白云凹陷深水區(qū)重力流砂巖儲層反演與定量解釋

王 迪, 張益明, 劉春成, 牛 聰, 葉云飛, 黃 饒

(中海油研究總院有限責(zé)任公司，北京 100028)

0 工區(qū)概況

白云凹陷位于我國南海北部陸緣深水區(qū)，隸屬于珠江口盆地，面積約20 000 km2，是南海北部陸坡面積最大、沉積最厚、最具生烴潛力的新生代凹陷[1]。中新統(tǒng)珠江組下段沉積了相對富砂的陸架邊緣三角洲、陸坡重力流水道和深水扇，是深水區(qū)最有利的儲層發(fā)育帶[2-4]。研究區(qū)位于白云凹陷深水區(qū)東部，由凹陷北側(cè)和北西側(cè)的陸架邊緣三角洲提供物源，發(fā)育重力流水道砂巖儲層，勘探潛力大(圖1)隨著勘探程度的不斷深入，逐漸揭示并認(rèn)識到該區(qū)深水重力流沉積的復(fù)雜性，可發(fā)育砂巖、泥質(zhì)砂巖、鈣質(zhì)砂巖和灰?guī)r等多種巖性組合，地震響應(yīng)特征復(fù)雜。精細(xì)預(yù)測儲層巖性、物性及含油氣性是提高鉆探成功率的關(guān)鍵。

圖1 白云凹陷珠江組沉積體系Fig.1 The Zhujiang formation sedimentary system in Baiyun sag

A氣田具有北高南低的構(gòu)造背景，屬于構(gòu)造和巖性共同控制的復(fù)合性氣藏(圖2)。目前已鉆井4口，揭示在珠江組下段發(fā)育Sand1、Sand2和Sand3三套砂巖儲層，砂體具有單層厚度大、分布穩(wěn)定和橫向連續(xù)性好的特點，油氣儲量豐富，鉆探結(jié)果如表1所示。

圖2 研究區(qū)構(gòu)造圖Fig.2 Structural map of A gas field

1 地震響應(yīng)特征分析

1.1 疊后振幅響應(yīng)特征

圖3為A氣田連井剖面。A-1井是該氣田鉆探的第一口，位于構(gòu)造高點且具有明顯的振幅異常，鉆遇三套砂巖氣層。為了進(jìn)一步明確強(qiáng)振幅區(qū)域是否發(fā)育氣層以及探測氣水邊界，部署鉆探了A-2和A-3井。結(jié)果表明：A-3井Sand1和Sand2砂體在疊后剖面上表現(xiàn)為強(qiáng)振幅，鉆遇氣層，Sand3砂體表現(xiàn)為弱振幅，鉆遇水層。A-2井Sand2砂體表現(xiàn)為強(qiáng)振幅，鉆遇氣層，Sand1和Sand3表現(xiàn)為弱

圖3 過A氣田A1～A4井地震剖面Fig.3 Cross-well stack section of A gas field

表1 A氣田已鉆井結(jié)果

振幅，鉆遇水層?；谏鲜鲢@探結(jié)果初步認(rèn)識到強(qiáng)振幅發(fā)育氣層、弱振幅不發(fā)育氣層,但是A-4井鉆探結(jié)果與該認(rèn)識相互矛盾。A-4井在疊后剖面上表現(xiàn)為弱振幅響應(yīng)特征，但在Sand1和Sand2兩套砂體均鉆遇氣層，究其原因，主要是該井砂體受到泥質(zhì)充填和鈣質(zhì)膠結(jié)的影響，儲層物性變差，且砂泥巖形成互層，導(dǎo)致振幅變?nèi)?，依靠振幅無法準(zhǔn)確預(yù)測巖性和含氣性，嚴(yán)重影響氣田儲量規(guī)模的估算，制約區(qū)域下一步勘探部署。因此，解決弱振幅氣層預(yù)測問題對該區(qū)勘探開發(fā)至關(guān)重要。

1.2 疊前AVO響應(yīng)特征

AVO(Amplitude Variation With Offset)代表振幅隨偏移距的變化規(guī)律，當(dāng)儲層中充填不同流體性質(zhì)時往往會表現(xiàn)出不同的AVO響應(yīng)特征，通過AVO分析能夠指導(dǎo)含油氣性檢測。以Sand1砂體為例開展AVO正演模擬，重點討論氣層的AVO響應(yīng)特征，模擬結(jié)果如圖4所示。從圖4中可以看出：A-1井氣層孔隙度為21.4%，正演道集和井旁地震道集均表現(xiàn)近道振幅強(qiáng)且遠(yuǎn)道逐漸增強(qiáng)的III類AVO；A-4井氣層孔隙度為15.5%，正演道集和井旁地震道集表現(xiàn)為近道振幅弱且遠(yuǎn)道逐漸增強(qiáng)的II類AVO；A-3井氣層孔隙度為18.8%，正常情況下應(yīng)表現(xiàn)為遠(yuǎn)道增強(qiáng)的III類AVO，但正演道集和井旁地震道集均表現(xiàn)為遠(yuǎn)道逐漸減弱的IV類AVO。經(jīng)過分析認(rèn)為，上覆高速灰?guī)r對下部氣層AVO類型產(chǎn)生了影響，如果消除上覆鈣尖影響后進(jìn)行AVO正演模擬，可以看到，氣層表現(xiàn)為遠(yuǎn)道逐漸增強(qiáng)的III類AVO。統(tǒng)計研究區(qū)已鉆砂體的AVO響應(yīng)特征，規(guī)律如下：水層均為IV類AVO，氣層以III類AVO為主，少數(shù)為II類和IV類。當(dāng)砂巖被泥質(zhì)充填物性變差時，氣層表現(xiàn)為II類AVO；當(dāng)砂巖受上覆高速灰?guī)r層影響時，氣層表現(xiàn)為IV類AVO。說明研究區(qū)儲層的AVO響應(yīng)特征復(fù)雜多變，通過常規(guī)AVO屬性直接預(yù)測油氣存在一定多解性[5]。

