王 團(tuán) 唐曉花 田得光 楊志會(huì) 紀(jì) 智
(1.大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院,黑龍江 大慶 163712;2.黑龍江省陸相頁(yè)巖油重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,黑龍江 大慶 163712)
近年來,頁(yè)巖油氣作為非常規(guī)油氣的主要類型,正在改變著世界能源格局,其勘探開發(fā)在國(guó)外取得顯著效果。美國(guó)是頁(yè)巖油勘探開發(fā)最早的國(guó)家,中國(guó)許多油田如大港、長(zhǎng)慶、吉林、新疆等,已陸續(xù)開展頁(yè)巖油氣勘探與商業(yè)開采等方面的探索,頁(yè)巖油勘探開發(fā)取得了較大的突破,相繼發(fā)現(xiàn)了儲(chǔ)量可觀的頁(yè)巖油資源[1-5]。頁(yè)巖油的精細(xì)勘探與開發(fā)主要依賴于大規(guī)模水平井井組的部署與設(shè)計(jì)[6],而水平井的準(zhǔn)確入靶以及富集層鉆遇率的高低,主要受頁(yè)巖油富集層預(yù)測(cè)精度的影響,這就對(duì)頁(yè)巖油富集層地震預(yù)測(cè)工作提出了更高的要求[7]。
松遼盆地北部齊家—古龍地區(qū)青山口組頁(yè)巖油(古龍頁(yè)巖油)屬于典型的陸相中高熟頁(yè)巖油。古龍頁(yè)巖油成藏地質(zhì)條件優(yōu)越、資源量潛力大,具有廣闊的勘探開發(fā)前景[8-9]。
目前國(guó)內(nèi)外頁(yè)巖油地震預(yù)測(cè)技術(shù)主體思路是基于寬方位保幅高分辨率疊前地震資料,通過高精度疊前反演方法,結(jié)合地質(zhì)、測(cè)井、地震及工程信息,利用地震屬性或反演進(jìn)行基于模型的綜合甜點(diǎn)參數(shù)預(yù)測(cè),建立了多學(xué)科、多尺度一體化頁(yè)巖油甜點(diǎn)預(yù)測(cè)技術(shù)體系[10-11]。
松遼盆地古龍頁(yè)巖油勘探開發(fā)工作起步較晚,理論及技術(shù)體系并不成熟,且與美國(guó)的海相頁(yè)巖油氣以及國(guó)內(nèi)其他盆地的頁(yè)巖油氣形成條件有著巨大的差別[12-14],因此,松遼盆地古龍頁(yè)巖油富集層的地震預(yù)測(cè)技術(shù)不能完全照搬其他頁(yè)巖油預(yù)測(cè)方法的經(jīng)驗(yàn),亟需探索出適合松遼盆地古龍頁(yè)巖油富集層特點(diǎn)的地震預(yù)測(cè)技術(shù)方法,為松遼盆地頁(yè)巖油的勘探與開發(fā)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持與保障[15-16]。
本文針對(duì)古龍頁(yè)巖,在典型井聲學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)量分析基礎(chǔ)上,開展巖石物理分析,明確頁(yè)巖油富集層有機(jī)碳含量、孔隙度、脆性等地質(zhì)工程主控參數(shù)的巖石物理規(guī)律,通過疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演得到高精度反演成果,最后基于巖石物理分析和疊前反演結(jié)果,井震結(jié)合實(shí)現(xiàn)有機(jī)碳含量、孔隙度、脆性、裂縫等頁(yè)巖油富集層地質(zhì)工程參數(shù)地震預(yù)測(cè),形成古龍頁(yè)巖油井—震聯(lián)合定量評(píng)價(jià)技術(shù),為后續(xù)井位部署及水平井設(shè)計(jì)提供依據(jù),有力地推動(dòng)古龍頁(yè)巖油勘探開發(fā)進(jìn)程。
