鈣質(zhì)砂巖強(qiáng)軸影響下的深水扇儲層預(yù)測技術(shù)

黃饒 ，侯昕曄，牛聰，紀(jì)沫，葉云飛，王志紅

(中海油研究總院有限責(zé)任公司, 北京 100028)

0 引言

深水扇儲層是當(dāng)前油氣勘探、開發(fā)熱點目標(biāo)。相比陸地和淺水沉積，深水巖性油氣勘探、開發(fā)成本高且風(fēng)險大[1-4]。因此，準(zhǔn)確預(yù)測深水扇砂巖儲層并落實巖性圈閉邊界對于深水巖性油氣藏勘探尤為重要。地震反演是儲層預(yù)測的主要途徑，與疊后波阻抗反演相比，疊前地震反演可得到更豐富的儲層信息，提高儲層描述的精度[5-8]。隨著AVO(振幅隨炮檢距變化)技術(shù)和彈性波阻抗反演技術(shù)的發(fā)展，針對不同勘探需求與地球物理問題，學(xué)者們構(gòu)建了很多對巖性、含油氣性敏感的地震屬性。如：Quakenbush等[9]提出了兼具泊松比和密度兩種屬性特點的泊松阻抗屬性，該屬性較常規(guī)阻抗屬性易于分辨儲層巖性和流體，而且消除了泥巖背景壓實趨勢的影響。孫喜新[10]將泊松阻抗用于平湖砂巖氣藏檢測，取得了較好的效果。解吉高等[11]將泊松阻抗應(yīng)用到西非海岸盆地濁積水道儲層預(yù)測和烴類檢測中，利用該屬性發(fā)現(xiàn)了一批有利勘探目標(biāo)。Mazumdar[12]在泊松阻抗的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出了泊松阻尼因子屬性。秦德文等[13]通過疊前反演得到的泊松阻尼因子屬性在檢測高孔砂巖方面取得了較好的應(yīng)用效果。黃饒等[14]將泊松阻抗和烴類指示屬性應(yīng)用于深水濁積砂巖油藏預(yù)測中，取得了較好的應(yīng)用效果。張平平等[15]將巖心測試結(jié)果與測井?dāng)?shù)據(jù)分析相結(jié)合，優(yōu)選剪切模量、泊松比、楊氏模量三種巖石物理參數(shù)構(gòu)建的儲層敏感因子，提高了渤海中、深層儲層預(yù)測的精度。周游等[16]針對東營凹陷董集洼陷儲層“埋藏深、規(guī)模小、厚度薄、含灰質(zhì)”的特點，開展了疊前地震反演技術(shù)研究，找到了該區(qū)有效的巖性識別因子。

研究區(qū)位于珠江口盆地白云凹陷北坡鼻狀構(gòu)造帶傾末端，南側(cè)緊鄰白云主凹，水深約500 m，主要目的層珠江組下段是陸坡重力流水道—朵葉復(fù)合體沉積。已鉆井證實鼻狀構(gòu)造帶具有“近洼優(yōu)聚”的特征，并明確研究區(qū)位于油氣向北部斜坡運移的通道上，而研究區(qū)N構(gòu)造在珠江組下段探明儲量僅為40.83億方，勘探潛力巨大，綜合研究認(rèn)為珠江組陸架坡折之下發(fā)育的陸坡深水扇巖性體是有利的勘探方向。

珠江口盆地白云深水區(qū)主要目的層普遍發(fā)育鈣質(zhì)砂巖，珠江組L砂巖頂界面地震波谷表現(xiàn)為連續(xù)強(qiáng)反射特征，給深水扇儲層預(yù)測及巖性圈閉邊界落實帶來很大困難，影響了該區(qū)下一步勘探?jīng)Q策。為此，本文首先分析了儲層測井響應(yīng)特征，然后從地震正演出發(fā)，綜合分析了影響砂巖儲層地震響應(yīng)特征的因素以及單參數(shù)縱、橫波速度比VP/VS巖性識別能力降低的原因；然后基于疊前反演得到縱波阻抗IP和VP/VS屬性，提出了一種新的巖性指示因子，實現(xiàn)了對珠江組深水扇砂體的精確識別，并落實了該巖性目標(biāo)的邊界，為巖性圈閉評價奠定了堅實的基礎(chǔ)。實際應(yīng)用表明，所提方法預(yù)測結(jié)果與鉆井吻合率高。

