JZ氣田湖底扇巖性砂體沉積模式研究與應(yīng)用

文佳濤，呂坐彬，韓雪芳，房 娜，嚴(yán) 皓

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引 言

隨著渤海油田勘探開發(fā)程度的提高，湖底扇沉積逐漸成為勘探開發(fā)突破的重要領(lǐng)域之一。對(duì)于海上油氣田而言，由于鉆井成本高，往往面臨著鉆井和測(cè)井資料少、井距大、儲(chǔ)層預(yù)測(cè)難等挑戰(zhàn)。因此，在無(wú)井或少井控制條件下，充分利用地震資料在空間上密集采樣的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)地震沉積學(xué)方法預(yù)測(cè)儲(chǔ)層分布規(guī)律已成為海上油氣田勘探開發(fā)的重要手段[1-5]，并已廣泛應(yīng)用于渤海油田河流相和三角洲相儲(chǔ)層預(yù)測(cè)研究中，取得了較好的勘探開發(fā)效果，但對(duì)于湖相湖底扇沉積的地震儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方法的研究較少。為了豐富海上湖底扇沉積地震儲(chǔ)層預(yù)測(cè)研究方法，也為了解決JZ氣田湖底扇沉積儲(chǔ)層橫向變化快、砂體分布范圍難以精細(xì)預(yù)測(cè)的難題，在地震沉積學(xué)理論指導(dǎo)下，結(jié)合湖底扇沉積特征，通過(guò)地震分頻解釋技術(shù)、地震相分析和地震屬性優(yōu)選等地球物理方法[6-9]，探索出一套適合海上油氣田湖底扇儲(chǔ)層精細(xì)預(yù)測(cè)的技術(shù)與方法，刻畫出JZ氣田湖底扇砂體的分布范圍和沉積模式，落實(shí)了氣田的風(fēng)險(xiǎn)和潛力，為儲(chǔ)量計(jì)算、開發(fā)方案研究和井位部署提供了可靠地質(zhì)依據(jù)，降低了開發(fā)方案研究中不確定性和開發(fā)投資風(fēng)險(xiǎn)，具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

1 氣田地質(zhì)概況

JZ氣田位于渤海灣盆地遼東灣海域遼中凹陷中北部，氣田埋深為2 200 m左右，為典型的中深層氣田。通過(guò)區(qū)域地質(zhì)背景、壁心、巖屑、重礦物、鉆井和測(cè)井等資料的綜合研究認(rèn)為，JZ氣田目的層?xùn)|二段位于穩(wěn)定的半深湖沉積環(huán)境，局部發(fā)育重力滑塌作用形成的湖底扇沉積體系，物源主要來(lái)自東邊的遼東凸起。

勘探階段認(rèn)為該氣田湖底扇沉積平面分布范圍廣，儲(chǔ)層連續(xù)性比較好，勘探開發(fā)潛力較大。為此，在其構(gòu)造低部位和高部位分別鉆探了JZ-X-1、JZ-X-3井2口探井，其中，JZ-X-1井鉆遇儲(chǔ)層厚度為100 m左右，氣層厚度為20 m；構(gòu)造高部位距離JZ-X-1井約500 m左右的JZ-X-3井僅鉆遇20 m左右的水層。實(shí)鉆證實(shí)該湖底扇沉積內(nèi)部?jī)?chǔ)層橫向變化快，砂體分布范圍和連通關(guān)系十分復(fù)雜，流體系統(tǒng)存在矛盾，給后期的開發(fā)帶來(lái)了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

2 砂體平面分布范圍預(yù)測(cè)

