川西南井研地區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組白云巖儲層預測

高博樂，李文杰

（1.中國石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院，四川 成都 610094；2.成都理工大學油氣藏地質及開發(fā)工程國家重點實驗室，四川 成都 610059；3.成都理工大學能源學院，四川 成都 610059）

0 引言

中二疊統(tǒng)棲霞組碳酸鹽巖是四川盆地海相油氣勘探的重點層位［1］。2020 年5 月，位于川西南平洛壩構造的平探1 井在棲霞組鉆獲高產(chǎn)工業(yè)氣流， 之后部署在川西南井研地區(qū)的A1 井、A2 井再次鉆遇棲霞組孔隙型儲層并試獲工業(yè)氣流［2］。 這些發(fā)現(xiàn)揭示了川西南地區(qū)棲霞組的廣闊勘探前景。前期研究表明，川西南地區(qū)棲霞組儲層主要為白云巖，以晶間孔、粒間孔、溶蝕孔洞和裂縫為主要儲集空間， 但由于白云巖儲層非均質性強， 孔隙度和滲透率變化大， 并且儲層單層厚度?。?0～20 m），多呈薄層或薄互層狀［2-4］，導致地震預測難度大、精度低。在現(xiàn)有地震資料的基礎上提高預測精度和可靠性， 是該地區(qū)棲霞組白云巖儲層預測中亟需解決的關鍵問題，也是落實優(yōu)質儲層發(fā)育區(qū)帶、拓展川西南棲霞組勘探新領域， 實現(xiàn)天然氣規(guī)模增產(chǎn)的重要技術前提。

在碳酸鹽巖儲層預測研究中， 一般采用地震資料開展聲波阻抗差異反演來識別儲層發(fā)育情況。 由于地震資料最小只可識別1/4 地震波長厚度［5］，最高分辨率一般在40 m 左右， 導致對20 m 左右的薄層狀碳酸鹽巖儲層識別誤差較大［6-7］。 在針對薄儲層預測的工作中，前人多以地震屬性或常規(guī)彈性參數(shù)為依據(jù)，對薄儲層進行預測［8-21］,這些井震結合預測小尺度薄層狀儲層的成功經(jīng)驗， 為研究井研地區(qū)棲霞組白云巖儲層提供了很好啟示。

通常疊前反演以彈性敏感參數(shù)為依據(jù)對儲層進行解釋。由于井研地區(qū)白云巖儲層厚度?。?～20 m）、白云巖儲層白云質（白云質灰?guī)r、含白云質灰?guī)r）含量較低、物性較差（孔隙度1%～5%），導致儲層與圍巖間的彈性特征差異小、彈性參數(shù)敏感性不足。本文利用不同彈性參數(shù)對儲層物性具有不同的敏感性這一特點， 統(tǒng)計研究區(qū)彈性參數(shù)敏感強度， 使用屬性融合數(shù)學方法構建儲層指示因子， 以疊前彈性參數(shù)反演的融合屬性對儲層物性進行直接定量表征。 與常規(guī)波阻抗反演預測結果相比， 儲層預測的結果吻合度和分辨率有了顯著提升。 研究成果為薄層或薄互層碳酸鹽巖儲層預測提供了一種定量化、高精度與高可靠性的研究方法。

1 地質背景

井研地區(qū)處于四川盆地川西南平緩構造帶的西北部、鐵山—威遠穹隆帶構造西南部［14］、威遠大型穹窿背斜與鐵山大型背斜之間，為兩大背斜傾沒端交接部位，構造形態(tài)總體為一鞍部，呈現(xiàn)南陡北緩的特征［14］。

井研地區(qū)棲霞組地層發(fā)育相對穩(wěn)定， 厚度在87～102 m，可劃分為2 段：棲一段主要發(fā)育深灰色灰?guī)r、泥質灰?guī)r，少量白云巖；棲二段主要為灰色灰?guī)r、生屑灰?guī)r， 局部發(fā)生白云石化， 形成白云質灰?guī)r和灰質白云巖、晶粒白云巖［2］。 棲霞組沉積期，四川盆地為碳酸鹽臺地沉積環(huán)境［3，15］，井研地區(qū)處在臺緣灘與臺內灘的結合部位（見圖1a），具有良好的灘相儲層發(fā)育背景。

