潛山儲層定量預(yù)測技術(shù)研究與應(yīng)用
——以珠江口盆地惠州凹陷H潛山為例

陳人杰,劉 杰,徐樂意,劉徐敏,胡 坤

(中海石油(中國)有限公司深圳分公司,廣東深圳518000)

隨著油氣勘探程度的不斷深入,在組成盆地基底潛山的某些孔縫性巖石中,發(fā)現(xiàn)了工業(yè)性油氣藏,甚至是大型高產(chǎn)油氣藏。勘探實踐表明,潛山是深層油氣富集的重要領(lǐng)域,具有巨大的勘探潛力[1-3]?；葜莅枷菔侵榻谂璧赜蜌饪碧降闹饕獏^(qū)域,在過去的40年中,其探明石油地質(zhì)儲量約占珠江口盆地石油地質(zhì)儲量的一半,已建成惠州、西江兩大油氣生產(chǎn)群[4-5]。隨著勘探程度的深入,淺層常規(guī)勘探目標(biāo)不斷減少,迫使勘探工作向深層新領(lǐng)域轉(zhuǎn)型?；葜莅枷莸奈髂喜砍墒靺^(qū)域存在多個富烴洼陷,潛山成藏條件十分優(yōu)越,準(zhǔn)確預(yù)測潛山儲層的發(fā)育情況是勘探成功的關(guān)鍵。

潛山儲層預(yù)測方法主要包括地質(zhì)、測井及地震三大類。其中,地質(zhì)法主要包括古地貌恢復(fù)、應(yīng)力場反演等,該類方法分辨率較低[6];測井法主要通過成像測井、自然伽馬、密度、聲波等多種物性參數(shù)進(jìn)行綜合分析,但僅限于井筒周圍區(qū)域,難以對儲層的橫向分布進(jìn)行刻畫[7];地震法主要是通過對潛山儲層的地震響應(yīng)特征進(jìn)行分析,并提取地震數(shù)據(jù)的波形、振幅和頻率等屬性,預(yù)測裂縫的發(fā)育特征,具體方法包括相干分析、曲率分析、振幅屬性、頻率和吸收衰減屬性、彈性反演以及各向異性分析等[8-10]。

惠州凹陷H潛山位于惠州26洼南部富烴洼陷內(nèi),是由兩條北西西向斷層共同控制的斷塊,主要目的層為基底潛山。潛山儲層埋藏深度較深,非均質(zhì)性強(qiáng),儲層發(fā)育和分布的制約因素復(fù)雜,常規(guī)彈性參數(shù)對“甜點”儲層區(qū)分度低,彈性反演儲層預(yù)測效果不理想。此外,研究區(qū)地震資料僅包含兩個方位,無法開展基于方位各向異性的裂縫預(yù)測,疊后地震屬性很難有效刻畫潛山內(nèi)幕復(fù)雜斷裂體系,以上問題制約了該區(qū)的勘探評價進(jìn)程。針對惠州凹陷H潛山儲層預(yù)測面臨的難題,本文在借鑒國內(nèi)外類似潛山儲層預(yù)測技術(shù)的基礎(chǔ)上,結(jié)合研究區(qū)地震資料基礎(chǔ)及地質(zhì)特點,基于潛山風(fēng)化裂縫帶、內(nèi)幕裂縫帶儲層主控因素的分析,對風(fēng)化裂縫帶“甜點因子”儲層定量表征、基于正交雙方位地震資料的潛山微斷裂預(yù)測兩項關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究,實現(xiàn)了潛山儲層的預(yù)測,且預(yù)測結(jié)果得到探井和評價井的驗證。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

珠江口盆地位于華南大陸邊緣,面積約26.7×104km2,油氣資源豐富。惠州凹陷位于珠江口盆地珠一坳陷中部,其周緣已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多個油田,是珠江口盆地已證實的富烴凹陷之一。H潛山位于惠州凹陷西南部的惠南斷裂-背斜復(fù)合構(gòu)造帶,先存斷裂共軛發(fā)育,具有典型的轉(zhuǎn)換斷裂活動特征,基底地層構(gòu)造變形強(qiáng)烈(圖1)。

