面向斷裂破碎帶儲(chǔ)層的“雙等時(shí)”格架約束地震預(yù)測(cè)方法

李相文,但光箭,李景葉,劉永雷,金 夢(mèng),王春陽(yáng),馬文高

(1.中國(guó)石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司研究院,河北涿州072750;2.資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,中國(guó)石油大學(xué)(北京),北京102249)

中國(guó)西部塔里木盆地油氣資源豐富,盆地內(nèi)碳酸鹽巖油氣藏是油氣勘探開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)領(lǐng)域之一。近年來(lái),在塔里木盆地富滿地區(qū)奧陶系超深層海相碳酸鹽巖走滑斷裂帶相繼獲得油氣勘探發(fā)現(xiàn),研究表明,走滑斷裂破碎帶對(duì)奧陶系碳酸鹽巖具有明顯的“控儲(chǔ)、控藏、控富”的作用[1-3]。碳酸鹽巖走滑斷裂破碎帶既是油氣富集的儲(chǔ)集空間,同時(shí)也是油氣運(yùn)聚的重要通道,疏導(dǎo)油氣至儲(chǔ)集空間聚集形成碳酸鹽巖巖性油氣藏。利用地球物理技術(shù)方法,進(jìn)一步揭示非均質(zhì)儲(chǔ)集體的空間分布特征,對(duì)落實(shí)走滑斷裂破碎帶控制的油氣藏研究意義重大。

鉆井結(jié)果表明,塔里木盆地碳酸鹽巖斷控油氣藏內(nèi)儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng),具有“橫向分段、縱向分層”的多元結(jié)構(gòu)特征?；诔Ｒ?guī)確定性反演(如稀疏脈沖反演、波形指示反演等)等地震解譯手段難以確定地下優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的空間分布特征。在面向走滑斷控非均質(zhì)儲(chǔ)層的研究中,由于斷裂的多期活動(dòng),地層伴隨多期破碎成儲(chǔ),僅僅注重等時(shí)沉積不能有效反映地下非均質(zhì)儲(chǔ)層的真實(shí)特征,需要針對(duì)性地開(kāi)展破碎體系的空間刻畫(huà)并引入到非均質(zhì)地層格架約束的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)過(guò)程中。

塔里木盆地奧陶系超深層海相碳酸鹽巖走滑斷裂的研究受到眾多學(xué)者的關(guān)注,大量文獻(xiàn)調(diào)研顯示,與塔里木碳酸鹽巖走滑斷裂相關(guān)的研究工作主要集中在走滑斷裂的幾何學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征的描述、走滑斷裂的地震識(shí)別、斷裂與油氣成藏關(guān)系等方面,而針對(duì)碳酸鹽巖走滑斷裂破碎帶內(nèi)部?jī)?chǔ)層特征、不同斷裂破碎帶儲(chǔ)層的地震響應(yīng)特征、斷裂破碎帶儲(chǔ)層的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)等方面鮮有研究。塔里木盆地奧陶系碳酸鹽巖走滑斷裂破碎帶儲(chǔ)層為斷控巖溶儲(chǔ)層,主要是在大氣淡水或熱液沿?cái)嗔蚜転V或上涌過(guò)程中,斷裂破碎帶進(jìn)一步擴(kuò)溶形成具有一定儲(chǔ)集空間的碳酸鹽儲(chǔ)層[4-8]。沿走滑斷裂發(fā)育的斷控巖溶儲(chǔ)層是塔里木盆地碳酸鹽巖斷控型油藏的主要儲(chǔ)集空間,了解碳酸鹽巖斷裂破碎帶內(nèi)部?jī)?chǔ)層空間分布特征,是該區(qū)碳酸鹽巖斷控型油藏高效開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)。但在前期勘探過(guò)程中,僅使用地震最大似然(Likelihood)屬性、梯度結(jié)構(gòu)張量屬性、確定性反演等屬性來(lái)定性識(shí)別和預(yù)測(cè)斷裂破碎帶儲(chǔ)層分布[9-13],其預(yù)測(cè)精度難以滿足斷控型油藏準(zhǔn)確的儲(chǔ)量計(jì)算、高效開(kāi)發(fā)的需求。

為此,本次研究在充分吸收前人研究成果的基礎(chǔ)上,以走滑斷裂破碎帶在地震剖面上表現(xiàn)為雜亂橫向不連續(xù)性特征為切入點(diǎn),通過(guò)突出反映斷裂破碎帶的地震雜亂反射與地震層狀反射的差異,最大限度地提取出反映斷裂破碎帶的地震信息,并利用此地震信息作為斷裂破碎帶地震相約束地震儲(chǔ)層反演,得到斷裂破碎帶內(nèi)部?jī)?chǔ)層的預(yù)測(cè)結(jié)果,以提升儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的精度。