圖1 四川盆地及研究區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組巖相古地理分布Fig.1 Lithofacies paleogeographic distribution of the Middle Permian Qixia Formation in Sichuan Basin and study area

研究區(qū)北部主要發(fā)育高能顆粒灘相白云巖沉積，局部發(fā)育薄層生屑灘。 南部的A5 井、A6 井一帶白云質灰?guī)r較發(fā)育，白云石化程度較強，主要發(fā)育生屑灘沉積（見圖1b）。

井研地區(qū)棲霞組儲層厚度一般在10～30 m，以細—中晶基質白云巖、縫洞充填鞍形白云石為主，儲集空間主要為晶間孔、晶間溶孔，以及不規(guī)則狀溶孔、溶洞和裂縫（見圖2）。 A1 井巖心薄片分析表明：孔隙度最大為4.12%，最小為0.94%，平均為2.78%，孔隙度主要分布在2%～4%，占比達到71%，屬于中—低孔隙度儲層，主要發(fā)育Ⅱ，Ⅲ類儲層。 井研地區(qū)棲霞組儲層厚度薄、孔隙度低的地質特征，導致常規(guī)波阻抗反演的分辨率和識別精度無法滿足其儲層預測需要， 亟需應用新的儲層預測手段。

圖2 井研地區(qū)A1 井中二疊統(tǒng)棲霞組巖性特征Fig.2 Lithological characteristics of the Middle Permian Qixia Formation in Well A1 in Jingyan area

2 研究方法

本次研究的主要思路是通過數(shù)學分析方法建立彈性參數(shù)與巖性、物性之間的最優(yōu)數(shù)學關系，然后利用疊前高分辨率反演計算地層彈性數(shù)據(jù)體， 再運用分析所得的數(shù)學關系直接求取巖性、物性、流體等地學性質參數(shù)分布。 這種方法能夠充分提取不同彈性參數(shù)對儲層的敏感優(yōu)勢，并利用巖石物理實驗分析結果進行約束，在空間上對儲層直接進行定量解釋， 減少了疊后反演間接預測所導致的不穩(wěn)定性和多解性。

具體數(shù)學原理是：首先，對有效儲層的彈性參數(shù)進行分析，以儲層的有效孔隙度下限為界限，分析儲層的彈性參數(shù)敏感性， 計算不同彈性參數(shù)在儲層孔隙度預測中的權重（見式（1））。 然后，將變量歸一化后的彈性參數(shù)設為An，由式（1）可求得相關系數(shù)（見式（2））。

開展儲層預測工作時，首先，將樣品統(tǒng)計的界限代入式（2）獲得儲層指示因子（RIL）；然后，將疊前反演所獲得的彈性參數(shù)數(shù)據(jù)體代入式（2），獲得儲層指數(shù)Fused；最后，利用RIL對Fused屬性體進行解釋（最終結果大于RIL時為非儲層，小于RIL時與儲層孔隙度呈正相關關系）。

式中：Ci為不同的彈性參數(shù)在儲層孔隙度預測中的權重；Ri為不同的彈性參數(shù)；Cn為彈性參數(shù)與孔隙度的相關系數(shù)；F為反演得到的儲層指示因子；n為自然整數(shù)。

3 巖石物理分析

3.1 測井巖石物理特征分析

分析研究區(qū)5 口關鍵井的測井巖石物理參數(shù)發(fā)現(xiàn)， 研究區(qū)白云巖儲層與以灰?guī)r為主的圍巖之間巖石物理參數(shù)差異較?。ㄒ妶D3）。 如圖3 所示，A1 井測井巖石物理參數(shù)分布頻率的主體基本重疊， 在指示常規(guī)波阻抗反演結果時存在多解性， 難以識別儲層發(fā)育部位。 A1 井縱波阻抗在8 000～16 000 g/cm3·m/s，雖然在頻率極值處存在一定差異， 但這種微弱的差異并不足以明確地指示儲層發(fā)育部位；因此，在研究中需要綜合考慮各種彈性參數(shù)的優(yōu)勢， 構建能夠直接指示儲層發(fā)育位置的新屬性。

