冉 崎 陶夏妍 徐昌海 張連進(jìn) 黃天俊 劉蜀敏 丁孔蕓 蒲柏宇
中國(guó)石油西南油氣田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院
四川盆地環(huán)開(kāi)江—梁平海槽兩側(cè)臺(tái)緣帶是天然氣富集的有利相帶,已發(fā)現(xiàn)普光、龍崗、元壩、鐵山、大貓坪、五百梯、黃龍場(chǎng)等多個(gè)二疊系生物礁氣藏[1-3]。該盆地生物礁氣藏勘探開(kāi)發(fā)大致可以分為3 個(gè)階段:①1981—1997 年,野外露頭調(diào)查和探井鉆探,先后發(fā)現(xiàn)了建南、石寶寨、鐵山、張家場(chǎng)、臥龍河、板東、雙龍、鐵山、雙家壩、五百梯、黃龍場(chǎng)等眾多生物礁氣藏,當(dāng)時(shí)認(rèn)為所發(fā)現(xiàn)的生物礁均為點(diǎn)礁或塔礁,礁體平面分布具有隨機(jī)性[4-6];②1998—2008 年,王一剛等[7]首次提出川東北部地區(qū)存在開(kāi)江—梁平海槽,并明確陸棚邊緣相帶控制了臺(tái)緣礁的分布,期間先后發(fā)現(xiàn)了普光、龍崗等陡坡加積型臺(tái)地邊緣生物礁氣藏,并取得了顯著的天然氣勘探開(kāi)發(fā)成效;③2009年至今,王一剛等[8]、文龍等[9]、武恒志等[10]進(jìn)一步明確臺(tái)緣斜坡帶具有“南緩北陡、東緩西陡”的特征。該認(rèn)識(shí)推動(dòng)了四川盆地緩坡型生物礁氣藏的勘探開(kāi)發(fā),從而發(fā)現(xiàn)了元壩、龍門、大貓坪、五百梯二排礁等緩坡型生物礁氣藏。
從不同地區(qū)上二疊統(tǒng)長(zhǎng)興組斜坡相的坡度來(lái)看,龍崗、普光、鐵山、龍會(huì)場(chǎng)、黃龍場(chǎng)等陡坡型生物礁斜坡坡度超過(guò)了23°,最大可達(dá)40°[8],礁體垂向加積生長(zhǎng),厚度較大,縱向多期礁發(fā)育,總體以單排礁為主,單個(gè)礁體面積介于5 ~20 km2;而元壩、雙家壩、興隆場(chǎng)、大貓坪、五百梯等緩坡型生物礁斜坡坡度介于3°~10°,具有礁體小、平面分散、側(cè)向遷移等顯著特征,常常發(fā)育為多排礁、雁列礁或指狀礁,單礁體面積介于1 ~5 km2。前人識(shí)別和預(yù)測(cè)生物礁的地震方法較多,主要通過(guò)礁體丘型外形、地層厚度增厚、上覆地層披覆構(gòu)造等特征以及礁體地震響應(yīng)模式分析、地震正演模擬、地震屬性提取、古地貌恢復(fù)等方法對(duì)生物礁進(jìn)行刻畫[11-14]。以上方法對(duì)陡坡型大礁體的識(shí)別精度高,但對(duì)于緩坡型小礁體的地震識(shí)別卻有著很強(qiáng)的多解性,礁體刻畫精度總體較低,尤其在當(dāng)前新冠肺炎疫情和國(guó)際低油價(jià)的“雙重大考”下,難以滿足氣藏高效開(kāi)發(fā)的需求。
鑒于此,在深入認(rèn)識(shí)緩坡型生物礁地質(zhì)特征的基礎(chǔ)上,提出了“雙高”一體化處理技術(shù)、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的“盒狀體”透視技術(shù)、殘厚法沉積古地貌恢復(fù)技術(shù)和三維可視化技術(shù)為核心的生物礁刻畫新方法,以期解決緩坡型小礁體三維空間精細(xì)雕刻及定量表征的瓶頸問(wèn)題,并將該方法應(yīng)用到川東地區(qū)大貓坪區(qū)塊長(zhǎng)興組氣藏,精細(xì)落實(shí)了生物礁展布細(xì)節(jié),指導(dǎo)了新井Y012-X16 井“一井雙礁”且天然氣日產(chǎn)量超百萬(wàn)立方米,取得了生物礁氣藏勘探的重大突破。
