擬時(shí)移地震氣藏剩余潛力研究

廖 儀 周家雄 劉 巍 馬光克 殷修杏 張坤坤

(中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057)

0 引言

時(shí)移地震技術(shù)是指在油氣田不同開發(fā)階段開展三維資料的可重復(fù)性采集和一致性處理，利用不同批次資料間的差異分析各開發(fā)階段的儲(chǔ)層變化，達(dá)到監(jiān)測(cè)油氣藏動(dòng)態(tài)、指導(dǎo)下一步油氣開發(fā)的目的[1]。但是，長(zhǎng)久以來海上時(shí)移地震的應(yīng)用與推廣受到了諸多限制，主要原因有三點(diǎn)：一是經(jīng)濟(jì)成本高，不同批次三維地震資料采集與處理所需費(fèi)用較高；二是地震資料品質(zhì)要求高，要求不同批次的地震資料能有效反映儲(chǔ)層油氣動(dòng)態(tài)且保持較高的非油氣變化的一致性，但現(xiàn)有條件仍較難滿足；三是應(yīng)用效果不確定，高成本投入不一定會(huì)產(chǎn)生可靠的時(shí)移地震成果資料和商業(yè)經(jīng)濟(jì)效益?？傊?，高投入和高風(fēng)險(xiǎn)是造成目前時(shí)移地震資料缺乏、阻礙時(shí)移地震技術(shù)應(yīng)用的主要因素。

南海Y氣田于2012年投入開發(fā)，由于氣藏水體倍數(shù)較大，2口水平井(C井和D井)均采用天然能量開發(fā)，穩(wěn)產(chǎn)3年，于2015年步入遞減期。目前C井停產(chǎn)，D井帶水生產(chǎn)，氣田進(jìn)入開發(fā)后期，亟需通過時(shí)移地震資料挖掘氣田潛力。Y氣田主力氣層為新近系中新統(tǒng)弱膠結(jié)疏松砂巖，屬于濱—淺海環(huán)境下的三角洲前緣沉積；孔隙度為16%～22%，滲透率為100～1500mD，屬于中孔、高滲儲(chǔ)層；埋深為2600～2700m，儲(chǔ)層厚度為30～60m，為正常溫壓系統(tǒng)。Y氣田氣藏為強(qiáng)底水驅(qū)動(dòng)的構(gòu)造型，滿足當(dāng)前海上時(shí)移地震應(yīng)用的前提條件[2]： 儲(chǔ)層物性較好，孔隙度在15%以上；儲(chǔ)層埋深小于3000m，厚度大；地震資料品質(zhì)好；為輕氣藏或氣藏水驅(qū)等。因此在Y氣田開展時(shí)移地震監(jiān)測(cè)水侵和氣藏變化是可行的。

常規(guī)的時(shí)移地震資料處理主要包括頻率、相位、振幅、時(shí)差和空間位置校正等步驟，消除所有與油氣藏變化無(wú)關(guān)的不一致因素，使基礎(chǔ)資料與監(jiān)測(cè)資料的差異能反映與油氣生產(chǎn)相關(guān)的動(dòng)態(tài)變化。因此必須針對(duì)時(shí)移分析的需求設(shè)計(jì)重復(fù)觀測(cè)系統(tǒng)。然而，Y氣田現(xiàn)有的2001年二維和2015年三維地震資料均屬于常規(guī)采集與處理，從數(shù)據(jù)采集到資料處理都沒有考慮時(shí)移分析的需求，且目前未開展新地震資料采集或老地震資料疊前一致性重處理。在缺少新地震資料的情況下，2018年后的氣藏變化狀態(tài)無(wú)從得知。另外，在油氣開發(fā)前A井和B井兩口探井取得了測(cè)井資料，后續(xù)開發(fā)井(C井和D井)缺乏測(cè)井資料，因而，氣田剩余潛力預(yù)測(cè)困難。

為此，本文開展了擬時(shí)移地震氣藏剩余潛力研究，即從三維地震資料中抽取相同位置的二維測(cè)線或利用多個(gè)二維數(shù)據(jù)內(nèi)插成三維數(shù)據(jù)[3]，優(yōu)選具有相對(duì)低頻、保幅的基礎(chǔ)資料(2001年二維地震資料)和監(jiān)測(cè)資料(2015年三維地震資料)，優(yōu)化兩者的一致性；通過優(yōu)選、優(yōu)化后的基礎(chǔ)資料和監(jiān)測(cè)資料[4]，開展時(shí)移地震差異性分析，定性判斷氣藏開發(fā)變化情況；再根據(jù)氣藏水侵模式開展氣藏動(dòng)態(tài)模擬，指導(dǎo)尋找剩余氣潛力區(qū)。