松遼盆地古龍頁(yè)巖為典型的陸相淡水湖盆沉積,特殊的沉積環(huán)境造就了古龍頁(yè)巖具有不同于國(guó)內(nèi)外其他盆地的獨(dú)特地質(zhì)特征,具有“三好、三高”的特點(diǎn),即烴源巖品質(zhì)好、頁(yè)巖儲(chǔ)層物性好、油品好,游離烴含量高、氣油比高、壓力系數(shù)高。
古龍頁(yè)巖油富集層主要發(fā)育在青一段(Q1—Q6油層)及青二段下部(Q7—Q9油層),其中青一段細(xì)分為6個(gè)油層,從青一段底往上依次為Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6,青二段下部細(xì)分為3個(gè)油層,從青二段底往上依次為Q7、Q8、Q9。古龍頁(yè)巖油富集層縱向上規(guī)模富集,平面上分布穩(wěn)定,埋深為1 500~2 600 m,巖性以純頁(yè)巖為主,總厚度為80~150 m,單層厚度為5~16 m。
圖1為古龍頁(yè)巖典型井測(cè)井曲線特征及地震合成記錄,頁(yè)巖油富集層表現(xiàn)為低密度、高有機(jī)碳含量、高孔隙度等測(cè)井響應(yīng)特征,地震剖面上,青一段底界(Q1底)表現(xiàn)為強(qiáng)波峰,較連續(xù);青一段頂面(Q6頂)反射特征為中強(qiáng)波谷、較連續(xù),Q9油層頂界為零相位特征。受巖性、頁(yè)巖品質(zhì)、厚度等多重因素影響,頁(yè)巖油富集層地震響應(yīng)特征復(fù)雜。針對(duì)巖性的常規(guī)地震屬性對(duì)古龍頁(yè)巖油富集層預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)難度大,因此需要建立頁(yè)巖油富集層地震預(yù)測(cè)表征技術(shù)來精細(xì)刻畫古龍頁(yè)巖油富集層的空間分布。
松遼盆地北部齊家—古龍地區(qū)三維地震基本全覆蓋,特別是高精度三維采集資料比例高達(dá)85%,為富集層地震預(yù)測(cè)提供良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
基于高精度三維采集資料,開展寬方位保幅高分辨率疊前地震資料處理,獲得高質(zhì)量的地震數(shù)據(jù),在此數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上,建立了一套適用于古龍頁(yè)巖油富集層的井—震聯(lián)合定量評(píng)價(jià)技術(shù)流程(圖2),主要包括巖心、測(cè)井、地質(zhì)等基礎(chǔ)資料收集,典型頁(yè)巖樣品巖石物理實(shí)驗(yàn)測(cè)量分析、疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演、富集層地質(zhì)工程參數(shù)預(yù)測(cè)等核心技術(shù)應(yīng)用,通過敏感性參數(shù)分析、疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演、疊后裂縫識(shí)別實(shí)現(xiàn)富集層多參數(shù)綜合評(píng)價(jià),有效指導(dǎo)古龍頁(yè)巖油勘探開發(fā)井位部署。
巖石物理分析可以有效地將巖心、測(cè)井及地震結(jié)合起來,建立儲(chǔ)層參數(shù)和地層彈性參數(shù)之間的關(guān)系,并基于這種關(guān)系來指導(dǎo)地震反演,實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層的空間分布預(yù)測(cè)[17-20]。
針對(duì)古龍頁(yè)巖油富集層,縱向上考慮巖相變化,平面上考慮不同成熟度、構(gòu)造位置,優(yōu)選典型頁(yè)巖樣品,開展巖石物理聲學(xué)測(cè)量、力學(xué)測(cè)量、地化參數(shù)測(cè)量及物性參數(shù)測(cè)量。通過統(tǒng)計(jì)分析,優(yōu)選w(TOC)、孔隙度、脆性等地質(zhì)工程參數(shù)的敏感彈性參數(shù),為后續(xù)頁(yè)巖油富集層地震定量刻畫奠定基礎(chǔ)。