圖1 珠江口盆地惠州凹陷構(gòu)造綱要

2 潛山儲層特征及發(fā)育機(jī)制分析

結(jié)合惠州凹陷已鉆井的潛山儲層發(fā)育規(guī)律,對錄井資料、測井資料、巖屑、壁心和巖心觀察以及鑄體薄片等多種資料進(jìn)行綜合分析,將潛山儲層縱向分為風(fēng)化裂縫帶和內(nèi)幕裂縫帶(圖2)。風(fēng)化裂縫帶的儲集空間主要由裂縫和溶蝕孔洞組成,由于受到風(fēng)化作用的影響,巖心上出現(xiàn)了大量與裂縫伴生的溶蝕孔洞,其直徑為2～5mm,聲波速度表現(xiàn)出高低變化,電阻率較低,伽馬曲線(GR)變化幅度較小。內(nèi)幕裂縫帶的儲集空間以裂縫為主,主要由構(gòu)造運動形成的構(gòu)造伴生縫組成,通過鏡下薄片分析、巖心觀察、成像測井,可以看到其儲集空間是由多種尺度的裂縫組成的。內(nèi)幕裂縫帶表現(xiàn)為高聲波速度,電阻率整體仍呈低值,伽馬曲線波動較風(fēng)化裂縫帶頻繁。因此,在潛山儲層預(yù)測中,應(yīng)該結(jié)合不同裂縫帶的特點,采用不同的方法和技術(shù)來評價。

注:GR—自然伽馬曲線;RD—電阻率曲線;AC—聲波時差曲線。

3 潛山地震資料特征

研究區(qū)內(nèi)有兩個方向采集的三維地震資料,采集方向分別為18°和110°,原先的一次處理主要針對潛山上覆地層,而潛山頂面及內(nèi)幕信噪比低、有效信號弱,因而地震資料成像質(zhì)量差(圖3a)。在開展?jié)撋絻宇A(yù)測前從實際問題出發(fā),分別采用高保真多域噪聲衰減技術(shù)、并聯(lián)多次波壓制技術(shù)、雙方位融合成像技術(shù)和潛山內(nèi)幕優(yōu)化成像技術(shù)等,對地震資料進(jìn)行了優(yōu)化重處理。對比潛山針對性處理前、后效果(圖3a,圖3b)可以看出,重處理后,剩余多次波得到去除,雜亂噪聲得到有效壓制,反射信號明顯增強(qiáng),斷裂成像效果得到顯著改善,反射更加連續(xù)。潛山有效頻帶寬度為6～30Hz,主頻約為15Hz,為后續(xù)疊前反演及斷裂預(yù)測提供了較好的資料基礎(chǔ)。

圖3 過惠州凹陷H潛山重處理前(a)、后(b)地震剖面

4 潛山儲層定量表征技術(shù)

基于豐富的鉆井、測井及雙方位地震等多種資料,結(jié)合潛山儲層的縱向分帶性及儲層發(fā)育主控因素的分析,開展了風(fēng)化裂縫帶“甜點因子”儲層定量表征技術(shù)及基于正交雙方位地震資料的微斷裂預(yù)測技術(shù)研究,提高了潛山儲層預(yù)測的精度,為研究區(qū)探井和評價井部署提供了有力支撐。

4.1 潛山風(fēng)化裂縫帶“甜點因子”構(gòu)建技術(shù)

巖石物理分析表明,由于受風(fēng)化作用改造,風(fēng)化裂縫帶儲集空間以裂縫和溶蝕孔洞為主,孔隙度平均值約6%,滲透率平均值約2mD(1mD≈0.987×10-3μm2),為特低孔、特低滲儲層,有較強(qiáng)的非均質(zhì)性和復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果表明,當(dāng)孔隙度較低時,傳統(tǒng)統(tǒng)計回歸法和測井多礦物解釋法計算的儲層滲透率精度很低,不滿足“甜點”儲層研究的要求[11]。因此,需要開展?jié)撋綆r石物理機(jī)理研究,深入到儲層描述的具體細(xì)節(jié)。潛山儲層是由礦物骨架、孔隙及充填其中的流體所形成的多相介質(zhì),對于低滲儲層孔隙形狀對滲透率的影響起到了非常重要的作用,其相關(guān)研究越來越受到重視。BERRYMAN[12]討論了孔隙形狀參數(shù)與介質(zhì)模量之間的關(guān)系,KUSTER等[13]推導(dǎo)了孔隙形狀與彈性模量的理論公式,KEYS等[14]提出了干巖石模量與孔隙度變化關(guān)系的經(jīng)驗?zāi)Ｐ?簡稱Keys-Xu模型),李小彬[15]研究了巖石孔隙結(jié)構(gòu)表征及彈滲屬性的關(guān)系。

