西湖凹陷X氣田構(gòu)造儲層精細分析研究

劉曉暉，劉江，毛云新，涂齊催，陳易周，汪文基，王偉

中海石油(中國)有限公司上海分公司研究院，上海 200335

海上油氣田的開發(fā)具有高風(fēng)險、高投資和高回報的特點，東海西湖凹陷的多個油氣田由于構(gòu)造和儲層的橫向變化較快，開發(fā)效果不理想?；诓煌A段的精細地質(zhì)和油藏研究，可以一定程度地增加開發(fā)效果和經(jīng)濟效益，但效果有限。應(yīng)用地球物理的多種手段，精細落實構(gòu)造高點和幅度，預(yù)測儲層的橫向變化，尋找到“甜點”發(fā)育區(qū)，是增加開發(fā)效益最重要的方法[1，2]。時深轉(zhuǎn)換是地質(zhì)與地球物理聯(lián)系的橋梁，其準確與否直接影響到目的層深度的精度，影響最終的勘探開發(fā)效果[3-9]。由于地震速度橫向變化快，使得常規(guī)常速成圖方法難以得到準確的深度構(gòu)造。為此，筆者針對地震速度橫向變化快的問題，采用層約束速度建模的方法掌握速度的空間變化趨勢和規(guī)律，建立了反映實際地質(zhì)情況的時深轉(zhuǎn)換關(guān)系；對于地震資料品質(zhì)不高、地震資料分辨率低，含油砂體難以確定的問題，通過地震正演模型對比分析，基本確定了厚砂體中泥巖隔夾層的厚度；對于儲層砂體橫向分布變化較大，薄層砂體難以刻畫的問題，采用地震正演模擬和實鉆井砂體厚度關(guān)系擬合，確定了薄層砂體的厚度分布圖。

1 研究區(qū)概況

圖1 西湖凹陷構(gòu)造單元劃分及研究區(qū)位置Fig.1 The division of structural units and location of study area in Xihu Sag

東海西湖凹陷為陸緣裂谷盆地，其經(jīng)歷了古新世-始新世斷陷裂谷期、漸新世-中新世坳陷期以及上新世至今區(qū)域沉降3個主要地質(zhì)歷史階段和甌江運動、玉泉運動和龍井運動等多期次構(gòu)造運動。西湖凹陷自西往東可劃分為西部斜坡帶、西次凹、中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶、東次凹和東部斷階帶5個構(gòu)造單元(見圖1)。X氣田發(fā)育在西湖凹陷西部斜坡帶中北段，東臨三潭深凹，西靠海礁隆起。X氣田所處的平湖大斷裂是平湖構(gòu)造帶的邊界斷裂，總體呈近南西-北東向雁列狀展布，延伸長度近百公里，斷距達數(shù)百米，為長期活動的同生斷層，其中P氣田、X氣田處斷距最大，在P氣田、X氣田處平湖大斷裂下降盤形成了深部(始新世)逆牽引構(gòu)造、斷鼻斷塊構(gòu)造和淺部的(漸新世-中新世)擠壓背斜-斷背斜疊合成的復(fù)合型構(gòu)造，因此造成X氣田和P氣田相似的構(gòu)造背景和圈閉特征，構(gòu)造背景優(yōu)越，圈閉類型好。X氣田主要目的層為H4和H6層，其中H4層為薄油層，H6層為厚砂體頂部油層，砂層滲透率較高，物性較好。X氣田下部平湖組P6、P7和P10均為主要含氣層，同相軸連續(xù)，且無斷層分布。

2 存在問題

圖2 研究區(qū)已鉆井時深關(guān)系擬合曲線圖Fig.2 Fitting curve of drilled time-depth relationship in the study area

圖3 研究區(qū)沉積相圖Fig.3 Sedimentary facies map of the study area

2.1 地震速度橫向變化快

X氣田E井區(qū)鉆前南北部構(gòu)造有較多實鉆井，通過相鄰氣田實鉆井的速度分析可以看出，從北向南存在明顯的速度變化，具體表現(xiàn)為從北向南地震速度逐漸增大(見圖2)，速度橫向變化快。