2.1 地震沉積學(xué)方法分析

針對(duì)JZ氣田目的層?xùn)|二段油藏埋深大、地震資料分辨率低、儲(chǔ)層橫向變化快等難題，利用地震分頻解釋技術(shù)提高了原始地震資料分辨能力[10-12]。研究區(qū)地震資料主頻為20 Hz左右，通過(guò)對(duì)原始地震資料進(jìn)行分頻處理，采用小波分頻重構(gòu)技術(shù)[13-14]，濾除了低頻和高頻成分，保留了主頻20 Hz左右的優(yōu)勢(shì)頻帶，大大提高了對(duì)目標(biāo)體的識(shí)別精度。

根據(jù)地質(zhì)分層、地震層位和測(cè)井旋回等對(duì)應(yīng)關(guān)系，進(jìn)行精細(xì)小層劃分與對(duì)比，將研究區(qū)湖底扇劃分為2個(gè)小層，分別對(duì)應(yīng)早晚2期不同的湖底扇沉積。結(jié)合地震數(shù)據(jù)體的采樣點(diǎn)和地震分辨率精度，利用地層切片技術(shù)建立等時(shí)研究單元[15]，選取不同時(shí)期的地層切片進(jìn)行地震屬性的提取和等時(shí)研究單元的儲(chǔ)層平面研究。

2.2 砂體平面分布范圍預(yù)測(cè)

地震屬性主要分為振幅、頻率、相位及層序等多種類型，最常用的是通過(guò)各種振幅能量類地震屬性來(lái)識(shí)別砂泥巖的分布范圍和預(yù)測(cè)有利儲(chǔ)層發(fā)育帶[16-17]，但該方法在刻畫研究區(qū)湖底扇砂體的平面分布范圍時(shí)效果并不理想。針對(duì)JZ氣田湖底扇儲(chǔ)層難以精細(xì)預(yù)測(cè)的難題，對(duì)遼東灣地區(qū)已發(fā)現(xiàn)的湖底扇沉積特征進(jìn)行深入研究[18-19]，認(rèn)為受重力滑塌作用影響，湖底扇沉積體在沉積過(guò)程中常發(fā)生滑塌變形，形成各種滑動(dòng)變形構(gòu)造，導(dǎo)致地層橫向展布不穩(wěn)定、不連續(xù)、成層性差，而深湖泥巖整體分布范圍廣、成層性和連續(xù)性好。通過(guò)對(duì)地震屬性的基本原理、使用條件及其地質(zhì)意義進(jìn)行深入研究，發(fā)現(xiàn)方差體技術(shù)是檢測(cè)地層不連續(xù)變化和斷層等地質(zhì)異常體的一種有效技術(shù)[20]，結(jié)合湖底扇沉積特征和周邊泥巖的沉積差異，利用方差體數(shù)據(jù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)成果數(shù)據(jù)，通過(guò)優(yōu)選方差體屬性來(lái)表征地層不連續(xù)變化的特征，從而達(dá)到預(yù)測(cè)湖底扇砂體平面分布范圍的目的。

通過(guò)提取等時(shí)地層切片所對(duì)應(yīng)的方差體地震屬性，可以較好地將湖底扇砂體與周邊的泥巖區(qū)分開來(lái)。從方差體地層切片可以看出，湖底扇砂體的分布范圍和邊界十分清晰(圖1a)。

研究結(jié)果表明，JZ氣田勘探階段初步認(rèn)為是一個(gè)連片分布、穩(wěn)定沉積的湖底扇砂體，其實(shí)是由2個(gè)相互獨(dú)立不連通的巖性砂體組成。JZ-X-1、JZ-X-3井分別鉆遇2個(gè)不同的湖底扇沉積砂體，其中，JZ-X-3井鉆遇的湖底扇砂體規(guī)模較小，沒(méi)有成藏，判定為水層，無(wú)開發(fā)潛力；JZ-X-1井鉆遇的湖底扇砂體規(guī)模相對(duì)較大，為氣田后期開發(fā)的主力砂體(圖1b)。