1 儲層地球物理響應(yīng)特征

1.1 儲層測井響應(yīng)特征

研究區(qū)共有W1、W2、W3三口鉆井。其中W1、W2井所屬構(gòu)造為陸架邊緣三角洲沉積，鉆井揭示珠江組下段發(fā)育一套細(xì)砂巖，屬于中孔、中滲型儲集層。以W1井為例，其孔隙度為18.2%，滲透率為29.2 mD，砂巖厚度為42.2 m，測井綜合解釋為上氣下水，氣層厚為29.1 m。W1井的細(xì)砂巖頂部發(fā)育一套鈣質(zhì)細(xì)砂巖，單層厚約11 m，具有明顯的高縱波速度(VP)、高橫波速度(VS)、高密度的特征；細(xì)砂巖具有低VP、低密度特征，VS介于上覆泥巖與鈣質(zhì)砂巖之間(圖1a)；據(jù)前人研究知W1井構(gòu)造沉積環(huán)境比較穩(wěn)定，砂巖具有同一氣水界面(約3684 m)。W3井所屬構(gòu)造為深水扇沉積，儲層巖性為細(xì)砂巖，最大孔隙度為16%，最大滲透率為6.2 mD，具有低VP、低密度特征，VS介于上覆泥巖和鈣質(zhì)砂巖之間；在細(xì)砂巖頂部發(fā)育一厚一薄兩套鈣質(zhì)細(xì)砂巖，由20 m厚的泥巖隔開，緊鄰細(xì)砂巖的是一套由5層薄鈣質(zhì)砂巖組成的地層，累計厚度為7 m，具有高VP、高VS、高密度的特征(圖1b)。W3井在珠江組下段氣層厚度為29.3 m，氣層頂深為3910.2 m，深度大于W1井構(gòu)造的氣水界面，說明W3井與W1、W2井分屬兩個油水系統(tǒng)，兩個構(gòu)造的砂體不連通。

圖1 W1井(a)、W3井(b)測井曲線

1.2 儲層地震響應(yīng)特征

1.2.1 儲層疊后振幅響應(yīng)特征分析

圖2a是過W1、W2、W3三井的連井深度域地震剖面。由圖可見，珠江組L砂巖儲層均表現(xiàn)為“亮點”特征。已鉆井標(biāo)定結(jié)果表明，珠江組L砂巖表現(xiàn)為低阻抗特征，砂巖頂面對應(yīng)的地震波谷在地震剖面上表現(xiàn)為連續(xù)反射，使巖性圈閉邊界落實難度大，同時也難以解釋鉆井揭示的W1、W3井構(gòu)造砂體不連通現(xiàn)象。