本文對致密潛山儲層彈性模量與孔隙結(jié)構(gòu)的關(guān)系進(jìn)行了研究,從Keys-Xu模型出發(fā),推導(dǎo)了新的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)計算方法,得到了儲層“甜點因子”屬性,并應(yīng)用到研究區(qū)“甜點”儲層預(yù)測,取得了良好效果。

基于有效介質(zhì)理論,KEYS等[14]建立了干巖石模量、孔隙度、礦物模量和孔隙空間結(jié)構(gòu)之間的函數(shù)關(guān)系:

μdry=μm(1-φ)q

(1)

式中:μdry為干巖石剪切模量;μm為礦物剪切模量;φ為孔隙度;q為與孔隙空間結(jié)構(gòu)相關(guān)的參數(shù)。

剪切模量不受流體影響,因此,飽和巖石的剪切模量等于干巖石剪切模量,即:

μsat=μdry

(2)

式中:μsat為飽和巖石的剪切模量。

將公式(1)代入公式(2),有:

μsat=μm(1-φ)q

(3)

對(3)式兩側(cè)同時除以μm:

μsat/μm=(1-φ)q

(4)

對(4)式兩側(cè)取對數(shù):

ln(μsat/μm)=qln(1-φ)

(5)

q=ln(μsat/μm)/ln(1-φ)

(6)

因μsat=ISvS,故(6)式可進(jìn)一步寫為:

q=ln(ISvS/μm)/ln(1-φ)

(7)

其中,vS為橫波速度,IS為橫波阻抗。

設(shè)潛山礦物剪切模量μm為常數(shù),孔隙度φ與縱波阻抗IP成線性關(guān)系,(7)式可進(jìn)一步改寫成:

q=ln(ISvS/a)/ln(1-bIP)

(8)

其中,a,b為常數(shù),根據(jù)區(qū)域已鉆井巖石物理規(guī)律統(tǒng)計獲得。上述公式表明,孔隙空間結(jié)構(gòu)與橫波阻抗、橫波速度、縱波阻抗等參數(shù)相關(guān)。通過疊前彈性反演,可以獲得(8)式中的彈性參數(shù),從而計算出孔隙空間結(jié)構(gòu)參數(shù)。由于在公式推導(dǎo)中進(jìn)行了近似,因此本文將該孔隙空間結(jié)構(gòu)參數(shù)稱為“甜點因子”屬性。

采用公式(8)計算潛山A井的“甜點因子”,并將其與vP/vS屬性進(jìn)行了對比。分析結(jié)果表明,“甜點因子”對裂縫-孔隙型和孔隙裂縫型兩種滲透率較高的儲層具有較好的識別能力,兩類儲層集中在高值區(qū)域;vP/vS屬性對裂縫-孔隙型和孔隙裂縫型兩種儲層的識別能力較低,不同類型的儲層相互疊置在一起(如圖4所示)。

圖4 已鉆井特征分析a A井測井特征; b 不同類型儲層vP/vS直方圖; c “甜點因子”直方圖

本文采用疊前反演技術(shù)預(yù)測了研究區(qū)三維彈性參數(shù)體,利用公式(8)計算了風(fēng)化裂縫帶的“甜點因子”屬性(圖5),與常規(guī)縱橫波速度比反演結(jié)果對比可以看出,新構(gòu)建的“甜點因子”對優(yōu)質(zhì)儲層的區(qū)分度更高,A井、C井風(fēng)化帶均較發(fā)育,B井區(qū)風(fēng)化帶不發(fā)育,該差異在縱橫波速度比剖面上無法區(qū)分,但在“甜點因子”剖面上可以較好區(qū)分。

