煤層發(fā)育條件下薄儲層預(yù)測方法研究

楊雪，裴家學(xué)，何紹勇，蔣學(xué)峰，謝天壽，高建軍

(1.中石油遼河油田勘探開發(fā)研究院，遼寧 盤錦 124010; 2.中石油新疆油田勘探開發(fā)研究院，新疆 克拉瑪依 834000)

0 前言

瑪湖凹陷斜坡區(qū)(簡稱瑪西斜坡區(qū))勘探始于20世紀(jì)80年代，幾口探井在侏羅系見油氣顯示，但未獲得工業(yè)油流。近年來，伴隨著斜坡區(qū)三疊系百口泉組整體突破，A12井在侏羅系八道灣組2 436～2 440 m獲得高產(chǎn)油氣流，拉開了瑪西斜坡區(qū)侏羅系及其它中淺層勘探的序幕?，斘餍逼聟^(qū)侏羅系具有埋藏淺、儲層物性好、油質(zhì)輕的特點(diǎn)，符合高效勘探的要求；但是該層系存在含油砂體厚度薄、橫向變化快，煤層厚度大、分布廣的問題，給儲層預(yù)測工作帶來極大難度。

前人對薄儲層的預(yù)測從地震反射特征、疊前疊后地震反演以及地質(zhì)建模等方面做了大量的研究工作[1-5]，在一定條件下能夠達(dá)到預(yù)測薄砂體的目的，但對煤層發(fā)育條件下的薄儲層預(yù)測仍有待探索。煤層的發(fā)育對下部地層的地震響應(yīng)產(chǎn)生屏蔽作用，使得薄砂層地震反射極弱，對其進(jìn)行預(yù)測識別變得極為困難。針對這個(gè)問題，秦雪霏等[6]、佘剛等[7]采用多子波分解與重構(gòu)方法將原始地震數(shù)據(jù)分解為多個(gè)不同頻率的子波數(shù)據(jù)體，將反映儲層頻率成分段的子波進(jìn)行融合重構(gòu)，一定程度上剔除了煤層干擾。喬中林[8]利用鉆井資料擬合煤層厚度與振幅屬性的關(guān)系，采用子波分解和波形分解方法消除煤層對地震資料的影響。劉英輝等[9]利用穩(wěn)定煤層建立含煤地層高頻層序格架，在此格架約束下，利用地震沉積學(xué)的地層切片技術(shù)對砂體沉積特征進(jìn)行定性分析。劉俊州等[10]采用地質(zhì)約束非線性反演方法，反演出煤層的地震響應(yīng)并將其去除；在此基礎(chǔ)上，采用井控多道反褶積方法提高地震資料分辨率，為薄儲層預(yù)測提供地震信息?？傮w來說，上述方法均通過對地震資料進(jìn)行預(yù)處理以消除煤層的影響，再進(jìn)行儲層預(yù)測。文中探索一種基于現(xiàn)有地震資料，利用多種曲線構(gòu)建擬聲波開展薄儲層預(yù)測的方法。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

瑪湖凹陷是準(zhǔn)噶爾盆地西北端的一個(gè)次級構(gòu)造單元(圖1)。研究區(qū)位于瑪湖凹陷與克百—烏夏斷裂帶的結(jié)合部位，整體為自北西向南東傾的平緩單斜，構(gòu)造較為簡單，局部發(fā)育低幅度背斜或鼻狀構(gòu)造。研究區(qū)南部發(fā)育走滑斷層，斷距不大，延伸較遠(yuǎn)，斷層深部切穿二疊系風(fēng)城組的生油巖[11]，成為油氣向中淺層運(yùn)移的主要通道。鉆井揭示，瑪西斜坡區(qū)自下而上發(fā)育的地層有石炭系，二疊系、三疊系百口泉組、克拉瑪依組、白堿灘組，侏羅系八道灣組、三工河組、西山窯組、頭屯河組及白堊系，形成了二疊系與三疊系，三疊系與侏羅系，侏羅系與白堊系三套區(qū)域性不整合。

