李宗杰,劉 群,李海英,唐文榜,姚 姚

(1.北京大學(xué),北京100871;2.中國(guó)石油化工股份有限公司西北油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院,新疆烏魯木齊830011;3.北京軟島科技有限公司,北京100083;4.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢),湖北武漢430074)

塔河油田下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖儲(chǔ)層的主要儲(chǔ)集空間為巖溶溶蝕洞、孔、縫、隙,其中溶洞型儲(chǔ)集體是油藏的主體。油藏驅(qū)動(dòng)能量主要以彈性驅(qū)及彈性水壓驅(qū)動(dòng)為主。多年的油田開(kāi)發(fā)實(shí)踐發(fā)現(xiàn),以串珠狀地震反射為表征的充填流體的溶洞,既鉆出不少高產(chǎn)油井,也鉆遇不少水井。這些井的油水關(guān)系非常復(fù)雜,油氣分布規(guī)律尚不明朗,鉆遇水井的幾率升高。因此,正確識(shí)別縫洞型油藏中的油和水已經(jīng)成為塔河油田碳酸鹽巖油藏開(kāi)發(fā)的重要基礎(chǔ)工作,研究探索適合于碳酸鹽巖縫洞型儲(chǔ)集體中油水識(shí)別的新的地震屬性及其相應(yīng)的實(shí)用技術(shù)方法,對(duì)塔河油田開(kāi)發(fā)部署是十分有意義的工作。

區(qū)分油藏中的油、氣、水是一個(gè)高難度的前沿課題,長(zhǎng)期以來(lái)吸引了眾多地球物理工作者的關(guān)注,投入了大量的試驗(yàn)研究工作。普遍認(rèn)為,利用地震波信息估算地層彈性參數(shù)有利于確定地下介質(zhì)的巖石物理性質(zhì),由此可辨識(shí)孔隙介質(zhì)所含流體的性質(zhì),進(jìn)而發(fā)現(xiàn)定向分布的裂隙,因此受到國(guó)內(nèi)外專家的重視。多年來(lái),從彈性波基礎(chǔ)理論到各種地震反演方法,以及多波多分量數(shù)據(jù)的采集、處理和解釋,開(kāi)展了多方面的研究與探討,包括利用反射波振幅隨偏移距變化的AVO分析、疊前彈性反演等,以及開(kāi)展3D3C地震勘探、轉(zhuǎn)換波勘探等[1-11]。通過(guò)AVO分析、疊前彈性反演從現(xiàn)有地震反射波數(shù)據(jù)中提取截距(P)、梯度(G)、相對(duì)泊松比(Δσ),以及縱橫波速度比(vP/vS)、彈性模量(λ,μ,ρ)及其組合。3D3C地震勘探、轉(zhuǎn)換波勘探則希望直接觀測(cè)到縱波和橫波,用以檢測(cè)儲(chǔ)層巖性和含流體性。這些研究試驗(yàn)工作多集中在砂巖儲(chǔ)層中的油、氣、水識(shí)別。

在碳酸鹽巖縫洞型儲(chǔ)集體中,油藏的主體是規(guī)模較大的流體充填溶洞。由于大型洞穴中的流體不傳播橫波,無(wú)法提取像砂巖儲(chǔ)層中辨識(shí)油、氣、水的有效彈性參數(shù),如縱、橫波速度和彈性模量等。因此,疊前彈性反演技術(shù)的應(yīng)用受到限制。為此,專家學(xué)者們開(kāi)展了地震數(shù)據(jù)頻率域的油水識(shí)別研究工作。自20世紀(jì)90年代以來(lái),經(jīng)過(guò)多年的努力,逐步總結(jié)出一套碳酸鹽巖中溶洞儲(chǔ)集體的識(shí)別技術(shù),大大提高了鉆井命中率[12]。通過(guò)進(jìn)一步的應(yīng)用試驗(yàn),形成了以地震資料頻譜特征差異為基礎(chǔ)的瞬時(shí)諧頻特征(HFC)分析技術(shù)[13-15],并首先在塔河油田下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖縫洞型儲(chǔ)集體油水識(shí)別的實(shí)際應(yīng)用中取得了成功。

