)果的正確性和可靠性。

營子街地區(qū);致密砂巖;含油性預測;彈性參數(shù);疊前彈性阻抗反演

營子街地區(qū)處于惠民凹陷西部深洼區(qū),是致密砂巖油藏有利發(fā)育區(qū)。致密儲層主要集中在沙河街組三段中亞段,是三角洲向洼陷推進過程中在大斷層下降盤形成的大面積深水濁積砂體。該類儲層直接與生油巖接觸,成藏條件優(yōu)越,已上報預測儲量近3000×104t。近年來,在營子街地區(qū)含油氣構(gòu)造上鉆獲多口油氣發(fā)現(xiàn)井，其中J5井在沙三段鉆遇油層厚度累計18.7m(有效厚度12.9m),測井解釋孔隙度11%,滲透率5.6×10-3μm2,獲得工業(yè)油流。但位于同一構(gòu)造部位的J502井,累計油層厚度僅為6.0m,測井解釋孔隙度3.6%,滲透率1.8×10-3μm2,試油結(jié)論為干層。分析認為,該區(qū)砂體單層厚度薄,且連通性差,縱向上疊置,橫向上疊合,巖性、物性、含油性變化快,含油性判識難度大;同時,油層的地震響應特征不明顯,疊后屬性油氣判識多解性強、精度低,制約了該區(qū)的勘探開發(fā)進程。提高油藏識別的準確性,是目前營子街地區(qū)致密油藏勘探開發(fā)工作的重點。

在油氣藏勘探開發(fā)過程中,地球物理方法技術(shù)作為油氣藏識別的核心技術(shù)已經(jīng)得到了很好的發(fā)展與應用[1]。如劉傳虎等[2]通過CX地區(qū)儲層巖石物理和沉積相特征研究,建立了正確的油氣檢測標志;謝鳳蘭等[3]利用吸收系數(shù)并結(jié)合速度、振幅、頻率等信息,提高了儲層橫向預測和油氣檢測的精度;李國林等[4]直接運用基于疊前地震資料的AVO屬性技術(shù)進行油氣檢測。1999年,Connolly[5]利用Aki & Richards近似關系推導了彈性阻抗的定義式,說明利用彈性阻抗數(shù)據(jù)體能夠定量提取縱橫波速度、密度、泊松比等對儲層特性(巖性、物性、含油氣性)敏感的彈性參數(shù)。由此,疊前彈性阻抗反演技術(shù)得到了快速發(fā)展并取得了大量研究成果。如唐金良等[6]通過基于疊前反演的彈性參數(shù)流體檢測技術(shù)研究,實現(xiàn)了對碳酸鹽巖儲層的流體檢測;王玉梅等[7]采用疊前地震反演成功預測了氣層分布范圍;馬中高等[8]利用疊前波阻抗同步反演獲得含氣性識別因子,有效識別出致密砂巖儲層的含氣性。然而,目前含油氣性判識的成功實例大多是針對中淺層砂礫巖和碳酸鹽巖儲層,且主要是含氣性識別,對深層致密砂巖的含油性檢測相對較少。

營子街地區(qū)致密砂巖儲層埋深大,巖性、物性橫向變化快,油水關系復雜,采用傳統(tǒng)的疊后油氣檢測方法進行含油性識別的可靠性差。本文針對該區(qū)致密砂巖儲層開展較為系統(tǒng)的含油性預測研究,以探索深層致密砂巖油藏疊前綜合預測方法的應用效果。

1 含油性預測思路及流程

惠民凹陷營子街地區(qū)儲層具有超深(3400～4000m)、常壓(壓力系數(shù)0.85～1.17)、致密(孔隙度0～13.2%，滲透率(0.358～7.258)×10-3μm2)、非均質(zhì)性強等特征,含油性預測難度大。本文在綜合分析地震、地質(zhì)、鉆井、測井等資料的基礎上,結(jié)合區(qū)域地質(zhì)情況及致密儲層特點,建立合理的巖石物理模型,估算出井的橫波速度;通過巖石物理分析,優(yōu)選出敏感彈性參數(shù)并確定其區(qū)分油水層的門檻值;利用疊前CIP道集、層位解釋數(shù)據(jù)及井資料等進行疊前彈性阻抗反演,得到彈性參數(shù)體,結(jié)合敏感參數(shù)優(yōu)選結(jié)果,預測出致密砂巖油藏有利分布區(qū),為該區(qū)下一步勘探開發(fā)提供可靠的依據(jù)[9]。具體技術(shù)流程見圖1所示。