為此，本文開展了地震正演模擬研究，采用高階有限差分方法數(shù)值求解波動方程，精確模擬自激自收地震數(shù)據(jù)[17]。首先，根據(jù)實際地震資料建立兩種地質(zhì)模型：鈣質(zhì)砂巖下方發(fā)育泥巖(圖2b)與鈣質(zhì)砂巖下方發(fā)育砂巖和泥巖(圖2d)。模型參數(shù)取自工區(qū)內(nèi)已鉆井珠江組的實際巖性，測井曲線經(jīng)方波化處理后可得到背景泥巖、鈣質(zhì)砂巖、砂巖的速度和密度ρ(表1)。正演模擬研究表明，當(dāng)鈣質(zhì)砂巖下方只發(fā)育泥巖時，正演結(jié)果(圖2c)與實際地震剖面不符；而當(dāng)模型鈣質(zhì)砂巖下方發(fā)育存在尖滅的砂巖時，正演結(jié)果與實際地震剖面相符，砂巖表現(xiàn)為“兩波峰夾一波谷”的反射特征，砂體尖滅點表現(xiàn)為“上波峰和波谷連續(xù)、下波峰尖滅”的反射特征(圖2e)。上述正演模擬結(jié)果表明：鈣質(zhì)砂巖的強(qiáng)反射會掩蓋下方砂巖真實的反射特征變化，導(dǎo)致砂巖頂面對應(yīng)的地震波谷呈現(xiàn)連續(xù)反射特征；下波峰為砂巖的真實反映，可以指示砂體尖滅點位置。

圖2 兩種地質(zhì)模型及正演模擬結(jié)果

1.2.2 儲層疊前AVO響應(yīng)特征分析

圖3為W1、W3兩井的井旁地震道及含氣砂巖頂、底反射AVO特征。W1井含氣砂巖頂界面振幅先增強(qiáng)后減弱，擬合AVO曲線截距很大，但梯度很小，AVO異常特征不明顯；W3井的含氣砂巖頂界面則具有明顯的遠(yuǎn)道增強(qiáng)的第三類AVO異常，截距較小，但梯度很大。W1井含氣砂巖底界面振幅亦是先增強(qiáng)后減弱，擬合AVO曲線仍然是第三類AVO異常；W3井含氣砂巖底界面具有明顯的遠(yuǎn)道增強(qiáng)的第三類AVO異常，且梯度比W1井明顯更大。以上AVO分析結(jié)果表明，W1井砂巖頂、底的AVO異常特征均弱于W3井，然而根據(jù)圖1分析可知，W1井的儲層物性與含氣性均優(yōu)于W3井，二者相互矛盾。

圖3 W1(a)、W3(b)井旁地震道及含氣砂巖頂(c)、底(d)AVO特征

為了解釋這一現(xiàn)象，基于研究區(qū)內(nèi)實際鉆遇巖性的彈性參數(shù)(表1)設(shè)計了一系列正演模型，采用20 Hz雷克子波和Zoeppritz方程進(jìn)行AVO正演模擬，得到不同巖性組合的AVO正演道集。

表1 不同巖性的彈性參數(shù)

當(dāng)模型結(jié)構(gòu)為“泥巖—含氣砂巖—泥巖”時，砂巖頂面表現(xiàn)為遠(yuǎn)道增強(qiáng)的第三類AVO異常(圖4a右)；當(dāng)模型結(jié)構(gòu)為“泥巖—鈣質(zhì)砂巖—泥巖”時，鈣質(zhì)砂巖底面表現(xiàn)為遠(yuǎn)道逐漸減弱的第四類AVO異常(圖4b右)。當(dāng)含氣砂巖頂界面存在鈣質(zhì)砂巖且鈣質(zhì)砂巖厚度由10 m變?yōu)?0 m時(圖5)，砂巖頂面AVO異常由第三類變?yōu)榈谒念?，而砂巖底面AVO異常仍為第三類AVO異常，只是截距和梯度都逐漸變小。分析認(rèn)為當(dāng)含氣砂巖之上覆蓋鈣質(zhì)砂巖時，含氣砂巖頂、底界面的AVO異常是由第三類AVO異常(圖4a)和第四類AVO異常(圖4b)兩者振幅平衡的結(jié)果，且含氣砂巖頂界面反射(波谷)受到的影響更大，而底界面反射(下波峰)受到的影響較小。由于 W1井中鈣質(zhì)砂巖比W3井略厚，因此鈣質(zhì)砂巖對W1井的影響更大，這樣就解釋了圖3反映的現(xiàn)象。綜上，研究區(qū)珠江組L砂巖的AVO異常受鈣質(zhì)砂巖影響較大，鈣質(zhì)砂巖的存在會改變含氣砂巖AVO曲線的變化規(guī)律，而下波峰受到的影響更小，更有利于刻畫砂巖儲層。

