東海低滲儲(chǔ)層非均質(zhì)性評(píng)價(jià)技術(shù)研究及應(yīng)用

夏 瑜，高紅艷，秦德文，劉創(chuàng)新，單理軍

（中海石油（中國(guó)）有限公司上海分公司，上海 200030）

東海A 氣田位于西湖凹陷中央洼陷-反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶，整體表現(xiàn)為受斷層切割的背斜構(gòu)造，背斜形態(tài)完整，圈閉保存條件好；主要含油氣層位在花港組H2～H9，沉積環(huán)境為淺水環(huán)境下的三角洲沉積體系。花港組儲(chǔ)層主要為淺灰色細(xì)砂巖、中砂巖；砂巖類型以巖屑長(zhǎng)石砂巖及長(zhǎng)石巖屑砂巖為主，次要為長(zhǎng)石石英砂巖和巖屑石英砂巖；儲(chǔ)層孔隙度主要分布在9.0%～12.0%，平均7.1%；滲透率主要分布在（0.05～0.5）×10-3μm2，平均0.23×10-3μm2；屬于低孔特低滲儲(chǔ)層。

從A 氣田H8 層平面沉積微相（圖1）可以看出：河道主體部位逐漸向東南、北東方向過(guò)渡為河道邊部，說(shuō)明河道可能發(fā)生相變；儲(chǔ)層宏觀上表現(xiàn)為砂體橫向變化快，儲(chǔ)層連續(xù)性差，導(dǎo)致存在儲(chǔ)層變化的風(fēng)險(xiǎn)、砂體的精細(xì)刻畫難度大等問(wèn)題。結(jié)合巖心資料分析，認(rèn)為H8 層非均質(zhì)性較強(qiáng)，沉積微相對(duì)物性有明顯控制（圖2），分流河道砂巖物性好于天然堤和決口扇砂巖，同一沉積微相內(nèi)部受到不同沉積構(gòu)造影響，物性也會(huì)存在差異；粒度也對(duì)物性有著明顯控制作用，通過(guò)對(duì)比不同粒度砂巖物性發(fā)現(xiàn)：細(xì)砂質(zhì)中砂巖物性好于中砂質(zhì)細(xì)砂巖。受上述控制因素的影響，A 氣田H8 厚層砂巖物性在縱向上和平面上存在著較強(qiáng)的非均質(zhì)性。

圖1 A 氣田H8 沉積微相剖面圖

圖2 A 氣田B1 井H8 層取心描述圖

儲(chǔ)層內(nèi)部強(qiáng)非均質(zhì)性和砂體橫向變化大增加了井軌跡和壓裂方案設(shè)計(jì)的難度，儲(chǔ)層的非均質(zhì)性評(píng)價(jià)顯得尤為重要。前人在非均質(zhì)性評(píng)價(jià)方面做了很多研究，趙驚濤（2016）利用地震反演進(jìn)行不連續(xù)及非均質(zhì)性識(shí)別[1]；張程恩（2011）利用成像測(cè)井資料計(jì)算參數(shù)進(jìn)行儲(chǔ)層非均質(zhì)性的評(píng)價(jià)[2]；但前人研究很少利用測(cè)井和地震信息進(jìn)行多尺度的綜合研究，且在壓裂設(shè)計(jì)方面應(yīng)用較少。這里將非均質(zhì)性評(píng)價(jià)與工程方面應(yīng)用結(jié)合起來(lái)：建立分頻濾波技術(shù)，通過(guò)濾波因子分層段分頻率對(duì)AVO 屬性進(jìn)行分頻-濾波處理，得到具有較高空間分辨率的構(gòu)形屬性體；通過(guò)地震預(yù)測(cè)與地質(zhì)認(rèn)識(shí)相結(jié)合，砂體橫向展布與縱向疊置關(guān)系相結(jié)合，空間上優(yōu)選出有利砂體，利用基于孔隙結(jié)構(gòu)分類的滲透率計(jì)算方法以及成像測(cè)井資料判別儲(chǔ)層縱向的非均質(zhì)性，優(yōu)選出均質(zhì)性較好的層段，部署井軌跡并優(yōu)化，為下步壓裂方案設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1 有利砂體地震預(yù)測(cè)