研究區(qū)位于開(kāi)江—梁平海槽南側(cè)“U”形臺(tái)緣帶的轉(zhuǎn)折端[15],構(gòu)造位置橫跨大天池、七里峽、南門場(chǎng)。受生物礁發(fā)育程度的影響,長(zhǎng)興組臺(tái)緣帶地層厚度有差異,地層厚度介于220 ~300 m,基于P.R. Vail 為代表的經(jīng)典層序地層學(xué)理論,可以將長(zhǎng)興組劃分為2 個(gè)三級(jí)層序SQ1 和SQ2,依據(jù)巖性、電性特征,自下而上劃分出長(zhǎng)一、長(zhǎng)二、長(zhǎng)三段,其中長(zhǎng)二段—長(zhǎng)三段為生物礁發(fā)育的主要層位(圖1)。
生物礁的發(fā)育及生長(zhǎng)受海槽形態(tài)的控制,碳酸鹽巖斜坡的形態(tài)及與其相連的臺(tái)地邊緣沉積地貌是影響礁體規(guī)模、期次及展布特征的關(guān)鍵因素,在不均勻拉張作用的控制下,環(huán)開(kāi)江梁平海槽兩側(cè)長(zhǎng)興組沉積期斜坡坡度存在著較大的差異,最低不足3°,最大可至40°。陡坡帶(如儀隴—鐵山坡地區(qū))斜坡坡度可達(dá)23°~40°[8-9],緩坡帶(如五百梯、大貓坪地區(qū))斜坡坡度僅2°~4°。由北至南,海槽兩側(cè)斜坡帶呈現(xiàn)出由緩變陡再變緩的特征,在海槽南部臺(tái)緣轉(zhuǎn)折端大貓坪地區(qū)斜坡坡度減至最小,僅2°~3°,為典型的緩斜坡沉積,斜坡坡度小,臺(tái)緣帶地貌起伏不明顯(圖2)。
開(kāi)江—梁平海槽臺(tái)緣生物礁的遷移演化主要受古地貌、海平面變化等多重因素影響和控制。由于緩坡型臺(tái)緣離斷陷沉降中心較遠(yuǎn),未能形成明顯的地貌差異,長(zhǎng)一時(shí)期生物礁不發(fā)育,在長(zhǎng)二時(shí)期,斷陷沉降繼續(xù)發(fā)展,海槽形態(tài)逐漸形成,該區(qū)深淺水地貌差異逐漸明顯,生物礁開(kāi)始生長(zhǎng)發(fā)育,因此緩坡型臺(tái)緣生物礁于長(zhǎng)二段的中上部開(kāi)始發(fā)育;在穩(wěn)定的熱沉降構(gòu)造背景下,古海平面的旋回變化直接控制著生物礁灘體沉積的疊加樣式,當(dāng)海平面下降時(shí),造礁生物為尋求最有利的生長(zhǎng)發(fā)育條件則向海盆一側(cè)生長(zhǎng),從而出現(xiàn)臺(tái)地邊緣向海盆遷移的現(xiàn)象;當(dāng)海平面上升時(shí),造礁生物為避免被“淹死”,則會(huì)向陸一側(cè),即臺(tái)地內(nèi)部一側(cè)生長(zhǎng),從而導(dǎo)致臺(tái)地邊緣向臺(tái)內(nèi)遷移,進(jìn)而形成多排、多期的小礁體(圖3)。
圖2 開(kāi)江—梁平海槽斜坡—臺(tái)緣形態(tài)特征圖
圖3 開(kāi)江—梁平海槽南側(cè)長(zhǎng)興組緩坡型生物礁發(fā)育模式及地震剖面特征圖
環(huán)開(kāi)江—梁平海槽長(zhǎng)興組生物礁氣藏為構(gòu)造—巖性復(fù)合圈閉氣藏,氣水關(guān)系復(fù)雜,完鉆井氣水界面不統(tǒng)一,單礁體為獨(dú)立氣水系統(tǒng),具有“一礁一藏”的特征,既有邊水氣藏,也有底水氣藏,氣水分布主要受生物礁儲(chǔ)集體及現(xiàn)今構(gòu)造的控制[10,16-19]。以大貓坪區(qū)塊長(zhǎng)興組為例,區(qū)內(nèi)生物礁氣藏“一礁一藏”特征明顯,無(wú)統(tǒng)一的氣水界面,長(zhǎng)二段早期礁整體含氣性較差,氣層分布局限且多口井見(jiàn)水,長(zhǎng)三段晚期礁整體含氣性較好,氣層大面積分布,構(gòu)造高部位為氣,構(gòu)造相對(duì)低部位見(jiàn)水,單礁體內(nèi)部存在著“上氣下水”的特征,礁體頂部含氣性好(圖4)。