瞬時(shí)諧頻特征分析技術(shù)不同于已有的頻譜分解(時(shí)頻分析)技術(shù),不是利用單個(gè)時(shí)頻域?qū)傩?而是利用反射波頻譜特征差異來(lái)辨識(shí)薄儲(chǔ)層(體)含油氣性。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),以地震可檢測(cè)性分辨率[2,5-6]為理論基礎(chǔ),以隨機(jī)介質(zhì)模型和交錯(cuò)網(wǎng)格有限差分彈性波動(dòng)方程正演為手段,研究小尺度非規(guī)則的溶洞型儲(chǔ)集體反射波的頻譜特征差異,并用已知井中縫洞儲(chǔ)集體井旁道的頻譜與之比對(duì),總結(jié)頻譜特征差異與含油、水的相關(guān)關(guān)系,建立油水識(shí)別模式。由于頻譜特征及其差異難以直接用來(lái)在對(duì)縫洞儲(chǔ)集體的油、水平面展布作出預(yù)測(cè),因此,采用不同頻率諧波的振幅(能量和能量比)、相位,以及高頻振幅隨頻率的變化率等多個(gè)敏感HFC屬性,描述頻譜的這些差異。最后,通過(guò)這些敏感屬性的交會(huì)分析來(lái)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層(體)含油氣性的識(shí)別。

我們重點(diǎn)介紹縫洞型儲(chǔ)集體HFC技術(shù)油水識(shí)別的正演模擬實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ),并展示了HFC技術(shù)在塔河油田下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖縫洞型儲(chǔ)集體油水識(shí)別中應(yīng)用的實(shí)際效果。

1 縫洞型儲(chǔ)集體HFC油水識(shí)別的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)

實(shí)現(xiàn)溶洞型儲(chǔ)集體中HFC技術(shù)油水識(shí)別的應(yīng)用研究,首先需要了解溶洞中充填油和水時(shí)的頻譜特征差異。為此,制作了不同充填物的溶洞模型,本次實(shí)驗(yàn)中，由于溶洞間距過(guò)大，無(wú)法按實(shí)際比例同時(shí)顯示，故僅給出單個(gè)溶洞模型示意，如圖1

圖1 溶洞模型示意

所示。模型中溶洞高度10m,寬度50m(相當(dāng)于碳酸鹽巖儲(chǔ)層中的波長(zhǎng)1/4);骨架圍巖縱波速度為6000m/s,密度為2.7g/cm3;在溶洞形態(tài)、尺度保持不變的條件下,洞中分別充填12種固態(tài)和液態(tài)物質(zhì),其性質(zhì)和彈性參數(shù)列于表1。溶洞壁的界面反射系數(shù),對(duì)于固態(tài)充填物為0.07～0.38,對(duì)于流體充填物為0.82～0.89。

圖2是表1中給出的12個(gè)不同充填物溶洞(M1至M12)模型的正演模擬自激自收地震記錄偏移剖面,可以看出,洞壁界面反射系數(shù)大于0.8時(shí),出現(xiàn)強(qiáng)的繞射波;洞壁界面反射系數(shù)為0.3～0.4時(shí),出現(xiàn)中等-弱繞射波。

表1 溶洞模型中充填物的性質(zhì)和彈性參數(shù)

圖2 12個(gè)不同充填物溶洞模型正演模擬地震記錄偏移剖面

圖3a是12個(gè)不同充填物溶洞模型正演模擬地震響應(yīng)短反射的振幅譜(圖中紅色曲線是含油溶洞的譜線,藍(lán)色曲線是含水溶洞的譜線);圖3b是其中M8(充水)、M9和M10(充油)溶洞振幅譜的單獨(dú)顯示,用以說(shuō)明充油溶洞和充水溶洞的振幅譜差異。