圖3 井研地區(qū)A1 井中二疊統(tǒng)棲霞組巖石物理參數(shù)分布直方圖Fig.3 Distribution histogram of rock physical parameters of the Middle Permian Qixia Formation in Well A1 in Jingyan area

3.2 儲層指示因子

通過彈性參數(shù)敏感性定量分析， 可以確定縱波阻抗、橫波阻抗、剪切模量和彈性模量是研究區(qū)相對最為敏感的彈性參數(shù)（見表1、表2），而通過彈性參數(shù)曲線結合敏感系數(shù)計算， 最終可獲得A1 井的Fused以及RIL。

表1 井研地區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組巖石敏感彈性參數(shù)Table 1 Statistics of sensitive elastic parameter of rocks of the Middle Permian Qixia Formation in Jingyan area

表2 中二疊統(tǒng)棲霞組巖石敏感彈性參數(shù)相關系數(shù)及權重Table 2 Correlation coefficient and weight of sensitive elastic parameter of rocks of the Middle Permian Qixia Formation

本研究中采用井研地區(qū)6 口實鉆井的測井資料分別計算出彈性參數(shù)， 依據(jù)地區(qū)經(jīng)驗值， 以中子測井CNL值為界限（CNL＜8 為儲層，CNL≥8 為非儲層） 開展統(tǒng)計分析，代入式（2）得到棲霞組儲層識別界限RIL為72。 據(jù)此認為，在解釋Fused屬性時，F(xiàn)used小于72的部分為儲層， 大于等于72 的則為非儲層。 圖4 為Fused屬性與孔隙度曲線交會圖， 描述了棲霞組孔隙度與Fused屬性的相關性， 藍色線段為RIL儲層指示因子。 交會圖表明，F(xiàn)used屬性與孔隙度具有良好的正相關關系。

圖4 井研地區(qū)A1 井棲霞組Fused 屬性與孔隙度交會Fig.4 Intersection analysis of Fused attribute and porosity of Qixia Formation in Well A1 in Jingyan area

A1 井Fused值整體處于25～50，在棲一段有多處異常增大（大于50）。 對比發(fā)現(xiàn)，這些異常層段與巖性錄井表現(xiàn)出較高的吻合度（見圖5），可以認為RIL能夠對儲層發(fā)育位置與孔隙度進行定量評價。

圖5 井研地區(qū)A1 井棲霞組儲層單井Fused 解釋Fig.5 Fused interpretive map of Qixia Formation reservoir in Well A1 in Jingyan area

4 有利儲層綜合預測

4.1 井震結合地層識別

為保證地震預測結果的準確性， 在對地震資料的目的層解釋前， 需要利用研究區(qū)聲波和密度曲線合成人工地震記錄。 本文針對研究區(qū)內鉆遇棲霞組的6 口鉆井制作合成記錄（見圖6）。

圖6 井研地區(qū)A1 井合成地震記錄Fig.6 Synthetic seismogram in Well A1 in Jingyan area

合成地震記錄步驟為： 首先， 提取井旁道地震子波；然后，計算聲波測井曲線反射系數(shù)，對計算出的反射系數(shù)進行褶積；最后，確定井的時深關系。在圖6 中，A1 井井旁道子波的合成地震道（紅色）與實際地震道（白色）對比，顯示合成地震記錄與井旁地震道的地震波形態(tài)基本一致，相關系數(shù)超過0.8，說明井震標定能夠滿足儲層預測的需要。

4.2 儲層反演

本次研究采用了疊前時間偏移處理所獲取的地震CRP（Common Reflection Points）道集數(shù)據(jù)，資料目的層時間約1.5～1.8 s，道集偏移距為100～4 700 m，入射角為0°～26°，地震同相軸連續(xù)，可見明顯的AVO 響應特征，滿足開展疊前高分辨率反演的需要。

首先，對地震CRP 道集直接開展疊前高分辨率反演，計算獲得全部的高頻彈性參數(shù)屬性體，代入式（2）獲得研究區(qū)Fused數(shù)據(jù)體； 然后， 利用儲層指示因子RIL對研究區(qū)白云巖薄儲層分布進行解釋。

