疊前反演在西湖凹陷致密砂巖儲層“甜點”預(yù)測中的應(yīng)用

韓 剛,高紅艷,龍 凡,秦德文,李 俊,王煥弟

(1.中海油研究總院有限責(zé)任公司,北京100028;2.中海石油(中國)有限公司上海分公司,上海200030;3.北京珠瑪陽光科技有限公司,北京100083;4.石油工業(yè)出版社,北京100011)

隨著世界對天然氣需求的不斷增加和常規(guī)天然氣儲量的日益減少,很多國家將非常規(guī)天然氣作為重要的后備資源[1]。致密砂巖儲層一般是指覆壓基質(zhì)滲透率κ<0.1mD(空氣滲透率κ<1mD,1mD≈0.987×10-3μm2)的砂巖儲層,單井一般無自然產(chǎn)能或自然產(chǎn)能低于工業(yè)氣流下限,但在一定經(jīng)濟(jì)條件和技術(shù)措施下,可獲得工業(yè)天然氣產(chǎn)量[2]。美國聯(lián)邦能源管理委員會(FERC)估計全球致密砂巖氣資源量為(600～3000)×1012m3,是常規(guī)天然氣資源量的1～5倍。在中國四川盆地、鄂爾多斯盆地先后發(fā)現(xiàn)了大型致密砂巖氣田,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益[3-5]。

前人結(jié)合西湖凹陷中-深層的儲層特點及勘探開發(fā)實際,將B構(gòu)造花港組儲層“甜點”的標(biāo)準(zhǔn)[6]定義為:儲層滲透率κ≥1mD,孔隙度φ≥9%。前人在東海盆地、準(zhǔn)噶爾盆地等致密砂巖地區(qū)的巖石物理研究結(jié)果表明,由于致密砂巖儲層的特殊性,埋深大、低孔滲等因素導(dǎo)致了致密儲層“甜點”與圍巖(泥巖等非“甜點”)的P波阻抗差異并不明顯,二者重疊較多,低阻抗并不能很好反映儲層“甜點”信息[7]。因此,以傳統(tǒng)的疊后地震屬性、P波阻抗反演為代表的地球物理技術(shù)已無法滿足非常規(guī)致密砂巖背景下的儲層“甜點”預(yù)測的需要。

近幾年來,隨著巖石物理建模及疊前彈性反演技術(shù)的不斷進(jìn)步,國內(nèi)一些學(xué)者開始嘗試?yán)茂B前彈性參數(shù)(如縱橫波速度比vP/vS、泊松比σ、橫波速度vS、縱波速度vP、體積模量K等)反演技術(shù)預(yù)測致密砂巖及其“甜點”,取得了一定的預(yù)測效果。陳祖慶等[8]利用疊前μρ、EI30參數(shù)反演開展致密砂巖“甜點”及含氣性預(yù)測(其中,μ,ρ和EI30分別是拉梅常數(shù)、密度和入射角為30°的彈性阻抗);徐玥等[9]利用Russell流體因子(通過體積模量等構(gòu)建)開展致密砂巖“甜點”及含氣性預(yù)測;李瑞磊等[10]利用疊前彈性反演參數(shù)(縱橫波速度比、阻抗等)與貝葉斯分類相結(jié)合開展致密砂巖及儲層“甜點”預(yù)測;賈凌云等[11]介紹了一種廣義彈性阻抗反演(泊松比、流體識別因子f/vS(f為Gassmann流體項))預(yù)測致密砂巖及其含氣性的方法;李久娣[12]介紹了一種通過坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)構(gòu)建的敏感參數(shù)識別致密砂巖、阻抗識別“甜點”的方法。上述文獻(xiàn)中,涉及對致密砂巖儲層“甜點”反映最敏感的彈性參數(shù)(即密度)的反演方法和實際預(yù)測應(yīng)用效果方面的介紹較少。