2.2 含油砂體范圍難以確定

X氣田H6層發(fā)育大套砂巖，為多套砂體的疊置，砂體厚度大，全區(qū)發(fā)育穩(wěn)定，但內(nèi)部疊置樣式復(fù)雜。從已鉆井分析，H6層主要有H6-1和H6-2兩套砂體，H6-1砂體在X氣田D井區(qū)鉆遇油層，且該井區(qū)3口井都有油層鉆遇，從現(xiàn)有構(gòu)造研究結(jié)果分析，H6-1構(gòu)造不能閉合，而在X氣田南部的E井區(qū)該層位不存在油層。因此從成藏角度推斷，南部必然存在巖性邊界，該巖性邊界是確定H6-1砂體油層儲量規(guī)模最重要的因素，而該巖性邊界尚未確定。

2.3 薄層砂體難以刻畫

X氣田主要目的層始新統(tǒng)平湖組為主力烴源巖層，以泥巖為主，夾雜粉砂巖、砂巖并含有大量的煤系地層，是一套以潮坪、潮汐改造為主的三角洲或河口灣沉積體[10,11]。研究區(qū)各井在橫向上巖性變化較快，距離很近的兩口井在該目的層有著不同的沉積相(見圖3)。由于沉積相的復(fù)雜變化導(dǎo)致巖性變化較為劇烈。X氣田的H4層發(fā)生了規(guī)模中等的湖泛期，沉積了湖侵和高位域的薄層砂體，為典型的泥包砂沉積，砂體存在明顯的橫向變化，H4層薄層砂體難以刻畫。

3 解決方法

3.1 層約束速度建模確定深度構(gòu)造

通常，對于地質(zhì)情況穩(wěn)定、地層厚度均勻、速度橫向變換不大的地區(qū)，可以通過單(多)井VSP(垂直地震剖面)標定時深關(guān)系擬合法得到各井的時深關(guān)系并進行時深轉(zhuǎn)換，該方法是最簡單、最直接的，轉(zhuǎn)換的結(jié)果也較為可靠。但是，對于研究區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，地震速度橫向變化較快，構(gòu)造難以確定的情況，上述方法不適用。為此，筆者采用層約束速度建模的方法來解決時深轉(zhuǎn)換問題。

層約束速度建模時深轉(zhuǎn)換的具體思路是：首先，應(yīng)用解釋層位和斷層建立地層構(gòu)造模型，用以控制速度的整體趨勢；然后，將標定好的時深關(guān)系結(jié)合速度場沿構(gòu)造模型進行外推，生成三維空間速度場；再次，應(yīng)用實鉆井標定得到的速度對速度場進行校正，得到準確的速度場；最后，提取建立速度場的沿層平均速度，將時間域網(wǎng)格與提取的平均速度網(wǎng)格相乘，得到深度域網(wǎng)格，經(jīng)過井點校后得到精確的深度域網(wǎng)格。層約束速度建模法建立的速度場，不但考慮了速度在橫向上的變化趨勢，也考慮了速度在縱向上的合理變化，且經(jīng)過了井點校正，得到的結(jié)果誤差較小。

應(yīng)用層約束速度建模法與傳統(tǒng)的時深轉(zhuǎn)換方法(VSP速度擬合法和常速剝層法)對E井的構(gòu)造時間域地震數(shù)據(jù)、解釋層位和斷層進行了時深轉(zhuǎn)換。對比E井VSP速度擬合法與層約束速度建模法轉(zhuǎn)換深度域的H6層構(gòu)造圖(見圖4)發(fā)現(xiàn)，測井綜合解釋結(jié)果是E井H6層油水界面在2890m左右，VSP速度擬合法轉(zhuǎn)換深度構(gòu)造圖H6層在2890m，已經(jīng)超過構(gòu)造溢出點，與成藏規(guī)律相矛盾；層約束速度建模法轉(zhuǎn)換深度域構(gòu)造圖H6層在2890m，未超過構(gòu)造溢出點。通過對比E井3種時深轉(zhuǎn)換方法結(jié)果(見表1)發(fā)現(xiàn)，與實鉆深度相比，VSP速度擬合法預(yù)測深度誤差較大，常速剝層法也存在一定累積誤差，層約束速度建模法的誤差最小。綜合認為層約束速度建模建立的速度場時深轉(zhuǎn)換結(jié)果更符合地下實際情況。

