疊前彈性參數(shù)反演及FFP分析技術(shù)在東海A氣田開發(fā)中的應(yīng)用

李炳穎，王偉，黃鑫，陳波，張錫楠

(中海石油(中國)有限公司上海分公司，上海 200335)

0 引言

基于三維地震資料的儲(chǔ)層預(yù)測和油氣檢測技術(shù)在油氣田勘探開發(fā)中發(fā)揮著重要作用。傳統(tǒng)儲(chǔ)層預(yù)測及烴檢方法是建立在疊后地震屬性分析[1]和疊后反演基礎(chǔ)上的。20世紀(jì)70年代，基于地震振幅特征的“亮點(diǎn)”“暗點(diǎn)”“平點(diǎn)”技術(shù)開創(chuàng)了利用地震信息進(jìn)行烴類檢測的先河[2-3]。20世紀(jì)80年代，疊后波阻抗反演技術(shù)蓬勃發(fā)展[4-5]，反演能夠?qū)⒎从车貙咏缑嫘畔⒌牡卣饠?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為反映巖性變化的波阻抗信息，從而直接與地質(zhì)、鉆井信息對比，該技術(shù)廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)層預(yù)測和油藏描述中。隨著地震勘探的深入和油氣儲(chǔ)集體越來越復(fù)雜,僅用少量或單一的疊后地震信息難以達(dá)到識別儲(chǔ)層和油氣的目的,因此數(shù)據(jù)信息更豐富的疊前地震資料應(yīng)用及相關(guān)技術(shù)研究逐漸成為熱門。基于疊前地震的振幅隨偏移距的變化(Amplitude variation with offset,簡寫AVO)技術(shù)和彈性參數(shù)反演技術(shù)能更有效地實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜儲(chǔ)層的巖性和含油氣性識別[6-8]。

本文針對東海油氣田花港組儲(chǔ)層橫向變化快、砂泥巖波阻抗疊置導(dǎo)致無法準(zhǔn)確刻畫儲(chǔ)層和檢測油氣的難題[9-10]，將疊前彈性參數(shù)反演和FFP分析技術(shù)相結(jié)合。首先通過反演巖性敏感彈性參數(shù)刻畫儲(chǔ)層展布，進(jìn)而利用反演的多個(gè)流體敏感參數(shù)進(jìn)行FFP分析求取含油氣砂巖的空間概率，實(shí)現(xiàn)對儲(chǔ)層含油氣性的定量預(yù)測。這一“兩步走”的技術(shù)思路能充分挖掘疊前反演結(jié)果中的巖性和流體信息，對儲(chǔ)層和含油氣性的有效預(yù)測具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

A氣田位于東海陸架盆地西湖凹陷中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶南部(圖1)，為一完整的長軸背斜構(gòu)造，東、西次凹多向供烴，供油氣條件好。該氣田構(gòu)造形成于中新世末期的龍井運(yùn)動(dòng)，以反轉(zhuǎn)擠壓作用為主，斷層少，斷裂活動(dòng)弱，形成了完整的背斜構(gòu)造，后期沖繩海槽的擴(kuò)張運(yùn)動(dòng)對氣田構(gòu)造的影響較小，圈閉保存條件好，晚期斷層不發(fā)育，保證了花港組主要目的層圈閉的完整性，非常有利于油氣的保存。

圖1 研究區(qū)地理位置
Fig.1Geographicallocationofthestudyarea

該氣田地層自下而上為古近系漸新統(tǒng)花港組，新近系中新統(tǒng)龍井組、玉泉組、柳浪組，新近系上新統(tǒng)三潭組和第四系東海群。本文研究目的層為漸新統(tǒng)花港組。從探井A1井單井相分析認(rèn)為，研究區(qū)花港組上、下段為淺湖—三角洲相沉積，儲(chǔ)層主要為分流河道、河口壩以及三角洲前緣砂體(圖2)。

