一種井震聯(lián)合刻畫蒸汽腔形態(tài)的新方法

李曉梅，劉念周，蔣雪峰，馮玲麗，何萬軍

(中國石油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

0 引 言

淺層超稠油油藏SAGD開發(fā)過程中，受儲(chǔ)層非均質(zhì)性和采油工藝影響，蒸汽腔三維空間發(fā)育不均衡、三維形態(tài)難以準(zhǔn)確刻畫[1-3]。國內(nèi)外常采用觀察井?dāng)?shù)據(jù)、數(shù)值模擬、微地震等監(jiān)測蒸汽腔發(fā)育情況[4-7]。但是，直井觀察井受井密度和SAGD生產(chǎn)井距影響，蒸汽腔井間發(fā)育形狀難以預(yù)測；數(shù)值模擬受觀察井井?dāng)?shù)限制和地層非均質(zhì)性影響，模型精度、模擬參數(shù)受人為因素影響較大；對(duì)微地震監(jiān)測而言，有效信號(hào)微弱、噪音影響大，成本高、數(shù)據(jù)量大、資料處理周期長，難以滿足方案需求。重18試驗(yàn)區(qū)SAGD開發(fā)目的層為侏羅系齊古組J3q3層，埋深平均為445 m，辮狀河沉積，孔隙度為28.2%，滲透率為860 mD，含油飽和度為59.0%，原油黏度為6.4×104mPa·s，平均油層厚度為15.3 m。井區(qū)有12口直井(觀察井)、5個(gè)雙水平井井組。SAGD井組水平段長度約為500 m，井距為90 m，垂深為430 m。利用新采集的高品質(zhì)三維地震資料，正演模擬蒸汽腔的地震響應(yīng)特征，建立敏感地震屬性與蒸汽腔的聯(lián)系，聯(lián)合觀測井資料、生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證分析，準(zhǔn)確刻畫蒸汽腔三維空間形態(tài)，指導(dǎo)優(yōu)化淺層超稠油油藏SAGD開發(fā)方案部署。

1 基礎(chǔ)地震資料

重18試驗(yàn)區(qū)新采集的三維地震資料有地面1024道數(shù)據(jù)、地面200道數(shù)據(jù)和淺井200道地震數(shù)據(jù)，圖1為3套地震數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果。由圖1可知，3套地震數(shù)據(jù)的縱向分辨率、地層產(chǎn)狀基本一致，地面1024道地震數(shù)據(jù)的低頻信息最為豐富，有利于開展對(duì)蒸汽腔的精細(xì)刻畫。該地震數(shù)據(jù)面元為5 m×5 m，主頻為40.0 Hz左右，低頻下限為1.5 Hz。

圖1 3套地震數(shù)據(jù)頻譜對(duì)比分析

2 蒸汽腔的地震響應(yīng)特征

在SAGD生產(chǎn)過程中，隨著高溫蒸汽注入和蒸汽擾動(dòng)，油藏體系產(chǎn)生熱膨脹和流體置換，巖石骨架、油藏壓力、流體性質(zhì)等發(fā)生復(fù)雜變化[8-10]。地震波速度隨著儲(chǔ)層含油飽和度、溫度、壓力變化而變化，當(dāng)蒸汽波及區(qū)域的變化特征足夠大時(shí)，就可以在高品質(zhì)地震資料上觀測到相應(yīng)的變化特征[11]。

隨著儲(chǔ)層溫度升高，孔隙流體黏度降低，巖石和孔隙流體的壓縮系數(shù)增加，導(dǎo)致巖石速度、密度明顯降低[12]。地震反射是速度、密度的函數(shù)，當(dāng)油藏注入熱蒸汽后，蒸汽波及區(qū)在速度和密度上明顯降低。對(duì)研究區(qū)進(jìn)行地震正演模擬，明確蒸汽腔的地震反射特征。試驗(yàn)區(qū)正演模擬顯示(圖2)：蒸汽腔發(fā)育區(qū)反射波主頻降低，地震同相軸能量明顯增強(qiáng)，地震波旅行時(shí)延長，出現(xiàn)地震層位下拉(同相軸波浪狀)現(xiàn)象。

3 蒸汽腔與地震屬性的聯(lián)系

3.1 高亮體

研究區(qū)地震正演模擬發(fā)現(xiàn)，蒸汽腔發(fā)育區(qū)與圍巖在振幅能量上有不同的響應(yīng)。高亮體是頻譜的峰值振幅與平均振幅的差值，可以直接識(shí)別頻譜振幅的異常，尋找不同振幅能量之間的差異[13]。