表1 E井3種時深轉(zhuǎn)換方法結(jié)果對比

3.2 厚儲層地震正演模型對比分析及泥巖隔夾層的確定

厚砂層的隔夾層研究是剖析厚層砂體的重要手段，也是后期砂體構(gòu)型研究的重要依據(jù)[11]。辮狀河儲層往往是多期單砂體疊加連片分布的厚砂體，如何分辨隔夾層難度較大[12]。前人應(yīng)用Gabor變換的反褶積技術(shù)提高了地震資料的主頻和有效頻帶范圍，結(jié)合地質(zhì)模型可以得到厚度與振幅的關(guān)系式[13]。對于超厚儲層，應(yīng)用譜反演儲層描述方法，可以實現(xiàn)對超厚儲層的刻畫[14]。

圖5 H6-1與H6-2砂體地震剖面特征Fig.5 The seismic profile characteristics of H6-1 and H6-2 sand bodies

X氣田H6層發(fā)育多期疊置砂體，砂體厚度60～90m，砂體分區(qū)分布，且砂體內(nèi)部疊置樣式復(fù)雜，頂部泥巖層發(fā)育穩(wěn)定，泥巖厚度22～24m，形成穩(wěn)定的蓋層分布，具有很好的可對比性。從已鉆井分析，H6層有H6-1和H6-2兩套砂體，且屬于不同的含油氣系統(tǒng)，如何準確確定兩套砂體的分布和泥巖隔夾層是否存在成為后續(xù)井位研究的關(guān)鍵。從現(xiàn)有的常規(guī)地震資料(見圖5)分析可以看出，北部D井鉆遇的H6-1砂體，砂體頂面對應(yīng)一套中頻連續(xù)強振幅波谷反射，從地震剖面特征可以看出砂體向南延伸尖滅消失；E井鉆遇的H6-2砂體頂面對應(yīng)一套中高頻連續(xù)弱振幅波谷反射。從地震剖面可以看出兩套波谷反射之間夾有一套波峰反射。由于北部D井H6-1層構(gòu)造圖油層邊界線無法閉合，因此推測H6-1砂體向南延伸尖滅，且與H6-2砂體之間存在泥巖隔夾層，從而形成兩套油水系統(tǒng)。筆者建立了正演模型來驗證隔夾層的存在性。當H6-1砂體和H6-2砂體之間無隔層相連接時，正相位波峰很弱，與現(xiàn)有地震剖面特征不同；當H6-1砂體和H6-2砂體之間存在泥巖夾層時，正相位波峰反射較強，且下部的波谷反射亦較明顯，與現(xiàn)有地震剖面形態(tài)相似。為此，筆者推斷H6-1砂體和H6-2砂體之間存在泥巖隔夾層，且泥巖隔夾層頂面對應(yīng)波峰發(fā)射。

圖6 泥巖隔夾層不存在與泥巖隔夾層存在的地震正演模型對比Fig.6 Comparison of seismic forward modeling with and without mudstone interlayer

3.3 地震正演預(yù)測薄層砂體厚度

圖7 H4層不同薄層砂體厚度對應(yīng)的地震正演模型對比Fig.7 Comparison of seismic forward modeling for different thin layer sand body thicknesse in H4 layer

隨著油氣勘探開發(fā)的深入，薄儲層預(yù)測已經(jīng)成為油氣勘探開發(fā)的難點[15]，對薄儲層的預(yù)測要求更加精確。但是，砂巖薄層一般橫向變化快、地震資料分辨率低，薄層砂體厚度預(yù)測較為困難[16-19]。筆者以地震波相對振幅與砂體厚度關(guān)系曲線為理論基礎(chǔ)，通過VSP測井結(jié)果與合成地震記錄相結(jié)合的方法準確標定層位，分析地震波振幅與砂體厚度間的關(guān)系，再利用統(tǒng)計學(xué)的方法，擬合出地震波振幅與砂體厚度的關(guān)系式，實現(xiàn)薄層砂體的定量化預(yù)測，為薄層砂體空間展布提供了可靠的技術(shù)依據(jù)[20]。由于地震資料分辨能力有限，當砂體厚度小于1/4波長時，上下兩個界面的子波旁瓣相互疊加在一起，地震反射剖面同相軸不能分離開來；當砂體厚度小于1/8波長時，地震反射同相軸振幅急劇變?nèi)?，甚至?xí)霈F(xiàn)極性反轉(zhuǎn)，此時要根據(jù)研究區(qū)內(nèi)實鉆井信息，并結(jié)合地震正演模型與實際地震相應(yīng)特征，綜合分析判斷儲層橫向變化的地震表征。