圖2 A氣田A1井單井柱狀圖Fig.2 Single well column of Well A1 in A gas field

取心顯示主要巖性為細(xì)砂巖，主要發(fā)育H3、H5、H6砂巖，H1-H2蓋、H3儲(chǔ)的區(qū)域性儲(chǔ)蓋組合，H4-H5上部蓋、H5下部儲(chǔ)的區(qū)域性儲(chǔ)蓋組合，H6上部蓋、H6下部儲(chǔ)的局部儲(chǔ)蓋組合。鑄體薄片顯示主要為巖屑砂巖，儲(chǔ)集空間主要為孔隙型，以粒間溶孔為主，分選中等—好，H6井壁取心儲(chǔ)層孔隙度9.11%～14.53%，滲透率0.05×10-3～4.54×10-3μm2，屬于中孔、中低滲儲(chǔ)層。

A氣田開發(fā)主力層為H6層，儲(chǔ)層埋藏深度為3 260～3 400 m,主要為分流河道砂體，橫向巖性及物性變化快，開發(fā)前在含氣范圍內(nèi)只有一口探井，儲(chǔ)層展布存在較大的不確定性，開發(fā)實(shí)施水平井有一定風(fēng)險(xiǎn)。因此，如何開展有效的儲(chǔ)層預(yù)測和烴類檢測是落實(shí)儲(chǔ)層風(fēng)險(xiǎn)、尋求油氣潛力的關(guān)鍵。

2 技術(shù)方法

2.1 疊前彈性參數(shù)反演技術(shù)原理

疊前彈性參數(shù)反演是基于Zoeppritz方程[11]描述的地震波反射系數(shù)、透射系數(shù)與界面兩邊的彈性參數(shù)以及入射角的關(guān)系(式(1))。不同入射角的反射系數(shù)與地震子波褶積得到的就是疊前不同入射角的地震振幅，在已知地震振幅、地震子波和角度信息的基礎(chǔ)上，利用Zoeppritz方程或其近似公式就可以反演出縱橫波速度、密度等彈性參數(shù)。與疊后反演的縱波阻抗參數(shù)相比，疊前反演的彈性參數(shù)包含橫波信息，對儲(chǔ)層物性和流體性質(zhì)更加敏感，因此利用該技術(shù)能實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜油氣儲(chǔ)層巖性和含油氣性的識別，刻畫儲(chǔ)層的空間分布[12-13]。

,

(1)

式中：Rpp、Rps、Tpp、Tps分別為P波反射系數(shù)、S波反射系數(shù)、P波透射系數(shù)、S波透射系數(shù)；θ1、θ2、φ1、φ2為以上4種波的反射(透射)角,(°)；vp1、vs1、ρ1和vp2、vs2、ρ2為反射界面兩側(cè)的縱橫波速度、密度。

疊前反演的技術(shù)流程如圖3所示。其中關(guān)鍵環(huán)節(jié)包括地震和測井資料的質(zhì)控和優(yōu)化、巖石物理分析和建模、井震標(biāo)定和子波提取、低頻模型的建立和反演參數(shù)測試，及反演結(jié)果的綜合解釋應(yīng)用等。

圖3 疊前彈性參數(shù)反演技術(shù)流程Fig.3 Flow chart of pre-stack elastic parameters inversion technique

2.2 基于彈性參數(shù)的FFP分析技術(shù)原理

FFP分析是對地層空間巖相或流體存在可能性進(jìn)行定量預(yù)測的一項(xiàng)技術(shù)。該技術(shù)對多種巖相或流體的多個(gè)彈性參數(shù)進(jìn)行交匯分析，擬合各種巖相或流體的彈性參數(shù)的概率密度函數(shù)，再基于概率密度函數(shù)和反演彈性參數(shù)體進(jìn)行貝葉斯模糊判別，從而計(jì)算空間每一點(diǎn)各種巖相或流體類型的概率[14-15]。與直接應(yīng)用反演的彈性參數(shù)結(jié)果相比，基于FFP分析得到的巖相或流體類型數(shù)據(jù)體具有更加明確的地質(zhì)含義，而且根據(jù)各種巖相的概率分布趨勢，可定量評估巖相或流體預(yù)測風(fēng)險(xiǎn)?；贔FP分析的巖相或流體預(yù)測可分2步進(jìn)行(圖4)：①巖石物理分析確定對巖相或流體敏感的多個(gè)彈性參數(shù)(圖4(a))，并反演出彈性參數(shù)體(圖4(b))；②利用多個(gè)彈性參數(shù)體的FFP分析技術(shù)預(yù)測巖相或流體的空間概率分布(圖4(c)、(d))。