對(duì)試驗(yàn)區(qū)不同位置的5個(gè)樣本點(diǎn)進(jìn)行頻譜分析(圖3a)，其中綠色區(qū)域?yàn)檎羝话l(fā)育較差區(qū)域。振幅譜圖上，含蒸汽區(qū)樣本點(diǎn)的振幅譜呈現(xiàn)相對(duì)高值，而不含蒸汽區(qū)樣本點(diǎn)振幅值較低。平面切片(圖3b)顯示，高亮體屬性強(qiáng)值沿水平井呈條帶狀分布，蒸汽腔在高亮體屬性上呈現(xiàn)出強(qiáng)值特征。

圖2 試驗(yàn)區(qū)蒸汽腔反射特征正演模擬

圖3 高亮體屬性分析

3.2 單頻體

單頻體是將原始三維地震數(shù)據(jù)通過離散傅氏變換，得到每一個(gè)位置上地震資料的頻譜，然后在頻譜上取各個(gè)頻率的能量值，單頻體可以反映不同位置頻譜中某一個(gè)頻率能量的變化。

地震波穿過含流體地層時(shí)，會(huì)發(fā)生地震波散射，導(dǎo)致地震波能量產(chǎn)生明顯的頻率衰減，在含油氣儲(chǔ)層下方出現(xiàn)低頻能量強(qiáng)、高頻能量衰減的現(xiàn)象，稱為“低頻伴影”[14-17]。通過單頻體屬性可以直接觀察到不同頻率的地震能量的變化。

由于蒸汽腔發(fā)育區(qū)所含流體性質(zhì)發(fā)生改變，地震波能量要比含油地層的頻率衰減更快，從試驗(yàn)區(qū)不同頻率的單頻體提取結(jié)果發(fā)現(xiàn)，蒸汽腔發(fā)育區(qū)下方出現(xiàn)明顯的隨頻率升高能量減弱的“低頻伴影”現(xiàn)象。

3.3 流體活動(dòng)性

流體活動(dòng)性是通過計(jì)算振幅譜斜率進(jìn)行預(yù)測的方法。由于砂巖含油氣后儲(chǔ)層物性發(fā)生改變，在地震頻譜上會(huì)有顯示[18-19]，選擇注蒸汽的水平井段和蒸汽未波及到的監(jiān)測井段進(jìn)行頻譜分析(圖4a)。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，蒸汽波及區(qū)的振幅譜斜率較高，流體活動(dòng)性能量更強(qiáng)，而蒸汽未波及區(qū)的振幅譜斜率較低，流體活動(dòng)性較弱，可以利用兩者的差異進(jìn)行蒸汽腔發(fā)育區(qū)的預(yù)測。

圖4 重18試驗(yàn)區(qū)流體活動(dòng)性屬性分析

從流體活動(dòng)性平面屬性預(yù)測結(jié)果(圖4b)來看，流體活動(dòng)性高值沿水平井呈條帶狀分布的趨勢更加集中，更加有規(guī)律，可以用來指導(dǎo)認(rèn)識(shí)蒸汽腔的平面分布。

3.4 反演波阻抗

為了更加準(zhǔn)確地刻畫蒸汽腔三維形態(tài)，利用工區(qū)內(nèi)的12口直井進(jìn)行了疊后反演研究。采用稀疏脈沖反演方法，以趨勢約束稀疏脈沖反褶積算法為基礎(chǔ)，對(duì)地下的反射吸收序列作稀疏分布的假設(shè)，通過尋找一個(gè)使目標(biāo)函數(shù)最小的反射系數(shù)脈沖序列得到波阻抗數(shù)據(jù)，此時(shí)合成地震記錄可以和實(shí)際地震記錄匹配的最佳。

重18試驗(yàn)區(qū)巖性以砂巖為主，泥巖高阻抗，砂巖低阻抗。油層注蒸汽后，蒸汽腔分布區(qū)域由于速度、密度進(jìn)一步降低，阻抗值更低，與圍巖形成明顯的波阻抗差異。在試驗(yàn)區(qū)反演波阻抗屬性上，蒸汽腔發(fā)育區(qū)為低阻抗區(qū)。通過井標(biāo)定劃分門檻值，對(duì)蒸汽腔發(fā)育區(qū)進(jìn)行進(jìn)一步的定量識(shí)別。

4 井震聯(lián)合刻畫蒸汽腔三維形態(tài)

前期研究證實(shí)，振幅屬性、高亮體、單頻體、流體活動(dòng)性、波阻抗等多種地震屬性對(duì)蒸汽腔均有響應(yīng)，相互間既有相關(guān)性又有不同性。相關(guān)性表現(xiàn)為所有屬性都是沿水平井呈條帶狀分布，且FH212井顯示較好；不同性表現(xiàn)為所有屬性在局部范圍內(nèi)又有一定的不同。