圖1 JZ氣田湖底扇砂體平面分布范圍

3 砂體沉積模式刻畫

3.1 湖底扇亞相劃分

“湖底扇”這一術(shù)語(yǔ)來(lái)源于對(duì)海底扇的研究，由Walker R G等提出的海底扇模式演繹而來(lái)[21]。一個(gè)完整的湖底扇沉積發(fā)育內(nèi)扇、中扇和外扇亞相，不同亞相的巖性、沉積構(gòu)造、測(cè)井相和地震相存在較大差異。由于勘探階段在JZ氣田沒(méi)有取心，根據(jù)壁心、巖屑描述，結(jié)合各種分析化驗(yàn)和測(cè)井曲線等資料，認(rèn)為JZ-X-1井鉆遇的湖底扇砂巖厚度大，沉積物粒度較細(xì)，分選性和成層性較好，磨圓度為次圓狀，說(shuō)明沉積物搬運(yùn)距離較遠(yuǎn)；測(cè)井相整體表現(xiàn)為正韻律，以齒化箱形為主。綜合判斷JZ-X-1井鉆遇的湖底扇砂體為中扇亞相沉積。

研究區(qū)鉆井和測(cè)井資料少、井距大，而僅根據(jù)少量的鉆井、測(cè)井資料很難對(duì)湖底扇內(nèi)部的沉積亞相類型和沉積模式進(jìn)行深入研究，因此，嘗試從地震相的角度對(duì)湖底扇不同亞相類型進(jìn)行識(shí)別。通過(guò)大量的文獻(xiàn)調(diào)研，一些學(xué)者認(rèn)為，地震相的差異可反映湖底扇內(nèi)部不同亞相的巖性和沉積特征差異[22-28]。其中，內(nèi)扇亞相距離物源最近，受重力滑塌作用最為明顯，巖性復(fù)雜，分選性和連續(xù)性差，地震剖面上波阻抗界面雜亂，地震相主要呈明顯的不連續(xù)雜亂反射和高角度蠕蟲狀雜亂反射特征。內(nèi)扇亞相向前運(yùn)移逐漸變?yōu)橹猩葋喯喑练e，中扇亞相的連續(xù)性和成層性相對(duì)較好，地震相主要表現(xiàn)為低角度、亞平行的蠕蟲狀連續(xù)反射特征。外扇亞相以泥巖沉積為主，夾薄層狀粉砂，地震相主要表現(xiàn)為平行、連續(xù)性較好的強(qiáng)反射特征。根據(jù)地震相的差異，JZ-X-1井共識(shí)別出內(nèi)扇、中扇和外扇3種不同的亞相，離物源越遠(yuǎn)，不同亞相的地震相連續(xù)性越好(圖2)。

為了驗(yàn)證湖底扇亞相劃分的合理性，結(jié)合研究區(qū)湖底扇沉積特征建立了湖底扇內(nèi)部不同亞相地質(zhì)概念模型，利用Tesseral軟件開展地震正演模擬研究。模擬結(jié)果表明，正演模型設(shè)計(jì)的湖底扇內(nèi)扇、中扇和外扇亞相地質(zhì)概念模型所合成的地震相與地震庫(kù)中實(shí)際地震剖面上劃分的內(nèi)扇、中扇和外扇亞相所對(duì)應(yīng)的地震相較為相似。其中，內(nèi)扇亞相地震相最為雜亂，中扇亞相呈蠕蟲狀相對(duì)連續(xù)反射，外扇亞相表現(xiàn)為連續(xù)性好的強(qiáng)反射特征，且離物源越遠(yuǎn)地震相連續(xù)性越好。說(shuō)明了通過(guò)地震相差異劃分湖底扇不同亞相類型在研究區(qū)符合實(shí)際地質(zhì)情況。