圖4 厚層泥巖背景下不同巖性模型正演模擬及AVO響應(yīng)

圖5 鈣質(zhì)砂巖厚度H為10、20、30 m時正演模擬(a)及含氣砂巖頂(b)、底(c)界面的AVO響應(yīng)曲線對比

2 巖性指示因子疊前反演技術(shù)

2.1 巖性指示因子的提出

巖石物理分析表明，珠江組L砂巖表現(xiàn)為低VP/VS、低縱波阻抗特征，泥巖表現(xiàn)為高VP/VS、相對高阻抗特征，鈣質(zhì)細(xì)砂巖表現(xiàn)為高VP/VS、高阻抗特征。理論上可以通過疊前反演得到VP/VS、IP結(jié)果，然后利用雙參數(shù)交會分析對珠江組砂體進(jìn)行描述(圖6a)。但是理論方法在實際應(yīng)用中不可行，一方面是由于測井曲線交會得到的砂、泥巖門檻值與地震反演的門檻值有差別，另一方面是由于雙參數(shù)交會分析受解釋人員主觀因素的影響較大，不利于巖性圈閉評價中對砂體頂、底界面和砂體邊界的解釋。因此，實際工作中往往更多應(yīng)用單參數(shù)，如常用的巖性識別參數(shù)VP/VS(圖6b)。

然而由于鈣質(zhì)砂巖的存在，改變了含氣砂巖的AVO異常，使含氣砂巖的AVO梯度變小，從而降低了單參數(shù)VP/VS在本區(qū)的巖性識別能力，不利于巖性圈閉識別。因此，需要找到一個更有效的巖性指示參數(shù)。利用Zoeppritz方程的簡化方程Shuey公式給出P波反射系數(shù)RP(θ)與sin2θ的近似關(guān)系[18-20]

RP(θ)=A+Bsin2θ

(1)

(2)

(3)

式中：θ為入射角；A是垂直入射時的縱波反射系數(shù)，稱為截距；B是縱波反射振幅隨sin2θ變化的梯度；σ為反射界面上、下介質(zhì)的泊松比；ΔVP、Δρ、Δσ分別為反射界面上、下介質(zhì)的縱波速度、密度、泊松比的變化量。

假設(shè)背景的泊松比σ=1/3，則有

B=2.25Δσ-A

(4)

(5)

從式(4)、式(5)可以看出，VP/VS主要表征與B相關(guān)的信息，當(dāng)上覆泥巖介質(zhì)一定時，砂巖的VP/VS越小，則砂巖的泊松比越小，Δσ越大，砂巖儲層頂界面的B越大；反之亦成立。

根據(jù)本區(qū)砂巖低阻抗特征，將IP看成截距，VP/VS看成梯度，仿造AVO分析中的P×G屬性，構(gòu)建巖性指示因子IP×(VP/VS)(縱波阻抗乘以VP/VS)，進(jìn)一步放大砂巖的異常特征，提高巖性區(qū)分能力。如圖6c所示，基于該巖性指示因子的疊前反演技術(shù)進(jìn)行砂巖平面展布規(guī)律預(yù)測，設(shè)定巖性指示因子小于19000g·cm-3·m·s-1為砂巖，可更容易劃分砂、泥巖范圍。