圖4 長(zhǎng)興組生物礁氣藏剖面圖
早期主要通過(guò)層拉平、“亮點(diǎn)”等技術(shù)識(shí)別生物礁體,在龍崗等地區(qū)取得了較好的應(yīng)用效果[20]。隨著天然氣勘探開(kāi)發(fā)工作的深入,由于地震資料橫縱向分辨率低、成像效果較差[21],生物礁相帶窄且橫向變化快、生物礁體積小、隆起幅度低等問(wèn)題,緩坡型生物礁的預(yù)測(cè)存在著較大的困難(圖5)。
圖5 緩坡型生物礁典型地震反射特征圖
針對(duì)緩坡型生物礁體積小、隆起幅度低的特征,以地質(zhì)目標(biāo)為導(dǎo)向驅(qū)動(dòng),以橫向高保真為核心,在“雙高”標(biāo)準(zhǔn)處理流程的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)做好保真保幅疊前多域去噪、井控Q 補(bǔ)償和反褶積子波處理、高精度速度場(chǎng)約束下疊前時(shí)間偏移成像等關(guān)鍵步驟,充分保護(hù)低頻信息,處理成果頻寬由10 ~60 Hz 拓寬到 6 ~58 Hz,空間偏移歸位準(zhǔn)確,生物礁邊界、礁間潮道地震特征明顯(圖6)。
3.2.1 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng),利用“盒狀體”透視技術(shù)快速識(shí)別生物礁發(fā)育范圍
生物礁地震反射特征表明,長(zhǎng)頂振幅能量、連續(xù)性發(fā)生變化是生物礁最重要的識(shí)別依據(jù)[12],丘狀體之上出現(xiàn)的披覆構(gòu)造,尤其是高部位出現(xiàn)的上隆特征,會(huì)對(duì)上覆飛仙關(guān)組的地震反射波形及能量造成影響,這是利用地震屬性進(jìn)行生物礁識(shí)別的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的時(shí)間切片或沿層切片技術(shù)存在著不等時(shí)或依賴長(zhǎng)頂人工解釋精度的問(wèn)題,不能較快較好地鎖定生物礁發(fā)育范圍。
三維可視化透視技術(shù)是利用有一定厚度的“盒狀體”,將目的層附近有可能是地質(zhì)體反射的地震數(shù)據(jù)容納其中,剔除或弱化不必要的干擾信息,將目標(biāo)反射最大限度地呈現(xiàn)出來(lái)。因“盒狀體”、拉平技術(shù)和透視技術(shù)的特點(diǎn),解釋員能夠看到縱向上一定范圍的地震反射特征,避免了由于不等時(shí)或者數(shù)據(jù)遮擋帶來(lái)的不確定性。該方法僅需解釋離目的層最近的一個(gè)可連續(xù)追蹤標(biāo)志性層位,不依賴于長(zhǎng)興組頂部解釋精度,是典型的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法。棕黃—亮黃色的就是生物礁的地震響應(yīng),藍(lán)綠色為海槽或礁間潮道,展布是比較清晰的(圖7)。該方法能夠較為快速和準(zhǔn)確地呈現(xiàn)生物礁的橫向展布特征,圈定礁群發(fā)育范圍,指導(dǎo)下一步精細(xì)解釋。
圖6 地震“雙高”處理成果對(duì)比剖面圖
圖7 生物礁三維可視化透視圖
3.2.2 利用殘厚法沉積古地貌恢復(fù)技術(shù)精細(xì)刻畫生物礁隆起細(xì)節(jié)