1.1 AVO 分頻濾波技術(shù)原理

AVO 屬性主要包括截距和梯度屬性等，可用于表征巖性、物性及含氣性特征，在儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方面具有較好的效果，適用于在海上少井區(qū)和深層砂泥巖阻抗疊置區(qū)開展儲(chǔ)層預(yù)測(cè)[3-4]；AVO 梯度能較好地指示巖性信息，但不能指示儲(chǔ)層含氣性；密度是儲(chǔ)層含氣性最敏感的參數(shù)之一，橫波信息也能很好指示儲(chǔ)層含氣性；故利用Shuey 三參數(shù)方程，得到橫波和密度，通過(guò)密度信息分析砂體的孔隙度變化，利用橫波信息進(jìn)行地震-沉積相分析，作為有利巖相敏感彈性參數(shù)分析砂體的有利巖相[5-6]。傳統(tǒng)的三項(xiàng)式Shuey 近似公式（R T Shuey, 1985）可以簡(jiǎn)寫為：

式(1) 兩側(cè)乘以cos2α，并對(duì)三角函數(shù)進(jìn)行重

新整理：

式中：α 為入射角，°；R(α)為 入射角α 的地震振幅；A、B、C 為系數(shù)，無(wú)量綱。

用y代表R(α)cos2α，用x代表sin2α，則式（2）可寫為：

定義：

式中：vp為 縱波速度，m/s；vs為橫波速度，m/s；ρ為密度，g/cm3。

與Shuey 三項(xiàng)式相比，改進(jìn)的AVO 三項(xiàng)式（3）為標(biāo)準(zhǔn)的拋物線方程，利用最小二乘法等方法求取系數(shù)R、W、V。式（5）、式（6）中W和V相加可得：

式（7）僅與密度信息相關(guān)，可作為孔隙度分析的敏感地震信息。假設(shè)橫波與縱波的速度比為0.5，則式（5）中的W可寫為：

W為橫波反射率，根據(jù)巖石物理分析，有利巖相與橫波屬性相關(guān)，因此可以作為有利巖相的敏感地震屬性[7]。圖3 為相對(duì)橫波反射率屬性剖面，可看出該屬性與砂頂相關(guān)性好、橫向分辨率高，但無(wú)法表征厚度，需要?jiǎng)?chuàng)建新的構(gòu)形屬性進(jìn)行地震巖性預(yù)測(cè)研究。

圖3 相對(duì)橫波反射率屬性

1.2 分頻濾波的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)

由地震沉積學(xué)可知，疊后數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)-90°相位轉(zhuǎn)換，可較好地將時(shí)間域地震反射界面和深度域地質(zhì)界面對(duì)應(yīng)[8]。但是該方法并未考慮地震相位、地震數(shù)據(jù)主頻會(huì)隨著深度改變、地震對(duì)臨界反映砂體厚度等影響，針對(duì)該問(wèn)題提出分頻濾波技術(shù)，分頻濾波技術(shù)可較好地解決上述問(wèn)題。

通過(guò)濾波因子Ricker（ f ,（ p -90））以子波濾波器的形式一步完成相位轉(zhuǎn)換和分頻解釋工作，其中： p 為實(shí)際地震相位， f為目的層子波主頻，在調(diào)諧厚度內(nèi)，振幅和厚度成近似線性相關(guān)。

根據(jù)研究區(qū)已鉆井的砂體發(fā)育特征，H3 以相對(duì)較厚砂體為主，地震主頻在22 Hz 左右；H4～H7 層以砂泥巖薄互層為主，地震主頻在35 Hz 左右；H8～H11 層為中等厚度砂體為主，地震主頻約25 Hz。頻濾波技術(shù)采用分層段分頻帶的濾波方式，H3 層及以上濾波因子主頻為22 Hz，H4～H7主頻為35 Hz，H10～H11 主頻為25 Hz。對(duì)相對(duì)橫波反射率進(jìn)行分頻濾波處理得到相對(duì)橫波屬性（圖4），對(duì)比認(rèn)為分頻濾波技術(shù)結(jié)合相移技術(shù)將巖性界面轉(zhuǎn)化為巖性信息，可保持橫向分辨率，提高了縱向分辨率，使縱向上砂體厚度預(yù)測(cè)更準(zhǔn)確[9]。