由圖3可以看出:①12個(gè)溶洞模擬地震響應(yīng)的振幅譜的諧振頻率(主頻)均為20Hz,與正演所用雷克子波的諧振頻率一致;②充填固態(tài)物質(zhì)的M1至M7溶洞,振幅極值是充填流體溶洞的1/3,甚或更小;振幅譜基本沒(méi)有出現(xiàn)次級(jí)極值,整體的振幅變化率較小(斜率小);③充填油和水的M8至M12溶洞,振幅譜出現(xiàn)了次級(jí)極值,高邊頻帶的振幅變化率(斜率)大;④充填液態(tài)油的M9和M10溶洞的振幅譜在高頻部分振幅變大,大于充填水的M8溶洞的振幅譜(圖3b)。

圖3 12個(gè)不同充填物溶洞模型(a)及其中3個(gè)充填油和水溶洞模型(b)正演短反射的振幅譜

2 含油與含水縫洞型儲(chǔ)集體的頻譜特征

不同充填物溶洞模型的正演模擬結(jié)果表明,利用高頻段振幅譜差異可以區(qū)分充油溶洞和充水溶洞,實(shí)際地震數(shù)據(jù)和井中資料分析是否能得到相同或相似的結(jié)果呢？對(duì)塔河油田十區(qū)的30口井井旁地震道對(duì)應(yīng)產(chǎn)層的頻譜差異特征(圖4)與油水關(guān)系進(jìn)行分析。

分析圖4可以看出:①溶洞型儲(chǔ)集體油井和水井井旁地震道振幅譜的優(yōu)勢(shì)頻帶(主頻段)為強(qiáng)振幅;優(yōu)勢(shì)頻帶弱振幅與坍塌洞穴型和非溶洞型儲(chǔ)集體的相對(duì)應(yīng);②高于優(yōu)勢(shì)頻率的高頻段相對(duì)強(qiáng)振幅指示與溶洞型有關(guān)的油井;③諧振頻帶中、低振幅指示非溶洞或坍塌(充填)洞穴儲(chǔ)集體,其中相對(duì)強(qiáng)振幅指示含油儲(chǔ)集體,相對(duì)弱振幅則指示干井。

井旁地震道反射波振幅譜的這些特征與正演模擬的振幅譜有很好的相似性,即優(yōu)勢(shì)頻帶的強(qiáng)振幅、高于優(yōu)勢(shì)頻率頻段的相對(duì)強(qiáng)振幅與油井關(guān)系有很好的對(duì)應(yīng),說(shuō)明振幅譜的這些特征可以用來(lái)識(shí)別碳酸鹽巖縫洞型儲(chǔ)集體的含油性。

圖4 塔河油田十區(qū)不同類型儲(chǔ)集體的油、水井井旁地震道振幅譜特征(紅色譜線為油井(即油水井);藍(lán)色譜線為水井;黑色譜線為干井)

實(shí)際地震數(shù)據(jù)和井中資料的分析結(jié)果表明,優(yōu)勢(shì)頻率(主頻)段振幅是區(qū)分充填流體洞穴與坍塌-充填洞穴的主要依據(jù);溶洞型儲(chǔ)集體含油、含水的高頻段頻譜特征差異大,30Hz以上的高頻段振幅的差異是區(qū)分含油和含水的主要標(biāo)志。也許因?yàn)樵诘卣鹛幚磉^(guò)程中低頻成分被濾掉,而凸顯了高頻特征差異,即高頻成分的振幅、高頻段振幅變化率,以及由此產(chǎn)生的頻帶寬度變化非常明顯,可以更好地表征頻譜特征的差異,因而在識(shí)別油和水方面,高頻特征較之于低頻特征更為有效。因此,優(yōu)勢(shì)頻率(主頻)振幅、優(yōu)勢(shì)頻寬(主頻段)、高頻段振幅梯度、頻帶寬度等可以作為縫洞型儲(chǔ)集體識(shí)別油和水的敏感屬性。根據(jù)振幅譜的這些特征即形成了如圖4右側(cè)所示的縫洞型儲(chǔ)集體油水識(shí)別模式。

