正演模擬流體識(shí)別技術(shù)

賀 懿 朱繼田 張迎朝 郭明剛 王麗君

(中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司南海西部石油研究院，廣東湛江 524057)

0 引言

南海西部深水區(qū)D凹陷面積約為1.3×104km2，具有很大的天然氣勘探潛力。但目前僅在Y構(gòu)造鉆井一口(即Y1井)，且未獲商業(yè)油氣流。X構(gòu)造(未鉆)成藏條件較好，可見許多“亮點(diǎn)”地震反射。研究人員利用已有烴類檢測(cè)方法與技術(shù)開展“亮點(diǎn)”油氣識(shí)別[1-2]，但由于無(wú)鉆井實(shí)例可供借鑒，認(rèn)識(shí)不一，且常規(guī)油氣檢測(cè)方法與技術(shù)具很大的不確定性[3-8]，因此有研究者認(rèn)為大部分“亮點(diǎn)”地震反射僅為巖性與厚度的表征，不是烴類的反映。

速度是儲(chǔ)層含油氣的敏感參數(shù)之一，儲(chǔ)層含油氣前、后速度存在一定的差異。因此，本文利用“兩寬一高”疊前地震資料，對(duì)比疊前地震速度和測(cè)井資料計(jì)算速度，獲得準(zhǔn)確的物性參數(shù)；在此基礎(chǔ)上，利用多點(diǎn)控制法建立地質(zhì)模型并正演模擬，從而形成“亮點(diǎn)”地震反射的流體識(shí)別技術(shù)，以期適用于類似D凹陷的無(wú)井或少井區(qū)的油氣檢測(cè)工作。

1 方法原理

為了判斷“亮點(diǎn)”地震反射是否為油氣層或水層，首先，結(jié)合研究區(qū)或鄰區(qū)已鉆井揭示的時(shí)深關(guān)系，根據(jù)疊前地震資料建立準(zhǔn)確的速度場(chǎng)；其次，統(tǒng)計(jì)儲(chǔ)層含氣、油、水的測(cè)井資料，應(yīng)用Wyllie公式計(jì)算含氣、油、水儲(chǔ)層速度[9-10]；然后，對(duì)比疊前地震速度與Wyllie公式計(jì)算的速度，二者一致時(shí)，即可判斷儲(chǔ)層所含流體類型，獲得準(zhǔn)確的速度、密度等參數(shù)；最后，根據(jù)上述參數(shù)，利用多點(diǎn)控制法建立儲(chǔ)層含氣、油、水情況下的地質(zhì)模型，開展正演模擬，對(duì)比、分析合成地震記錄與實(shí)際地震記錄的反射特征相似性，預(yù)測(cè)實(shí)際地層含流體性質(zhì)。

1.1 地震速度場(chǎng)建立

常規(guī)疊前地震資料速度譜拾取網(wǎng)格通常為40CDP×40CDP。由于地質(zhì)體縱、橫向的各向異性或者沉積相在橫向上的快速變化，大尺度網(wǎng)格無(wú)法獲得反映低幅度構(gòu)造、薄互層、巖性圈閉等小尺度地質(zhì)異常體的速度場(chǎng)[11-12]。因此，為獲得精度更高的速度場(chǎng)數(shù)據(jù)，根據(jù)研究目標(biāo)的實(shí)際情況，本文設(shè)定相應(yīng)的高密度網(wǎng)格(5CDP×5CDP)拾取速度譜(圖1a)。

在速度譜基礎(chǔ)之上建立疊前深度偏移速度場(chǎng)，需要結(jié)合已鉆井揭示的時(shí)深關(guān)系在縱向進(jìn)行校正。因?yàn)樵谒俣茸V解釋時(shí)，道集能量團(tuán)的收斂范圍較大(圖1b中最強(qiáng)能量團(tuán)縱向上達(dá)100ms)，掩蓋了能量團(tuán)中所包含的低速地層信息，從而導(dǎo)致縱向?qū)铀俣染炔桓?，影響了與實(shí)際地層的時(shí)深關(guān)系的匹配。為了消除這種影響，利用已鉆井的時(shí)深關(guān)系校正(圖2a)，獲得更加準(zhǔn)確的速度場(chǎng)(圖2b)，提取準(zhǔn)確的目的層段速度。

圖1 疊前地震資料速度分析

圖2 地震速度場(chǎng)的校正

1.2 地層速度計(jì)算

巖石速度主要受骨架速度Vm和孔隙充填物體速度Vf影響。如果充填物是孔隙水，則Vf是水的速度Vw；如果充填物是油或氣，則Vf是油或氣的速度Vo或Vg。Wyllie等提出了計(jì)算地層速度的公式

(1)