圖4 分頻濾波結(jié)果相對(duì)橫波屬性（右）與相對(duì)橫波反射率（左）對(duì)比

分頻濾波結(jié)果較常規(guī)的相位轉(zhuǎn)換結(jié)果有較高的縱向分辨率，圖5 中H8b 與H9a 能夠較好地分開，砂體疊置關(guān)系清楚，H9b 層能較好地識(shí)別出來(lái)；且分頻濾波結(jié)果與已鉆井吻合更好。

圖5 分頻濾波結(jié)果（左）與相位轉(zhuǎn)換結(jié)果（右）對(duì)比

密度信息對(duì)儲(chǔ)層含氣最敏感，橫波屬性是巖性的敏感參數(shù)之一，不同時(shí)期的等時(shí)切片可清晰反映河道擺動(dòng)特征。泊松比屬性是密度和橫波的雙重表征。圖6 為H8 層相對(duì)橫波屬性切片，四個(gè)小層砂體橫向展布和殲滅點(diǎn)清晰，縱向河道擺動(dòng)特征明顯。

1.3 井軌跡設(shè)計(jì)及應(yīng)用效果

根據(jù)前文研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)H8b2 砂體厚度最大，橫向分布最穩(wěn)定，適合作為水平段目標(biāo)層；因此選擇在構(gòu)造最高及儲(chǔ)層有利部位設(shè)計(jì)了長(zhǎng)水平井Bh3 井的水平段軌跡（圖7），水平段長(zhǎng)度822.7 m，該井的鉆探結(jié)果證實(shí)了儲(chǔ)層預(yù)測(cè)結(jié)果的可靠性，水平段砂巖鉆遇率達(dá)到100%。

2 非均質(zhì)測(cè)井評(píng)價(jià)

2.1 基于孔隙結(jié)構(gòu)分類的滲透率計(jì)算

圖6 H8 地層切片展布特征（從左上至右下H8b4、H8b3、H8b2、H8b1）

圖7 Bh3 井水平段井軌跡及預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)鉆對(duì)比

非均質(zhì)性儲(chǔ)層滲流能力差異較大，滲透率的大小及變化趨勢(shì)能反映儲(chǔ)層非均質(zhì)性，A 氣田為低孔低滲儲(chǔ)層，常規(guī)孔滲關(guān)系相關(guān)性較差，不能準(zhǔn)確計(jì)算儲(chǔ)層的滲透率，通過(guò)調(diào)研文獻(xiàn)后，在前人研究基礎(chǔ)上對(duì)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)分類進(jìn)行滲透率的計(jì)算。

定義儲(chǔ)層品質(zhì)指數(shù)RQI[10]：

式中：K為滲透率，10-3μm2；φ為有效孔隙度，小數(shù)。

儲(chǔ)層品質(zhì)指數(shù)RQI是綜合反映儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間和滲流能力大小的參數(shù)[11-12]，可以準(zhǔn)確描述油藏的非均質(zhì)特征，不同孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的RQI 值不同，且壓汞曲線形態(tài)不一樣；通過(guò)對(duì)壓汞毛管壓力曲線分析，結(jié)合RQI指標(biāo)對(duì)儲(chǔ)層類型進(jìn)行分類（圖8），將A 氣田儲(chǔ)層分為三類（RQI≤0.04，0.03＜RQI≤0.06，RQI＞0.06）進(jìn)行滲透率建模，滲透率模型見表1。

圖8 儲(chǔ)層不同RQI 值對(duì)應(yīng)壓汞曲線特征

表1 RQI 滲透率計(jì)算模型

圖9 為B1 井H8 層計(jì)算滲透率成果圖，右邊第一道藍(lán)色連續(xù)曲線為RQI 方法計(jì)算的滲透率，紅色桿狀圖為巖心分析滲透率，兩者吻合較好，且上部滲透率變化較明顯，下部滲透率變化不明顯，通過(guò)儲(chǔ)層滲透率縱向變化趨勢(shì)看出下部的非均質(zhì)性要好于中上部。