1 擬時(shí)移地震資料優(yōu)選和優(yōu)化

優(yōu)選和優(yōu)化的目的是為了得到具有較好一致性且能反映氣藏流體變化的擬時(shí)移地震資料。

1.1 地震資料優(yōu)選

Y氣田目前存在多批次獨(dú)立處理的地震成果資料，在振幅能量、分辨率和相位等方面存在較大差異，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)優(yōu)選才能開展時(shí)移地震研究。

優(yōu)選的原則主要參考以下幾個(gè)方面： ①采集方向基本一致； ②處理流程大致相同； ③低頻信息無(wú)明顯缺失； ④無(wú)增加資料多解性的特殊處理步驟； ⑤地震剖面儲(chǔ)層段成像質(zhì)量相對(duì)較好。

除上述原則外，還應(yīng)加強(qiáng)地震資料高頻、低頻部分的多解性和可靠性分析。首先，地震資料高頻部分雖然在識(shí)別薄層及儲(chǔ)層橫向連通性等起重要作用，但易受殘余噪聲、處理技術(shù)及速度場(chǎng)精度等影響[5]。對(duì)于不同采集、處理參數(shù)的非一致性地震資料，高頻部分的殘余噪聲、成像精度存在差異。過分增強(qiáng)高頻部分能量，差異將會(huì)被放大而增加不同批次地震資料的非一致性，帶來地震資料的多解性。 其次，低頻比高頻部分具有更強(qiáng)的抗干擾能力，對(duì)偏移速度誤差不太敏感，因而能提高深層的成像質(zhì)量[6]。對(duì)于多批次非一致性地震資料而言，低頻部分可掩蓋殘余噪聲、空間方位誤差和速度精度不足等導(dǎo)致的成像差異，提高資料的視覺一致性和地震資料的可靠性。

1.2 地震資料優(yōu)化

Y氣田2001年二維地震資料和2015年三維地震資料采集方向一致，均采用疊前時(shí)間偏移處理，波組特征清楚，資料品質(zhì)較高。但是兩批資料未經(jīng)疊前一致性處理，仍存在非一致性問題，如振幅能量和相位極性均存在差異，因而需要采取互均衡處理，使基礎(chǔ)資料和監(jiān)測(cè)資料具有較好的一致性[7-8]?；ゾ馓幚碇饕耸Ｓ嚯S機(jī)噪聲剔除、相位校正、頻率校正和振幅歸一化等[9-12]。

1.3 地震資料優(yōu)選和優(yōu)化效果

依據(jù)優(yōu)選原則，選出4套地震資料，即主頻30、50Hz的基礎(chǔ)資料和監(jiān)測(cè)資料各一套(圖1)。對(duì)比、分析儲(chǔ)層及其上方的非氣藏區(qū)域(介于非儲(chǔ)層區(qū)域?qū)Ρ然鶞?zhǔn)線與氣水界面之間)，發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)資料和監(jiān)測(cè)資料之間存在振幅能量差異大、地震相位不一致以及基礎(chǔ)資料隨機(jī)噪聲明顯等問題(圖1a、圖1b)，因此對(duì)基礎(chǔ)資料和監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行優(yōu)化處理。

圖1 基礎(chǔ)資料(左)與監(jiān)測(cè)資料(右)優(yōu)化前、后效果對(duì)比

通過對(duì)比優(yōu)化前、后地震資料發(fā)現(xiàn)：①優(yōu)化后，相位一致性明顯改善，30Hz基礎(chǔ)資料與監(jiān)測(cè)資料非氣藏區(qū)振幅能量差異減小，基礎(chǔ)資料上的非儲(chǔ)層區(qū)域?qū)Ρ然鶞?zhǔn)線(波谷，黑色)和儲(chǔ)層頂面(波峰，紅色)反射(圖1a)優(yōu)化后與三維監(jiān)測(cè)資料相位一致(圖1c)；②相對(duì)保幅效果好，氣水界面的平點(diǎn)響應(yīng)特征清楚，保留了由油氣開采引起的振幅相對(duì)強(qiáng)弱變化(圖1b、圖1d)；③50Hz主頻的基礎(chǔ)資料和監(jiān)測(cè)資料均能識(shí)別泥巖—泥質(zhì)砂巖隔層，但兩者的隔層地震響應(yīng)特征存在差異(圖1d)。