式中：V為地層平均速度；φ為孔隙度；c為孔隙度校正系數(shù)，隨不同地區(qū)而變化，可以根據(jù)本區(qū)或鄰區(qū)錄、測(cè)井資料獲得。

根據(jù)式(1)計(jì)算不同地質(zhì)模型(儲(chǔ)層分別含油、氣、水)地層速度。參考研究區(qū)實(shí)際情況，設(shè)定儲(chǔ)層孔隙度變化范圍為10%～25%，孔隙中的流體飽和度變化范圍為30%～100%，計(jì)算結(jié)果如圖3所示。含氣、含油、含水三種模型儲(chǔ)層速度分別為2170～4440、 2880～4460、 3340～4570m/s。由圖可見，隨著孔隙度和飽和度的增大，速度減?。幌啾群蛢?chǔ)層，含氣儲(chǔ)層速度隨飽和度的變化更劇烈；在相同的孔隙度條件下，儲(chǔ)層含水高于含油、氣時(shí)的速度。

1.3 正演模擬

1.3.1 參數(shù)求取

在建立模型前，需要確定控制點(diǎn)目的層巖石物理參數(shù)——速度和密度。

首先，根據(jù)研究區(qū)地質(zhì)特點(diǎn)[13-15]，參考鄰區(qū)已鉆井錄、測(cè)井資料(本區(qū)無(wú)鉆井)，獲得地震振幅隨孔隙度和含流體飽和度等的變化規(guī)律；然后，選取控制點(diǎn)井旁道，以目的層作為時(shí)窗約束條件，從目的層頂開始，根據(jù)變化規(guī)律，求取目標(biāo)儲(chǔ)層段對(duì)應(yīng)的孔隙度和飽和度；最后，由式(1)計(jì)算出控制點(diǎn)儲(chǔ)層速度，并結(jié)合巖石物理分析獲得密度參數(shù)。按照上述步驟，獲得每個(gè)控制點(diǎn)所需參數(shù)。

正演模擬所用地震子波在已鉆井井旁道目的層時(shí)窗內(nèi)提取。

1.3.2 多點(diǎn)控制建模

選取過(guò)待鉆井地震剖面，在不同位置設(shè)計(jì)控制點(diǎn)，由控制點(diǎn)井旁道地震振幅獲得儲(chǔ)層地層速度和密度，沿層位進(jìn)行內(nèi)插、外推獲得目的層段的阻抗模型，由正演模擬獲得相應(yīng)的合成地震剖面(圖4)。

1.3.3 正演模擬分析

對(duì)比地震速度與式(1)計(jì)算速度，當(dāng)?shù)卣鹚俣扰c含油氣模型速度一致或接近的情況下(如果兩者差異較大，分析導(dǎo)致差異的原因，在排除人為因素和采集處理參數(shù)等后，仍然存在較大差異，則認(rèn)為實(shí)際地震速度與儲(chǔ)層含油氣模式不相符)，利用地質(zhì)模型(如圖3)通過(guò)地震速度反推對(duì)應(yīng)的孔隙度和流體飽和度，可預(yù)測(cè)儲(chǔ)層含流體類型。同時(shí)，通過(guò)多點(diǎn)控制建模正演模擬獲得的地震剖面在外觀上逼近實(shí)際地震剖面，若具有相似的反射特征，則證明所建立的模型具有一定的合理性和準(zhǔn)確性，由此可降低正演結(jié)果的多解性。該模擬方法在對(duì)研究區(qū)地質(zhì)認(rèn)識(shí)程度較深、且有更多的鉆井情況下，能夠獲得更好的正演模擬結(jié)果，可為目標(biāo)評(píng)價(jià)提供更有利的參考依據(jù)。

圖3 不同地質(zhì)模型的儲(chǔ)層速度理論值柱狀圖

圖4 多控點(diǎn)正演模擬

2 應(yīng)用效果

2.1 已鉆井分析

Y構(gòu)造L組地層發(fā)育濁積水道砂巖性圈閉，為灰色泥巖與灰色細(xì)砂巖不等厚互層，具“亮點(diǎn)”強(qiáng)振幅異常(圖5)。

Y1井在L組鉆遇A1和A2砂組，地震資料揭示速度分別為2823.53和2727.27m/s。應(yīng)用式(1)計(jì)算，孔隙度為23%、含氣飽和度為50%～60%獲得的速度(圖3 )與地震速度相當(dāng)。因砂巖具低速特征，結(jié)合研究區(qū)含氣儲(chǔ)層特點(diǎn)，可推測(cè)該井L組儲(chǔ)層含氣的可能性較大。

由Y構(gòu)造的地質(zhì)認(rèn)識(shí)以及地震振幅隨孔隙度和飽和度變化規(guī)律，建立多點(diǎn)控制正演模型，模擬結(jié)果與實(shí)際地震剖面反射特征吻合較好(圖5)。鉆探表明Y1井L組儲(chǔ)層為飽和度較低的含氣水層。

2.2 待鉆目標(biāo)分析

應(yīng)用上述方法分析X構(gòu)造待鉆目標(biāo)。根據(jù)鄰區(qū)已鉆井錄、測(cè)井資料和本區(qū)目的層地質(zhì)認(rèn)識(shí)，認(rèn)為目的層儲(chǔ)層孔隙度范圍為13%～23%。由疊前速度場(chǎng)提取出目標(biāo)儲(chǔ)層速度見表1。