圖5 常規(guī)縱橫波速度比反演剖面(a)與“甜點因子”反演剖面(b)的對比

通過提取風(fēng)化裂縫帶“甜點因子”層間均方根屬性,分析“甜點因子”平面展布特征,發(fā)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)儲層主要分布在構(gòu)造高部位風(fēng)化作用較強(qiáng)烈的區(qū)域,A井、C井位于風(fēng)化裂縫帶的“甜點”儲層發(fā)育區(qū)域,B井處“甜點”儲層不發(fā)育。在B井鉆探失利后開展了該項研究,其預(yù)測結(jié)果為C井井位的選取提供了有力支撐,且與鉆井結(jié)果吻合(圖6)。

4.2 基于正交雙方位地震資料的潛山微斷裂預(yù)測技術(shù)

研究區(qū)域中生代受擠壓構(gòu)造背景影響,先存斷裂體系發(fā)育。潛山內(nèi)幕裂縫帶儲層以構(gòu)造運動形成的構(gòu)造伴生縫為主,因此,開展微斷裂識別對于預(yù)測裂縫儲層發(fā)育帶具有重要指示意義。

地震斷裂識別方法主要分為縱波、橫波、多波及微震等幾大類。其中,縱波斷裂識別最為常用,具體包括螞蟻體、相干體、曲率、紋理等疊后各相異性屬性及疊前方位各向異性斷裂預(yù)測[16-18]。受限于海上地震采集條件及采集成本,海上全方位采集尚未廣泛開展和應(yīng)用,目前海上斷裂預(yù)測主要基于單方位采集地震資料。

為了克服傳統(tǒng)單一方位地震斷裂預(yù)測的局限性,結(jié)合研究區(qū)域雙方位正交采集地震資料的優(yōu)勢,研究了基于正交雙方位地震資料的潛山微斷裂預(yù)測技術(shù)。該技術(shù)首先利用螞蟻體技術(shù)對不同方位斷裂進(jìn)行識別,實現(xiàn)對正交雙方位地震資料的優(yōu)勢方位斷裂信息提取;再將提取出的不同方位的優(yōu)勢斷裂信息進(jìn)行等權(quán)融合,形成一個新的數(shù)據(jù)體。最終,實現(xiàn)對潛山內(nèi)幕斷裂的精細(xì)刻畫。

螞蟻體技術(shù)是一種在地球物理領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的有效斷裂識別技術(shù),該技術(shù)的核心算法源于20世紀(jì)90年代中期提出的蟻群算法,通過模擬自然界中螞蟻覓食行為,利用人工螞蟻智能群體間的信息傳遞來達(dá)到全局尋優(yōu)目的[19]。螞蟻追蹤裂縫識別方法是基于螞蟻算法的原理,通過在地震數(shù)據(jù)體中播撒大量的虛擬螞蟻,發(fā)現(xiàn)滿足預(yù)設(shè)斷裂條件的螞蟻將釋放信息素,召集其它螞蟻集中在該斷裂處對其進(jìn)行追蹤和識別。

由于海上拖纜地震采集方位較窄的特殊性,垂直斷裂采集方向,其成像效果最好。分析雙方位地震屬性切片特征(圖7)可以看出,對于同一條斷裂,垂直該斷裂走向采集成像更好。同時,結(jié)合對應(yīng)的螞蟻體切片特征,可以進(jìn)一步驗證該數(shù)據(jù)方向地震數(shù)據(jù)對應(yīng)的螞蟻體特征更清晰。綜上所述,在垂直斷裂走向采集的地震上響應(yīng)更敏感,這種斷裂方位敏感信息就是不同方位地震對應(yīng)的斷裂優(yōu)勢信息,通過對正交雙方位斷裂優(yōu)勢信息等權(quán)融合最終可以提高潛山裂縫預(yù)測可靠性。

圖7 目標(biāo)區(qū)雙方位2600ms屬性切片對比a 垂直構(gòu)造采集地震振幅; b 平行構(gòu)造采集地震振幅; c 垂直構(gòu)造采集地震螞蟻體; d 平行構(gòu)造采集地震螞蟻體