圖1 瑪湖凹陷區(qū)域構(gòu)造綱要Fig.1 Regional structure outline map of Mahu sag

自石炭紀(jì)以來，瑪湖凹陷經(jīng)歷了晚海西、印支、燕山、喜山等多旋回的構(gòu)造運(yùn)動，形成了現(xiàn)今復(fù)合疊加的構(gòu)造格局。三疊紀(jì)及以前，構(gòu)造運(yùn)動強(qiáng)烈，形成大量深層斷裂、褶皺，以及區(qū)域性不整合；三疊紀(jì)之后構(gòu)造趨于穩(wěn)定，以河流相、湖相沉積為主，三疊世晚期發(fā)育寬闊的湖湘沉積。三疊紀(jì)末期，盆地發(fā)生整體抬升，與上覆侏羅系之間形成區(qū)域性不整合[12-13]。進(jìn)入侏羅紀(jì)，構(gòu)造運(yùn)動減弱，盆地基底以振蕩升降為特征，整體具有盆大水淺、物源多、坡度緩的特點(diǎn)。自扎伊爾山—哈拉阿拉特山向凹陷內(nèi)部主要為山前沖積扇—辮狀河三角洲—湖泊沉積體系[14]。八道灣組沉積時(shí)期，地勢較平坦，水體時(shí)深時(shí)淺，但平均水深較晚三疊世淺很多；此時(shí)期湖盆廣闊、氣候溫濕，以辮狀河三角洲平原 (沼澤) 沉積為主[15-16]，形成了砂泥巖互層夾煤層的巖性組合。至三工河組沉積時(shí)期，湖盆整體下降，以濱、淺湖和河流三角洲沉積體系為主；侏羅紀(jì)晚期湖盆局限、氣候干旱，發(fā)育河流相雜色沉積物。

瑪西斜坡區(qū)處于山前斷裂帶與瑪湖凹陷的過渡帶，沉積類型多樣，既有大量的邊緣碎屑沉積，又有湖相泥巖沉積。通過沉積演化結(jié)合巖心分析，自三疊紀(jì)以來，瑪西斜坡區(qū)從下至上由辮狀河三角洲平原向前緣演變，隨著水體逐漸加深，過渡為濱淺湖亞相，具多個(gè)下粗上細(xì)的正旋回沉積。這種沉積相帶的交互變更，在斜坡區(qū)形成多套砂泥巖互層的儲蓋組合。目前發(fā)現(xiàn)的油藏主要分布在八道灣組，其單層含油砂體厚度為2～12 m；平均孔隙度為13.5%，滲透率平均為3.7 mD；儲層孔隙類型主要以剩余粒間孔為主，其次為粒內(nèi)溶孔，儲層類型為低孔、低滲儲集層；油藏頂部通常被煤層所覆蓋。根據(jù)巖性和電性特征，八道灣組下部巖性主要為灰色致密砂礫巖、中-細(xì)砂巖，夾煤層，電性特征表現(xiàn)為塊狀和指狀中高阻；中部巖性以灰色、深灰色厚層狀泥巖夾薄層粉細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖和煤層，電性特征表現(xiàn)為指狀中高阻；上部主要為灰色中細(xì)砂巖夾薄層泥巖，頂部覆蓋泥巖夾煤層，電性特征為指狀中阻。

2 擬聲波反演技術(shù)預(yù)測薄砂體分布

瑪西斜坡區(qū)侏羅系發(fā)育多套煤層，其中八道灣組的煤層分布范圍廣，厚度大，最大厚度達(dá)到20 m。煤層的發(fā)育在地震上形成一組強(qiáng)反射界面，對下部地層的地震反射產(chǎn)生屏蔽作用，造成砂泥層的波阻抗無明顯差異。據(jù)侏羅系八道灣組巖石物理參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，不同巖性的速度、密度、波阻抗等響應(yīng)特征見表1。

