碳酸鹽巖串珠狀地震相儲層自身要素研究及高效井軌跡優(yōu)化——以塔里木盆地塔中西部奧陶系為例

王平，胡太平，謝恩，江杰，張敏，丁肇媛，齊鳳林

碳酸鹽巖串珠狀地震相儲層自身要素研究及高效井軌跡優(yōu)化——以塔里木盆地塔中西部奧陶系為例

王平1，胡太平1，謝恩1，江杰1，張敏1，丁肇媛1，齊鳳林2

（1中國石油塔里木油田公司勘探開發(fā)研究院；2中國石油塔里木油田公司塔中項(xiàng)目經(jīng)理部）

綜合利用地震、鉆井、測井及開發(fā)動態(tài)等資料，研究了塔里木盆地塔中西部地區(qū)高效井與串珠狀地震相儲層的關(guān)系。提出了峰谷能量指數(shù)的概念，指數(shù)越大，串珠狀地震相儲層越發(fā)育。若強(qiáng)串珠狀地震相發(fā)育伴生斷裂，則儲層發(fā)育規(guī)模較大；串珠狀地震相位于縫洞系統(tǒng)的相對高部位，則一般油柱高度大，有較長的無水采油期。對于強(qiáng)串珠狀地震相，水平井水平段軌跡設(shè)計(jì)在最大波谷處較為合適；對于弱串珠狀地震相，水平井水平段軌跡設(shè)計(jì)在最大波谷之下的零相位之上較為合適。塔中西部實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，具備四項(xiàng)要素（峰谷能量指數(shù)大于17000、伴生斷裂發(fā)育、處于縫洞體系高部位、目的層井軌跡位于儲層頂部）的強(qiáng)串珠狀地震相儲層，鉆井易高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。

塔里木盆地；碳酸鹽巖儲層；地震相；高效井軌跡

DOI：10.3969/j.issn.1672-9854.2016.03.009

1　問題的提出

塔中西部位于塔里木盆地塔中隆起北部斜坡帶塔中Ⅰ號坡折帶西段（圖1），主要勘探目的層——中奧陶統(tǒng)一間房組發(fā)育層間巖溶儲層［1］，近東西向展布的中奧陶世逆沖斷裂被志留紀(jì)—泥盆紀(jì)近南北向的走滑斷裂分割，對儲層和油氣有明顯的控制作用［2］。根據(jù)地震反射形態(tài)的差異，一般把塔中地區(qū)碳酸鹽巖地震相劃分為“串珠狀”、“片狀”、“雜亂狀”三種（圖1）。“串珠狀”地震相在地震剖面上形似“羊肉串”，橫向上長度一般不大，縱向上至少有一強(qiáng)波谷和一強(qiáng)波峰，與層狀反射的“片狀”地震相以及弱反射或雜亂弱反射的“雜亂狀”地震相易于區(qū)別。對于串珠狀反射的成因，前人研究中的大多數(shù)認(rèn)為碳酸鹽巖溶洞與地層的強(qiáng)波阻抗界面會形成多次繞射波，對其進(jìn)行疊前偏移成像，垂向上可形成多個強(qiáng)能量團(tuán)，即“串珠”［3-4］。

根據(jù)塔中地區(qū)油田開發(fā)的經(jīng)濟(jì)評價，對于碳酸鹽巖產(chǎn)油氣井，單井累積油氣當(dāng)量大于5×104t的直井或大于6.4×104t的水平井為高效井；小于2.51×104t的直井或小于3.2×104t的水平井為低效井；兩者之間的則為有效井。W15井區(qū)（位置參見圖1）以串珠狀地震相為勘探目標(biāo)的井超過70%，雖然高效井的比例小于40%，但高效井的油氣總產(chǎn)量卻占區(qū)塊總產(chǎn)量的50%以上，因此，高效井直接影響了區(qū)塊的開發(fā)效益。