1 方法原理與實(shí)施

1.1 方法思路與原理

在常規(guī)地震地質(zhì)綜合解釋中,往往注重的是等時(shí)沉積體系的研究。層序地層分析將相與沉積體系的研究在統(tǒng)一的等時(shí)地層格架中進(jìn)行,因而更有利于揭示其空間配置規(guī)律,對(duì)查明含油氣盆地中的生、儲(chǔ)、蓋層的配套和沉積、層控礦產(chǎn)的分布規(guī)律有重大價(jià)值。針對(duì)超深層弱走滑斷裂斷控非均質(zhì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè),認(rèn)為在等時(shí)沉積的基礎(chǔ)上,經(jīng)過(guò)斷裂的多期破碎作用后,可等效為等時(shí)破碎的狀態(tài)。因此,為更真實(shí)地反映地下非均質(zhì)儲(chǔ)層特征,需要建立與實(shí)際地質(zhì)認(rèn)識(shí)更匹配的地層格架即地層等時(shí)沉積和斷裂活動(dòng)等時(shí)破碎的“雙等時(shí)”格架并應(yīng)用于儲(chǔ)層反演。提出了應(yīng)用與斷裂破碎相關(guān)的局部地震波場(chǎng)特征數(shù)據(jù)構(gòu)建非均質(zhì)模型的方法,利用局部區(qū)域內(nèi)反映地層遭受斷裂破壞或溶蝕的非均質(zhì)數(shù)據(jù)體,在標(biāo)定匹配到等時(shí)沉積的格架基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)雙等時(shí)格架的建立。

同時(shí),提出了一種多次迭代反演方法及技術(shù)流程,主要是從地震偏移處理數(shù)據(jù)中提取反映非均質(zhì)特征的反射信息,建立與走滑斷裂帶特征相關(guān)的“雙等時(shí)”非均質(zhì)低頻模型,并進(jìn)行迭代式稀疏脈沖反演以獲得縱波阻抗。最后,進(jìn)行疊后地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演。迭代過(guò)程的每個(gè)環(huán)節(jié)都有與井震相匹配的質(zhì)量控制(圖1)。

1.1.1 構(gòu)建斷裂破碎帶“雙等時(shí)”格架

第1步是將參考地震道定義為A0(t),將邊界設(shè)置為沿地層橫向振幅差異最大的位置,作為參考道是邊界一側(cè)振幅能量相對(duì)較弱的地震道。參考地震道的獲取主要考慮其與周邊8個(gè)地震道的平均值,當(dāng)?shù)卣鸬琅c周邊地震道出現(xiàn)最大能量差Eamp時(shí)即為參考地震道,可由公式(1)計(jì)算得到。為了獲取更廣泛特征,可提取更大范圍的地震道數(shù)量(9道、25道、49道等)以參與計(jì)算。通常將直線和交叉線中的奇數(shù)道設(shè)置為相等(圖2),但不一定相等,這需要考慮應(yīng)用區(qū)域的地質(zhì)背景。

圖2 地震道與采樣點(diǎn)相對(duì)位置示意

然后采用公式(2)計(jì)算參考道與相鄰地震道的非均質(zhì)特征數(shù)據(jù)(EHARD)?？紤]到調(diào)查區(qū)域的地質(zhì)特征,可以提取更大范圍的地震道數(shù)量參與計(jì)算(與計(jì)算Eamp時(shí)相同)。在這一步中,目的是獲得非均質(zhì)特征數(shù)據(jù)并約束建立非均質(zhì)低頻模型。此時(shí),需要聯(lián)合建立井震關(guān)系匹配,其屬性可以表征致密石灰?guī)r地層中走滑斷裂破碎帶非均質(zhì)性的地震特征邊界[14-15]。需要強(qiáng)調(diào)的是,應(yīng)根據(jù)井震標(biāo)定結(jié)果獲得的聲波阻抗值和非均質(zhì)特征數(shù)據(jù)的關(guān)系校正EHARD的值。

其中,Δti的含義與公式(1)中使用的含義相同。

此時(shí),基于校正后的斷裂帶等時(shí)破碎數(shù)據(jù)與地震解釋層位、測(cè)井波阻抗建立等時(shí)沉積格架數(shù)據(jù)聯(lián)合建立“雙等時(shí)”模型格架。