氣藏類因素(如氣藏開采)或非氣藏因素(如數(shù)據(jù)采集方位偏差、偏移處理歸位差異等)均能產(chǎn)生隔層地震響應(yīng)的不一致性，對(duì)后續(xù)時(shí)移地震氣藏開發(fā)差異的對(duì)比造成干擾。但主頻30Hz的基礎(chǔ)資料和監(jiān)測(cè)資料由于不能分辨隔層(圖1c)，從視覺上規(guī)避了非氣藏因素的影響，為氣藏動(dòng)態(tài)變化分析提供了資料基礎(chǔ)。

2 氣藏剩余潛力研究

依據(jù)擬時(shí)移地震資料，開展一致性分析識(shí)別氣水關(guān)系；利用隔層特征劃分氣藏水侵模式；結(jié)合分頻能量屬性及氣田生產(chǎn)數(shù)據(jù)模擬氣藏動(dòng)態(tài)，從而明確氣藏剩余潛力區(qū)。

2.1 氣水關(guān)系識(shí)別

在時(shí)移地震條件滿足的前提下，氣藏變化一般會(huì)導(dǎo)致地震響應(yīng)的差異，而這種差異的大小主要與氣藏的水侵程度有關(guān)。在水侵初期，底部水侵厚度較小，流體替換未達(dá)到地震可識(shí)別的程度，即水替換氣的有效厚度不足以引起地震響應(yīng)的明顯變化。當(dāng)水侵達(dá)到一定程度后，出現(xiàn)強(qiáng)水侵區(qū)，導(dǎo)致儲(chǔ)層速度明顯增大，這時(shí)便可以通過時(shí)移地震資料觀測(cè)氣藏開發(fā)后流體界面抬升引起的地震響應(yīng)變化(如氣藏底部振幅減弱、波形寬度變窄等，圖2)[13]。

本文選取4條過氣藏區(qū)經(jīng)過優(yōu)化處理得到的擬時(shí)移地震剖面(圖3)，對(duì)比基礎(chǔ)資料和監(jiān)測(cè)資料地震反射特征差異，定性分析氣水變化情況。

1號(hào)測(cè)線(圖3a)地震反射差異主要出現(xiàn)在氣藏中部(箭頭指示處)，氣水界面之上基礎(chǔ)資料反射波形寬、振幅較強(qiáng)，監(jiān)測(cè)資料中相應(yīng)位置的反射波形寬度明顯變窄，振幅變?nèi)?，表明該處存在氣水置換，流體界面抬升。而構(gòu)造兩翼地震反射變化小，說明流體替換主要發(fā)生于氣藏中部。

圖2 流體替換模型合成地震記錄對(duì)比

2號(hào)測(cè)線(圖3b)地震反射差異主要出現(xiàn)在構(gòu)造高點(diǎn)南側(cè)(箭頭指示處)，相比基礎(chǔ)資料，監(jiān)測(cè)資料振幅變?nèi)酢㈩l率變高、波形寬度變窄、平點(diǎn)反射近于消失，說明該區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)水侵。構(gòu)造高點(diǎn)北側(cè)氣藏受斷層遮擋，地震反射變化較小，表明水侵弱。

3號(hào)測(cè)線(圖3c)、4號(hào)測(cè)線(圖3d)監(jiān)測(cè)資料相比基礎(chǔ)資料地震反射特征無(wú)明顯變化，說明處于水侵初期，剩余氣藏仍有開發(fā)潛力。

區(qū)內(nèi)其他測(cè)線依此對(duì)比、分析，可得到氣水關(guān)系定性識(shí)別圖(圖4)。由圖4可見，Y氣田西北區(qū)域水侵程度較強(qiáng)，剩余氣潛力有限；東南區(qū)域水侵程度較弱，屬于可進(jìn)一步開發(fā)的氣藏潛力區(qū)。