前人研究表明，高效井與串珠狀儲層具有密切的關(guān)系：串珠狀反射特征是判斷溶洞型儲層分布的必要條件［5］；串珠狀反射第一個波谷縱向比較厚，橫向延續(xù)距離長，儲集層最發(fā)育，能穩(wěn)產(chǎn)［6］；利用裂縫綜合預(yù)測方法可以判別多個“串珠”的連通性，經(jīng)鉆探證實(shí)，連通多個“串珠”的油井能高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)［7］。目前研究的重點(diǎn)多集中在裂縫的連通性對油井的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的影響［7-8］、斷裂系統(tǒng)對油氣富集高產(chǎn)的控制［9-11］以及巖溶儲層預(yù)測地震技術(shù)研究［5，6，12］等方面，但缺乏對串珠狀反射儲層自身要素的解剖和分析，對串珠狀反射儲層與高效井的關(guān)系也缺乏細(xì)致研究。本文結(jié)合塔中西部已鉆井資料綜合分析，利用模型正演、斷裂精細(xì)解釋、儲層頂部標(biāo)定等技術(shù)，探討了碳酸鹽巖串珠狀地震相儲層的自身要素和高效井的軌跡優(yōu)化要素，這對碳酸鹽巖井位優(yōu)選具有指導(dǎo)意義。

圖1　塔中西部斷裂分布及中奧陶統(tǒng)一間房組碳酸鹽巖地震相分布

2　串珠狀地震相儲層自身要素

2.1串珠狀地震相峰谷能量指數(shù)

碳酸鹽巖儲層儲集空間包括洞穴、孔洞及裂縫，它們可能被泥質(zhì)完全充填或半充填，使得儲層發(fā)育好壞參差不齊。儲層的發(fā)育情況是決定高產(chǎn)高效的重要因素。研究認(rèn)為串珠狀地震相儲層的發(fā)育程度不僅和串珠反射的總能量正相關(guān)，還與其波峰、波谷的強(qiáng)弱組合相關(guān)：總能量越強(qiáng)、波峰和波谷振幅的比值越大，儲層越發(fā)育；波峰和波谷能量都很強(qiáng)時，對應(yīng)的儲層也很發(fā)育。為了驗(yàn)證上述觀點(diǎn)，本次研究建立二維溶洞模型，進(jìn)行了模型正演：塔中地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖地層上覆一套穩(wěn)定的泥巖，基于研究區(qū)鉆井的聲波曲線統(tǒng)計(jì)，設(shè)定地震波在泥巖中的傳播速度為4500m/s，在石灰?guī)r中的傳播速度為6000m/s，設(shè)定溶洞儲集體規(guī)模10m×30m不變，泥質(zhì)充填程度由0逐漸增大至80%（圖2a）。

觀察地震響應(yīng)剖面（圖2b）和能量屬性圖（圖2c），可以發(fā)現(xiàn)：泥質(zhì)充填程度越低，其反射能量越強(qiáng)，且儲層對應(yīng)的頂部和底部，反射能量越接近；隨著充填程度的逐漸增大，一峰一谷的組合形態(tài)逐漸弱化，串珠狀反射能量也逐漸變?nèi)?，峰谷振幅比值變小，這說明波峰、波谷組合的變化會反映儲層頂界在波峰、波谷中位置的變化。

根據(jù)正演結(jié)果，針對峰谷振幅比值與儲層位置的關(guān)系，考慮到儲層地震相所對應(yīng)的總體能量的大小，以及波峰、波谷能量的差別，本文提出了峰谷能量指數(shù)的概念。峰谷能量指數(shù)與波峰振幅值、波谷振幅值有關(guān)，且為二者的比值乘以二者的和值，其定義為：

圖2　不同充填程度的縫洞體的峰谷形態(tài)及能量屬性變化

式中：R為峰谷能量指數(shù)；P為波峰振幅值；T為波谷振幅值。

基于研究區(qū)三維地震工區(qū)同一批次處理的地震資料，按高效井、有效井、低效井、水井及干井分類，對52口井所在井區(qū)一間房組串珠狀地震相的峰谷能量指數(shù)R與波谷振幅值T進(jìn)行交會圖分析，可分為四個區(qū)（圖3）。

