AVO技術(shù)在哥倫比亞Llanos盆地D區(qū)塊油氣檢測(cè)中的應(yīng)用研究

馬永強(qiáng)

(中國(guó)石油化工股份有限公司石油物探技術(shù)研究院,江蘇南京211103)

Llanos盆地是南美洲具有代表性的前陸盆地和主要油氣產(chǎn)區(qū),早期發(fā)現(xiàn)的油藏主要位于背斜或者高角度正斷層遮擋形成的斷背斜圈閉中,隨著油氣勘探程度的進(jìn)一步深入,盆地內(nèi)剩余油氣資源主要分布在低幅度的構(gòu)造-巖性圈閉中[1]。研究區(qū)D區(qū)塊位于Llanos盆地東部斜坡帶,區(qū)塊整體構(gòu)造起伏不大,地層產(chǎn)狀平緩,西低東高,北低南高。主要含油層系Carbonera組發(fā)育多套河道砂巖,砂體橫向變化快,地震以“亮點(diǎn)”反射為主,已鉆D1,D2井發(fā)現(xiàn),這些“亮點(diǎn)”反射并非都是油氣響應(yīng)特征,也可能與巖性變化有關(guān),因此迫切需要開展“亮點(diǎn)”儲(chǔ)層含油氣性研究。D區(qū)塊構(gòu)造簡(jiǎn)單,前期處理流程相對(duì)簡(jiǎn)單且以保幅處理為主,能夠滿足AVO分析的基本要求,因此利用疊前地震資料開展AVO含油氣檢測(cè)成為該區(qū)較好的選擇。

AVO技術(shù)通過(guò)研究反射波振幅隨入射角的變化關(guān)系進(jìn)行儲(chǔ)層巖性及含油氣性預(yù)測(cè)[2-3]。Zoeppritz方程是AVO分析的理論基礎(chǔ),AKI等[4]、SHUEY[5]、FATTI等[6]、鄭曉東[7]及楊紹國(guó)等[8]分別對(duì)該方程進(jìn)行了簡(jiǎn)化,得到不同形式的反射系數(shù)近似方程,為AVO屬性分析和疊前反演奠定了理論基礎(chǔ)。RUTHERFORD等[9]將AVO異常分為3類,CASTAGNA等[10]進(jìn)一步將其拓展為4類,從而建立了AVO異常與儲(chǔ)層含油氣之間的聯(lián)系,將AVO技術(shù)進(jìn)一步用于油氣檢測(cè)。近些年來(lái),AVO技術(shù)在墨西哥灣、西非、北海等地區(qū)油氣勘探中取得了豐碩的成果,然而也經(jīng)歷了很多失敗和挫折,分析其主要原因有以下幾個(gè)方面[11-13]:①AVO分析的基礎(chǔ)是疊前偏移道集轉(zhuǎn)換后的共入射角道集,疊前道集處理流程涉及環(huán)節(jié)較多,很難得到相對(duì)保幅的道集資料;②薄互層調(diào)諧效應(yīng)對(duì)AVO屬性的影響大;③沒(méi)有從巖石物理和正演分析等多方面對(duì)AVO技術(shù)的適用性及可行性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

針對(duì)河道砂巖橫向變化快、有效厚度小及疊后強(qiáng)振幅屬性難以有效預(yù)測(cè)儲(chǔ)層含油氣性等難點(diǎn),并充分考慮以往AVO流體識(shí)別失敗的主要原因,本文以AVO背景趨勢(shì)校正保幅處理為基礎(chǔ),獲得相對(duì)保幅的疊前CRP道集數(shù)據(jù)?？紤]薄層對(duì)AVO屬性的影響,基于流體替換及AVO薄層正演模擬,分析了調(diào)諧厚度對(duì)AVO屬性的影響,優(yōu)選了AVO流體識(shí)別敏感屬性,并將其應(yīng)用于油氣檢測(cè),預(yù)測(cè)結(jié)果與鉆井結(jié)果吻合度高。

1 方法技術(shù)

