基于河道構(gòu)型的分方位地震資料砂巖儲層識別差異分析
——以杭錦旗盒3段為例

秦雪霏,金東民,蔣紅志

(1.中國石化上海海洋油氣分公司油氣勘探管理部,上海 200120;2.中國石化華北油氣分公司油氣勘探管理部,河南鄭州 450006;3.中國石化華北油氣分公司勘探開發(fā)研究院,河南鄭州 450006)

寬方位或全方位地震采集可提高對儲層的方位照明度,相比窄方位地震采集能夠獲得更加完整且均勻的地震波場,目前該技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用。其中,以五維規(guī)則化及炮檢距向量片技術(shù)(OVT)為核心的寬方位地震數(shù)據(jù)處理技術(shù)系列也得到了長足的發(fā)展,疊前方位信息的有效成像,在儲層HTI各向異性分析研究方面具有優(yōu)勢。

由于斷層及裂縫是最典型的HTI各向異性介質(zhì),地震縱橫波速度的各向異性強(qiáng)度及方位特性與之密切相關(guān)[1],因此當(dāng)前寬方位地震資料在各向異性方面的應(yīng)用主要體現(xiàn)在斷層識別、裂縫檢測等領(lǐng)域。近年來所形成的成果對多種以裂縫為主控因素的油氣藏的勘探開發(fā)起到了積極作用,如陳志剛等[2]、王建花等[3]分別利用各向異性強(qiáng)度及楊氏模量反演等方法識別古潛山裂縫帶分布;林煜等[4]基于OVT域資料并結(jié)合疊前各向異性分析等手段落實(shí)碳酸鹽巖小尺度縫洞單元;于曉東等[5]、陳楠等[6]分別利用方位AVO(AVAZ)、方位各向異性反演技術(shù)開展火山巖裂縫型儲層及頁巖層裂縫發(fā)育區(qū)的刻畫。

對于非裂縫主控的砂巖巖性油氣藏來說,如何應(yīng)用寬方位地震資料提高儲層及流體識別精度,同樣引起了學(xué)者的注意。印興耀等[7]提出了基于OVT數(shù)據(jù)域的五維地震解釋技術(shù),證實(shí)了方位各向異性可提高巖性解釋和流體識別效果,進(jìn)而通過構(gòu)建各向異性流體因子來獲取儲層流體特征[8];白辰陽等[9]利用方位AVO開展含油氣性檢測研究等。前述成果中展示了不同方位角下地震道集及疊加資料之間的變化[7-9],但如何準(zhǔn)確認(rèn)識這些變化,進(jìn)而依據(jù)儲層特征有針對性地進(jìn)行扇區(qū)劃分并優(yōu)選方位地震資料以提高儲層刻畫精度等方面的研究卻鮮有涉及。其原因一方面在于巖性(尤其是砂巖)油氣藏橫向各向異性的研究精度受限于井距及井網(wǎng)密度,方位地震資料之間的微弱差異難以得到深入論證;另一方面在于開展相關(guān)研究,對巖性空間組合結(jié)構(gòu)要求較高。相比裂縫發(fā)育地區(qū)縱橫波速度及振幅的差異程度,巖性油氣藏在分方位地震資料上所體現(xiàn)的差異較小,尤其是對于表現(xiàn)為復(fù)合反射特征的空間疊置儲集體而言,厚度和巖性、物性橫向變化以及砂巖儲層與上下鄰近地層組合關(guān)系的變化所造成的反射特征差異都將影響對分方位地震資料儲層識別準(zhǔn)確度的分析。除此之外,開展該研究,對實(shí)鉆井資料的選擇也有著極高的要求,直井單點(diǎn)信息難以佐證地震資料橫向上的變化,而水平井則需要鉆遇特定地質(zhì)特征,才能使論據(jù)更加充分,否則難以排除儲層厚度橫向變化這一潛在的影響因素?？傊?利用分方位地震資料開展儲層及流體識別,如何評價(jià)不同方位資料對砂巖儲層識別準(zhǔn)確度這一問題制約了各方面的研究。