利用地震資料對(duì)生物礁形態(tài)的刻畫,傳統(tǒng)方法是精細(xì)解釋長(zhǎng)興組頂部,但由于生物礁大小多變、礁頂巖性組臺(tái)多變、儲(chǔ)層發(fā)育情況多變等因素,長(zhǎng)頂?shù)姆瓷洳⒉粏我?,沒(méi)有統(tǒng)一的解釋標(biāo)準(zhǔn),導(dǎo)致無(wú)法精細(xì)、準(zhǔn)確刻畫其形態(tài),生物礁井鉆探失利的原因多歸結(jié)于此。
通過(guò)長(zhǎng)期的鉆探總結(jié),認(rèn)為生物礁發(fā)育的部位,地震剖面具有上覆下伏地層“頂凸底凹”特征(圖8)?!绊斖埂笔侵赣捎谏锝赴l(fā)育形成局部高地貌,造成飛仙關(guān)組地層繼承性隆起現(xiàn)象,“底凹”是指由于礁儲(chǔ)層發(fā)育或含氣帶來(lái)的速度變化,造成長(zhǎng)興組底界地震反射同相軸下凹現(xiàn)象[22]。因此可以利用地層厚度的變化,來(lái)間接指示生物礁的發(fā)育。同時(shí),也可以利用厚度變化趨勢(shì)指導(dǎo)長(zhǎng)興組頂部的解釋方案,將原來(lái)不能識(shí)別的細(xì)節(jié)變化識(shí)別出來(lái),新的解釋原則及方案已經(jīng)得到了鉆探成果的證實(shí)。
圖8 生物礁發(fā)育區(qū)“頂凸底凹”反射特征圖
3.2.3 利用三維可視化技術(shù)明確生物礁空間展布形態(tài)
得到關(guān)鍵性的解釋成果后,利用三維可視化技術(shù)可以更加直觀地表示出多個(gè)地質(zhì)體的相對(duì)空間關(guān)系,最大限度地明確生物礁的空間展布形態(tài)[23]。某地區(qū)飛四底—上二疊統(tǒng)底的時(shí)間厚度在三維空間中的展示,可以清晰看到礁群呈多個(gè)條帶狀展布(圖9-a),礁體與礁體、礁體與潮道的接觸關(guān)系清晰可辨,相對(duì)“盒狀體”透視技術(shù)的成果,精度有了大幅度的提高。在地層厚度成果的指導(dǎo)下,對(duì)長(zhǎng)興組頂部層位做了精細(xì)的調(diào)整解釋后,利用三維可視化成果,將生物礁的真實(shí)構(gòu)造形態(tài)及隆起幅度等細(xì)節(jié)(圖9-b),與實(shí)鉆井進(jìn)行對(duì)比分析,可以幫助我們更好地設(shè)計(jì)、跟蹤鉆井軌跡。
圖9 生物礁三維可視化表征圖
大貓坪區(qū)塊沉積相帶位于開(kāi)江—梁平海槽東南側(cè)轉(zhuǎn)折端,是構(gòu)造位置位于四川盆地川東斷褶帶云安廠構(gòu)造帶南段東南翼斷下盤的一個(gè)潛伏構(gòu)造,氣藏類型為構(gòu)造—巖性復(fù)合圈閉氣藏[13,24]。區(qū)內(nèi)斜坡帶坡度僅2°~3°,礁體上隆特征不明顯,為典型的緩坡型生物礁氣藏。根據(jù)前述的緩坡型生物礁刻畫新方法,基于地震資料“雙高”一體化處理,利用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和“盒狀體”透視技術(shù)快速識(shí)別生物礁發(fā)育范圍,利用地層厚度異常精細(xì)刻畫生物礁隆起細(xì)節(jié),最終實(shí)現(xiàn)大貓坪地區(qū)生物礁的精細(xì)刻畫(圖10)。
圖10 大貓坪區(qū)塊長(zhǎng)興組礁體精細(xì)刻畫成果圖
4.2.1 Y012-X16 水平井鉆探歷程