基于典型井A2測(cè)井曲線和解釋成果,將w(TOC)、總孔隙度分別與不同彈性參數(shù)進(jìn)行交會(huì)分析,開展w(TOC)、孔隙度敏感彈性參數(shù)優(yōu)選。
對(duì)古龍頁(yè)巖油富集層孔隙度、縱波速度、縱波阻抗、縱橫波速度比、彈性模量、橫波阻抗等彈性參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),孔隙度與縱波阻抗相關(guān)性最好(圖3(a)),相關(guān)系數(shù)為0.87,呈負(fù)相關(guān),即總孔隙度越高,縱波阻抗越低;w(TOC)與縱波阻抗也存在較好的負(fù)相關(guān)(圖3(b)),相關(guān)系數(shù)為0.81,高w(TOC)對(duì)應(yīng)低縱波阻抗特征。
敏感參數(shù)分析表明,低縱波阻抗是古龍頁(yè)巖油地質(zhì)甜點(diǎn)重要的地球物理特征,w(TOC)、總孔隙度與縱波阻抗的關(guān)系為后續(xù)地震精細(xì)預(yù)測(cè)奠定良好的基礎(chǔ)。
彈性模量和泊松比的函數(shù)常用于評(píng)價(jià)巖石脆性。理論上,彈性模量越大,泊松比越低,巖石的脆性就越大,但國(guó)外研究表明,即使是同一地區(qū),巖石的物性、巖性、巖石力學(xué)參數(shù)也會(huì)存在很大差異,從而導(dǎo)致巖石脆性分布不同[21]。所以必須要根據(jù)實(shí)際工區(qū)儲(chǔ)層情況,來確定彈性模量和泊松比這2個(gè)參數(shù)的權(quán)重,利用彈性參數(shù)構(gòu)建脆性因子,更好地表征巖石脆性程度[22-23]。
目前常用的方法是利用彈性模量正歸一化、泊松比反歸一化后的加權(quán)平均表征脆性,即把彈性模量和泊松比的權(quán)重都定義為0.5,這種定義缺乏理論依據(jù)[24-26]?;陧?yè)巖樣品巖石物理力學(xué)參數(shù)和巖心應(yīng)力—應(yīng)變曲線,本文考慮峰后相對(duì)應(yīng)力降大小和應(yīng)力降速率的巖心脆性系數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo),利用巖心脆性系數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果刻度泊松比和彈性模量脆性參數(shù)權(quán)重值,建立基于彈性模量和泊松比的新彈性參數(shù)脆性因子。
圖4為古龍頁(yè)巖油富集層巖心脆性系數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)與彈性模量交會(huì),兩者呈一定的正相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)為0.61。
圖5為巖心脆性系數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)與泊松比交會(huì),兩者呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)為0.82。
古龍頁(yè)巖油富集層泊松比比彈性模量與脆性系數(shù)的相關(guān)系數(shù)更高,對(duì)巖石脆性更加敏感?;趲r心脆性系數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)和彈性模量、泊松比相關(guān)系數(shù),對(duì)泊松比和彈性模量權(quán)重值進(jìn)行等比例刻度,泊松比權(quán)重系數(shù)由0.5提高到0.6,彈性模量權(quán)重系數(shù)由0.5降低到0.4。利用新的彈性參數(shù)脆性因子描述古龍頁(yè)巖脆性。