本文通過對研究區(qū)4口井的巖石物理分析,篩選出對花港組砂巖最敏感的彈性參數(shù)是泊松比,對儲層“甜點”最敏感的彈性參數(shù)是密度。利用疊前AVO三參數(shù)反演得到最敏感的彈性參數(shù)(泊松比和密度)數(shù)據(jù)體,以此為基礎(chǔ)開展定量解釋,對研究區(qū)目的層的砂體及儲層“甜點”分布進(jìn)行了預(yù)測。

1 技術(shù)方法

1.1 疊前反演原理

Zoeppritz方程組是疊前彈性反演重要的理論基礎(chǔ)。地震勘探中的主要現(xiàn)象就是地震波能量在分界面處的重新分配。邊界條件決定了地震波能量如何在反射波和透射波間分配,用位移表達(dá)分界面處能量的分配是最易理解的辦法,于是導(dǎo)出了Zoeppritz方程組。該方程組雖然可以準(zhǔn)確地表示波場在邊界處發(fā)生的變化,卻不能給出振幅隨不同因子變化的直觀表示,因此有許多近似式。在給出的Zoeppritz方程近似式中,Aki-Rechards近似式的應(yīng)用最為普遍。本文以反演泊松比和密度為目標(biāo),采用Zoeppritz方程的線性公式,具體如下:

(1)

(2)

公式(1)由宗兆云等[13]給出,可以直接反演E、σ和ρ的反射率。公式(2)是Aki-Rechards近似式,可以直接反演vP、vS和ρ的反射率。

本次疊前彈性反演采用全道集參與的直接彈性反演方法[14],即不是使用部分疊加而是使用全部道集數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)多,擬合求解更準(zhǔn)確),也不是使用間接計算方法由vP、vS和ρ這3個基本參數(shù)計算其它彈性參數(shù),而是采用直接反演方法得到這3個參數(shù)(直接反演能避免間接計算導(dǎo)致的誤差積累),在實現(xiàn)過程中加入了抗噪技術(shù)。

1.2 巖石物理分析

B構(gòu)造花港組埋深為3600～4200m,儲層整體偏致密。通過研究區(qū)4口井3套儲層的孔-滲參數(shù)統(tǒng)計,a儲層平均孔隙度為7.6%,平均滲透率為0.36mD;b儲層平均孔隙度為8.9%,平均滲透率為0.79mD;c儲層平均孔隙度為8.2%,平均滲透率為0.58mD(表1)。

表1 研究區(qū)儲層孔-滲參數(shù)統(tǒng)計結(jié)果

研究區(qū)測井解釋將儲層劃分為3類,其中Ⅰ類儲層:κ≥10mD,且φ≥12%;Ⅱ類儲層:1mD≤κ<10mD,9%≤φ<12%;Ⅲ類儲層:κ<1mD,且φ<9%。參考前人對B構(gòu)造儲層“甜點”的劃分標(biāo)準(zhǔn)[6],Ⅰ、Ⅱ類儲層屬于“甜點”范疇,而Ⅲ類儲層為非“甜點”(圖1)。

圖1 研究區(qū)不同類型儲層的分類標(biāo)準(zhǔn)

圖2為研究區(qū)1井H3b-H3c層(埋深在3700～3900m)的彈性參數(shù)曲線綜合柱狀圖,其中一些典型的彈性參數(shù)對致密砂巖及儲層“甜點”非常敏感,具體分析如下。

圖2 研究區(qū)1井彈性參數(shù)曲線綜合柱狀圖

由于目的層較深,儲層整體偏致密,砂巖與泥巖的阻抗差異并不明顯,重疊較嚴(yán)重,如H3b上部3685～3770m砂巖與H3c下部3870～3910m泥巖阻抗相當(dāng);但砂巖與泥巖的泊松比差異較大,如H3b整段3685～3800m和H3c中部3820～3860m砂巖呈較明顯的低泊松比特征,而H3c頂部3805～3820m和下部3870～3910m泥巖呈較明顯的高泊松比特征。在砂體內(nèi)部,密度對儲層“甜點”及物性的反映最敏感,如H3b整段3685～3800m砂巖為氣層,呈明顯的低密度特征,且下段儲層物性越好,密度越低;H3c中部3820～3860m砂巖為干層,呈明顯的高密度特征,密度越高,代表儲層物性越差;綜合利用泊松比和密度參數(shù),能有效識別致密砂巖及其儲層“甜點”。