針對上述問題,優(yōu)選地球物理特征獨(dú)立清晰且沉積相對穩(wěn)定的砂巖儲層發(fā)育區(qū),對寬方位地震資料進(jìn)行均勻扇區(qū)劃分。在對不同扇區(qū)資料采用相同技術(shù)流程參數(shù)分別進(jìn)行偏移處理的基礎(chǔ)上,結(jié)合不同井型實(shí)鉆河道構(gòu)型情況,分析對比平行及垂直主河道走向的分方位資料儲層預(yù)測準(zhǔn)確度,從而明確不同方位資料對砂巖儲層的刻畫能力。

1 地質(zhì)特征及分方位地震響應(yīng)

1.1 地震地質(zhì)背景

杭錦旗地區(qū)位于鄂爾多斯盆地北緣,橫跨伊盟隆起與伊陜斜坡兩個(gè)二級構(gòu)造單元。為確保分方位地震資料在砂巖儲層識別差異對比研究中,避免由于復(fù)雜構(gòu)造或斷裂在分方位地震資料成像中的不同,因而造成對儲層刻畫的影響,以伊陜斜坡南部十里加汗穩(wěn)定單斜構(gòu)造區(qū)為主要目標(biāo)開展研究。該地區(qū)斷裂發(fā)育程度低,整體為穩(wěn)定的西傾單斜構(gòu)造,為典型巖性油氣藏。

在層系選擇方面,杭錦旗十里加汗地區(qū)下石盒子組主要為由北向南走向的辮狀河沉積,復(fù)合心灘為主要儲集體。下石盒子組早期沉積物源供給充足,盒1段辮狀河道復(fù)合砂體規(guī)模相對較大,在地震剖面上表現(xiàn)為區(qū)域穩(wěn)定的連續(xù)強(qiáng)反射特征。然而,由于古地貌平緩,盒1期河道頻繁分叉合并,造成了復(fù)合砂體內(nèi)部的強(qiáng)烈非均質(zhì)性[10-12],沉積微相在空間上頻繁變化,使得分方位地震資料中反射特征差異形成的主導(dǎo)因素難以準(zhǔn)確判定。相比之下,盡管盒3段整體物源供給不足,河道規(guī)模較小,但在十里加汗河道相對發(fā)育地區(qū),盒3段相對低阻抗砂巖儲層與下伏盒2段整體河漫灘[10]相對高阻抗泥巖沉積組合成典型的泥包砂特征,儲層非均質(zhì)性相對較弱,波組響應(yīng)主控因素獨(dú)立且清晰,具備利用分方位地震資料開展儲層識別差異性分析的有利條件。

在地震條件方面,杭錦旗十里加汗三維地震采用寬方位采集,橫縱比為0.89,接近全方位。工區(qū)河道均為近南北走向,地震主測線布設(shè)方向?yàn)榇怪焙拥雷呦虻恼龞|西向。研究區(qū)范圍小,地表的表層結(jié)構(gòu)均勻,穩(wěn)定的采集條件避免了由于原始炮集在不同方位信號接收差異所導(dǎo)致的不確定性。在資料處理方面,采用五維數(shù)據(jù)規(guī)則化處理,并以正東方向?yàn)?°按照30°逆時(shí)針方向進(jìn)行扇區(qū)劃分,進(jìn)而將每組對方位角(如0°～30°與180°～210°)的資料劃分為一組,按照相同的處理參數(shù)進(jìn)行分方位疊前時(shí)間偏移處理。由于采集、處理與本文研究相關(guān)度較低,其中所涉及技術(shù)參數(shù)與方法流程本文不再詳述。