1.1 AVO背景趨勢(shì)校正

CASTAGNA等[10]指出,在正常壓實(shí)條件下,飽含水砂巖與泥巖界面的AVO截距P和梯度G應(yīng)分布在較窄背景范圍內(nèi),這種現(xiàn)象稱作AVO背景趨勢(shì)。利用該特征,當(dāng)在含水砂巖地層上覆穩(wěn)定大套地層中提取的實(shí)際井旁地震道集AVO特征與井旁AVO模型正演特征不一致時(shí),則實(shí)際地震道集存在AVO背景趨勢(shì),需要進(jìn)行AVO背景趨勢(shì)校正,得到相對(duì)保幅的疊前道集。因此,提出了基于AVO背景趨勢(shì)校正的疊前道集預(yù)處理方法。

1) 對(duì)CRP道集進(jìn)行超道集處理。目的是降低隨機(jī)噪聲,提高道集信噪比。

式中:R0(f)和Rβ(f)分別為入射角為0度和β時(shí)的反射系數(shù);f為頻率。

在地震角道集基礎(chǔ)上,用(4)式可以方便地求得子波拉伸校正量,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)子波拉伸校正處理。圖1為子波拉伸校正前、后角道集及其振幅譜對(duì)比圖。由圖1可見,經(jīng)子波拉伸校正后,遠(yuǎn)角度道集振幅譜得到明顯拓寬,高頻能量得到補(bǔ)償。通常遠(yuǎn)角度包含更多油氣信息,因此經(jīng)過(guò)子波拉伸校正后,更有利于疊前AVO流體識(shí)別研究。

圖1 子波拉伸校正前、后角道集及其振幅譜對(duì)比a 子波拉伸校正前的角道集; b 子波拉伸校正后的角道集; c 子波拉伸校正前的振幅譜; d 子波拉伸校正后的振幅譜

3) 在道集子波拉伸校正的基礎(chǔ)上,開展剩余時(shí)差校正[15]。利用匹配分析法在入射角方向求取時(shí)間隨入射角變化的時(shí)移量,利用求得的時(shí)移量進(jìn)行道集拉平。圖2給出了剩余時(shí)差校正前、后的角道集。由圖2可見,剩余時(shí)差校正后角道集更加平直,滿足后期疊前AVO分析的要求。

4) AVO背景趨勢(shì)校正。首先應(yīng)用Zoeppritz方程建立井旁AVO正演模型,選取目的層上覆大套穩(wěn)定沉積泥巖作為含水背景層,在分析時(shí)窗內(nèi)采用卡方檢驗(yàn)分析方法(公式(5))對(duì)模型數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。如果AVO背景趨勢(shì)不一致,則對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行卡方統(tǒng)計(jì)校正,使得實(shí)際數(shù)據(jù)與模型數(shù)據(jù)具有一致的AVO背景趨勢(shì)。

(5)

式中:χ2為檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量;A為實(shí)際數(shù)據(jù);E為理論數(shù)據(jù)?？ǚ綑z驗(yàn)就是統(tǒng)計(jì)樣本的實(shí)際觀測(cè)值與理論推斷值之間的偏離程度,統(tǒng)計(jì)分析實(shí)際道集與井旁模型道集的χ2值可知,χ2值越大,實(shí)際道集與井旁模型道集差異越大,反之則差異小。

選取工區(qū)700～1000ms穩(wěn)定泥巖沉積層作為背景趨勢(shì)分析時(shí)窗,分析井旁實(shí)際角道集與正演模擬角道集的AVO背景趨勢(shì)(圖3)。由圖3可見,實(shí)際角道集(圖3a)與模型角道集(圖3b)AVO背景趨勢(shì)不一致(圖3d),因此無(wú)法開展后續(xù)AVO分析工作;采用卡方檢驗(yàn)技術(shù)對(duì)實(shí)際角道集與模型角道集進(jìn)行對(duì)比處理,得到校正后的角道集(圖3c),且分析時(shí)窗內(nèi)校正后角道集與模型角道集背景趨勢(shì)一致(圖3e)。

圖2 剩余時(shí)差校正前(a)、后(b)的角道集

圖3 背景趨勢(shì)校正前、后的角道集及其振幅隨入射角變化規(guī)律對(duì)比a 過(guò)井實(shí)際角道集; b 過(guò)井正演模擬角道集; c 背景趨勢(shì)校正后實(shí)際角道集; d 實(shí)際角道集與模擬角道集AVO背景趨勢(shì); e 背景趨勢(shì)校正后實(shí)際角道集與模擬角道集AVO背景趨勢(shì)