古龍頁(yè)巖油富集層的w(TOC)、孔隙度、脆性等地質(zhì)、工程參數(shù)的地震預(yù)測(cè)需要縱波阻抗、彈性模量、泊松比等彈性參數(shù)數(shù)據(jù)的支持。而傳統(tǒng)的疊后地震反演只能得到單一的波阻抗信息,無法滿足古龍頁(yè)巖油富集層的地震預(yù)測(cè)需求。疊前地震反演可同時(shí)得到縱波速度、橫波速度、密度等彈性參數(shù)體,然后基于彈性波反射理論,獲得彈性模量、泊松比、拉梅系數(shù)等其他彈性參數(shù),可為古龍頁(yè)巖油富集層預(yù)測(cè)提供豐富的反演成果數(shù)據(jù)。
疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演是將約束稀疏脈沖疊前確定性反演及隨機(jī)模擬疊后地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演相結(jié)合而形成的新算法,它將輸入的地質(zhì)、地震、測(cè)井等所有關(guān)于儲(chǔ)層的已知信息,通過貝葉斯判別獲得全局概率密度函數(shù),利用馬爾科夫鏈蒙特卡洛算法得到儲(chǔ)層參數(shù)[27-28]。該方法既能保證反演結(jié)果遵從地震數(shù)據(jù)的橫向趨勢(shì),又能豐富地震數(shù)據(jù)頻寬之外的細(xì)節(jié)信息。
疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演在提高縱向分辨率時(shí),相應(yīng)地也會(huì)帶來一些誤差。通過輸出多個(gè)等概率實(shí)現(xiàn)(每個(gè)實(shí)現(xiàn)與輸入的先驗(yàn)信息相吻合),該方法可在一定程度上降低誤差,更客觀地評(píng)價(jià)反演結(jié)果。
影響疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演結(jié)果的參數(shù)有很多,如分角度疊加體的個(gè)數(shù)及綜合子波提取、巖性定義、概率密度函數(shù)、變差函數(shù)、信噪比等,其中影響最大的核心參數(shù)是概率密度函數(shù)及變差函數(shù)[29-30]。
概率密度函數(shù)是將目的層段測(cè)井曲線分巖性通過直方圖、交會(huì)圖統(tǒng)計(jì),然后利用函數(shù)擬合得到某一屬性的概率密度分布函數(shù),它可以描述不同巖性或巖相對(duì)應(yīng)的彈性、物性等屬性值的概率分布可能性與分布區(qū)間、相應(yīng)的地質(zhì)沉積特征等,同時(shí)它還可以為反演提供先驗(yàn)的概率約束。
變差函數(shù)是一個(gè)三維空間的函數(shù),具有方向性,可描述不同巖性或巖相的橫向、縱向空間分布特征。變差函數(shù)橫向變程可通過地質(zhì)信息及前期地震屬性分析、確定性反演結(jié)果得到,縱向變程一般由測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析并擬合獲得[31-32]。
參數(shù)的準(zhǔn)確求取在反演過程中極為重要,是獲得可靠反演結(jié)果的基礎(chǔ),實(shí)際工作中需要根據(jù)實(shí)際情況反復(fù)測(cè)試,才能得到高質(zhì)量的縱波阻抗、橫波阻抗、密度等彈性參數(shù)數(shù)據(jù)。
首先對(duì)古龍頁(yè)巖地震資料開展保幅高分辨率處理,在此數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上將CRP道集按角度分成3個(gè)部分疊加數(shù)據(jù)體,然后根據(jù)工區(qū)實(shí)際情況求取合適的反演參數(shù)進(jìn)行疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演。