2.2 氣藏水侵模式

Y氣田中新統(tǒng)主力氣層內(nèi)部發(fā)育一套隔層，對(duì)氣藏水侵影響較大。由于物源來自北西，該套隔層向南東方向，從泥質(zhì)砂巖逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槟鄮r，厚度逐漸變大，封堵性變強(qiáng)(圖5)。其中，A井鉆遇隔層泥質(zhì)砂巖厚度為9.9m，孔隙度介于11%～13%，滲透率介于4～50mD，以低孔、低滲為主；B井鉆遇隔層為厚層泥巖，厚度為18.4m。另外，順物源方向，隔層上覆氣層砂巖物性逐漸變差，A井、D井、B井平均滲透率分別為467.7、137.2、118.4mD，平均孔隙度分別為17.9%、16.7%、15.5%。

圖3 基礎(chǔ)資料(左)與監(jiān)測(cè)資料(右)擬時(shí)移地震剖面對(duì)比

圖4 擬時(shí)移氣水關(guān)系定性識(shí)別

根據(jù)儲(chǔ)層物性及隔層滲透性可將隔層劃分為三種類型： ①高滲濾型，近物源，砂巖中泥質(zhì)含量低且厚度較小，難以阻擋底水上侵； ②滲濾型(砂泥過渡區(qū))，砂巖中泥質(zhì)含量高且具有一定厚度，可延緩底水錐進(jìn)速度； ③非滲透型(泥巖區(qū))，泥巖厚度大，可完全阻擋底水上侵(圖5)。由此，Y氣田的水侵模式為： 底水主要從北西方向的高滲濾型區(qū)域侵入，然后再往南東方向的滲濾型和非滲透型區(qū)域驅(qū)進(jìn)；其中A井區(qū)的“隔層”屬于滲濾型，存在底水錐進(jìn)的可能性。

2.3 氣藏動(dòng)態(tài)模擬

氣藏模擬主要是通過地質(zhì)建模和生產(chǎn)井?dāng)?shù)據(jù)擬合開發(fā)動(dòng)態(tài)過程。研究區(qū)鉆井較少，因而需要利用擬時(shí)移地震資料，在氣藏敏感屬性的約束下開展氣藏?cái)?shù)值模擬[14-16]。

在固、液、氣構(gòu)成的多相介質(zhì)中，氣態(tài)物質(zhì)對(duì)縱波能量的吸收最為顯著，并且與地震波的頻率相關(guān)[17]。在含氣儲(chǔ)層中，頻散引起低頻分量相速度變化增大，導(dǎo)致含氣層出現(xiàn)低頻強(qiáng)能量異常，而高含水層則表現(xiàn)為相對(duì)弱能量響應(yīng)[18]，因此利用20Hz頻段的分頻能量屬性開展油氣藏動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。由圖6可見，含氣范圍與基礎(chǔ)資料、監(jiān)測(cè)資料高能量區(qū)域吻合程度較高。

C井在2015年初開始見水，水氣比快速上升，于2016年停產(chǎn)，關(guān)停前該井氣產(chǎn)量仍近22萬(wàn)方/天(圖7)。相比基礎(chǔ)資料，監(jiān)測(cè)資料開發(fā)井附近的分頻能量明顯衰減，與此時(shí)C井水氣比快速上升的情況吻合。井軌跡南、北兩側(cè)在監(jiān)測(cè)資料中能量較強(qiáng)，與其關(guān)停前的高產(chǎn)量情況一致。相比基礎(chǔ)資料，監(jiān)測(cè)資料1號(hào)測(cè)線所在的西北區(qū)域能量變?nèi)?，說明存在流體替換。該認(rèn)識(shí)與前述該區(qū)發(fā)育高滲濾型及滲濾型隔層(圖5)以及處于強(qiáng)水侵區(qū)(圖4)的結(jié)論一致。總體上，西北區(qū)域剩余氣潛力有限，進(jìn)一步開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)較大。在C井區(qū)快速見水的相同時(shí)段，D井區(qū)日產(chǎn)量高且尚未見水(圖7)。3號(hào)和4號(hào)測(cè)線所在的D井區(qū)及其東南區(qū)域開發(fā)后能量仍較強(qiáng)，說明其剩余潛力相對(duì)較大，可作為下一步挖潛目標(biāo)區(qū)。