圖3為研究區(qū)4口井花港組地層的巖石物理分析結(jié)果,可以看出,砂、泥巖的阻抗差異很小,但泊松比差異較大,砂巖呈明顯的低泊松比特征,砂泥巖的泊松比門檻值約為0.23,泊松比識別砂巖精度在90%以上(圖3a)。在砂體內(nèi)部,密度相對阻抗在反映儲層“甜點”及物性方面有更明顯的優(yōu)勢,儲層“甜點”呈明顯的低密度特征,“甜點”的密度門檻值約為2.53g/cm3,密度識別“甜點”精度在85%以上(圖3b)。

圖3 研究區(qū)4口井花港組地層的巖石物理分析結(jié)果a 巖性敏感性分析; b 儲層“甜點”敏感性分析

1.3 疊前CRP道集優(yōu)化處理

疊前CRP道集的質(zhì)量好壞直接影響疊前彈性反演的信噪比和精度。如果疊前CRP道集并不能滿足疊前彈性反演的要求,即使運(yùn)用先進(jìn)的反演算法,也會影響最終的反演效果。因此,在開展疊前彈性反演之前,必須對疊前CRP道集開展資料品質(zhì)評價和保幅去噪處理,為后續(xù)疊前彈性反演提供高質(zhì)量的地震資料基礎(chǔ)。

本研究采用的疊前CRP道集為面向儲層預(yù)測的保幅性處理后的道集,疊前時間偏移后未做任何去噪處理,這種類型的道集有利于從源頭上對道集的保幅性開展整體評價和把控。目的層花港組埋深為2.8～3.4s,疊前CRP道集最大偏移距為4600m,入射角為30°～35°,角度滿足疊前反演(包括密度反演)的要求。疊前CRP道集同相軸總體平直,偏移速度準(zhǔn)確;多次波等噪聲較少,只存在少量的隨機(jī)噪聲;近-中-遠(yuǎn)道子波能量一致性較好。針對目的層存在的少量弱隨機(jī)噪聲,開展保幅去噪處理,可以看出,去噪后CRP道集的信噪比得到一定改善(圖4)。

圖4 疊前CRP道集保幅去噪處理前、后結(jié)果對比

1.4 疊前反演

利用上述方法開展疊前敏感彈性參數(shù)(泊松比、密度)反演,并分析反演的結(jié)果是否能有效反映目的層砂體和儲層“甜點”。疊前反演得到的泊松比和密度數(shù)據(jù)的信噪比較高,表明反演結(jié)果具有很好的抗噪性(尤其是密度),同時疊前泊松比、密度反演結(jié)果與測井曲線吻合較好。此外,測井解釋的砂體主要位于泊松比剖面的相對低值位置,表明泊松比反演結(jié)果能較好反映砂巖(圖5),測井解釋的儲層“甜點”主要位于密度剖面的相對低值位置,而且密度越低,代表儲層物性越好(表2),表明密度反演結(jié)果能較好反映砂巖內(nèi)部的儲層“甜點”(圖6)。

圖5 過研究區(qū)4口井的疊前泊松比反演剖面(砂巖低泊松比)

表2 疊前密度反演結(jié)果與儲層孔-滲關(guān)系

圖6 過研究區(qū)4口井的疊前密度反演剖面(“甜點”低密度)

2 應(yīng)用效果

2.1 砂體和“甜點”分布預(yù)測

基于泊松比和密度反演的成果數(shù)據(jù)進(jìn)行定量解釋,開展目的層砂體及儲層“甜點”平面分布預(yù)測,并結(jié)合沉積微相分析,降低砂巖及儲層“甜點”預(yù)測的風(fēng)險。據(jù)前人沉積體系及沉積相研究結(jié)果可知,研究區(qū)物源方向來自東北部,發(fā)育辮狀河三角洲沉積,整體富砂,分流河道、河口壩微相砂體發(fā)育,為區(qū)內(nèi)最有利的儲集體微相帶類型[15-16]。