圖2 JZ-X-1井區(qū)湖底扇內(nèi)部不同亞相地震相劃分結(jié)果

3.2 湖底扇沉積模式刻畫

對(duì)研究區(qū)湖底扇沉積特征進(jìn)行深入研究，發(fā)現(xiàn)湖底扇內(nèi)部不同亞相的沉積特征和地層傾角特征各不相同。通過(guò)對(duì)不同地震屬性的基本原理、使用條件及其地質(zhì)意義進(jìn)行深入分析，發(fā)現(xiàn)瞬時(shí)頻率地震屬性可以較好地表征沉積特征的變化。沉積特征變化越快，瞬時(shí)頻率地震屬性的瞬時(shí)相位變化也越快。由于研究區(qū)湖底扇內(nèi)扇亞相沉積特征變化最快，中扇亞相沉積特征變化其次，外扇亞相以泥巖沉積為主，通過(guò)地震屬性優(yōu)選，選取了表征沉積特征變化的瞬時(shí)頻率地震屬性刻畫研究區(qū)不同亞相平面分布范圍。通過(guò)對(duì)研究區(qū)物源方向、不同亞相發(fā)育位置和內(nèi)部產(chǎn)狀進(jìn)行深入研究，發(fā)現(xiàn)湖底扇內(nèi)扇亞相距離物源最近，受重力滑塌作用影響最為明顯，地層產(chǎn)狀最陡，傾角最大，可見高角度疊瓦狀前積排列的雜亂反射；中扇亞相逐漸變?yōu)榈徒嵌?、亞平行的蠕蟲狀反射特征；外扇亞相蠕蟲狀反射特征基本消失，變?yōu)槠叫械膹?qiáng)反射。針對(duì)湖底扇內(nèi)部不同亞相地層傾角的變化規(guī)律，優(yōu)選了地層傾角屬性來(lái)刻畫湖底扇內(nèi)部不同亞相平面分布差異。通過(guò)提取JZ-X-1井鉆遇的主力湖底扇砂體的瞬時(shí)頻率地震屬性和地層傾角屬性，可以看出2種不同敏感地震屬性在平面上的變化規(guī)律非常相似，吻合度非常高，在平面上明顯分為3個(gè)不同的相帶，與地震相識(shí)別的的各個(gè)亞相的分布位置吻合較好。這表明通過(guò)優(yōu)選瞬時(shí)頻率地震屬性和地層傾角屬性可以較好地刻畫湖底扇內(nèi)部不同亞相的平面分布范圍(圖3)。

圖3 JZ-X-1井區(qū)湖底扇砂體地震屬性

綜合多方面研究，結(jié)合已有鉆井資料、測(cè)井相和地震相標(biāo)志，根據(jù)剖面地震相的識(shí)別和平面上地震屬性的分帶差異，刻畫出研究區(qū)湖底扇精細(xì)沉積模式(圖4)。由圖4可知，JZ-X-1井區(qū)主力湖底扇砂體自東側(cè)物源方向運(yùn)移，依次發(fā)育內(nèi)扇、中扇和外扇3種亞相。其中，內(nèi)扇亞相位于構(gòu)造高部位的陡坡帶，內(nèi)部較為雜亂，連續(xù)性差。探井JZ-X-1井位于研究區(qū)中扇亞相發(fā)育區(qū)，中扇亞相面積相對(duì)較大，儲(chǔ)層厚度大，橫向展布較為穩(wěn)定，為氣田有利儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)，后期開發(fā)潛力較大。外扇亞相面積較小，儲(chǔ)層相對(duì)不發(fā)育，開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)較大。