1.2 分方位地震資料響應(yīng)對比

盒3段為典型泥包砂特征,砂巖儲層相對低阻抗,波谷振幅強(qiáng)度與砂巖儲層厚度具有良好相關(guān)性,因此采用沿層振幅切片可以較好反映砂巖儲層空間展布,以此為主要依據(jù),以盒3段為主要目的層實(shí)施A井導(dǎo)眼段+水平段以及B井開展分方位地震資料響應(yīng)的對比研究。從實(shí)鉆情況看,A井導(dǎo)眼于盒3段鉆遇一套厚度約10m砂巖儲層(圖1a),巖性物性條件較好,揭示該井鉆遇了單期心灘1的主體部位;直井B井位于河道4中心部位,盒3段鉆遇8m左右粉砂巖(圖1b),推測鉆遇巖性物性條件相對較差的心灘翼部。對比圖2(沿A水平井軌跡剖面)和圖3(相同色標(biāo))中的全方位和0°～30°振幅切片可以看出,儲層識別結(jié)果與A井導(dǎo)眼段及B井之間存在一定矛盾,即A水平段與B井處地震響應(yīng)差異較大,在實(shí)踐中通常將其歸結(jié)為儲層預(yù)測成果的不準(zhǔn)確。

圖1 A井導(dǎo)眼(a)和B井(b)盒3段測井曲線

前人研究[7-9]已揭示不同方位資料反射結(jié)構(gòu)具有一定差異,杭錦旗地區(qū)盒3段辮狀河道在分方位資料中也表現(xiàn)出不同的響應(yīng)特征。在相同處理流程和參數(shù)條件下,0°～30°偏移疊加剖面與其它方位角資料在1700～1720ms處,反射波橫向?qū)Ρ汝P(guān)系具有明顯差異(圖2藍(lán)色箭頭處)。A井導(dǎo)眼段實(shí)鉆心灘主體,在全方位及分方位地震剖面上表現(xiàn)較為一致(圖2a 紅色箭頭處)。由于直井資料的單點(diǎn)局限性,因而無法通過縱向反射結(jié)構(gòu)對比進(jìn)行儲層識別差異分析,對比水平井與地震橫向特征變化相對有效。

圖2 盒3段辮狀河道全方位及部分分方位地震響應(yīng)a 全方位偏移疊加剖面;b 0°～30°偏移疊加剖面;c 60°～90°偏移疊加剖面;d 90°～120°偏移疊加剖面

需要說明的是,對于小范圍砂體發(fā)育地區(qū),盒3段砂體為局部有效的相對等時(shí)面[13-14]。為確保所獲成果能夠真實(shí)反映方位信息間的差異,不同方位地震資料沿層振幅切片所采用的地震解釋層位及切片位置等各項(xiàng)參數(shù)均保持一致,盡可能將分析過程中的人為因素的影響限制在最小范圍內(nèi)。此外,為盡可能突出方位資料在儲層識別中的特征差異,重點(diǎn)針對全方位、平行河道走向的近南北方位及垂直河道走向的近東西方位資料進(jìn)行對比說明。

在相同色標(biāo)顯示及值域設(shè)定條件下,對盒3段砂體分別利用全方位及部分分方位地震資料開展振幅切片對比(圖3)。河道3、河道4(圖3a標(biāo)識)中,部分砂體厚度較大,在全方位及分方位資料上均可體現(xiàn)(可視同為相對均勻介質(zhì))。然而對于砂體厚度較薄的次級河道而言,由于相對敏感的優(yōu)勢方位信息在全方位疊加資料中占比較低,從而造成全方位疊加資料對次級河道刻畫效果較差。對于河道1、河道2和河道5(圖3a標(biāo)識),其北部上游方向由于河道頻繁合并分叉表現(xiàn)出強(qiáng)烈的非均質(zhì)性,相比全方位以及近東西方位資料,近南北方位資料對這幾條河道的刻畫能力有著明顯的改善。