圖1 營子街地區(qū)致密砂巖油藏含油性檢測技術(shù)流程

2 橫波速度估算

縱、橫波速度與密度及由此導出的巖石彈性參數(shù)是確定巖性和識別孔隙流體的重要依據(jù),其中橫波資料的品質(zhì)直接關系到疊前油氣檢測結(jié)果的可靠程度。由于實際生產(chǎn)中往往缺乏橫波速度信息,目前常用經(jīng)驗公式法、統(tǒng)計法、直接測定法和巖石物理模型法等估算橫波速度。

經(jīng)驗公式法對于不同的地質(zhì)條件都有這樣的局限性，即每個經(jīng)驗公式只適用于相應樣點采集區(qū),不能應用于較大范圍的橫波速度預測。統(tǒng)計法是通過實測橫波數(shù)據(jù)與其它測井曲線交會分析,擬合出橫波速度估算公式，因此避免了很多巖石物理假設,但前提是有數(shù)量多且質(zhì)量高的橫波測井數(shù)據(jù)。研究區(qū)內(nèi)僅有一口井(J403井)有橫波測井數(shù)據(jù),不滿足該要求。直接測定法是根據(jù)巖石物理實驗測量的砂泥巖縱、橫波速度,對測井結(jié)果進行線性擬合，所得擬合公式在實際應用中受到很大限制，甚至與一般規(guī)律相矛盾,這主要是因為實驗室測量結(jié)果往往是在假設其它條件不變的前提下根據(jù)單一參數(shù)變化得到的，與真實地下情況會存在較大差異[10]。而巖石物理模型法綜合考慮了影響巖石速度的不同因素,如巖石基質(zhì)、孔隙大小及形狀和孔隙所含流體的性質(zhì)等,在很大程度上保證了橫波速度估算的準確性和合理性。因此，我們最終采用該方法對研究區(qū)進行橫波速度估算，圖2為巖石物理模型法橫波速度估算流程。

圖2 巖石物理模型法橫波速度估算流程

首先通過收集研究區(qū)巖石薄片、孔滲分析等化驗資料,利用J403井測井資料質(zhì)量相對較高、地層巖性和物性明確的層段,確定地層巖石各種骨架成分(純砂巖、純泥巖等)的縱、橫波速度和密度,通過縱、橫波速度公式求取該井段各骨架成分(純砂巖、純泥巖平均礦物值)的體積模量和剪切模量；接著進行骨架的混合。目前有以下幾種骨架混合方法：Xu-White法(適用于孔隙度小于30%)、自洽法(Self-consistent，適用于孔隙度大于30%)、顆粒支撐法(Grain supported，適用于泥巖成分小于80%)、分散泥質(zhì)法(Dispersive clay，適用于泥巖成分小于10%)、基質(zhì)支撐法(Matrix supported，適用于泥巖成分大于10%)、Voigt-Ruess-Hill法(適用于泥巖成分小于30%)等。每種骨架混合方法都有各自的適用范圍。由于研究區(qū)沙三中亞段為砂泥巖互層,埋深為3400～4000m,地層厚度220～240m,孔隙度0～13.2%,泥巖成分為76%左右，因此分別選擇Xu-White法、顆粒支撐法和基質(zhì)支撐法進行骨架的混合。通過溫度、壓力、油比重、水礦化度等參數(shù)得到流體的體積模量和密度;利用Biot-Gassmann方法將骨架與流體混合,計算出飽含流體巖石的體積模量和剪切模量,據(jù)此計算出縱波速度、橫波速度和密度；再通過與實測數(shù)據(jù)對比,調(diào)整計算參數(shù),循環(huán)迭代得到橫波速度估算結(jié)果。圖3為J403井實測橫波速度分別與用Xu-White法(圖3a)、顆粒支撐法(圖3b)和基質(zhì)支撐法(圖3c)估算的橫波速度交會結(jié)果對比,這3種骨架混合方法估算結(jié)果與實測結(jié)果的相關系數(shù)分別為0.79,0.70和0.86,可見基質(zhì)支撐法估算結(jié)果的質(zhì)量最好。因此，我們最終采用基質(zhì)支撐法完成研究區(qū)內(nèi)其它井的橫波速度估算工作[11-14]。