將這種統(tǒng)計(jì)關(guān)系應(yīng)用于目的層得到與井旁正演模擬相一致的道集數(shù)據(jù),即獲得相對(duì)保幅的疊前角道集數(shù)據(jù)。可將AVO分析結(jié)果與實(shí)際井進(jìn)行對(duì)比分析,提高AVO屬性分析結(jié)果的可解釋性。

1.2 AVO薄層正演模擬

薄層厚度的變化對(duì)AVO特征有很大的影響[16-17],不能簡(jiǎn)單應(yīng)用單個(gè)界面的AVO特征進(jìn)行含油氣性分析。不同巖性組合,其AVO特征可能不同,即使巖性組合相同,由于厚度不同,也會(huì)造成AVO特征的差異。因此,分析薄互層的AVO特征,對(duì)于識(shí)別調(diào)諧效應(yīng)、建立適合研究區(qū)油氣藏規(guī)律的AVO特征具有重要意義。本文正演模擬采用主頻為30Hz的雷克子波,目的層段砂巖縱波速度為2860m/s,橫波速度為1540m/s,密度為2.30g/cm3;泥巖縱波速度為3100m/s,橫波速度為1550m/s,密度為2.45g/cm3。采用Zoeppritz方程、Aki-Richards方程、Shuey方程正演分析了單界面反射振幅隨入射角變化的特征(圖4)。CASTAGNA等[10]將含氣砂巖地震反射特征分為4類,研究區(qū)目的層屬于第3類典型AVO異常,即儲(chǔ)層縱波阻抗低于圍巖,且振幅隨入射角增大而增強(qiáng)。將單界面Aki-Richards方程正演模擬結(jié)果作為真振幅隨入射角變化的標(biāo)準(zhǔn),開展薄層AVO正演模擬分析。薄層時(shí)間厚度變化范圍為4～24ms,步長(zhǎng)間隔4ms,分析薄層反射振幅與真振幅隨入射角變化的關(guān)系,為進(jìn)一步分析薄層對(duì)AVO屬性影響提供依據(jù)。

圖4 研究區(qū)砂泥巖單界面反射振幅隨入射角變化特征

圖5至圖10給出了不同厚度的薄層模型及其AVO反射地震響應(yīng)、薄層頂面反射振幅與真振幅隨入射角的變化關(guān)系。由圖5至圖10可見,當(dāng)薄層厚度為4ms時(shí),薄層頂面反射振幅近于0,原因是頂、底反射系數(shù)相反,疊加后振幅值相互抵消;薄層厚度為8ms時(shí),薄層頂面反射振幅明顯增強(qiáng);薄層厚度為12ms時(shí),薄層頂面反射振幅達(dá)到最大,即12ms厚度為本區(qū)調(diào)諧厚度;薄層厚度為16ms時(shí),薄層頂面反射振幅逐漸減小,直到薄層厚度為20ms時(shí),薄層頂面反射振幅與真反射振幅幾乎重合,薄層頂、底反射能夠完全分開;隨著厚度繼續(xù)增大,當(dāng)薄層厚度為24ms時(shí),反射振幅隨厚度變化不再明顯。由此可見,在縱波反射透射情況下,薄層AVO反射振幅變化規(guī)律遵循調(diào)諧原理。

1.3 AVO流體替換

由測(cè)井獲得的縱、橫波速度和密度數(shù)據(jù)采用Biot[18]公式計(jì)算得到飽和巖石的體積模量,然后由Biot-Gassmann方程求取干巖石的體積模量和剪切模量。砂巖骨架體積模量可由時(shí)間平均(V-R-H)方程計(jì)算得到,或者由經(jīng)驗(yàn)值得到;流體體積模量可由Wood公式得到:

(6)

式中:Kfl為流體體積模量;Kw和Ko分別為水和油的體積模量;Sw為含水飽和度。BATZLE等[19]通過(guò)大量統(tǒng)計(jì)和實(shí)驗(yàn)研究,得到了不同溫度、壓力、礦化度條件下水和油的體積模量。

圖5 厚度為4ms的薄層模型(a)及其AVO反射地震響應(yīng)(b)、振幅隨入射角變化特征(c)

圖6 厚度為8ms的薄層模型(a)及其AVO反射地震響應(yīng)(b)、振幅隨入射角變化特征(c)

圖7 厚度為12ms的薄層模型(a)及其AVO反射地震響應(yīng)(b)、振幅隨入射角變化特征(c)

圖8 厚度為16ms的薄層模型(a)及其AVO反射地震響應(yīng)(b)、振幅隨入射角變化特征(c)