1.1.2 斷裂破碎帶地質(zhì)-地震反演迭代

為了獲得能夠表征縫洞體空間特征的高質(zhì)量縱波阻抗數(shù)據(jù),有必要進(jìn)行井震匹配的第二次或多次迭代稀疏脈沖反演[16-19]。這里還假設(shè)地層的反射系數(shù)由一系列稀疏且不連續(xù)的大反射系數(shù)和高斯分布的小反射系數(shù)組成。目標(biāo)函數(shù)(公式(3))基于有限稀疏脈沖的基本假設(shè)[20]。我們利用這個(gè)公式實(shí)現(xiàn)迭代反演。

(3)

式中：R2和N2是反射系數(shù)和噪聲的均方值;r(K)和n(K)是第H個(gè)采樣點(diǎn)的反射系數(shù)和噪聲;M表示反射層數(shù);H表示采樣總數(shù);λ是給定反射系數(shù)的似然值。反射系數(shù)可以迭代計(jì)算。

其次,根據(jù)方程(4)計(jì)算初始地震波阻抗。反射系數(shù)也被調(diào)整以獲得目標(biāo)函數(shù)。在調(diào)整反射系數(shù)后,得到以下目標(biāo)函數(shù)[21]。

式中：r表示反射系數(shù);d表示實(shí)測(cè)地震數(shù)據(jù);s表示合成地震記錄;k1和k2表示剩余權(quán)系數(shù);Z表示縱波阻抗;M為非均質(zhì)低頻模型。稀疏脈沖反演是基于地震數(shù)據(jù)開(kāi)展的,受地震阻抗趨勢(shì)的約束,以使合成記錄與地震道最佳匹配,反射系數(shù)脈沖達(dá)到最小[22-24]。

需注意,該過(guò)程可以允許多次迭代,每次迭代都需要考慮使用走滑斷裂破碎帶非均質(zhì)特征數(shù)據(jù)更新非均質(zhì)低頻模型。最后,通過(guò)合并相對(duì)阻抗和最新非均質(zhì)低頻模型,獲得地震約束絕對(duì)阻抗屬性體。

1.1.3 地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)實(shí)現(xiàn)

在概率論中,貝葉斯定理是用于計(jì)算條件概率密度分布的理論框架[24-26]。將其應(yīng)用于地球物理反演方法時(shí),可以建立模型參數(shù)m的條件概率密度分布,利用觀測(cè)數(shù)據(jù)d和先驗(yàn)信息估計(jì)模型參數(shù)的概率。表達(dá)式如下：

式中：P(m|d,I)是模型參數(shù)的后驗(yàn)分布;P(d|m,I)是似然函數(shù),描述了觀測(cè)數(shù)據(jù)d與模型參數(shù)m和P(m|I)之間的關(guān)系;P(d|I)是常數(shù)項(xiàng)(如果只考慮后驗(yàn)分布的形狀,則可以忽略)。貝葉斯公式是地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演的理論基礎(chǔ)。反演目標(biāo)函數(shù)是通過(guò)將地震觀測(cè)數(shù)據(jù)與測(cè)井和地質(zhì)認(rèn)識(shí)等先驗(yàn)信息相結(jié)合而構(gòu)建的[27-29]。

1.2 方法實(shí)施關(guān)鍵步驟

疊后地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演的實(shí)施原則可以簡(jiǎn)單地理解為一個(gè)迭代過(guò)程,關(guān)鍵實(shí)施步驟如下。

1) 迭代采樣。根據(jù)貝葉斯理論方程(5),構(gòu)造了似然函數(shù)L(x)和先驗(yàn)分布P(x)。似然函數(shù)作為馬爾可夫鏈平穩(wěn)分布,先驗(yàn)分布作為推薦分布。假設(shè)時(shí)間t的樣本值(反射系數(shù))為Xt,基于先驗(yàn)分布P(x),通過(guò)使用馬爾可夫鏈蒙特卡羅算法獲得時(shí)間t+1的可能樣本值,該算法記錄為X*。那么,重新獲得的樣本值能否用作t+1時(shí)間的狀態(tài)?需要進(jìn)一步判斷。

從[0,1]的均勻分布中提取隨機(jī)數(shù)u,則t+1時(shí)馬爾可夫鏈的狀態(tài)為：

式中：α(Xt,X*)為接收概率。其計(jì)算公式如下：

可以看出,如果L(X*)≥L(Xt),接受建議,即Xt+1=X*;如果L(X*)

2) 判斷收斂。選擇合適的收斂標(biāo)準(zhǔn)或給出最大迭代次數(shù)。如果不滿足收斂標(biāo)準(zhǔn),重復(fù)步驟1,否則終止循環(huán)。