圖6給出了古龍頁(yè)巖后驗(yàn)井A21的反演結(jié)果,從反演結(jié)果可以看到,縱波阻抗、橫波阻抗剖面信噪比高,密度剖面信噪比稍低,反演結(jié)果層間細(xì)節(jié)豐富,橫向具有較好的連續(xù)性,縱向可識(shí)別厚度為3~5 m的薄儲(chǔ)層,這對(duì)于頁(yè)巖油水平井設(shè)計(jì)和隨鉆地震地質(zhì)導(dǎo)向提供了良好的保障。
疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演預(yù)測(cè)的彈性參數(shù)和測(cè)井彈性參數(shù)吻合較好,符合地質(zhì)規(guī)律,說明預(yù)測(cè)結(jié)果可靠,可以為古龍頁(yè)巖油富集層地質(zhì)、工程參數(shù)預(yù)測(cè)提供準(zhǔn)確的反演成果數(shù)據(jù)。
古龍頁(yè)巖典型井巖石物理聲學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)量研究表明低阻抗是古龍頁(yè)巖油富集層重要的地球物理特征,而總有機(jī)碳含量和總孔隙度是頁(yè)巖油富集層地震彈性特征的主控因素。因此利用w(TOC)、總孔隙度與縱波阻抗之間較好的響應(yīng)關(guān)系,結(jié)合疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演得到的縱波阻抗體,以測(cè)井w(TOC)、總孔隙度為主變量,地震反演彈性參數(shù)體為協(xié)變量,建立了地震反演信息約束的協(xié)模擬w(TOC)、總孔隙度預(yù)測(cè)技術(shù),井—震結(jié)合實(shí)現(xiàn)w(TOC)、總孔隙度的地震定量預(yù)測(cè)[33]。
圖7為古龍地區(qū)井A15—井A3—井A16—井A17連井線的w(TOC)、總孔隙度預(yù)測(cè)結(jié)果,從剖面上來看,古龍頁(yè)巖青一段w(TOC)、總孔隙度橫向連續(xù),w(TOC)普遍大于1.5%,總孔隙度普遍大于6%,縱向上由下至上均呈現(xiàn)減小的趨勢(shì),青一段下部富集層相對(duì)較好,預(yù)測(cè)結(jié)果與鉆井結(jié)果及地質(zhì)認(rèn)識(shí)吻合,證明預(yù)測(cè)方法有效合理。
通過典型頁(yè)巖樣品巖石物理力學(xué)參數(shù)測(cè)量,建立了以應(yīng)力—應(yīng)變曲線為核心的巖心脆性評(píng)價(jià)指標(biāo),刻度泊松比和彈性模量脆性參數(shù)權(quán)重系數(shù),確定了基于彈性模量和泊松比的新彈性參數(shù)脆性因子,同時(shí)結(jié)合高精度疊前彈性參數(shù)反演得到的數(shù)據(jù)體,實(shí)現(xiàn)了古龍頁(yè)巖脆性的高效預(yù)測(cè)[34-37]。
圖8為新彈性參數(shù)脆性因子和常規(guī)彈性參數(shù)脆性因子的預(yù)測(cè)剖面的對(duì)比。常規(guī)的彈性參數(shù)脆性評(píng)價(jià)因子低估了古龍頁(yè)巖脆性,古龍頁(yè)巖油Q1—Q9油層整體脆性指數(shù)普遍較高,均大于38%。其中Q7—Q9油層由于粉砂巖、介殼灰?guī)r及白云巖等夾層巖性發(fā)育,脆性指數(shù)要高于Q1—Q6油層。
裂縫發(fā)育程度對(duì)頁(yè)巖油勘探開發(fā)起著非常重要的作用。裂縫不僅是儲(chǔ)集空間,同時(shí)也是流體的滲流通道,但地下裂縫系統(tǒng)各種各樣,成因非常復(fù)雜[38-40]。
根據(jù)古龍頁(yè)巖多口井巖心觀察可知,頁(yè)巖主要發(fā)育高角度裂縫和水平頁(yè)理縫。
高角度裂縫預(yù)測(cè)主要基于疊后地震屬性分析,利用相干、螞蟻體、機(jī)器學(xué)習(xí)裂縫檢測(cè)等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)[41]。