儲層砂巖密度為1.58～2.46 g/cm3，縱波速度為3 900～4 300 m/s，與泥巖的密度和縱波速度差別不大；儲層砂巖縱波阻抗分布在7 200～10 500 g·cm-3·m·s-1，在泥巖縱波阻抗數(shù)值范圍內(nèi)，常規(guī)波阻抗基本不能區(qū)分砂泥巖；而煤層的密度、速度和縱波阻抗值低于砂泥巖類，致密砂巖的密度、速度和縱波阻抗高于其它巖類，在這類巖性組合條件下，常規(guī)波阻抗反演完全不能達(dá)到預(yù)期效果。

表1 不同巖性的巖石物理參數(shù)與部分測井響應(yīng)特征統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistical data of petro-physical parameters and logging characters of different types rocks

此外，煤層在測井響應(yīng)上具有低密度、極高時(shí)差的特征，造成常規(guī)的聲波曲線、密度曲線和伽馬曲線等對砂泥巖地層巖性變化的響應(yīng)特征均不明顯(圖2)。如果僅用某一種曲線進(jìn)行波阻抗反演，不能準(zhǔn)確地反映地層巖性的變化，使得反演結(jié)果與實(shí)際情況不吻合。因此，需要構(gòu)建擬聲波的波阻抗反演技術(shù)進(jìn)行薄砂巖儲層反演預(yù)測。

目前，常見的構(gòu)建擬聲波曲線的方法主要有統(tǒng)計(jì)回歸和理論計(jì)算兩種，但這兩種方法沒有考慮地層背景速度低頻信息的影響，構(gòu)建的聲波曲線不能真實(shí)客觀地反映地層信息。為此，通常采用對巖性變化較敏感的中子、自然伽馬、電阻率等測井曲線，把它轉(zhuǎn)換成具有聲波量綱的新的聲波曲線，該聲波曲線具備原始測井曲線的高頻信息，同時(shí)融合實(shí)測聲波的低頻信息，既能反映地層速度和波阻抗的變化，又能反映地層巖性的細(xì)微差別[17-19]。

首先確定對巖性變化比較敏感的測井曲線。通過曲線特征分析，M612井的密度曲線和中子曲線對砂泥巖變化都有一定響應(yīng)。相比較而言，儲層砂巖的密度略低于泥巖，高于煤層密度；儲層砂巖的中子數(shù)值最小，與泥巖略有差別，但與煤層高中子特征相比，如果僅利用中子曲線構(gòu)建擬聲波，仍舊難以區(qū)分巖性變化。因此，利用密度和中子曲線共同構(gòu)建的新曲線，削弱煤層的影響。

具體步驟如下：

1)對校正之后的密度曲線和中子曲線做歸一化處理。將井眼質(zhì)量好且測井資料全的井作為標(biāo)準(zhǔn)井，大套泥巖段作為標(biāo)準(zhǔn)層，將其他井的數(shù)值漂移到同一數(shù)值。

圖2 M612井綜合測井曲線Fig.2 Well M612 comprehensive log-curves

2)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，將兩條曲線合成一條能夠區(qū)分出砂泥巖的曲線R：R=CNL×5+DEN，R曲線能夠較好地區(qū)分砂泥巖，且去除煤層異常值的影響。

3)利用聲波時(shí)差與R曲線進(jìn)行交匯，得到擬合公式，二者線性相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.76：