Ⅰ區(qū)：T＞0.92×104，R＞1.7×104，儲層發(fā)育，高效井主要位于該區(qū)，例如高效井W15井（圖4a），也有少數(shù)水井，與井軌跡、構(gòu)造位置等其他因素有關(guān)。

Ⅱ區(qū)：T＜0.92×104，R＞1.7×104，R值大但T值相對較小，儲層完全被泥質(zhì)充填，以干井W27井（圖4b）為代表。

Ⅲ區(qū)：1.45×104＜R＜1.7×104，儲層以半充填為主，主要評價為低效井，以W26井（圖4c）為代表。

Ⅳ區(qū)：0.4×104＜R＜1.45×104，儲層不發(fā)育或泥質(zhì)充填程度較高，主要評價為干井，以W16井（圖4d）為代表。

圖3　塔中西部一間房組串珠狀地震相波谷振幅值（T）與峰谷能量指數(shù)（R）交會圖

圖4a—4d是過4個分區(qū)代表井的地震剖面。圖中，紫紅色方波曲線為測井解釋的儲層級別，幅度越大儲層越好；藍(lán)色曲線為GR曲線，從左至右為0～100API，GR值越大，可半定量地說明儲層充填程度越大。

對于串珠狀地震相，峰谷能量指數(shù)定量表征了儲層的發(fā)育程度，再結(jié)合振幅值、甜點(diǎn)屬性等可有效預(yù)測優(yōu)質(zhì)儲層，從而為優(yōu)選高效井點(diǎn)奠定基礎(chǔ)。

圖4　研究區(qū)過典型井地震剖面及串珠狀地震相儲層解釋

2.2串珠狀地震相儲層發(fā)育規(guī)模

利用峰谷能量指數(shù)一定程度上解決了油氣儲層好壞的判別問題，但油氣儲層要達(dá)到高產(chǎn)高效，還必須具備一定的儲層規(guī)模。

串珠狀地震相，如果縱向上發(fā)育較長串珠，且深部發(fā)育斷裂或者明顯有斷裂伴生，它們和周邊的異常反射地震相共同構(gòu)造一個縫洞集合體，那么此類串珠發(fā)育規(guī)模較大，儲集空間較大，供油半徑較大，易高產(chǎn)高效。W8井區(qū)發(fā)育典型的有斷裂伴生的串珠（圖4e），斷裂向上斷穿石灰?guī)r頂部，向下延伸很深，串珠周邊也有類似串珠的異常反射，該井目前累積油氣當(dāng)量達(dá)到3.8×104t。

沒有斷裂伴生的串珠往往是比較孤立的小型串珠，發(fā)育于地層內(nèi)部，斷裂發(fā)育不明顯，似孤零零的一串珠子，周邊也無其他異常反射襯托，這種串珠儲集空間小，油氣充注范圍有限，形成的油氣藏規(guī)模小，很難形成高效井。W6井區(qū)發(fā)育此類串珠（圖4f），串珠發(fā)育規(guī)模小，累積油氣當(dāng)量僅為0.4×104t，產(chǎn)能不足。

由上可見，串珠狀地震相附近伴生斷裂是否發(fā)育，關(guān)系到縫洞集合體縱橫向的發(fā)育規(guī)模以及供油半徑，這一點(diǎn)對油井高產(chǎn)高效很重要。