需要注意的是：①疊后統(tǒng)計(jì)學(xué)反演仍然是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的,但它不僅僅利用地震數(shù)據(jù),而是由測(cè)井和地質(zhì)認(rèn)識(shí)產(chǎn)生的統(tǒng)計(jì)信息(在有效頻帶內(nèi),它由地震和統(tǒng)計(jì)信息驅(qū)動(dòng)。在有效頻帶外,它僅由統(tǒng)計(jì)信息驅(qū)動(dòng));②疊后地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演的縱向變程和橫向變程參數(shù)及概率密度函數(shù)類型的選取與先驗(yàn)分布函數(shù)有關(guān)。

在疊后統(tǒng)計(jì)學(xué)反演過(guò)程中,為了提高反演結(jié)果的精度,往往會(huì)加入一些受約束的先驗(yàn)信息。以碳酸鹽巖為例,為了反映走滑斷裂破碎帶內(nèi)儲(chǔ)層的特征,通常需要引入能夠描述走滑斷裂破碎帶非均質(zhì)特征的屬性體來(lái)改善反演結(jié)果。在進(jìn)行上述測(cè)試后,確定最終的參數(shù)對(duì)并添加參與的約束井或井組。最后,對(duì)最終反演結(jié)果進(jìn)行計(jì)算和質(zhì)量控制。

1.3 過(guò)程質(zhì)量控制

根據(jù)研究區(qū)非均質(zhì)儲(chǔ)層的地質(zhì)特征,對(duì)于如何做好儲(chǔ)層反演工作,一般來(lái)說(shuō),以下工作需要在疊后統(tǒng)計(jì)學(xué)反演實(shí)施之前完成。目的是為疊后統(tǒng)計(jì)學(xué)反演提供良好的研究基礎(chǔ)。主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：

1) 在精確的地震聯(lián)井條件下,目標(biāo)層合成記錄的相關(guān)性在0.85以上。

2) 良好的稀疏脈沖反演結(jié)果是疊后統(tǒng)計(jì)學(xué)反演結(jié)果預(yù)測(cè)精度的參考,也是反演結(jié)果質(zhì)量控制的關(guān)鍵。

3) 稀疏脈沖反演結(jié)果用于儲(chǔ)層的三維雕刻,這有助于我們正確把握目標(biāo)區(qū)儲(chǔ)層的空間分布規(guī)律(儲(chǔ)層致密性),這是地質(zhì)認(rèn)識(shí)和疊后統(tǒng)計(jì)學(xué)反演的初始輸入。

建立一個(gè)好的框架模型需要注意以下幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：

1) 確保微小地層采樣間隔與待區(qū)分的儲(chǔ)層厚度相匹配。

2) 模型中地層和斷層之間的關(guān)系需要盡可能簡(jiǎn)化,僅在必要時(shí)增加。

3) 在調(diào)查區(qū)域,目標(biāo)層的厚度應(yīng)至少為變化函數(shù)范圍的兩倍。

4) 在目標(biāo)區(qū)間上下各加一個(gè)區(qū)間,厚度約為子波長(zhǎng)度的一半,目的是考慮子波的旁瓣效應(yīng)。

5) 模型的層位需要嚴(yán)格閉合,確保沒(méi)有異常的跳躍點(diǎn),這是井間插值建立高質(zhì)量等時(shí)沉積格架模型的基礎(chǔ)。

6) 結(jié)合地震連井結(jié)果,提取非均質(zhì)體的邊界,將其值比例到與測(cè)井波阻抗值域并鑲嵌到等時(shí)沉積格架模型中,這是高質(zhì)量“雙等時(shí)”格架中最為關(guān)鍵的步驟。比例后的數(shù)值范圍應(yīng)與測(cè)井背景縱波阻抗一致。非均質(zhì)格架模型決定了統(tǒng)計(jì)反演結(jié)果的水平連續(xù)性和規(guī)律性。它是地震反演和地震層序解釋之間的橋梁。

2 模型驗(yàn)證

2.1 建立地質(zhì)模型

為了驗(yàn)證本文方法針對(duì)走滑斷裂破碎帶內(nèi)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)結(jié)果的精度,建立了走滑斷裂破碎帶的地質(zhì)模型。地質(zhì)模型由斷裂破碎帶背景、洞穴、溶孔和斷層垮塌角礫巖組成。溶孔、洞穴和垮塌角礫巖隨機(jī)分布在斷裂破碎帶內(nèi)部(圖3a)。正演地震數(shù)據(jù)采用25Hz Ricker子波與地質(zhì)模型反射系數(shù)的褶積運(yùn)算獲得(圖3b)。同時(shí),考慮地震數(shù)據(jù)含有噪聲,在正演地震數(shù)據(jù)中加入隨機(jī)噪聲。