圖3 J403井實測橫波速度與估算橫波速度交會分析

3 敏感參數(shù)優(yōu)選

根據(jù)研究區(qū)多口井估算的橫波速度以及測量得到的密度、縱波速度等資料,計算出多種能夠反映儲層巖性或流體的彈性參數(shù),如縱波阻抗(IP)、橫波阻抗(IS)、縱橫波速度比(γ)、泊松比(σ)、體積模量(K)、剪切模量(μ)、拉梅常數(shù)(λ)等[15]。通過分析彈性參數(shù)與儲層特性(巖性、物性、含油氣性)之間的關系,優(yōu)選出對儲層特性敏感的彈性參數(shù),建立儲層特性解釋量版,為后續(xù)含油性檢測提供有效的依據(jù)和刻度[16]。

對研究區(qū)多口井計算的彈性參數(shù)與泥質(zhì)含量(圖4)、孔隙度(圖5)進行交會分析發(fā)現(xiàn),識別儲層巖性、物性的最佳敏感參數(shù)為縱橫波速度比。從圖4 可以看出,當γ<1.90時,泥質(zhì)含量Vsh<38%,指示砂巖。從圖5中可以看到,當γ<1.85時,孔隙度Φ>8%,表示高孔隙砂巖。多口井縱橫波速度比與含水飽和度交會分析(圖6)可見,當儲層含油后,即含水飽和度降低時,縱橫波速度比無明顯變化,說明用縱橫波速度比不能區(qū)分含水砂巖和含油砂巖。對其它彈性參數(shù)與含水飽和度進行交會分析也無法有效區(qū)分含油砂巖和含水砂巖。

分析認為,單參數(shù)縱橫波速度比可以識別儲層及儲層物性,但無法有效區(qū)分油水層。多彈性參數(shù)組合分析方法,即縱橫波速度比和縱波阻抗組合，是識別研究區(qū)儲層含油氣性穩(wěn)定性最好的參數(shù),可以有效指示含油砂巖。如圖7所示,當γ<1.85,IP<9.25×106kg·m-3·m·s-1時,含水飽和度小于60%,指示油層。

圖4 縱波阻抗-縱橫波速度比-泥質(zhì)含量交會分析

圖5 縱波阻抗-縱橫波速度比-孔隙度交會分析

圖6 含水飽和度-縱橫波速度比-孔隙度交會分析

圖7 縱波阻抗-縱橫波速度比-含水飽和度交會分析

4 疊前彈性阻抗反演

營子街地區(qū)是惠民凹陷致密油藏勘探老區(qū),2013年新采集的高精度三維覆蓋了整個勘探區(qū)。高精度三維地震資料最大偏移距為5201m,覆蓋次數(shù)為201～247次,致密儲層埋深為3400～4000m,最大入射角可達30°。地震數(shù)據(jù)經(jīng)過疊前保幅處理后信噪比高,能夠達到疊前彈性阻抗反演的要求。

4.1 道集部分疊加

道集部分疊加是疊前彈性阻抗反演的基礎和關鍵。要想得到穩(wěn)定的反演結(jié)果,至少需要3個或3個以上的部分疊加數(shù)據(jù)體,且要保證每部分疊加數(shù)據(jù)都有足夠的信號識別特征。依據(jù)上述原則和要求,分析營子街地區(qū)AVO特征[17],最終確定按角度區(qū)間3°～12°,12°～21°和21°～30°進行疊加,得到3個分角度疊加地震數(shù)據(jù)體。