3　高效井軌跡優(yōu)化要素

3.1串珠狀地震相儲層的空間位置

縫洞系統(tǒng)，是指同一巖溶背景條件下、受斷裂和古水系控制、由孔縫洞構(gòu)成的縫洞帶（體）［13］。同一縫洞系統(tǒng)內(nèi)縫洞體的分布特點(diǎn)和走向趨同，地震反射和振幅變化率特征也相似；串珠狀地震相分布的部位可能是縫洞發(fā)育區(qū)；巖溶溝谷部位、振幅變化率邊界可作為縫洞系統(tǒng)的邊界。如果油井處于縫洞系統(tǒng)的相對高部位，位于油水界面之上，可能獲得高產(chǎn)高效；反之，如果油井處于縫洞系統(tǒng)的低部位，位于油水界面之下，則極有可能產(chǎn)水。因此，串珠狀地震相儲層能否高產(chǎn)高效，還與其在整個縫洞系統(tǒng)中的相對空間位置有關(guān)。

W15井區(qū)的串珠處于所在縫洞系統(tǒng)的高部位（見圖5），累積油氣當(dāng)量已達(dá)到近20×104t，不產(chǎn)水。而W15-5H井直井段的串珠處于該縫洞系統(tǒng)低部位（圖5），完鉆于該油氣藏的油水界面之下，中途測試日產(chǎn)水177 m3，不產(chǎn)油氣；后來回填側(cè)鉆水平井，發(fā)生井漏，其水平井的靶點(diǎn)處于縫洞系統(tǒng)的中部，即處于油藏的中部，累積油氣當(dāng)量達(dá)到近7×104t，初期日產(chǎn)油量近100 t，不產(chǎn)水，屬高產(chǎn)高效。因此，在針對串珠狀地震相儲層進(jìn)行鉆井設(shè)計(jì)時，要考慮靶點(diǎn)在縫洞系統(tǒng)中的構(gòu)造位置，避免縫洞系統(tǒng)低部位。

圖5　過W15井—W15-5H井地震剖面及一間房組油藏解釋

3.2串珠狀地震相儲層頂?shù)臉?biāo)定

在進(jìn)行水平井設(shè)計(jì)時，準(zhǔn)確預(yù)測油氣藏頂部意義重大：水平段軌跡設(shè)計(jì)高了則可能不會鉆遇儲層；設(shè)計(jì)低了則可能鉆在油水邊界附近，難以成為高效井。

根據(jù)前人的正演模型結(jié)果［5，14］，串珠狀地震相儲層頂界對應(yīng)于零相位之上，隨著縫洞體高度的增加，儲層頂部逐漸向最大波谷靠近，最終位于最大波谷處（圖6b中，白色圈對應(yīng)儲層發(fā)育位置）。這跟實(shí)際鉆探成果基本吻合，但實(shí)際情況還要復(fù)雜得多。

W14井完鉆于弱串珠的零相位附近（圖7），后期側(cè)鉆附近高部位的強(qiáng)串珠，W14C井水平段從波谷中部鉆入，完鉆于強(qiáng)串珠的零相位附近（圖7）。W14C井鉆遇的串珠面積為0.46km2，屬于比較大的串珠，該串珠呈臺階狀，W14C井軌跡正好從臺階最低處的最大波谷中穿過，該井氣測顯示活躍，說明鉆遇了優(yōu)質(zhì)儲層，最大波谷附近就是儲層頂部，這與正演模型相符。盡管W14C井初期獲得了高產(chǎn)，但投產(chǎn)不久就因高含水而關(guān)井，說明該井的油柱高度有限，井底距離油水界面較近。根據(jù)地震地質(zhì)分析，該油氣藏核心部位的頂部比W14C井的靶點(diǎn)高45m左右，如果從核心部位頂部鉆進(jìn)，則很有可能成為高效井。因此，對于強(qiáng)串珠，水平井的水平段軌跡設(shè)計(jì)在最大波谷處較為合適，而對于弱串珠，水平井的水平段軌跡設(shè)計(jì)于最大波谷之下和零相位之上比較合適。

圖6　串珠狀地震相儲層頂標(biāo)定模型正演（據(jù)文獻(xiàn)［5］修改）

圖7　過W14井地震剖面及一間房組油藏解釋

4　應(yīng)用效果

依據(jù)串珠狀地震相儲層要素和高效井軌跡優(yōu)化要素，對研究區(qū)10口單井進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析（表1）。