圖3 正演模擬地質(zhì)模型(a)和地震數(shù)據(jù)模擬剖面(b)

地層框架中的充填速度主要是依據(jù)聲波測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算所得的縱波速度(圖4)。斷裂破碎帶背景的速度為5600m/s,走滑斷裂破碎帶內(nèi)部的洞穴,充填速度為4800m/s、垮塌角礫巖地質(zhì)體(相當(dāng)于原始地層的塊體)的充填速度為6000m/s。

圖4 地質(zhì)模型填充速度依據(jù)的聲波測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)(1ft≈0.3048m)

2.2 模型驗(yàn)證

基于模型正演地震資料,開(kāi)展斷裂等時(shí)破碎格架約束的迭代反演。結(jié)果表明,常規(guī)稀疏脈沖反演的縱波阻抗只能反映地質(zhì)體與圍巖的相對(duì)關(guān)系,不能反映斷裂破碎帶背景特征以及斷裂破碎帶內(nèi)部細(xì)微差異。基于“雙等時(shí)”格架的相控非均質(zhì)儲(chǔ)層識(shí)別方法獲取的縱波阻抗可有效描述斷裂破碎帶及其內(nèi)部地質(zhì)體特征,可分辨走滑斷裂破碎帶的背景特征以及斷裂帶和圍巖之間的細(xì)微差異。常規(guī)反演方法和本文方法均可清楚展示地質(zhì)模型中大尺度地質(zhì)體(如5個(gè)大型洞穴空腔體)(圖5)?！半p等時(shí)”格架約束的儲(chǔ)層地震預(yù)測(cè)結(jié)果在指示小尺度孔隙方面有更大優(yōu)勢(shì)。通過(guò)對(duì)不同數(shù)據(jù)的異常體元進(jìn)行數(shù)據(jù)雕刻并比較分析(圖6)發(fā)現(xiàn),基于“雙等時(shí)”格架的相控非均質(zhì)儲(chǔ)層識(shí)別結(jié)果預(yù)測(cè)出98.15%的非均質(zhì)儲(chǔ)層,與常規(guī)稀疏脈沖反演結(jié)果的預(yù)測(cè)符合率11.10%相比(根據(jù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)),增加了87.05%(表1)。通過(guò)模型數(shù)值正演驗(yàn)證,本文方法能有效分辨走滑斷裂破碎帶內(nèi)部不同尺度的非均質(zhì)儲(chǔ)層特征。

表1 不同數(shù)據(jù)雕刻體素總數(shù)比較

圖5 斷裂破碎帶正演地震數(shù)據(jù)反演結(jié)果a 常規(guī)稀疏脈沖反演; b 基于“雙等時(shí)”格架約束的反演

圖6 雕刻可視化分析a 地質(zhì)模型; b 常規(guī)稀疏脈沖反演結(jié)果; c 基于“雙等時(shí)”格架約束反演結(jié)果

3 應(yīng)用實(shí)例

塔里木盆地是我國(guó)面積最大的盆地,約為56×104km2,是在太古宙-新元古代早期結(jié)晶基底基礎(chǔ)上形成的疊合復(fù)合盆地,古生代以克拉通盆地為特征。塔里木盆地中部地層發(fā)育齊全,從前震旦到新近系沉積厚度約15000m,其中奧陶系碳酸鹽巖發(fā)育多套儲(chǔ)蓋組合與含油氣層段,奧陶系上部碳酸鹽巖以石灰?guī)r為主,基質(zhì)物性較差,儲(chǔ)集空間以次生溶蝕孔隙為主。目前從塔北到塔中沿走滑斷裂已探明油氣地質(zhì)儲(chǔ)量超過(guò)10×108t,形成塔北-塔中沿走滑斷裂連片分布的斷控型油藏的大油氣區(qū)格局。在塔北南斜坡的富滿地區(qū)油氣資源豐富,先后發(fā)現(xiàn)了順北、富滿等大中型下古生界碳酸鹽巖油氣田群,是我國(guó)目前最大的斷控碳酸鹽巖油氣藏油氣生產(chǎn)基地。