水平頁(yè)理縫利用地球物理方法難以直接描述,本文通過典型井聲速各向異性測(cè)量和巖石物理建模分析發(fā)現(xiàn)頁(yè)巖強(qiáng)各向異性與頁(yè)理縫發(fā)育密切,而各向異性強(qiáng)弱主要取決于垂直層理方向縱波速度,速度低,阻抗低,各向異性強(qiáng),因此可以通過VTI介質(zhì)各向異性強(qiáng)度預(yù)測(cè)反映頁(yè)理縫發(fā)育程度[42]。首先利用VTI介質(zhì)反射系數(shù)理論進(jìn)行AVO屬性提取得到零炮檢距真正垂直入射條件下反射振幅數(shù)據(jù)體,然后通過反演獲得垂直入射條件下波阻抗體,最后結(jié)合巖石物理分析擬合得到的各向異性參數(shù)和波阻抗關(guān)系,實(shí)現(xiàn)各向異性強(qiáng)度預(yù)測(cè)。
圖9是各向異性強(qiáng)度地震預(yù)測(cè)結(jié)果。由圖9可知,預(yù)測(cè)結(jié)果與井上觀測(cè)及頁(yè)理縫分布規(guī)律相符,縱向上青一段下部油層頁(yè)理縫最為發(fā)育。
圖10為高角度縫和頁(yè)理縫疊合平面顯示。高角度縫主要以構(gòu)造縫為主(圖中紅色與綠色部分),在斷裂帶附近連續(xù)發(fā)育,遠(yuǎn)離斷裂帶發(fā)育程度變差,呈碎片狀發(fā)育;頁(yè)理縫在全區(qū)連續(xù)發(fā)育(圖中黃色部分),并且隨著埋深的增加而增大。
基于地震預(yù)測(cè)古龍頁(yè)巖油富集層的w(TOC)、孔隙度、脆性、裂縫等地球物理定量表征方法,在古龍頁(yè)巖油富集層預(yù)測(cè)及勘探開發(fā)中發(fā)揮了重要作用。
圖11為過井A1的w(TOC)地震預(yù)測(cè)剖面。井A1為探索青一段Q2、Q3頁(yè)巖油富集層在古龍地區(qū)部署的1口水平井。實(shí)鉆結(jié)果表明,地震預(yù)測(cè)與實(shí)鉆結(jié)果高度吻合,該井壓后獲得了高產(chǎn)工業(yè)油流,實(shí)現(xiàn)了古龍頁(yè)巖油重大突破。
井A1獲得突破后,圍繞該井區(qū)部署了12口水平井組,該井組目前正在試油,基于這12口新完鉆井對(duì)地震預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了鉆后評(píng)價(jià)。
圖12為其中1口水平井應(yīng)用古龍頁(yè)巖油富集層地球物理定量表征技術(shù)后的應(yīng)用效果,預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)鉆結(jié)果吻合較好。古龍頁(yè)巖w(TOC)預(yù)測(cè)符合率平均為80.4%,孔隙度預(yù)測(cè)符合率平均為79.4%,脆性預(yù)測(cè)符合率平均為80.5%,證明頁(yè)巖油地球物理表征方法在古龍頁(yè)巖油實(shí)際勘探開發(fā)中具有良好的應(yīng)用效果,可以有效地指導(dǎo)井位部署及壓裂設(shè)計(jì)。
(1)總有機(jī)碳含量、總孔隙度等地質(zhì)參數(shù)與縱波阻抗存在較好的負(fù)相關(guān)關(guān)系,總有機(jī)碳含量越高、總孔隙度越大,縱波阻抗越低。
(2)脆性參數(shù)與彈性模量呈正相關(guān)關(guān)系、與泊松比呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,泊松比比彈性模量對(duì)古龍頁(yè)巖脆性敏感,建立基于彈性模量和泊松比的新彈性參數(shù)脆性因子。
(3)根據(jù)古龍頁(yè)巖油w(TOC)、孔隙度、脆性、裂縫等地質(zhì)工程參數(shù)與多種地震信息的定性、定量關(guān)系,建立了基于巖石物理分析的地質(zhì)參數(shù)預(yù)測(cè)、基于疊前高精度彈性參數(shù)反演的脆性表征及基于疊后屬性/疊前反演的裂縫地震預(yù)測(cè)等技術(shù),為古龍頁(yè)巖油的高效勘探開發(fā)提供有力的技術(shù)支持。