圖5 隔層厚度及分類

分頻能量屬性與開發(fā)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)高度吻合，并與擬時(shí)移地震資料一致性分析(氣水關(guān)系識(shí)別)及氣藏水侵模式(隔層類型劃分)相互驗(yàn)證。因此可以用來模擬氣藏動(dòng)態(tài)，修正以底水驅(qū)動(dòng)為主的數(shù)值模型(圖8a)。C井區(qū)的水侵模式存在較大強(qiáng)邊水驅(qū)，造成剩余氣從物性好的西北區(qū)域逐漸被驅(qū)至D井區(qū)附近開采(圖8b)。對(duì)比圖6可知，模型中含氣飽和度較高的部位對(duì)應(yīng)分頻能量較強(qiáng)的區(qū)域，含氣飽和度相對(duì)低的部位對(duì)應(yīng)分頻能量較弱區(qū)域。通過模型修正獲得了更加逼近真實(shí)氣藏開發(fā)動(dòng)態(tài)的結(jié)果。以2015年氣藏優(yōu)化模型為基礎(chǔ)(圖8b)，結(jié)合最新生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)2018年氣藏模型重新進(jìn)行了擬合，落實(shí)潛力區(qū)主要集中在D井區(qū)的東南側(cè)，估算剩余地質(zhì)儲(chǔ)量氣約為8×108m3(圖8c、圖8d)。

圖6 基礎(chǔ)資料(a)與監(jiān)測(cè)資料(b)20 Hz分頻能量屬性

圖7 C井(a)與D井(b)生產(chǎn)曲線

圖8 氣藏模型優(yōu)化及當(dāng)前剩余潛力擬合

Y氣田已進(jìn)入開發(fā)生產(chǎn)末期，因此預(yù)測(cè)氣田停產(chǎn)時(shí)間對(duì)于減少氣田運(yùn)營(yíng)成本至關(guān)重要。由于D井水下井口壓力計(jì)損壞且無(wú)法維修，研究采用類比法，類比C井見水速度趨勢(shì)(C井見水后穩(wěn)產(chǎn)431天)，預(yù)測(cè)D井見水生產(chǎn)約500天后正式進(jìn)入棄置階段。但根據(jù)擬時(shí)移地震研究成果，D井區(qū)及其東南區(qū)域尚有剩余氣潛力，因此采取了延緩氣田棄置進(jìn)程，繼續(xù)保持氣田平穩(wěn)生產(chǎn)的措施。截至目前，D井見水生產(chǎn)天數(shù)已經(jīng)超過500天，并仍以近14×104m3/d的產(chǎn)量保持平穩(wěn)生產(chǎn)(圖7)，而且水氣比數(shù)據(jù)也顯示，D井實(shí)際見水速度趨勢(shì)明顯小于預(yù)期(圖9)，進(jìn)一步證明了針對(duì)Y氣田開展的擬時(shí)移地震研究成果可靠，有效指導(dǎo)了氣田的開發(fā)與生產(chǎn)。

圖9 D井見水速度預(yù)測(cè)與實(shí)際趨勢(shì)對(duì)比

3 結(jié)論

時(shí)移地震技術(shù)發(fā)展?jié)摿薮螅咄度牒透唢L(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)致時(shí)移地震資料缺乏。本文探索擬時(shí)移地震研究技術(shù)，得到了如下結(jié)論。

(1)擬時(shí)移地震為利用低重復(fù)性的地震資料開展時(shí)移地震研究、相對(duì)準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)剩余油氣分布提供了一條可行的技術(shù)思路，將其作為常規(guī)地震與時(shí)移地震之間的過渡技術(shù)加以應(yīng)用，發(fā)展?jié)摿^大。

(2)擬時(shí)移地震氣水關(guān)系定性識(shí)別的關(guān)鍵在于對(duì)多批次的非一致性地震資料進(jìn)行優(yōu)選、優(yōu)化。在資料相對(duì)保幅前提下，盡量選用以低頻為主的地震資料進(jìn)行具有相對(duì)一致性的定性分析。

(3)通過擬時(shí)移地震研究認(rèn)為，南海Y氣田西北區(qū)域?yàn)閺?qiáng)水侵區(qū)，剩余潛力有限；東南區(qū)域?qū)儆谒殖跗冢瑸槭Ｓ鄽鉂摿^(qū)，可進(jìn)一步挖潛。