4.2 井-震聯(lián)合綜合標定與多角度子波提取

接著對每個分角度疊加數(shù)據(jù)體進行井-震聯(lián)合綜合標定并提取地震子波。子波的好壞直接影響疊前反演的結(jié)果,尤其在地質(zhì)條件復雜、儲層橫向變化快的地區(qū),精細的井震標定和準確的地震子波提取是確保疊前反演效果的關鍵環(huán)節(jié)。與疊后反演相比,疊前反演除了需要在全角度疊加數(shù)據(jù)上進行標定外,還需要分別在小、中、大角度道集數(shù)據(jù)體上進行標定,并提取各自的混合相位子波[18]。井-震聯(lián)合疊前彈性阻抗反演計算中,小、中、大角度道集地震數(shù)據(jù)體所用子波分別是各道集數(shù)據(jù)體所有標定井提取的多井綜合子波,因此每口井提取的子波都會影響最終的反演效果,如果某口井無論如何都無法提取到一個好的子波,那么提取多井綜合子波時應將該井舍棄。

4.3 低頻模型的建立

由于實際地震資料的頻帶是有限的,常常缺失低頻成分,無法直接反演出正確的低頻信息，因此需要利用測井、地震資料解釋結(jié)果等信息建立低頻模型,從而給出疊前反演的低頻趨勢。推算低頻模型要以地質(zhì)、沉積規(guī)律為依據(jù),以地震精細解釋層位為約束,用已知井點的測井資料內(nèi)插、外推任意點的信息。低頻成分構(gòu)建過程中不僅要考慮工區(qū)內(nèi)構(gòu)造起伏、地層巖性等變化,還要考慮內(nèi)插、外推的數(shù)學算法,即針對不同地區(qū)的構(gòu)造和沉積特征采用不同的算法[19]。

研究區(qū)沙三中亞段沉積期為強烈斷陷高峰期,湖盆擴張最大,深湖-半深湖廣泛分布,西南部發(fā)育三角洲體系,與其伴生的滑塌濁積扇在J4-J5井區(qū)發(fā)育,如圖8所示。利用該區(qū)測井曲線和精細解釋的層位數(shù)據(jù),運用簡單克里金(Global-Kriging)、不規(guī)則三角網(wǎng)(Triangulation)、局部加權(quán)(Locally-Weighted)、普通克里金(Local-Kriging)、反距離加權(quán)(Inverse-Distance-Weighted)和自然鄰域(Natural-Neighbor)等6種內(nèi)插、外推算法得到低頻模型,通過對比6種低頻模型的沿層屬性圖(圖9),可見自然鄰域算法內(nèi)插得到的低頻模型(圖9f)最符合研究區(qū)的地質(zhì)沉積規(guī)律,因此，最終采用該算法建立低頻模型。

圖8 營子街地區(qū)沙三中亞段沉積相

圖9 6種內(nèi)插外推算法所建低頻模型的沿層屬性圖對比

4.4 反演參數(shù)試驗

疊前彈性阻抗反演算法所涉及的參數(shù)較多,實驗發(fā)現(xiàn)對反演結(jié)果影響明顯的參數(shù)有：地震信噪比、稀疏性約束因子、奇異值分解、密度約束因子、子波刻度因子和合并頻率等。分別對這些反演參數(shù)進行QC測試,依據(jù)綜合誤差小、信噪比高及井震相關性高等，反復試驗確定反演參數(shù)[20]，最終反演出縱波阻抗和縱橫波速度比數(shù)據(jù)體。

5 應用效果分析

營子街地區(qū)是致密油藏勘探的重點地區(qū),已鉆井8口。其中J4，J401，J403，J5井在沙三中亞段試油獲得工業(yè)油流或綜合解釋為油層;J3，J301，J501，J502等井僅見到油氣顯示,試油為干層或水層。針對研究區(qū)致密儲層的油氣檢測,以往主要利用吸收系數(shù)等方法,其基本原理是根據(jù)油氣層對地震波存在吸收作用,通過分析油氣層高、低頻能量變化來判識油氣[21]。對J4，J301等多口井含油層段與不含油層段進行頻譜分析,確定含油和不含油層段的頻率變化規(guī)律，即含油后高頻衰減大。圖10 為計算的高頻吸收系數(shù)屬性圖，可以看出,J4，J401，J502，J501井位于高頻吸收異常帶上,J5，J403，J3，J301井處于高頻吸收異常區(qū)外,僅J4，J401，J3，J301井預測結(jié)果與實鉆井吻合,吻合率為50%。分析認為，由于疊后地震資料是全角度多次疊加,丟失了振幅、頻率隨偏移距變化等信息,降低了復雜儲層油氣檢測的能力。