根據(jù)前述生物礁精細(xì)刻畫成果,2018 年中國(guó)石油西南油氣田公司首次在開(kāi)江—梁平海槽生物礁氣藏中探索水平井垂直臺(tái)緣帶“一井雙礁”部署模式,部署了水平井Y012-X16 井(圖11),完鉆層位為長(zhǎng)三段,完鉆井深6 970 m,水平段長(zhǎng)度1 628 m,最大井斜角92°,測(cè)井解釋儲(chǔ)層厚度為546.3 m,平均孔隙度為5.7%,礁體儲(chǔ)層鉆遇率為81.25%。地震精細(xì)標(biāo)定表明,水平井井眼軌跡在兩個(gè)礁體均鉆遇長(zhǎng)三段晚期礁礁頂部位,測(cè)井曲線上表現(xiàn)為低自然伽馬、高聲波時(shí)差、高孔隙度的特征。2020 年12 月2 日,②號(hào)礁體已成功測(cè)試獲氣103.46×104m3/d;2021 年1 月26 日對(duì)兩個(gè)礁體進(jìn)行測(cè)試,獲113.65×104m3/d 的高產(chǎn)工業(yè)氣流,硫化氫含量為103.27 g/m3,天然氣無(wú)阻流量達(dá)236×104m3/d。實(shí)鉆效果與預(yù)期完全吻合,刷新了中石油生物礁儲(chǔ)層鉆遇長(zhǎng)度新紀(jì)錄,為小生物礁氣藏群的效益開(kāi)發(fā)開(kāi)辟了新途徑。
4.2.2 長(zhǎng)水平段“一井雙礁”開(kāi)發(fā)模式
大貓坪長(zhǎng)興組生物礁氣藏儲(chǔ)層縱向上集中發(fā)育在上部成礁旋回的高位體系域中[9,25],主要分布于長(zhǎng)三段頂部晚期礁礁頂微相中[26]。合成記錄及儲(chǔ)層精細(xì)標(biāo)定成果表明,臺(tái)地邊緣生物礁長(zhǎng)興組頂界為斷續(xù)亮點(diǎn)之上的波谷位置,生物礁在地震剖面上表現(xiàn)為明顯的丘狀隆起正形地貌,礁體內(nèi)部為不連續(xù)的雜亂、空白地震反射特征,與非礁相振幅差異明顯,生物礁儲(chǔ)層(礁頂)地震響應(yīng)特征為“斷續(xù)亮點(diǎn)”反射,儲(chǔ)層主要分布于亮點(diǎn)波峰零相位至飛仙關(guān)組底部波谷之間的位置(圖11)。結(jié)合小礁體展布特征、儲(chǔ)量動(dòng)用情況、井控程度等,采用不規(guī)則井網(wǎng)進(jìn)行開(kāi)發(fā),根據(jù)生物礁儲(chǔ)層分布規(guī)律及地震響應(yīng)模式,明確礁頂儲(chǔ)層分布及地震響應(yīng)特征,進(jìn)行井軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì),建立了緩坡型小礁體長(zhǎng)水平段“一井雙礁”的開(kāi)發(fā)模式,鑒于大貓坪區(qū)塊生物礁礁體規(guī)模小、平面較分散、優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層垂厚薄且靠近長(zhǎng)興組頂部分布、礁頂部位含氣性較好的特征,水平井長(zhǎng)水平段穿越多個(gè)小礁體礁頂優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層,根據(jù)礁體儲(chǔ)層地震響應(yīng)特征,井軌跡設(shè)計(jì)水平段位于靠近飛仙關(guān)組底部下部的斷續(xù)亮點(diǎn)波峰位置,使水平井盡可能鉆遇礁頂優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層,以達(dá)到同時(shí)動(dòng)用多個(gè)礁體天然氣儲(chǔ)量的目的,極大地提高了儲(chǔ)量動(dòng)用率,降低了經(jīng)濟(jì)成本。“一井雙礁”開(kāi)發(fā)模式的成功開(kāi)辟了跨生物礁氣藏群效益開(kāi)發(fā)的先例,使近年來(lái)開(kāi)發(fā)井接連失利的大貓坪西區(qū)塊迅速?gòu)?fù)蘇,也為四川盆地開(kāi)江—梁平海槽兩側(cè)甚至國(guó)內(nèi)外生物礁氣藏的高效開(kāi)發(fā)提供了借鑒。