從表中可以看到：

（1）當(dāng)串珠狀地震相儲層峰谷能量指數(shù)大于17 000、伴生斷裂發(fā)育、且處于縫洞體系的高部位、井的軌跡位于儲層頂部，這四項(xiàng)要素均匹配時，多數(shù)單井為高效井，如W15井等；少數(shù)為有效井，如W17井。

（2）串珠狀地震相儲層位于縫洞系統(tǒng)中的相對低部位或井的軌跡位于儲層下部時，井底離油水界面較近，油柱高度低，含水上升快，易表現(xiàn)為低效井或水井，如W26井為低效井，W15-5H導(dǎo)眼井為水井。

（3）峰谷能量指數(shù)小或伴生斷裂不發(fā)育時，儲層基本不發(fā)育或發(fā)育規(guī)模有限，主要表現(xiàn)為干井，如W16井等。

表1　研究區(qū)一間房組串珠狀地震相儲層要素和高效井軌跡優(yōu)化要素統(tǒng)計(jì)分析

5　結(jié)論

（1）提出了儲層地震相峰谷能量指數(shù)的概念，它能夠定量表征縫洞型儲層的發(fā)育程度。波谷振幅值大于9200、峰谷能量指數(shù)大于17000的串珠狀強(qiáng)反射地震相，儲層發(fā)育，易產(chǎn)生高效井。

（2）斷裂是串珠狀強(qiáng)反射地震相優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育的重要因素。有斷裂伴生的串珠反射，縱橫向發(fā)育規(guī)模大，儲集空間較大。

（3）高效井軌跡優(yōu)化要素有二：一是串珠狀強(qiáng)反射地震相儲層要位于縫洞系統(tǒng)中的相對高部位；二是對于強(qiáng)串珠，水平井水平段軌跡應(yīng)設(shè)計(jì)在最大波谷處，而對于弱串珠，水平井的水平段軌跡應(yīng)設(shè)計(jì)在最大波谷之下的零相位之上。

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編輯：董庸

Wang Ping：Assistant Engineer.Add：Research Institute of Exploration and Development，PetroChina Tarim Oilfield Company，Korla，Xinjiang，841000，China

Characteristics Study of Moniliform Seismic Facies and Optimization for Efficient Well Trajectory in Carbonate Reservoirs：A Case of Ordovician Reservoirs in the West of Tazhong Uplift，Tarim Basin

Wang Ping，Hu Taiping，Xie En，Jiang Jie，Zhang Min，Ding Zhaoyuan，Qi Fenglin

According to seismic，well logging and production data，the relationship between moniliform seismic-facies Ordovician carbonate reservoirs and efficient wells is studied in the west of Tazhong Uplift，Tarim Basin.It is proved that carbonate reservoirs mostly develop in those strong seismic-facies beads that is characterized by the basic factors：（1）peak to trough amplitude index more than 17000，（2）developing associated faults，（3）in relatively high locations of fractured-vuggy system，and（4）the well trajectory of target zone at the tops of reservoirs.These are the important prerequisites for keeping long period of high and stable yield.

Carbonate reservoir；Seismic facies；Efficient well trajectory；Tarim Basin

TE122.2

A

1672-9854（2016）-03-0072-07

2015-08-24；改回日期：2015-12-22
本文受國家科技重大專項(xiàng)“塔里木盆地海相碳酸鹽巖油氣資源潛力、有利區(qū)帶評價與目標(biāo)優(yōu)選”（項(xiàng)目編號：2011ZX05004004）資助
王平：1987年生，2014年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京），助理工程師，研究方向?yàn)橛蜌馓镩_發(fā)。通訊地址：841000新疆庫爾勒中國石油塔里木油田公司勘探開發(fā)研究院；E-mail：wp0729@sina.com