圖9 厚度為20ms的薄層模型(a)及其AVO反射地震響應(yīng)(b)、振幅隨入射角變化特征(c)

圖10 厚度為24ms的薄層模型(a)及其AVO反射地震響應(yīng)(b)、振幅隨入射角變化特征(c)

依據(jù)油、水體積模量,結(jié)合測(cè)井響應(yīng)特征和基質(zhì)體積模量,根據(jù)Biot-Gassmann雙相介質(zhì)理論對(duì)目的層進(jìn)行飽油、飽水替換研究,得到飽油、飽水條件下砂巖縱、橫波速度和密度。圖11顯示了D1井流體替換后縱波速度、橫波速度、密度曲線響應(yīng)特征。依據(jù)Zoeppritz方程模擬分析不同飽和流體狀態(tài)下地震反射振幅隨入射角變化規(guī)律,圖12給出了不同飽和流體狀態(tài)下目的層頂面(5240ft,1ft≈0.3048m)與底面(5284ft)反射振幅隨入射角的變化情況。由圖12可以看出,目的層頂面為第3類AVO異常,即振幅隨入射角增大而增大,且飽油狀態(tài)振幅明顯增強(qiáng),飽水狀態(tài)振幅最弱,目的層底面振幅也表現(xiàn)出飽油狀態(tài)下振幅增強(qiáng),飽水狀態(tài)下振幅減弱的特征。

圖11 D1井流體替換測(cè)井響應(yīng)特征(1ft≈0.3048m)

為了進(jìn)一步研究薄層厚度變化及不同流體狀態(tài)對(duì)AVO屬性的影響,依據(jù)流體替換結(jié)果獲得不同流體狀態(tài)的彈性參數(shù),如表1所示。結(jié)合AVO薄層正演分析,提取了飽油、飽水和原始測(cè)井狀態(tài)下不同薄層厚度的AVO截距(P)、梯度(G)和截距與梯度乘積(P×G)之間的關(guān)系(圖13)。由圖13可見,當(dāng)薄層厚度小于調(diào)諧厚度時(shí),AVO屬性與層厚有近似正比例的關(guān)系,因此AVO方法可以精確預(yù)測(cè)法向入射時(shí)的振幅,且比WIDESS[20]提出的方法預(yù)測(cè)結(jié)果要好。同時(shí),對(duì)于第3類AVO,P和G的絕對(duì)值都在增加,遠(yuǎn)離背景趨勢(shì),因而薄層調(diào)諧效應(yīng)更易識(shí)別。當(dāng)儲(chǔ)層飽含油時(shí),截距P、梯度G明顯增強(qiáng),且均強(qiáng)于飽含水狀態(tài),P×G屬性進(jìn)一步放大了飽油與飽水差異;相同儲(chǔ)層厚度情況下,P×G屬性值越大則含油氣飽和度越大。正演模擬結(jié)果表明,當(dāng)儲(chǔ)層含油氣時(shí),表現(xiàn)為強(qiáng)P×G屬性異常,P×G屬性強(qiáng)度約為飽含水時(shí)的2～5倍,反之則儲(chǔ)層含水概率增大,這也為后期使用P×G屬性識(shí)別儲(chǔ)層含油氣性提供了理論依據(jù)。

表1 不同流體狀態(tài)彈性參數(shù)

圖12 D1井不同飽和流體狀態(tài)下目的層頂面(a)與底面(b)振幅隨入射角變化情況

圖13 不同流體狀態(tài)下薄層厚度隨截距(a)、梯度(b)和截距×梯度(c)的變化特征

2 應(yīng)用效果分析

研究區(qū)主要目的層為三角洲前緣沉積的Carbonera組,其中,C5C段為主力產(chǎn)油層,河道走向以北東和北北東向?yàn)橹?河道寬度為322～830m,砂巖厚度為3～35m。沿河道走向C5C段表現(xiàn)為連續(xù)性強(qiáng)的反射特征,垂直河道走向C5C段表現(xiàn)為亮點(diǎn)反射特征,且橫向相變快。前期井位部署主要依據(jù)疊后振幅屬性,然而D1井和D2井鉆探發(fā)現(xiàn)疊后強(qiáng)振幅屬性異常并非都是含油氣儲(chǔ)層。圖14為C5C段振幅屬性平面圖。由圖14可見,D1井和D2井均表現(xiàn)為強(qiáng)振幅特征。圖15為D1井和D2井連井地震剖面(剖面位置為圖14 中AA′段),同為“亮點(diǎn)”地震響應(yīng)特征,D1井在C5C段鉆遇35m砂巖儲(chǔ)層,伽馬曲線具有“鐘形”特征,并且獲得高產(chǎn),D2井在C5C段無(wú)明顯儲(chǔ)層鉆遇,伽馬曲線揭示以泥巖為主。