X氣田H4層為油層，發(fā)生了規(guī)模中等的湖泛期，沉積了湖侵和高位域的薄層砂體，為典型的泥包砂沉積，從實鉆井發(fā)現(xiàn)，整個組段泥巖厚度約40m，薄砂巖位于泥巖中，可以發(fā)育巖性油氣藏。H4層砂體厚度2.4～10.7m，平均厚度7.3m，砂地比為0.05～0.29，平均0.17，呈迷宮狀分布，為大套的泥包砂沉積，砂體存在明顯的橫向變化，現(xiàn)有鉆井鉆遇的砂體雖薄，但均有油層成藏，表現(xiàn)為受巖性控制的特點。筆者通過建立地震正演模型，發(fā)現(xiàn)薄層砂體的厚度與反射振幅存在一定的關(guān)系(見圖7)。應(yīng)用研究區(qū)H4層實鉆井資料，擬合出H4層地震振幅與薄層砂體厚度的關(guān)系式：

Y=-0.000000267029X2-0.002573387561X+0.895097293599

式中：X為地震振幅；Y為薄層砂體厚度，m。

圖8 H4層砂體預(yù)測平面圖 圖9 H4層薄層砂體厚度圖Fig.8 Prediction plan of H4 sand body Fig.9 Thickness map of H4 thin layer sand body

圖10 M井與D井、E井速度橫向變化趨勢圖Fig.10 Lateral velocity variation trend diagram of well M,well D and well E

利用上述關(guān)系式，將地震振幅轉(zhuǎn)換為厚度信息，從而預(yù)測薄層砂體的橫向分布。筆者根據(jù)砂體預(yù)測平面圖(見圖8)結(jié)合區(qū)域地質(zhì)認識，勾繪出H4層薄層砂體厚度圖(見圖9)。實鉆井證實，地震振幅越大，薄層砂體厚度越大，該位置實鉆井的薄層砂體厚度越大，該結(jié)果與鉆前認識基本一致。

4 實鉆分析

利用上述研究成果，2021年在E井區(qū)北部鉆探M井。實鉆結(jié)果證實，研究區(qū)自北向南存在較大的橫向速度變化，M井隨著與E井距離的接近，速度逐漸變大，與鉆前預(yù)測一致(見圖10)。采用本次速度模型時深轉(zhuǎn)換得到的預(yù)測深度與砂體頂面的實鉆深度差別較小(見表2)，且成功鉆遇薄油層，實鉆薄油層厚度與預(yù)測厚度基本一致(見表3)，M井成功鉆遇H6-1和H6-2厚砂體，且兩套砂體之間存在泥巖隔夾層，與鉆前預(yù)測基本一致。

5 結(jié)論

表2 M井實鉆深度與預(yù)測深度對比表

表3 M井H4層實鉆薄砂體厚度與預(yù)測厚度對比表

1)西湖凹陷X氣田地震速度橫向變化快，單井VSP速度擬合法和常速剝層法都無法得到準確的深度，應(yīng)用層約束速度建模法能夠得到較為準確的深度，可以反映地下真實的構(gòu)造形態(tài)。

2)由現(xiàn)有常規(guī)地震資料可知，預(yù)測H6-1砂體與H6-2砂體之間存在泥巖隔夾層，通過地震正演模型分析確定了泥巖隔夾層的存在。

3)對于西湖凹陷砂體橫向變化快的薄層砂體儲層，通過地震正演分析了薄層砂體厚度與地震振幅的對應(yīng)關(guān)系，并對H4層地震振幅與實鉆薄層砂體厚度進行擬合，得到了H4層相對準確的薄層砂體厚度圖。經(jīng)實鉆井證實，預(yù)測的H4層薄層砂體厚度與實鉆薄層砂體厚度基本一致。該方法對西湖凹陷X氣田儲層橫向變化快的薄層砂體厚度預(yù)測具有很好的借鑒意義。