Pseudo_AC=27.83R-33.36 。

利用該公式擬合新的時(shí)差曲線Pseudo_AC，把擬合曲線的數(shù)值轉(zhuǎn)換到常規(guī)的聲波時(shí)差數(shù)值范圍。

新曲線在保留了原始曲線變化趨勢的基礎(chǔ)上，利用上式重構(gòu)聲波時(shí)差。重構(gòu)的聲波時(shí)差與原始聲波時(shí)差趨勢、數(shù)量級一致，保持了地層的速度變化趨勢，反映了巖性信息。該曲線對應(yīng)砂巖層段的擬聲波值為低值，這與砂巖對應(yīng)的聲波值相吻合；并且在2 430～2 438 m薄砂巖層段(油層)，砂泥巖變化的幅度差十分明顯。與原始聲波曲線相比，新曲線(Pseudo AC)基本消除煤層產(chǎn)生的影響，清晰地反映了砂泥巖的變化。

通過地震合成記錄標(biāo)定，原始聲波曲線目的層段在地震上的相應(yīng)位置形成的反射界面不明顯，而其上部因?yàn)樵悸暡ㄇ€的變化形成較強(qiáng)的反射界面(圖3a)；相比之下，利用擬聲波曲線標(biāo)定的厚度為8 m的砂層，在地震上的相應(yīng)位置形成了明顯反射界面，其頂部的反射界面相對減弱(圖3b)。因此，采用這種方法對研究區(qū)塊多口井的聲波曲線進(jìn)行重構(gòu)，并以此作為約束進(jìn)行擬聲波反演，預(yù)測結(jié)果得到明顯改善。

圖3 原始聲波曲線(a)與擬聲波曲線(b)地震合成記錄對比Fig.3 Comparison of synthetic seismogram by original sonic(a) and Pseudo sonic(b)

3 效果分析

圖4是原始聲波曲線與擬聲波曲線反演結(jié)果對比：

1) 在原始聲波曲線的反演剖面(圖4a)中，A12井與M612井的砂體發(fā)育層段在反演剖面上特征不明顯，砂體邊界不清晰(虛線圈出部分)；而其上部 2 300 ms以上，實(shí)線圈出部分在井上標(biāo)定為泥巖夾煤層，反演結(jié)果卻表現(xiàn)出砂體的特征。因此，原始聲波曲線的反演結(jié)果不能反映儲層的真實(shí)情況，反演效果不理想。

2) 從擬聲波反演剖面(圖4b)來看，泥巖夾煤層段所產(chǎn)生的高阻特征在反演剖面上基本被消除，而且A12井與M612井下部的砂體形態(tài)完整、邊界清晰(虛線圈出部分)；同時(shí)檢驗(yàn)井B井在兩個(gè)砂體之間并未鉆遇砂層，與實(shí)際情況更為吻合；周邊其它井鉆遇的4～10 m薄砂層在預(yù)測結(jié)果均有響應(yīng)。由此可見，新構(gòu)建的擬聲波曲線能夠滿足薄儲層預(yù)測的需要，提高反演結(jié)果的可靠性。

4 結(jié)論

1) 通過沉積演化分析，瑪湖凹陷在侏羅紀(jì)時(shí)期湖盆寬緩、基底振蕩、氣候溫濕的沉積背景，在斜坡區(qū)形成多套砂泥巖薄互層組合夾煤層的巖性組合，是尋找?guī)r性油氣藏的有利場所。

2) 煤層對下部地層地震響應(yīng)產(chǎn)生屏蔽作用，造成薄砂層地震反射極弱、預(yù)測難度大，通過測井曲線對巖性變化敏感性分析，選用密度和中子曲線構(gòu)建擬聲波曲線，削弱煤層影響，突出砂泥巖變化的幅度差。

圖4 原始聲波曲線反演剖面(a)與擬聲波曲線反演剖面(b)對比Fig.4 Comparison of original sonic inversion section(a) and Pseudo sonic inversion section(b)

3) 利用擬聲波曲線開展井約束的地震反演，結(jié)果表明：擬聲波反演預(yù)測能夠?qū)崿F(xiàn)對薄砂體的精細(xì)刻畫，提高有效儲層反演預(yù)測的可靠性，對相似地質(zhì)條件下的儲層預(yù)測有借鑒作用。