研究區(qū)位于塔里木盆地北部坳陷阿滿過(guò)渡帶低梁斜坡部位富滿油田富源Ⅲ期區(qū)塊,東部與滿加爾凹陷相接,北部為塔北隆起。研究區(qū)地表地形較平坦,地表高程900～950m,奧陶系已發(fā)現(xiàn)的斷控型油氣藏埋深主要分布在7500～9500m范圍內(nèi)。富滿地區(qū)奧陶系是大型碳酸鹽巖臺(tái)地,臺(tái)地背景下高能灘體、多期不整合暴露、斷裂疊加改造形成大規(guī)模分布的縫洞型巖溶儲(chǔ)層,并且該區(qū)域寒武系鹽下廣泛發(fā)育優(yōu)質(zhì)烴源巖,富滿油田、順北油田就位于該生烴中心之上。富滿地區(qū)走滑斷裂發(fā)育,奧陶系碳酸鹽巖在走滑斷裂作用下形成沿?cái)嗔寻l(fā)育的縫洞型儲(chǔ)集體是油氣主要的富集場(chǎng)所,油氣沿?cái)嗔汛瓜蜻\(yùn)移、充注成藏后形成碳酸鹽巖斷控巖溶油氣藏,斷裂是控制巖溶油氣藏的關(guān)鍵,而儲(chǔ)層甜點(diǎn)的有效預(yù)測(cè)成為一大難點(diǎn)。

為了驗(yàn)證本文方法的有效性和穩(wěn)定性,將其應(yīng)用于研究區(qū)玉科-富源區(qū)塊的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)。該區(qū)塊地質(zhì)特征復(fù)雜。通過(guò)統(tǒng)計(jì)研究區(qū)及周緣區(qū)塊完鉆的271口井,其中115口井發(fā)生鉆具放空,放空率達(dá)42.5%,放空長(zhǎng)度達(dá)5m及以上的井?dāng)?shù)26口,占比9.6%;168口井發(fā)生鉆井液漏失,漏失率達(dá)62%。定義Ⅰ類儲(chǔ)層為孔隙度大于5.2%(放空),Ⅱ類儲(chǔ)層孔隙度介于5.2%～1.8%(漏失),非儲(chǔ)層孔隙度小于1.8%。具體變差函數(shù)參數(shù)表見(jiàn)表2。

表2 基礎(chǔ)變差函數(shù)參數(shù)表

利用“雙等時(shí)”格架約束地震預(yù)測(cè)方法進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè),相比常規(guī)約束稀疏脈沖反演方法,儲(chǔ)層預(yù)測(cè)結(jié)果得到明顯改善(圖7)。YKFY3001井是一口高產(chǎn)油氣井,于2015年5月完鉆。當(dāng)時(shí)計(jì)算的可采出原油約為2.4315×104m3,為目標(biāo)層以下115m范圍。實(shí)際產(chǎn)量超過(guò)4.2120×104m3(測(cè)量時(shí)間截止2021年12月18日),目前仍處于高產(chǎn)狀態(tài)。原始產(chǎn)量估算數(shù)據(jù)與實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)或廢棄原油產(chǎn)量之間存在巨大差異。圖7顯示了YKFY3001沿井軌跡的任意剖面。非均質(zhì)儲(chǔ)層在地震數(shù)據(jù)和常規(guī)稀疏脈沖反演的縱波阻抗中很難識(shí)別(圖7a和圖7b)。尤其是在圖7b中的虛線框位置,在沒(méi)有儲(chǔ)層的情況下,油氣無(wú)法輸送至YKFY3001井眼。此外,YKFY3001井底無(wú)低值縱波阻抗特征,與鉆井過(guò)程中大量鉆井液泄漏不一致。從多次迭代反演結(jié)果的阻抗剖面來(lái)看,圖7b中虛線框位置的高值縱波阻抗特征,不能表征斷裂破碎帶的響應(yīng)。而圖7c對(duì)應(yīng)位置的低值縱波阻抗特征清晰可見(jiàn),可輸導(dǎo)深部油氣向上聚集。次一級(jí)波阻抗值與鉆時(shí)(ROP)測(cè)井曲線的異常下降和氣體測(cè)量值的異常增加吻合良好。疊后地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演結(jié)果剖面進(jìn)一步揭示了儲(chǔ)層沿?cái)嗔褞У拇怪狈植继卣?。異質(zhì)性明顯。圖7d 中儲(chǔ)層的低阻抗特征從斷層帶的中部到兩側(cè)逐漸減弱,斷裂破碎帶縱向、橫向變化的規(guī)律得以展現(xiàn),基于本文方法的結(jié)果與鉆井結(jié)果、儲(chǔ)層地質(zhì)認(rèn)識(shí)相匹配,儲(chǔ)層輪廓特征與野外露頭特征相似。