由于不同采集方位地震資料所刻畫的優(yōu)勢方位斷裂信息不同,所以本文采用螞蟻體技術(shù)對雙方位地震資料進(jìn)行優(yōu)勢方位斷裂追蹤,再將優(yōu)勢追蹤出來的斷裂進(jìn)行信息融合。基于優(yōu)勢方位斷裂螞蟻追蹤結(jié)果(圖8),在垂直區(qū)域主干構(gòu)造北東方向采集的地震資料上追蹤出北西方位的敏感斷裂,而在平行區(qū)域主干構(gòu)造北西方向采集的地震資料上追蹤出北東方位的敏感斷裂,將雙方位優(yōu)勢斷裂信息融合后,可以實現(xiàn)目標(biāo)區(qū)復(fù)雜斷裂體系的全貌刻畫。

圖8 2600ms切片優(yōu)勢融合過程a 垂直構(gòu)造采集地震螞蟻體優(yōu)勢追蹤; b 平行構(gòu)造采集地震螞蟻體優(yōu)勢追蹤; c 優(yōu)勢方位融合螞蟻體追蹤

結(jié)合圖9所示地震剖面與正交雙方位斷裂預(yù)測結(jié)果,分析表明,研究區(qū)域北東向、北西向兩級斷裂均較發(fā)育,傾角較大,以高陡斷裂為主。北西向主要為邊界斷層的伴生次級斷裂,與北東向斷裂相互交切,為裂縫發(fā)育提供了良好的構(gòu)造條件。

圖9 地震剖面(a)與正交雙方位斷裂預(yù)測結(jié)果(b)

為驗證本文方法預(yù)測潛山內(nèi)幕裂縫的可靠性,進(jìn)一步提取了正交雙方位地震資料優(yōu)勢斷裂融合結(jié)果的層間均方根屬性。分析雙方位融合屬性結(jié)果可知,北東向、北西向兩組共軛斷層在研究區(qū)域交錯發(fā)育,兩組斷層交切的區(qū)域即為裂縫密集區(qū)。在圖10所示的A井、C井位置,可以觀察到明顯的斷裂特征,而B井位置則沒有明顯的斷裂特征。這一預(yù)測結(jié)果為評價井C井井位的選取提供了依據(jù),并且與實際鉆井結(jié)果相符。

圖10 惠州凹陷H潛山正交雙方位地震資料微斷裂預(yù)測結(jié)果

5 結(jié)論

本文從潛山儲層成因機(jī)理出發(fā),基于潛山風(fēng)化裂縫帶、內(nèi)幕裂縫帶儲層主控因素的分析,研究了潛山風(fēng)化裂縫帶“甜點因子”構(gòu)建技術(shù)、基于正交雙方位地震資料的潛山微斷裂預(yù)測技術(shù),并基于以上方法預(yù)測了潛山風(fēng)化裂縫帶“甜點”儲層發(fā)育區(qū)和潛山內(nèi)幕微斷裂發(fā)育帶,在惠州凹陷H潛山儲層研究中進(jìn)行了實際應(yīng)用。結(jié)果表明:

1) 風(fēng)化裂縫帶“甜點因子”構(gòu)建技術(shù),相較于常規(guī)彈性參數(shù),提高了“甜點”儲層的識別能力,結(jié)合疊前彈性反演,可以預(yù)測“甜點”儲層平面展布范圍;

2) 正交雙方位地震優(yōu)勢融合潛山裂縫預(yù)測技術(shù)有效彌補(bǔ)了單一方位資料對裂縫信息刻畫的不足,挖掘了不同方位優(yōu)勢斷裂信息,實現(xiàn)了潛山內(nèi)幕微斷裂的精細(xì)刻畫。

針對日趨復(fù)雜的潛山儲層預(yù)測難題,未來的發(fā)展方向是利用“兩寬一高”地震資料來提高預(yù)測精度。為此,需要進(jìn)行針對性的地震資料采集,并研究各向異性裂縫預(yù)測技術(shù)。