圖4 JZ-X-1井區(qū)湖底扇砂體沉積模式

4 應(yīng)用效果

在JZ氣田前期儲(chǔ)量評(píng)價(jià)階段，通過(guò)對(duì)JZ-X-1井區(qū)湖底扇砂體的平面分布范圍和內(nèi)部沉積模式進(jìn)行重新認(rèn)識(shí)，意識(shí)到該氣田的砂體分布范圍比較局限，存在橫向的巖性邊界，屬于典型的巖性油氣藏。結(jié)合湖底扇砂體巖性邊界在構(gòu)造圖上圈定探明含氣面積，為儲(chǔ)量計(jì)算提供了可靠地質(zhì)依據(jù)：針對(duì)構(gòu)造高部位陡坡帶位置發(fā)育的內(nèi)扇亞相地震相比較雜亂、連續(xù)性差的特征，認(rèn)為儲(chǔ)層內(nèi)部連通性存在風(fēng)險(xiǎn)，提出了在構(gòu)造高部位湖底扇內(nèi)扇亞相范圍內(nèi)開發(fā)井暫緩鉆探的建議；外扇亞相整體儲(chǔ)層厚度較薄，儲(chǔ)層風(fēng)險(xiǎn)較大；中扇亞相為研究區(qū)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的發(fā)育區(qū)，為氣田后期開發(fā)的目標(biāo)潛力區(qū)。結(jié)合研究區(qū)氣水界面、湖底扇砂體邊界和中扇亞相平面分布范圍，在構(gòu)造圖上重新圈定可動(dòng)用探明含氣面積(圖5)，計(jì)算優(yōu)質(zhì)可動(dòng)用地質(zhì)儲(chǔ)量較評(píng)價(jià)階段計(jì)算探明地質(zhì)儲(chǔ)量減少了約40%。通過(guò)多重因素結(jié)合定量表征可動(dòng)用地質(zhì)儲(chǔ)量，避免了因儲(chǔ)層認(rèn)識(shí)不清而導(dǎo)致的儲(chǔ)量風(fēng)險(xiǎn)，從而降低了早期的開發(fā)投資風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié) 論

(1)在地震沉積學(xué)理論指導(dǎo)下，利用地震分頻解釋技術(shù)提高了目標(biāo)體識(shí)別精度，并優(yōu)選出方差體地震屬性，可較好地刻畫湖底扇砂體平面分布范圍。JZ-X-1井區(qū)平面上發(fā)育2個(gè)相互獨(dú)立不連通的巖性砂體，其中，JZ-X-1井鉆遇的主力湖底扇砂體規(guī)模相對(duì)較大，后期開發(fā)潛力大。

圖5 JZ-X-1井區(qū)不同階段探明含氣面積

(2)以單井相、測(cè)井相和地震相標(biāo)志為基礎(chǔ)，通過(guò)剖面地震相識(shí)別和多種地震屬性優(yōu)選，優(yōu)選出優(yōu)勢(shì)頻帶下的瞬時(shí)頻率屬性和地層傾角屬性，二者可較好地刻畫JZ-X-1井區(qū)主力湖底扇砂體內(nèi)部不同亞相的平面分布范圍，并從成因上刻畫出湖底扇內(nèi)扇、中扇和外扇亞相，建立了湖底扇精細(xì)沉積模式。

(3)JZ-X-1井區(qū)主力湖底扇砂體自東側(cè)物源方向向前運(yùn)移，依次發(fā)育內(nèi)扇、中扇和外扇亞相。內(nèi)扇亞相位于構(gòu)造高部位的陡坡帶，內(nèi)部較為雜亂，連續(xù)性差；中扇亞相面積相對(duì)較大，砂體橫向展布較為穩(wěn)定，為氣田有利儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)，后期開發(fā)潛力大；外扇亞相面積相對(duì)較小，儲(chǔ)層整體不發(fā)育。

(4)結(jié)合湖底扇巖性砂體邊界和中扇亞相邊界，圈定了JZ-X-1井區(qū)探明含氣面積和可動(dòng)用含氣面積，為儲(chǔ)量計(jì)算、可動(dòng)用地質(zhì)儲(chǔ)量分析和開發(fā)方案編制提供了可靠地質(zhì)依據(jù)，避免了因儲(chǔ)層認(rèn)識(shí)不清而導(dǎo)致的儲(chǔ)量風(fēng)險(xiǎn)，降低了開發(fā)方案研究中的不確定性和開發(fā)投資風(fēng)險(xiǎn)。