圖7 過(guò)YKFY3001井剖面a 地震數(shù)據(jù); b 常規(guī)稀疏脈沖反演數(shù)據(jù); c 相控稀疏脈沖反演數(shù)據(jù); d 斷裂破碎帶“雙等時(shí)”相控反演數(shù)據(jù)

如圖8中兩井的連井剖面所示,地震剖面顯示有明顯斷裂破碎帶(長(zhǎng)“串珠”反射+雜亂反射)特征(圖8a)。常規(guī)確定性反演波阻抗剖面結(jié)果顯示的儲(chǔ)層規(guī)模很小且斷裂破碎帶特征基本無(wú)法分辨,同時(shí)受一間房組頂面表層地質(zhì)特征干擾,顯示為低波阻抗特征(圖8b),與實(shí)際鉆井不符。本文方法的反演結(jié)果剖面中縱向上斷裂破碎帶特征明顯(圖8c),橫向上一間房組表層的低阻抗現(xiàn)象得到消除。圖9為圖8中兩種反演方法(常規(guī)確定性反演方法和相控反演方法)對(duì)應(yīng)的目的層波阻抗屬性平面。相控約束下反演結(jié)果的儲(chǔ)層平面展布規(guī)律更加明顯,與走滑斷裂走向更吻合,與區(qū)塊斷控非均質(zhì)儲(chǔ)層特征一致,符合區(qū)塊的地質(zhì)認(rèn)識(shí)。

圖8 連井剖面對(duì)比a 原始地震數(shù)據(jù); b 常規(guī)稀疏脈沖反演波阻抗數(shù)據(jù); c 斷裂破碎帶“雙等時(shí)”相控反演波阻抗數(shù)據(jù)

圖9 富源Ⅲ區(qū)塊波阻抗數(shù)據(jù)RMS屬性切片a 常規(guī)稀疏脈沖反演波阻抗數(shù)據(jù); b 斷裂破碎帶“雙等時(shí)”相控反演波阻抗數(shù)據(jù)

圖10是基于常規(guī)反演和本文方法結(jié)果的目的層最小波阻抗屬性切片的對(duì)比。圖10a所示結(jié)果只有相對(duì)孤立的亮點(diǎn)。這一結(jié)果為鉆探提供了7種可能性。每個(gè)方案的最終效益都不足以進(jìn)行鉆探。然而,基于本文方法的反演儲(chǔ)層結(jié)果顯示(圖10b),亮點(diǎn)可以通過(guò)次級(jí)縱波阻抗值(有效儲(chǔ)層)連接成一個(gè)單元,該值與鉆時(shí)異常降低和氣體測(cè)量值異常增加的井震標(biāo)定結(jié)果匹配。基于新的結(jié)果,西部單元可以設(shè)計(jì)4口井來(lái)開(kāi)發(fā)油氣資源,東部單元可以設(shè)計(jì)1～2口井來(lái)開(kāi)發(fā)油氣資源。此外,設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)方案具有很大的優(yōu)勢(shì),其構(gòu)建形成一組生產(chǎn)井網(wǎng),有利于提高采收率。與原7口鉆井的設(shè)計(jì)方案相比,目前5口鉆井設(shè)計(jì)方案可至少節(jié)約1.2×108元工程成本。如果圖10b中的3號(hào)縫洞體進(jìn)一步考慮由YKFY3001井后期工程側(cè)鉆,可提升井區(qū)油氣的采收,節(jié)約4000×104元人民幣開(kāi)發(fā)成本。