圖4 正演模擬道集和井旁地震道集AVO特征對比Fig.4 AVO response of synthetic gather and real CRP(a)A-1井；(b)A-4井；(c)A-3井

2 敏感彈性參數(shù)優(yōu)選

雖然該區(qū)AVO方法無法直接用于油氣檢測，但是AVO響應(yīng)特征的差異歸根結(jié)底是由巖石物理性質(zhì)差異導(dǎo)致的，從而為疊前反演開展儲層及油氣預(yù)測提供了可能，其中優(yōu)選敏感彈性參數(shù)是關(guān)鍵[6-8]。為此，開展研究區(qū)4口井的巖石物理分析，重點對比不同巖石物理參數(shù)區(qū)分巖性和流體的效果。該區(qū)泥質(zhì)含量大于50%時定義為泥巖，含水飽和度大于70%時定義為水層。由圖5(a)可以看到，砂巖和泥巖的縱波阻抗存在較大范圍重疊區(qū)域，利用縱波阻抗只能識別部分高孔含氣砂巖。由圖5(b)可以看到，砂巖和泥巖的橫波阻抗分布范圍基本完全重疊，橫波阻抗不能用于區(qū)分巖性和流體。由圖5(c)可以看到，泥巖縱波阻抗小于9 500且縱橫波速度比大于2.0；砂巖縱波阻抗小于9 500且縱橫波速度比小于2.0；鈣質(zhì)砂巖或灰?guī)r縱波阻抗大于9 500且縱橫波速度比小于2.0。同樣是砂巖儲層，含氣砂巖的縱波阻抗和縱橫波速度比相對含水砂巖均更低。因此，利用縱波阻抗和縱橫波速度比相結(jié)合能夠有效區(qū)分巖性和流體性質(zhì)。

圖5 珠江組巖石物理交會分析結(jié)果Fig.5 Rock physics crossplot analysis of Zhujiang formation(a)縱波阻抗-泥質(zhì)含量交會；(b)橫波阻抗-泥質(zhì)含量交會；(c)縱波阻抗-縱橫波速度比交會

3 巖石物理量版構(gòu)建

為了進(jìn)一步精細(xì)預(yù)測研究區(qū)儲層巖性、物性及含油氣性，建立了白云凹陷珠江組地層在深水重力流沉積環(huán)境下的巖石物理定量解釋模版，該量版準(zhǔn)確描述了不同巖性在不同孔隙度和含氣飽和度條件下，縱波阻抗和縱橫波速度比的變化規(guī)律(圖6)，從而為儲層及含油氣性定量解釋提供借鑒[9-11]。其中箭頭分別指示了壓實趨勢和含氣飽和度的變化方向，圖6顯示出大量與儲層及油氣預(yù)測定量解釋相關(guān)的信息：①隨著壓實趨勢的增大，砂巖、泥巖和灰?guī)r的縱波阻抗明顯增大，但幅度和變化率有明顯差別；②隨著含氣飽和度繼續(xù)增加，縱波阻抗和縱橫波速度比變化不明顯；③在泥巖趨勢線與灰?guī)r趨勢線之間、砂巖趨勢線與灰?guī)r趨勢線之間，存在一個含鈣泥巖和含鈣砂巖區(qū)域。因此，在白云凹陷深水區(qū)珠江組地層中，結(jié)合縱波阻抗和縱橫波速度比，可以有效地識別砂巖、泥巖、含鈣砂泥巖和灰?guī)r等多種巖性，同時應(yīng)用量版能夠?qū)游镄约昂瑲庑赃M(jìn)行定量解釋。

圖6 白云凹陷珠江組巖石物理解釋模版Fig.6 Quantitative interpretation template of rock physics in Zhujiang formation