(a) 縱橫波速比 (b) 縱波阻抗

(c) FFP分析 (d) 巖相或流體概率

圖4 基于彈性參數(shù)的FFP分析技術(shù)示意圖
Fig.4FFPanalysistechniquesketchbasedonelasticparameters

3 應(yīng)用效果

3.1 基于疊前彈性參數(shù)反演的儲(chǔ)層預(yù)測應(yīng)用

對A氣田目的層段進(jìn)行巖石物理分析，落實(shí)巖性敏感彈性參數(shù)(圖5)。結(jié)果表明：該氣田砂巖與泥巖的縱波阻抗(P-impedance)值域范圍疊置，無法區(qū)分巖性，疊后縱波阻抗反演不可行；縱橫波速比(vp/vs)對巖性敏感，能較好區(qū)分砂泥巖，vp/vs劃分巖性的門檻值為1.75左右，低于1.75基本為砂巖，反之為泥巖，因此通過疊前反演得到的vp/vs彈性參數(shù)體能夠有效預(yù)測該氣田儲(chǔ)層。

圖5 A氣田巖性敏感彈性參數(shù)分析Fig.5 Analysis of lithologic sensitive elastic parameters in A gas field

圖6為A氣田H6層沿層vp/vs反演結(jié)果，紅、黃色低值代表砂巖。從圖中可看到水下分流河道特征明顯，河道邊界清晰，有利儲(chǔ)層位于河道主體部位。反演結(jié)果揭示H6層的開發(fā)井A2H井設(shè)計(jì)軌跡在主河道邊緣，水平著陸段可能鉆遇大段泥巖。針對這一風(fēng)險(xiǎn)，對A2H水平段進(jìn)行了2次優(yōu)化，如圖7所示(圖6中線框區(qū)域局部放大)，將軌跡往北偏移，確保高砂巖鉆遇率。A2H井優(yōu)化前后的過井vp/vs剖面如圖8所示。從剖面分析可知原設(shè)計(jì)軌跡水平著陸段預(yù)計(jì)會(huì)鉆遇約300 m長的泥巖段，砂巖鉆遇率低，風(fēng)險(xiǎn)大；而優(yōu)化后的最終軌跡路過的泥巖段大幅減短，儲(chǔ)層風(fēng)險(xiǎn)較小。A2H井按照最終優(yōu)化軌跡實(shí)施后實(shí)鉆結(jié)果與預(yù)測完全一致，從中完點(diǎn)往前在vp/vs屬性弱的部位鉆遇40 m泥巖后成功著陸，后續(xù)軌跡一直控制在vp/vs屬性強(qiáng)的砂巖里鉆進(jìn)，鉆遇砂巖長度1 017 m，砂巖鉆遇率高達(dá)95%，證實(shí)了疊前彈性參數(shù)反演技術(shù)對本區(qū)花港組儲(chǔ)層預(yù)測的可靠性和準(zhǔn)確性。

圖6 A氣田H6層疊前vp/vs反演屬性
Fig.6Pre-stackvp/vsattributeofreservoirH6inAgasfield

圖7 A氣田A2H井位優(yōu)化調(diào)整平面
Fig.7OptimizationofWellA2HinAgasfield

(a) 過A2H井設(shè)計(jì)軌跡反演vp/vs剖面

(b) 過A2H井第二次優(yōu)化軌跡反演vp/vs剖面圖8 A氣田A2H井第二次優(yōu)化后過井vp/vs剖面Fig.8 vp/vs profile before and after optimization of Well A2H in A gas field