圖10 玉科區(qū)塊RMS屬性切片a 常規(guī)稀疏脈沖反演; b 斷裂破碎帶“雙等時(shí)”相控反演

將本文方法應(yīng)用于富滿油田Ⅱ區(qū)的儲(chǔ)層預(yù)測(cè),對(duì)富滿Ⅱ期、富源Ⅲ期、躍滿-富源、果勒等區(qū)塊三維深度域比例到時(shí)間域的地震資料分別進(jìn)行相控反演,反演取得了較好效果。圖11為過(guò)WManS4井常規(guī)地震和基于“雙等時(shí)”格架約束反演波阻抗剖面。過(guò)井地震剖面上“串珠”特征不明顯,具有斷裂破碎帶特征。該井目的層共發(fā)生2次漏失,第一次井深7675.94m發(fā)生漏失,鉆井液密度1.28g/cm3,降密度至1.22g/cm3,恢復(fù)鉆進(jìn),累計(jì)漏失密度1.28g/cm3鉆井液21.9m3。采用密度1.22g/cm3鉆井液鉆進(jìn)至7797.81m發(fā)生漏失,后持續(xù)漏失至完鉆井深,全井累計(jì)漏失1.28～1.22g/cm3鉆井液703.69m3。同時(shí),目的層7797.81m及7990.6～7991.6m,發(fā)生兩段放空,累計(jì)放空長(zhǎng)度1.52m。全井錄井共見(jiàn)氣測(cè)顯示81m(26層)。其中奧陶系一間房組80m(25層)。目的層最好顯示井段7927～7930m,TG值由3.46%上升至99.49%,槽面見(jiàn)15%的魚(yú)籽狀氣泡,經(jīng)液氣分離器點(diǎn)火燃燒,持續(xù)48min,火焰呈桔黃色,火焰高3～5m。測(cè)井解釋于井段7576.0～8198.5m(碳酸鹽巖)共解釋Ⅰ類儲(chǔ)層26m(5層),Ⅱ類儲(chǔ)層104m(17層),Ⅲ類儲(chǔ)層63.5m(6層),油層109m(18層),差油層21m(4層)。反演剖面上儲(chǔ)層沿?cái)嗔褞Эv向分布,反演剖面綠色部分主要為裂縫型、孔洞型儲(chǔ)層。實(shí)鉆該井主要鉆遇裂縫孔洞型、孔洞型儲(chǔ)層,最終常規(guī)測(cè)試獲得高產(chǎn)工業(yè)油氣,實(shí)鉆結(jié)果與反演結(jié)果相符(圖11和表3)。對(duì)比沿?cái)嗔哑扑閹У娜我饩€剖面,基于“雙等時(shí)”格架約束反演波阻抗數(shù)據(jù)更真實(shí)地反映出地下儲(chǔ)層特征。

表3 富滿油田近兩年鉆探情況統(tǒng)計(jì)(據(jù)塔里木油田產(chǎn)能建設(shè)事業(yè)部)

應(yīng)用該反演成果,在英買2油田周緣(英西1、英古1-3),富滿油田躍滿20-躍滿23、富源210H、滿深1等完成5個(gè)探明、2個(gè)控制、4個(gè)預(yù)測(cè)共計(jì)11個(gè)區(qū)塊的儲(chǔ)量研究工作,完成“雙等時(shí)”相控儲(chǔ)層反演方法的推廣應(yīng)用,面積超過(guò)8000km2,成功向有關(guān)儲(chǔ)量管理單位一次性上交優(yōu)質(zhì)三級(jí)(探明、控制、預(yù)測(cè))地質(zhì)儲(chǔ)層原油超4×108t、天然氣超1000×108m3。通過(guò)在富滿油田開(kāi)展斷控非均質(zhì)儲(chǔ)層“雙等時(shí)”相控地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演技術(shù)的應(yīng)用,提升了斷裂破碎帶儲(chǔ)層預(yù)測(cè)精度,支撐WManS3井試獲得折日產(chǎn)油1610.9m3的最高單井日產(chǎn)油記錄,支撐WManS2井實(shí)鉆550m油柱高度、WManS301H井實(shí)鉆639m油柱高度(FⅠ17斷裂破碎帶)、WFuY302H井實(shí)鉆420m油柱高度(FⅠ16斷裂破碎帶)、WManS71井實(shí)鉆517m油柱高度(FⅠ19斷裂破碎帶),支撐近兩年誕生WManS3、WManS4、WManS502H、WManS503H、WFuY3、WManS72、WManS8、WManS71、WManS3-H7等9口日產(chǎn)油氣當(dāng)量過(guò)千噸的高產(chǎn)井,支持富滿油田碳酸鹽巖鉆井成功率由75%提升到95%以上,高效井比例由20%提升到75%(圖12)。

圖12 近年來(lái)的鉆井成功率和高效井率(據(jù)塔里木油田公司)

4 結(jié)論

1) 本文方法基于等時(shí)沉積+等時(shí)破碎的“雙等時(shí)”格架約束預(yù)測(cè)非均質(zhì)儲(chǔ)層,在塔里木盆地富滿油田某區(qū)塊取得良好應(yīng)用效果,指導(dǎo)儲(chǔ)量研究、方案編制、井位部署與實(shí)施,鉆井成功率保持在95%以上,高效井比例達(dá)到75%。

2) 建立與走滑斷裂破碎帶相匹配的非均質(zhì)低頻模型的關(guān)鍵步驟是獲得能夠表征非均質(zhì)地質(zhì)體的非均質(zhì)特性斷裂。其中包括裂縫、溶蝕孔隙、洞穴和三種類型的隨機(jī)空間組合。如有必要,可以使用多種屬性融合以約束建立該模型。