本文在疊前道集背景趨勢(shì)校正保幅處理基礎(chǔ)上,結(jié)合前述流體替換及AVO正演模擬研究結(jié)果,對(duì)實(shí)際工區(qū)進(jìn)行AVO屬性分析,優(yōu)選P×G屬性作為研究區(qū)流體敏感屬性。圖16給出了C5C段的P×G平面屬性。由圖16可見,D1井P×G屬性為正的強(qiáng)異常,D2井P×G屬性為弱異常。圖17給出了過(guò)D1井和D2井的連井P×G剖面(剖面位置為圖16中CC′段)。由圖17可見,D1井儲(chǔ)層頂、底均為強(qiáng)P×G異常特征,D2井儲(chǔ)層頂、底均無(wú)明顯異常,且D1井P×G屬性異常值約為D2井的5倍,與前述流體替換AVO屬性分析結(jié)果及鉆井油氣效果吻合,因此P×G屬性對(duì)該區(qū)油藏含油氣性有直觀的檢測(cè)效果。后期依據(jù)P×G屬性預(yù)測(cè)結(jié)果,在C5C段分支河道部署D3井,圖18和圖19分別為過(guò)D3井的地震剖面(剖面位置為圖14中的BB′段)和P×G屬性剖面(剖面位置為圖16中的DD′段)。由圖18 和圖19可見,D3井在C5C段表現(xiàn)為強(qiáng)振幅地震反射特征,儲(chǔ)層頂面為強(qiáng)P×G屬性異常,P×G屬性強(qiáng)度約為D2井的2～3倍,預(yù)測(cè)為油井。實(shí)鉆揭示D3井鉆遇C5C段砂巖22.86m,且獲得高產(chǎn)油氣,從而揭開了本區(qū)河道砂巖巖性油藏開發(fā)的序幕。

圖14 C5C段波谷振幅屬性

圖15 D1井和D2井連井地震剖面

圖16 C5C段P×G平面屬性

圖18 過(guò)D3井地震剖面

圖19 過(guò)D3井P×G剖面

3 結(jié)論

1) AVO屬性檢測(cè)油氣成功與否很大程度上依賴于疊前地震道集質(zhì)量。本文提出AVO背景趨勢(shì)校正保幅處理技術(shù),獲得相對(duì)保幅的疊前CRP道集。采用本文方法處理后,不僅拓寬了疊前道集大入射角頻譜,保留了儲(chǔ)層更多含油氣信息,而且使地震道集與井旁道集背景趨勢(shì)一致,為后期AVO屬性分析奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2) 通過(guò)流體替換及AVO薄互層正演模擬分析,有效規(guī)避了薄層調(diào)諧作用造成的AVO異常陷阱,優(yōu)選了AVO流體識(shí)別敏感屬性,同時(shí)為AVO屬性半定量解釋提供了依據(jù),進(jìn)一步提高了AVO屬性油氣檢測(cè)與鉆井結(jié)果的可解釋性。

3) 本文方法在哥倫比亞Llanos盆地D區(qū)塊油氣檢測(cè)中有效區(qū)分了疊后地震剖面真、假“亮點(diǎn)”反射含油氣性。研究區(qū)C5C段砂巖含油后表現(xiàn)為明顯的第3類AVO異常,結(jié)合流體替換和薄互層正演分析結(jié)果,優(yōu)選敏感屬性P×G進(jìn)行流體檢測(cè),且含油砂巖P×G強(qiáng)度約為含水砂巖的2～5倍,預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)鉆井結(jié)果吻合度高,證明本文方法可對(duì)該區(qū)油藏含油氣性進(jìn)行定性-半定量評(píng)價(jià),后期依據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果在C5C段分支河道部署D3井獲得高產(chǎn)油氣,進(jìn)一步證實(shí)了本文方法的有效性,為該區(qū)后期河道砂巖巖性油氣藏勘探開發(fā)提供了重要依據(jù)。