圖3 盒3段辮狀河道全方位及部分分方位地震資料沿層振幅切片a 全方位資料切片; b 0°～30°資料切片; c 60°～90°資料切片; d 90°～120°資料切片

2 分方位地震資料儲層識別差異分析

直井單點(diǎn)信息難以對不同方位地震資料河道刻畫效果進(jìn)行佐證,圖3中直井C,D,E井點(diǎn)于各切片之間差異較小,盡管其所屬河道的橫向連續(xù)性在不同資料上有著明顯的不同。通過導(dǎo)眼段+水平段測井資料聯(lián)合構(gòu)建沉積微相二維剖面結(jié)構(gòu),進(jìn)而作為分方位地震資料河道識別有效性分析的依據(jù)相對有效,但是水平段所鉆遇儲層厚度在空間上無法準(zhǔn)確落實(shí)。沉積條件、資料條件以及分方位地震一致性等多個(gè)方面,共同影響著成果描述的可靠性。因此選擇鉆遇特定地質(zhì)特征并能夠在地震資料中有所響應(yīng)的水平井,是分析分方位地震資料儲層識別差異的關(guān)鍵所在。

2.1 辮狀河道的橫向構(gòu)型分析

針對辮狀河道沉積,前人通過野外露頭測量、現(xiàn)代辮狀河沉積解剖、密集井網(wǎng)區(qū)井間對比等多種方法,開展了一系列關(guān)于河道構(gòu)型方面的研究[15-17]。相比盒1段多種心灘空間分布方式[18],盒3段受物源供給影響,單期心灘橫向上多為孤立型平行分布,心灘間多為細(xì)砂-泥巖水道充填沉積。在辮狀河道構(gòu)型定級方面,前人已有清晰的劃分方案,MIALL[19-20]根據(jù)盆地內(nèi)沉積體的層次性提出了辮狀河道砂體的5級劃分方案;吳勝和等[21]采用倒序方案對沉積體構(gòu)型進(jìn)行分級。本文主要采用吳勝和等[21]的方案對杭錦旗盒3段A井水平段所鉆遇的辮狀河道開展橫向構(gòu)型定級。

結(jié)合杭錦旗十里加汗致密砂巖儲層分類及識別標(biāo)準(zhǔn)[22-23],Ⅰ類儲層為光滑箱型(含礫)粗砂巖,孔隙度>10%,自然伽馬<60API;Ⅱ類儲層為齒化箱型或鐘型中-粗砂巖,孔隙度為7%～10%,自然伽馬<70API。A井導(dǎo)眼段于盒3段鉆遇單期心灘1主體(六級構(gòu)型單元),中下部落淤沉積相對發(fā)育,判斷鉆遇心灘頭部,為Ⅰ類儲層(圖1a)。

A井水平段鉆遇2個(gè)六級心灘,其中心灘1-1在水平段未揭示出其全部結(jié)構(gòu),自迎水面至背水面方向,自然伽馬相對抬升,認(rèn)為其歸屬于A井導(dǎo)眼所鉆遇心灘1的中后部位,長度約200m(圖4左部解釋所示)。心灘1-2與心灘1-1平行分布,長度約570m。根據(jù)下石盒子組盒3段心灘長寬比(1.7～1.9)[10]以及現(xiàn)代砂質(zhì)辮狀河露頭實(shí)測寬厚比(30～35)[16]推算,該心灘厚度同樣在10m左右,與A井導(dǎo)眼段鉆遇心灘規(guī)模相近。但是,心灘1-2除了局部存在壩頂水道及落淤層等相對高自然伽馬的七級構(gòu)型單元沉積體之外,灘頭至灘尾自然伽馬、聲波時(shí)差均穩(wěn)定分布,并未表現(xiàn)出整體抬升或下降趨勢(例如心灘1-1)。作為相鄰且平行沉積體,心灘1-1灘尾與心灘1-2灘頭在水平段3770m(圖4紅色箭頭處)形成突變式接觸關(guān)系,而并非常規(guī)的灘尾至細(xì)砂-泥巖水道充填至灘頭的兩種微相平行共生特征。此外,心灘1-2灘尾落淤層[15]發(fā)育密度低,并且4390m處與河漫灘泥巖同樣為突變式接觸,說明心灘1-2處于相對水動(dòng)力作用更強(qiáng)的古地理位置,盡管厚度未必明顯加大。這一特點(diǎn)為分方位資料儲層刻畫差異性分析提供了有力依據(jù)。