待鉆井點(diǎn)處目的層L組疊前地震資料揭示A砂體速度為3111.11m/s，與式(1)計(jì)算儲(chǔ)層孔隙度為13%～23%、含氣飽和度為35%～100%的速度(2995.9～3298.6 m/s)相當(dāng)，也與計(jì)算儲(chǔ)層孔隙度為19%～23%、含油飽和度為35%～100%的速度(3008.6～3296.8 m/s)相當(dāng)。

圖5 Y1井含氣模型正演模擬剖面與實(shí)際地震剖面對(duì)比

表1 待鉆井L組目標(biāo)儲(chǔ)層時(shí)深關(guān)系及地層速度

B砂體速度為3411.76m/s，與式(1)計(jì)算儲(chǔ)層孔隙度為13%～23%、含氣飽和度為30%～80%的速度值(3298.9～3545.7m/s)相當(dāng)，也與計(jì)算儲(chǔ)層孔隙度為16%～23%、含油飽和度為35%～100%的速度值(3296.8～3531.0m/s)相當(dāng)。

C砂體速度為3375.00m/s，與式(1)計(jì)算儲(chǔ)層孔隙度為13%～23%、含氣飽和度為30%～85%的速度值(3258.4～3503.2m/s)相當(dāng)，也與計(jì)算儲(chǔ)層孔隙度為15%～23%、含油飽和度為35%～100%的速度值(3246.7～3511.2m/s)相當(dāng)。

E、F、G砂體速度逐漸增大，與式(1)計(jì)算儲(chǔ)層孔隙度為13%～16%、含氣飽和度為30%～55%的速度值(3610.5～4005.0m/s)相當(dāng)，也與計(jì)算儲(chǔ)層孔隙度為13%～18%、含油飽和度為35%～100%的速度值(3646.1～4004.4m/s)相當(dāng)。

通過(guò)上述的對(duì)比、分析，推測(cè)目的層段儲(chǔ)層有含油氣的可能性。

根據(jù)振幅隨孔隙度和流體飽和度的變化規(guī)律，通過(guò)多點(diǎn)控制建模方法建立過(guò)X構(gòu)造W1待鉆井目的層段儲(chǔ)層分別含氣、油、水情況下所對(duì)應(yīng)的阻抗模型，正演模擬獲得儲(chǔ)層相應(yīng)的合成地震剖面(圖6～圖8)。

圖6是較低孔隙度(15%～20%)、較低流體飽和度(30%～70%)、亮點(diǎn)為含氣儲(chǔ)層模型，對(duì)應(yīng)的合成地震記錄(圖6b)與實(shí)際地震記錄(圖9)有較高的相似性。同時(shí)，在較高孔隙度(17%～23%)和較高流體飽和度(60%～100%)、亮點(diǎn)為含油模型時(shí)，獲得的合成地震記錄(圖7b)與實(shí)際地震記錄(圖9)在反射特征也有一定的相似性。而儲(chǔ)層為含水模型時(shí)，相應(yīng)的合成記錄則(圖8b)與實(shí)際記錄(圖9)相似性很差。根據(jù)研究區(qū)只發(fā)育氣藏的特點(diǎn)，且含氣儲(chǔ)層模型(圖6)相似性最好，因而推測(cè)X構(gòu)造含氣。最近已完成對(duì)X構(gòu)造的鉆探(井點(diǎn)位置如圖6所示)，在目的層鉆遇了氣層，與含氣預(yù)測(cè)模型結(jié)果相符。

綜上可知，當(dāng)儲(chǔ)層含氣、油、水后將各自對(duì)應(yīng)一個(gè)速度范圍，當(dāng)疊前地震資料所得速度與Wyllie公式計(jì)算速度一致時(shí)，就可初步判斷目的層含有該速度范圍所對(duì)應(yīng)的流體可能性較大，相應(yīng)的合成地震記錄與實(shí)際地震記錄也更相似。由此，可以給實(shí)際地層速度賦予地質(zhì)意義——儲(chǔ)層是否含油、氣、水，從而實(shí)現(xiàn)勘探目標(biāo)的油氣檢測(cè)。

圖6 含氣縱波阻抗模型(a)及正演模擬剖面(b)

圖7 含油縱波阻抗模型(a)及正演模擬剖面(b)

圖8 含水縱波阻抗模型(a)及正演模擬剖面(b)

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)疊前地震數(shù)據(jù)的速度分析，結(jié)合Wyllie公式計(jì)算與正演模擬，從地層速度和地震反射特征相似性兩方面，建立了在一定地質(zhì)條件下進(jìn)行流體識(shí)別的有效方法，為目標(biāo)評(píng)價(jià)提供了依據(jù)。

由于深水區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，文中流體識(shí)別方法還需在今后的工作中通過(guò)更多已鉆井進(jìn)一步驗(yàn)證與完善。