圖6 研究區(qū)目的層段巖石物理參數(shù)交會分析

2.2 方法有效性試驗

圖7為過W1、W2、W3井疊前反演VP/VS屬性和新構(gòu)建的巖性指示因子IP×(VP/VS)屬性剖面，剖面中紅色代表砂巖，曲線為泥質(zhì)含量。VP/VS屬性預(yù)測珠江組L砂巖結(jié)果與鉆井吻合較好，但W1、W2兩井VP/VS值整體高于W3井，與鉆井事實不符；并且在VP/VS最小值平面圖上W1、W2井區(qū)砂巖的邊界模糊(圖 8a)，不利于巖性目標(biāo)評價。而巖性指示因子IP×(VP/VS)預(yù)測的砂巖結(jié)果與鉆井揭示吻合更好，由圖7b可見W1、W2井所在的構(gòu)造與W3井所在構(gòu)造的珠江組砂體之間存在巖性邊界，判斷為兩套砂體，與鉆后認(rèn)識一致；且在巖性指示因子最小值平面圖上砂體邊界更清楚(圖8b)。說明新構(gòu)建的巖性指示因子更適合對本區(qū)儲層巖性、物性的刻畫。

圖7 連井疊前反演VP/VS(a)和IP×(VP/VS)(b)屬性剖面

圖8 珠江組L砂巖VP/VS屬性(a)和IP×(VP/VS)(b)的最小值平面分布

3 應(yīng)用效果

利用深度偏移獲得的層速度將疊前反演得到的巖性指示因子數(shù)據(jù)體轉(zhuǎn)換到深度域，得到深度域巖性指示因子，開展珠江組砂體的平面展布規(guī)律預(yù)測。圖9為珠江組下段巖性指示因子反演結(jié)果，以及基于該結(jié)果落實的珠江組下段N構(gòu)造4、5、6號三個有利巖性圈閉，三個圈閉之間主要由斷層隔開。4號圈閉呈近東西向展布的長條狀形態(tài)，為北西方向上傾尖滅的物性較好的砂體巖性圈閉；5號巖性圈閉東、西以兩條NWW向斷層為界，上傾方向以巖性指示因子落實的砂體尖滅為界；6號圈閉夾于兩條NWW走向、傾向相反的正斷層之間的壘塊之上，整體以巖性邊界為界，形態(tài)在一定程度上受控于這兩條正斷層，過6號圈閉的反演剖面顯示上傾方向的巖性尖滅特征明顯。三個圈閉的有效性評價良好，該研究成果對N構(gòu)造的下一步鉆探部署具有重要指導(dǎo)意義。

圖9 珠江組下段巖性指示因子IP×(VP/VS)反演結(jié)果

4 結(jié)論

白云凹陷深水扇儲層是油氣勘探開發(fā)的重要領(lǐng)域，而珠江組普遍發(fā)育的鈣質(zhì)砂巖對砂巖地震反射特征的影響較大，降低鈣質(zhì)砂巖對儲層評價的影響是珠江組巖性目標(biāo)識別和圈閉落實的關(guān)鍵。

(1)本文基于地震正演模擬證明了鈣質(zhì)砂巖的地震反射掩蓋了其下方砂體真實的反射特征變化，造成砂體頂界面對應(yīng)的地震波谷為連續(xù)反射，并成為砂體邊界辨識不清楚的主要因素，但可以通過下波峰在地震數(shù)據(jù)上確定砂體尖滅點。

(2)當(dāng)含氣砂巖之上覆蓋鈣質(zhì)砂巖時，砂巖頂、底界面的AVO異常是由含氣砂巖頂界面(第三類AVO異常)與鈣質(zhì)砂巖底界面(第四類AVO異常)兩者振幅平衡的結(jié)果，鈣質(zhì)砂巖厚度或波阻抗的不同，可能造成氣層頂、底界面表現(xiàn)為第三類或第四類 AVO 異常。

(3)鈣質(zhì)砂巖的存在改變了含氣砂巖的AVO變化規(guī)律，使單參數(shù)VP/VS在本區(qū)的巖性識別能力降低。本文提出的疊前巖性指示因子較好地解決了研究區(qū)巖性識別及圈閉邊界刻畫問題。該技術(shù)在其他相似深水區(qū)巖性目標(biāo)勘探中具有推廣價值。