3.2 基于彈性參數(shù)FFP分析的油氣檢測應(yīng)用

在儲(chǔ)層預(yù)測基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步落實(shí)A氣田油氣分布，尋找潛力目標(biāo)，對目的層段開展了基于彈性參數(shù)FFP分析的油氣檢測?；趘p/vs和縱波阻抗2個(gè)彈性參數(shù)的FFP分析(圖9)，雙參數(shù)聯(lián)合對含不同流體的砂巖及泥巖有一定的區(qū)分度，其中含氣砂巖主要位于低vp/vs、低縱波阻抗的區(qū)域。利用高斯函數(shù)擬合了不同流體砂巖、泥巖的二維概率密度函數(shù)，對應(yīng)圖9中不同顏色的橢圓，同一顏色的內(nèi)圈和外圈為某一巖相的二維累加概率達(dá)到68%和99%所對應(yīng)的彈性參數(shù)分布范圍，越靠近圈心，表明該巖相發(fā)育的可能性越大。將概率密度函數(shù)應(yīng)用到疊前反演的vp/vs、縱波阻抗數(shù)據(jù)體，就可計(jì)算出不同巖相或流體的概率體，概率越高代表該巖相或流體的可能性越大。

圖9 A氣田基于彈性參數(shù)的FFP交匯分析Fig.9 FFP intersection analysis based on elastic parameters in A gas field

基于FFP分析得到的含氣砂巖概率體指示在H5層南部構(gòu)造高部位存在2個(gè)含氣高概率的潛力氣層，該氣田原開發(fā)主力層為H6層，若H5層潛力可靠，可設(shè)計(jì)一口調(diào)整井A4井對H5層潛力氣層進(jìn)行開發(fā)，實(shí)現(xiàn)氣田的增儲(chǔ)擴(kuò)產(chǎn)。已知A1井和A2H井鉆遇的H6氣層都表現(xiàn)為含氣高概率，而A1井鉆遇的H5a、H5b這2個(gè)水層都為含氣低概率，已鉆井和FFP預(yù)測結(jié)果完全吻合，由此推斷H5層2個(gè)潛力氣層較可靠，最終在H5層高部位實(shí)施了調(diào)整井A4井(表1)。A4井實(shí)鉆結(jié)果與FFP預(yù)測結(jié)果完全吻合(圖10，圖11)，在H5層成功鉆遇2套氣層，氣層厚度預(yù)測準(zhǔn)確率達(dá)到76%以上，從而實(shí)現(xiàn)了對潛力氣層的成功挖潛，也證實(shí)了基于彈性參數(shù)的FFP分析技術(shù)在油氣檢測方面的可靠性和準(zhǔn)確性。

表1 A氣田A4井H5氣層厚度預(yù)測Tab.1 Gas layer thickness prediction of reservoir H5 in Well A4 in A gas field

圖10 A氣田基于FFP分析的含氣概率剖面Fig.10 Gas-bearing sands probability profile based on FFP analysis in A gas field

圖11 A氣田A4井鉆后砂體對比Fig.11 Sand bodies contrast of Well A4 in A gas field after drilling

4 結(jié)論

(1)巖石物理分析表明，研究區(qū)砂巖具低vp/vs特征，含氣砂巖具有低vp/vs和低縱波阻抗特征。通過疊前反演vp/vs清晰刻畫出了主力儲(chǔ)層展布特征，成功指導(dǎo)了井位優(yōu)化；基于Vp/Vs和縱波阻抗雙參數(shù)的FFP分析實(shí)現(xiàn)了含油氣砂巖概率的定量預(yù)測，發(fā)現(xiàn)了潛力氣層，并指導(dǎo)調(diào)整井成功挖潛。良好的應(yīng)用成效證實(shí)了研究思路的合理性和研究成果的可靠性。

(2)本次研究將疊前彈性參數(shù)反演和FFP分析2項(xiàng)技術(shù)相結(jié)合，以先描述砂巖、后油氣檢測的“兩步走”策略，充分挖掘了疊前反演結(jié)果中的巖性和流體信息，解決了本區(qū)花港組砂泥巖波阻抗疊置的儲(chǔ)層預(yù)測難題，對于東海油氣田開發(fā)階段儲(chǔ)層的精細(xì)描述、風(fēng)險(xiǎn)分析和油氣潛力預(yù)測有著廣闊的應(yīng)用前景。

(3)本次研究主要從反演的角度、基于彈性參數(shù)來進(jìn)行巖性和含油氣性預(yù)測。反演會(huì)存在模型化和多解性等問題。后續(xù)研究將進(jìn)一步結(jié)合疊前AVO屬性和地質(zhì)沉積相等信息從多個(gè)角度進(jìn)行綜合分析判別，降低反演預(yù)測的不確定性。