4 應(yīng)用效果

疊前反演能夠充分利用地震道集隨偏移距的變化規(guī)律，獲取地下介質(zhì)的彈性參數(shù)，從巖石物理角度達(dá)到識別巖性和流體性質(zhì)的目的[12-14]。針對研究區(qū)主力勘探層系進(jìn)行了多角度道集的疊前同時反演，最終得到穩(wěn)定可靠的縱波阻抗體和縱橫波速度比數(shù)據(jù)體，利用這里構(gòu)建的巖石物理量版對反演結(jié)果進(jìn)行定量解釋，獲得巖性和含油氣性預(yù)測結(jié)果(圖7)。從圖7可以看出，A-1井發(fā)育三套物性好的氣層，A-2井發(fā)育一套物性好的氣層，A-3井發(fā)育兩套物性好的氣層，A-4井發(fā)育兩套物性相對差的氣層，預(yù)測結(jié)果與表1所示鉆探結(jié)果吻合，有效解決了A-4井弱振幅氣層無法識別的難題。同時可以觀察到，圖3地震剖面上的強(qiáng)振幅并不都是氣層的響應(yīng)特征，強(qiáng)振幅也可能發(fā)育含鈣砂巖或灰?guī)r，從而在一定程度上避免了振幅假“亮點”產(chǎn)生的油氣預(yù)測多解性問題。

圖7 過A氣田A1～A4井巖性和含油氣性預(yù)測結(jié)果Fig.7 Cross-well profile of lithology and hydrocarbon prediction result

依據(jù)定量解釋結(jié)果實現(xiàn)了A氣田砂體厚度、孔隙度和含氣性平面展布規(guī)律的預(yù)測，以Sand1砂體為例進(jìn)行展示(圖8)。從圖8(a)振幅屬性切片中可以觀察到典型的重力流水道沉積特征，水道呈自北向南展布。根據(jù)圖8(b)和8(c)可知，砂體厚度自北向南逐漸減薄，孔隙度逐漸增大。由于A氣田具有北高南低的構(gòu)造背景，且富砂物源主要來自北側(cè)和北西側(cè)，在重力作用下，密度相對大的砂礫巖被搬運(yùn)到遠(yuǎn)離物源的區(qū)域，而密度相對小的泥質(zhì)被保留在距物源較近的區(qū)域。因此，在北側(cè)近物源端，砂體雖然較厚，但是泥質(zhì)含量偏重，物性條件變差，孔隙度相對較小；在南側(cè)遠(yuǎn)離物源端，砂體厚度雖然減薄，但是泥質(zhì)含量偏低，物性條件變好，孔隙度相對較高。從沉積的角度分析，巖性和物性的預(yù)測結(jié)果具有明確合理的地質(zhì)意義。對比圖8(a)和圖8(d)可知，含氣砂巖的分布范圍相對于強(qiáng)振幅區(qū)域范圍要大一些，說明部分弱振幅氣層被雕刻出來。對比圖8(c)和圖8(d)可知，含氣砂巖的厚度及分布范圍小于砂巖整體的厚度及分布范圍，尤其在構(gòu)造北側(cè)，含氣砂巖的厚度和分布范圍明顯減小。主要原因在于構(gòu)造北側(cè)砂巖的物性變差，砂泥巖形成互層，能夠識別的氣層是物性相對好的優(yōu)質(zhì)砂巖氣層，它們的分布和規(guī)模是評價A氣田北側(cè)油氣儲量的關(guān)鍵。將井點處砂巖孔隙度和氣層厚度的預(yù)測值與實鉆值進(jìn)行對比(表2)，可以看到誤差均小于15%，說明預(yù)測結(jié)果和實鉆結(jié)果吻合率較高，預(yù)測結(jié)果較為可靠，為研究區(qū)下一步鉆探部署提供了借鑒。

圖8 A氣田砂巖儲層及含氣性預(yù)測結(jié)果Fig.8 Sand reservoir prediction and hydrocarbon detection result of A gas field(a)均方根振幅屬性；(b)砂體厚度預(yù)測結(jié)果； (c)砂體孔隙度預(yù)測結(jié)果；(d)氣層厚度預(yù)測結(jié)果

表2 Sand1砂體預(yù)測結(jié)果與實鉆結(jié)果進(jìn)行對比

5 結(jié)論

通過對白云凹陷深水區(qū)A氣田開展儲層反演和定量解釋研究，取得以下幾點認(rèn)識：

1)巖石物理分析是基礎(chǔ)，縱波阻抗和縱橫波速度比是研究區(qū)進(jìn)行巖性和流體識別的敏感彈性參數(shù)。

2)巖石物理量版是實現(xiàn)儲層定量解釋的有效手段。通過構(gòu)建重力流巖石物理量版實現(xiàn)了A氣田砂體厚度、孔隙度和含氣性平面展布規(guī)律的預(yù)測，孔隙度和氣層厚度定量預(yù)測值與實際鉆探值誤差小于15%。

3)工區(qū)發(fā)育自北向南展布的重力流水道沉積，砂體厚度自北向南逐漸減薄，孔隙度逐漸增大，符合該區(qū)構(gòu)造和沉積認(rèn)識。

4)通過巖石物理量版的精細(xì)雕刻，弱振幅氣層得到有效識別，為下一步精確儲量計算和鉆探部署提供了借鑒。

5)巖石物理量版的應(yīng)用需要滿足一定的假設(shè)條件，當(dāng)沉積環(huán)境和勘探層系發(fā)生變化時，巖石物理規(guī)律會有所改變，要根據(jù)不同的地質(zhì)條件構(gòu)建不同的量版開展定量解釋研究。