圖11 過(guò)Y012-X16 井軌跡深度剖面(左)及礁體精細(xì)雕刻(右)圖
大貓坪主體區(qū)氣藏目前處于開(kāi)發(fā)中期穩(wěn)產(chǎn)階段,大貓坪西區(qū)塊由于氣井產(chǎn)量普遍較低,一度被認(rèn)為該區(qū)生物礁欠發(fā)育,氣藏開(kāi)發(fā)長(zhǎng)期處于停滯不前的狀態(tài)。Y012-X16 井的高產(chǎn),開(kāi)辟了大貓坪西區(qū)塊小礁體氣藏高效開(kāi)發(fā)的新篇章,通過(guò)小礁體的精細(xì)雕刻及定量表征,建立小礁體氣藏高效開(kāi)發(fā)模式,突破制約氣藏高效開(kāi)發(fā)的瓶頸問(wèn)題,大貓坪區(qū)塊預(yù)計(jì)可新增多個(gè)礁體開(kāi)發(fā)區(qū),可為大貓坪長(zhǎng)興組生物礁氣藏開(kāi)發(fā)提供近100×104m3/d 的補(bǔ)充產(chǎn)能,具有較大開(kāi)發(fā)潛力,可作為四川盆地生物礁氣藏下一步滾動(dòng)勘探開(kāi)發(fā)的重要領(lǐng)域。
1)緩坡型臺(tái)緣斜坡坡度僅2°~4°,生物礁面積小、隆起幅度低,礁體遷移演化規(guī)律主要受沉積古地貌及海平面變化控制,形成多排、多期的小礁體。緩坡型生物礁氣藏氣水關(guān)系復(fù)雜,氣水界面不統(tǒng)一,具有“一礁一藏”的特征,長(zhǎng)二段早期礁整體含氣性較差,長(zhǎng)三段晚期礁整體含氣性較好,構(gòu)造高部位為氣,構(gòu)造相對(duì)低部位見(jiàn)水,單礁體內(nèi)部存在著“上氣下水”的特征,礁體頂部含氣性好。
2)基于地震資料“雙高”一體化處理,利用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)法及“盒狀體”透視技術(shù)快速識(shí)別生物礁發(fā)育范圍,利用殘厚法沉積古地貌恢復(fù)技術(shù)精細(xì)刻畫生物礁隆起細(xì)節(jié),通過(guò)三維可視化技術(shù)明確生物礁空間展布形態(tài),實(shí)現(xiàn)了緩坡型生物礁三維空間精細(xì)雕刻。
3)將生物礁識(shí)別新方法應(yīng)用于大貓坪區(qū)塊長(zhǎng)興組氣藏,落實(shí)了生物礁展布細(xì)節(jié),建立了長(zhǎng)水平段“一井雙礁”開(kāi)發(fā)模式,Y012-X16 井鉆探取得重大突破,刷新了中石油生物礁儲(chǔ)層鉆遇長(zhǎng)度新紀(jì)錄,為小生物礁氣藏群的效益開(kāi)發(fā)開(kāi)辟了新途徑。大貓坪區(qū)塊預(yù)計(jì)可新增多個(gè)礁體開(kāi)發(fā)區(qū),為大貓坪生物礁氣藏開(kāi)發(fā)提供近100×104m3/d 的補(bǔ)充產(chǎn)能,具有較大開(kāi)發(fā)潛力,可作為四川盆地生物礁氣藏下一步滾動(dòng)勘探開(kāi)發(fā)的重要領(lǐng)域。
致謝:在整個(gè)研究期間,中國(guó)石油西南油氣田公司楊雨總地質(zhì)師、勘探開(kāi)發(fā)研究院肖富森專家、川西北氣礦文龍副礦長(zhǎng)給予了悉心指導(dǎo)和解惑;中石油東方物探公司西南物探研究院完成了疊前資料處理;中國(guó)石油西南油氣田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院張紅英老師完成測(cè)井評(píng)價(jià)。在此一并表示感謝!