圖4 A井水平段測井及七級河道構(gòu)型劃分

2.2 分方位資料在儲層識別中的差異性

結(jié)合水平井構(gòu)型解釋結(jié)果,對比全方位與分方位資料地震剖面(圖2),A井水平段實(shí)鉆心灘1-1+心灘1-2厚度偏薄,各類地震資料之間反射特征差異較小,從剖面上難以通過反射波來明確心灘1-2所具備的優(yōu)勢沉積條件。

在相同切片參數(shù)及顯示參數(shù)下,對比不同方位的沿層振幅切片,平行河道1走向的90°～120°方位地震切片與心灘1-1+心灘1-2之間的空間配置關(guān)系更加一致,特別是在水平段3770m之后,由于心灘1-2物性條件的改善導(dǎo)致瞬時(shí)振幅加大,揭示了近北西走向的河道1與北東走向的河道4在心灘1-2處交匯沉積。雙向河道匯聚導(dǎo)致的局部水動(dòng)力作用加大,可作為心灘1-2自然伽馬整體穩(wěn)定且低值,巖性物性條件相對較好的地質(zhì)解釋。盡管A井在水平段4350～4450m(圖4)的實(shí)鉆情況與90°～120°方位資料切片結(jié)果有一定差異,但對于整個(gè)水平段而言,90°～120°分方位資料對于北西—南東走向河道儲層識別效果仍然是最好的。

對比B井所鉆遇情況(圖1b),平行河道4走向的60°～90°方位資料(圖3c)相對清晰地顯示了B井處于兩個(gè)單期心灘的過渡帶,并且與A井導(dǎo)眼實(shí)鉆及瞬時(shí)振幅關(guān)系更加合理,90°～120°方位資料(圖3d)次之,全方位資料及垂直河道走向的0°～30°方位資料(圖3a,圖3b)最差,寬方位資料豐富的方位特性得到體現(xiàn)。據(jù)此可以推斷60°～90°資料對北東走向的次級河道6的響應(yīng)能力優(yōu)于其它也是相對合理的。

3 結(jié)論

1) 分方位地震資料對儲層識別差異性分析,受沉積、井資料、井網(wǎng)井距及地震資料等多種因素限制,直井單點(diǎn)信息難以作為分方位資料儲層識別差異分析的有力依據(jù),鉆遇特定地質(zhì)特征的水平井對于開展河道的空間解釋和儲層橫向各向異性研究十分關(guān)鍵和有效。

2) 通過對辮狀河道的橫向構(gòu)型分析及對比,證實(shí)了平行河道走向的分方位地震資料在河道連續(xù)性以及心灘長度刻畫方面具有明顯優(yōu)勢。受研究區(qū)水平井資料限制,垂直河道走向的分方位地震資料在心灘寬度刻畫有效性方面難以論證,可作為下步研究方向。

3) 寬方位地震資料除在斷裂識別方面得到有效應(yīng)用外,在依托分方位資料提高儲層識別和解釋準(zhǔn)確度方面同樣具有廣闊前景。其中,以河道走向?yàn)檩S的正交方位扇區(qū)劃分進(jìn)而開展儲層刻畫,其對比效果最為明顯,對于五維地震技術(shù)在井位精細(xì)部署中的應(yīng)用具有重要意義。