井震聯(lián)合刻畫蒸汽腔的優(yōu)勢體現(xiàn)以下在2個(gè)方面：三維地震資料具有橫向采樣密集的優(yōu)勢，能有效彌補(bǔ)井資料在預(yù)測蒸汽腔空間分布上的不足；而觀察井、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)、地質(zhì)模型等數(shù)據(jù)能有效限制地震刻畫的邊界，并對(duì)地震異常響應(yīng)的解釋結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證核實(shí)，有效降低地震屬性預(yù)測的多解性。綜合運(yùn)用地震屬性研究結(jié)果，結(jié)合實(shí)驗(yàn)區(qū)產(chǎn)量數(shù)據(jù)、溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)、地質(zhì)模型、燜井分析等多種手段，剔除地震響應(yīng)異常區(qū)，最終完成蒸汽腔三維形態(tài)的刻畫(圖5a)，蒸汽腔預(yù)測結(jié)果具有以下特征。

(1) 符合SAGD生產(chǎn)效果，蒸汽腔發(fā)育好的水平井段，采集地震時(shí)刻的產(chǎn)油量較高。

(2) 與觀察井的溫度監(jiān)測資料相符合，地震屬性刻畫蒸汽腔發(fā)育好的部位，溫度大于200 ℃。

(3) 與生產(chǎn)井燜井溫度下降規(guī)律相一致，燜井后溫度下降緩慢且均勻，指示蒸汽腔發(fā)育較均衡；溫度沿著水平井軌跡變化大說明蒸汽腔發(fā)育程度較差。

(4) 與孔隙度、滲透率地質(zhì)模型一致性好，刻畫的蒸汽腔發(fā)育區(qū)位于孔隙度、滲透率值較高且均一性較好的儲(chǔ)層段。

(5) 蒸汽腔發(fā)育好的井段(FHW214P)，在地質(zhì)模型上其儲(chǔ)層狀況較好；地質(zhì)認(rèn)識(shí)隔夾層(圖5b)較多的井段(FHW215P)預(yù)測蒸汽腔不發(fā)育，蒸汽腔三維形態(tài)刻畫結(jié)果與地質(zhì)認(rèn)識(shí)相吻合。

圖5 重18試驗(yàn)區(qū)蒸汽腔三維形態(tài)刻畫結(jié)果

5 應(yīng)用效果

試驗(yàn)區(qū)自2008年起實(shí)施蒸汽驅(qū)開發(fā)，井距為100 m。從研究結(jié)果看，蒸汽腔橫向擴(kuò)展平均僅有25 m，蒸汽腔平面上仍未形成連通。觀察井溫度資料顯示井間溫度仍普遍較低，蒸汽腔橫向擴(kuò)展速度較為緩慢，井距過大，不利于蒸汽腔形成連通，進(jìn)而影響采油速度。在后續(xù)SAGD開發(fā)部署中，優(yōu)化設(shè)計(jì)井距為60 m，同時(shí)針對(duì)井距過大的已開發(fā)區(qū)提出利用加密水平井等方式，將井距縮小為50 m。

蒸汽腔刻畫結(jié)果顯示，SAGD水平段尾端不動(dòng)用情況較為普遍。針對(duì)該問題，提出了直井輔助SAGD設(shè)計(jì)，將直井部署于SAGD井組中后端，利用直井提供側(cè)向驅(qū)動(dòng)力，加速蒸汽腔擴(kuò)展，提高水平段動(dòng)用程度。該技術(shù)在重32、重18等井區(qū)推廣應(yīng)用，新鉆直井59口，平均單井日產(chǎn)油量提高了7.9 t/d，取得了較好的生產(chǎn)效果。

6 結(jié) 論

(1) 可以用新采集的高精度三維地震資料識(shí)別蒸汽腔，蒸汽腔在實(shí)測地震剖面上具有反射波主頻降低、地震同相軸能量增強(qiáng)、地震波旅行時(shí)延長、同相軸下拉的特征。

(2) 在地震屬性上，蒸汽腔表現(xiàn)為在高亮體高值、單頻體存在“低頻伴影”現(xiàn)象，流體活動(dòng)性強(qiáng)，反演波阻抗低的特點(diǎn)。

(3) 綜合地震屬性、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)、測井、測溫測壓、油藏模型等數(shù)據(jù)對(duì)蒸汽腔地震預(yù)測結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)校正，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸汽腔三維形態(tài)的準(zhǔn)確刻畫。