以c層為例,預(yù)測砂體呈北—東向條帶展布,具有較明顯的分流河道特征。砂體厚度一般為10～20m。4口井鉆遇的微相帶存在一定差異,3井和1井位于分流河道主體,砂體相對較厚,約為15～20m;4井和2井位于分流河道邊緣,砂體厚度相對較薄(圖7a)。預(yù)測儲層“甜點”主要位于3井周邊及其東南部,面積約為39.4km2,密度范圍為2.40～2.53g/cm3,而1井、2井和4井處“甜點”不發(fā)育,預(yù)測結(jié)果與測井解釋成果相吻合?！疤瘘c”發(fā)育區(qū)主要位于分流河道主體微相上,表明“甜點”的分布受沉積微相的控制作用明顯(圖7b)。

圖7 疊前泊松比反演預(yù)測c層砂體厚度(a)和密度反演預(yù)測c層儲層“甜點”平面分布(b)

2.2 “甜點”預(yù)測成果應(yīng)用

東海盆地西湖凹陷以前勘探發(fā)現(xiàn)的油藏類型以構(gòu)造油氣藏為主,近幾年在勘探實踐中發(fā)現(xiàn)了一些構(gòu)造-巖性油氣藏,油田已經(jīng)將尋找構(gòu)造-巖性油氣藏、提高“甜點”鉆遇率作為下一步勘探的重點方向。

以c層為例,基于砂巖及儲層“甜點”預(yù)測成果,參考構(gòu)造圈閉等成藏條件分析,將“甜點”發(fā)育區(qū)與構(gòu)造圈閉相疊合開展有利區(qū)預(yù)測。研究區(qū)西南部3井周邊面積約為20.4km2,該區(qū)構(gòu)造背景有利,圈閉落實,儲層厚度相對較厚,為18～20m;儲層物性較好,平均孔隙度為11%～13%,滲透率為3.8～21.4mD;為c層最有利的Ⅰ類儲層區(qū)域。該區(qū)目前正在部署大斜度評價井,儲層“甜點”預(yù)測結(jié)果為該區(qū)提高“甜點”鉆遇率、擴(kuò)展隱蔽油氣藏勘探提供了有利的儲層方面的依據(jù)(圖8)。

圖8 構(gòu)造與“甜點”疊合劃分有利區(qū)平面分布(以c層為例)

3 結(jié)論

西湖凹陷B構(gòu)造區(qū)由于埋深深、低孔-滲等因素導(dǎo)致了致密砂巖儲層“甜點”與圍巖的P波阻抗差異較小,本文優(yōu)選對砂巖及儲層“甜點”最敏感的彈性參數(shù)(泊松比和密度)開展定量反演并預(yù)測,取得的主要認(rèn)識如下:

1) 巖石物理精準(zhǔn)分析是致密砂巖及其儲層“甜點”預(yù)測的理論基礎(chǔ)和依據(jù),研究認(rèn)為對研究區(qū)目的層砂巖最敏感的彈性參數(shù)是泊松比,對儲層“甜點”最敏感的彈性參數(shù)是密度,針對這些最敏感的彈性參數(shù)開展定量反演,有助于提高砂巖及儲層“甜點”的預(yù)測精度;

2) 基于全道集參與的直接彈性參數(shù)反演方法開展反演得到泊松比和密度數(shù)據(jù)體,在此基礎(chǔ)上開展定量解釋,預(yù)測砂巖及儲層“甜點”分布特征與沉積相相吻合,證明了該研究思路和技術(shù)方法在研究區(qū)是可行的,并對東海西湖凹陷其它類似地質(zhì)背景地區(qū)的儲層“甜點”預(yù)測有一定的借鑒意義。