A1 井的縱波阻抗、橫波阻抗、剪切模量反演剖面與實測井對比見圖7。 剖面中紅色線表示相應的測井計算數(shù)據(jù)值。反演計算的縱波速度為4 800～6 200 m/s，橫波速度為3 000～4 000 m/s，縱波阻抗為13 500～17 000 g/cm3·m/s，這個計算數(shù)值區(qū)間與巖石物理測量結果（白色）基本一致。

從井震對比結果來看， 在研究區(qū)目的層疊前同步反演的計算結果與實測數(shù)據(jù)結果吻合程度較高， 同時在細節(jié)上可以看出， 預測剖面的變化具有較高的分辨率，基本能夠對厚度12～15 m 的地層進行區(qū)分，能夠滿足薄層與薄互層儲層預測研究的需要。

4.3 儲層綜合預測

本次研究計算的儲層Fused， 能夠很好地揭示鉆遇儲層的發(fā)育特征。 圖8 為過A1 井—A2 井的反演剖面，剖面上低Fused區(qū)域為儲層發(fā)育區(qū)。

圖8 井研地區(qū)過A1 井—A2 井中二疊統(tǒng)棲霞組Fused 聯(lián)合反演剖面Fig.8 Fused joint inversion profile of the Middle Permian Qixia Formation through Well A1-Well A2 in Jingyan area

由圖8 看出：A1 井鉆遇白云巖儲層的位置， 在儲層反演剖面顯示為紅色區(qū)域， 說明該區(qū)域發(fā)育白云巖儲層；A2 井鉆遇一套相對較薄的含白云質灰?guī)r儲層，而儲層反演剖面中顯示該區(qū)域為中值區(qū)。

上述鉆井實鉆情況與地震預測結果基本一致，說明本次研究預測結果可信度高。

利用反演的三維Fused數(shù)據(jù)體疊合印模法獲得的 古地貌形態(tài)， 可以更準確地預測白云巖儲層平面發(fā)育特征。 圖9 為Fused屬性疊合棲霞組古地貌的有利區(qū)平面分布。圖9 中暖色區(qū)域為Fused低值區(qū)，黃色區(qū)域為中值區(qū)，藍色為高值區(qū)，縱向空間變化體現(xiàn)古地貌起伏特征。

圖9 中二疊統(tǒng)棲霞組古地貌疊合Fused 屬性Fig.9 Fused attribute of the overlapping paleogeomorphology of the Middle Permian Qixia Formation

鑒于灘體主要發(fā)育于古地貌高部位， 結合古地貌高點區(qū)域分布，即可確定研究區(qū)有利儲層發(fā)育范圍。儲層主要發(fā)育于研究區(qū)西北部和東部。其中，Ⅱ類儲層呈高臺狀分布在研究區(qū)西北部， Ⅲ類儲層呈2 個NE 向條帶平行分布于研究區(qū)中部， 整體呈一臺一帶的發(fā)育特征（見圖10）。 對比研究區(qū)內已取心鉆井的分析結果， 處在Ⅱ類儲層發(fā)育區(qū)的A1 井主要發(fā)育白云巖儲層； 處在Ⅲ類儲層發(fā)育區(qū)的A2 等井皆不同程度發(fā)育白云質灰?guī)r或含白云質灰?guī)r儲層（見表3）。

表3 井研地區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組儲層預測結果對比Table 3 Comparison of reservoir prediction results of the Middle Permian Qixia Formation in Jingyan Area

圖10 井研地區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組儲層預測分布Fig.10 Reservoir prediction of the Middle Permian Qixia Formation in Jingyan area

5 結束語

基于儲層彈性參數(shù)分析所獲得的Fused屬性地震數(shù)據(jù)體開展棲霞組白云巖薄儲層預測， 能夠有效減少間接預測所導致的不穩(wěn)定性和多解性， 儲層預測結果與實際鉆井結果具有更高吻合度。綜合預測結果顯示，井研地區(qū)棲霞組儲層表現(xiàn)為“一臺一帶”的分布特征。其中， 研究區(qū)西北區(qū)域為最有利儲層發(fā)育區(qū)，NE 向平行條帶為較有利儲層發(fā)育區(qū)。