2.2 成像測(cè)井孔隙度譜分析

儲(chǔ)層非均質(zhì)性會(huì)導(dǎo)致測(cè)井響應(yīng)發(fā)生變化，電阻率對(duì)非均質(zhì)性的響應(yīng)較敏感；電成像數(shù)據(jù)采集井眼環(huán)周電阻率大小，成像測(cè)井圖中顏色的深淺代表電阻率的大小，通過(guò)與孔隙度刻度，可以將電極鈕扣響應(yīng)與孔隙度的大小建立對(duì)應(yīng)關(guān)系[13-14]，二維成像圖通過(guò)計(jì)算轉(zhuǎn)換成孔隙度譜，就能判斷儲(chǔ)層的非均質(zhì)性。FMI 成像測(cè)井孔隙度計(jì)算主要是依據(jù)阿爾奇公式，由于FMI 成像測(cè)井探測(cè)深度較淺，計(jì)算成像測(cè)井孔隙度分布的阿爾奇為如下形式[15]：

近似假定Sxo=1，a=b=1，m=n=2，則式（10）變?yōu)椋?/p>

式中：a、b為巖性系數(shù)，無(wú)量綱；Rw為地層水電阻率，Ω·m；Rmf為泥漿電阻率，Ω·m；Rxo為沖洗帶電阻率，Ω·m。

圖9 B1 井H8 層RQI 方法計(jì)算滲透率成果圖

鉆井過(guò)程中Rmf是確定參數(shù)，因此可由FMI圖像反應(yīng)Rxo大小的色標(biāo)求得孔隙度。孔隙度頻譜形態(tài)與儲(chǔ)層的非均質(zhì)性有關(guān)：孔隙度譜越寬，譜峰個(gè)數(shù)越多，非均質(zhì)性越差[16]。A 區(qū)塊B2 井H8 層采集了成像測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，通過(guò)成像解釋成果圖（10）看出：在砂體頂部X298～X305 m 處，成像測(cè)井孔隙度譜比較集中、均質(zhì)性好；在砂體中部X305～X321 m 處譜“雙峰”特點(diǎn)比較明顯，均質(zhì)性變差；在砂體底部X321～X331 m 處又開始聚攏，均質(zhì)性變好。

2.3 射孔位置優(yōu)選

根據(jù)研究區(qū)已有井的儲(chǔ)層非均質(zhì)性評(píng)價(jià)結(jié)果，結(jié)合水平段GR、電阻率、聲波等測(cè)井曲線，綜合選取優(yōu)良層段進(jìn)行重點(diǎn)改造，選取了10 個(gè)射孔位置（圖11），通過(guò)優(yōu)化方案，實(shí)現(xiàn)了海上十級(jí)大型壓裂作業(yè)的順利施工，最高產(chǎn)氣量近7×104m3/d。

圖10 B2 井X298～X331m FMI 處理成果圖

圖11 射孔位置示意圖

3 結(jié)論

1、利用改進(jìn)的拋物線型三參數(shù)AVO 近似方程可以有效計(jì)算密度和橫波反射率信息；AVO 分頻濾波技術(shù)能夠很好地預(yù)測(cè)砂體的縱橫向展布特征，在工區(qū)應(yīng)用較好。

2、RQI 方法考慮了不同孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)層的滲流特性，同時(shí)結(jié)合FMI 成像測(cè)井資料評(píng)價(jià)了儲(chǔ)層的非均質(zhì)性，成像測(cè)井孔隙度譜與計(jì)算滲透率縱向變化的趨勢(shì)有較好的匹配性。

3、通過(guò)地球物理儲(chǔ)層非均性評(píng)價(jià)技術(shù)優(yōu)化了壓裂選層選段及設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)了海上十級(jí)大型壓裂作業(yè)的順利施工。