圖10 營子街地區(qū)沙三中亞段致密砂巖儲層疊后高頻吸收系數(shù)

對疊前彈性阻抗反演得到的縱橫波速度比和縱波阻抗數(shù)據(jù)體[22]進行融合,定義縱橫波速度比γ<1.85,縱波阻抗IP<9.25×106kg·m-3·m·s-1時為油層,得到研究區(qū)沙三中亞段儲層含油性的疊前綜合預測圖(圖11)。從圖11可以看出,J5，J403，J401井預測含油,J3，J4，J501，J502，J301井預測不含油。預測結(jié)果除J4井外,其它井均與實際試油結(jié)論吻合,吻合率達到了87%。同時圖11中還清晰地指示出了J401，J403，J5等油氣富集塊,共預測有利含油面積16km2。在此基礎上,建議部署評價井J503井。后經(jīng)鉆探證實,J503井在沙三中亞段鉆遇一套十余米厚的油層,驗證了本文方法的正確性和可靠性。

圖11 營子街地區(qū)沙三中亞段致密砂巖儲層含油性疊前綜合預測

6 結(jié)論與認識

1) 采用巖石物理模型法估算橫波速度時,要充分考慮地層巖性、物性等,優(yōu)選適用的骨架混合方法。

2) 多彈性參數(shù)組合交會分析是尋找油氣敏感參數(shù)的有效方法,縱橫波速度比對研究區(qū)致密儲層巖性、物性響應敏感,與縱波阻抗組合能準確區(qū)分油水層。

3) 疊前反演低頻模型的建立沒有固定的模式,需根據(jù)地震、地質(zhì)和測井資料,依據(jù)研究區(qū)構(gòu)造和沉積特征選擇合適的內(nèi)插、外推算法。

致謝：本文研究過程中得到中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司物探研究院韓宏偉教授級高級工程師和崔世凌高級工程師的悉心指導，以及陳海云、李國棟高級工程師的大力支持和幫助,在此一并表示感謝！

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(編輯：戴春秋)

Study on tight sandstone reservoir prediction in Yingzijie area,Huiming Sag

Dun Zongping

(GeophysicalResearchInstitute,ShengliOilfieldBranchCompany,SINOPEC,Dongying257022,China)

The burial depth of tight sandstone reservoir is large in the Yingzijie area of Huiming Sag.Lateral variation of lithology and physical property is sharp and oil-water relation is complicate.Therefore,the oil-bearing detecting based on the ordinary poststack hydrocarbon detection method in this area is of low accuracy and poor reliability.In this paper,we propose a comprehensive prestack method to detect the oil-bearing properties of tight reservoir in this area.According to the actual geological conditions in the study area,we build rational petrophysics model and estimate S-wave velocity of wells by optimized rock matrix hybrid approach.Based on the petrophysics analysis,the elastic parameters that are sensitive to tight sandstone reservoir are selected as the ratio of P-wave velocity to S-wave velocity and the P-wave impedance.The thresholds that is to distinguish oil-water layers is determined.Comprehensive utilization of CIP gathers from 3D high-precion prestack seismic data,horizon interpretation data and well data,prestack elastic impedance inversion is conducted and as a result integrated data volume of elastic parameters sensitive to tight sandstone reservoir is derived.We predict the oil-bearing properties of tight reservoir in the study area by integrating the thresholds of oil and water layer.The matching rate of predition results to the real drilling reaches 87% and potential tight sandstone reservoir can range up to 16km2.The posteriori drilling results prove this prediction result is accurate and effective relatively.

Yingzijie area,tight sandstone,oil-bearing detection,elastic parameters,prestack elastic impedance inversion

2014-08-08;改回日期：2014-10-30。

頓宗萍(1984—),女,工程師,碩士,現(xiàn)從事地震資料解釋與地震、地質(zhì)綜合研究工作。

P631

A

1000-1441(2015)02-0241-08

10.3969/j.issn.1000-1441.2015.02.017