3 塔河油田縫洞型儲(chǔ)集體HFC油水識(shí)別

在塔河油田托普臺(tái)地區(qū)和十區(qū)進(jìn)行縫洞型儲(chǔ)集體HFC油水識(shí)別試驗(yàn)。分別利用21口和19口已知井作為樣本井,對(duì)各200km2三維地震數(shù)據(jù)進(jìn)行HFC技術(shù)的應(yīng)用研究。選用了高頻梯度(高頻段振幅變化率)、梯度截距、諧振能量、頻譜積分能量,以及20,25,32,40Hz諧波振幅等8種HFC屬性,進(jìn)行交會(huì)分析。

圖5是托普臺(tái)地區(qū)19口樣本井的高頻梯度直方圖。高頻梯度(人們常將其稱之為“衰減梯度”)通常被認(rèn)為是識(shí)別油水的重要屬性,但由圖5可以看出,根據(jù)高頻梯度單一屬性并不能正確區(qū)分油和水。因此,需要用多種HFC屬性進(jìn)行綜合分析才可以更好地識(shí)別碳酸鹽巖縫洞型儲(chǔ)集體中的油和水。圖6為托普臺(tái)地區(qū)8種HFC屬性交會(huì)分析方法,圖中同時(shí)給出了每種屬性的數(shù)值范圍(門檻值)。

圖5 塔河油田托普臺(tái)地區(qū)19口樣本井的高頻梯度直方圖顯示

圖6 托普臺(tái)地區(qū)8種HFC屬性交會(huì)分析方法

多種HFC屬性的交會(huì)分析得到表征油水展布的HFC異常值。圖7給出了托普臺(tái)一條連井測(cè)線的地震剖面和油水識(shí)別的HFC異常剖面,剖面上標(biāo)注了已知樣本井的含油水性。由圖7可見(jiàn),在地震剖面上與油井對(duì)應(yīng)的是許多強(qiáng)的串珠,但也有與水井相對(duì)應(yīng)的。在油水識(shí)別的HFC剖面上,與油井對(duì)應(yīng)的串珠以強(qiáng)HFC異常出現(xiàn);而與水井對(duì)應(yīng)的串珠,則是較弱的HFC異常。圖8 是托普臺(tái)T74面下32ms油水識(shí)別的HFC異常平面切片，可以看到HFC異常的平面展布呈網(wǎng)絡(luò)狀特征,與下古生界的斷裂體系(圖中粉色線)有較好的一致性(圖中北西向是加里東期斷裂,北東向是海西期斷裂,近東西向是喜山期斷裂)。

對(duì)塔河油田托普臺(tái)地區(qū)和十區(qū)HFC識(shí)別的結(jié)果用驗(yàn)證井(盲井)進(jìn)行驗(yàn)證,其中托普臺(tái)16口驗(yàn)證井,十區(qū)27口驗(yàn)證井。在這兩個(gè)研究區(qū)合計(jì)43口驗(yàn)證井中,實(shí)鉆油井22口,占51.2%。HFC油水識(shí)別分析的結(jié)果,在43口井中共識(shí)別出油井28口,油水井1口,水井和干井14口。識(shí)別出的29口油井中,實(shí)際鉆遇油井22口,識(shí)別符合率達(dá)到75.9%;識(shí)別出的14口水(干)井實(shí)鉆為13口,識(shí)別符合率達(dá)到92.8%以上;油井和水(干)井總的識(shí)別符合率達(dá)到81.4%。

圖7 塔河油田托普臺(tái)地區(qū)一條過(guò)井測(cè)線的地震剖面(a)和油水識(shí)別的HFC異常剖面(b)

圖8 塔河油田托普臺(tái)地區(qū)T74面下32ms油水識(shí)別HFC平面切片及下古生界斷裂系統(tǒng)(粉色線)

這些應(yīng)用結(jié)果證明瞬時(shí)諧頻特征(HFC)分析技術(shù)在塔河油田進(jìn)行碳酸鹽巖縫洞型儲(chǔ)集體油水識(shí)別效果良好,取得了較高的油層和水(干)層識(shí)別率,有利于提高開(kāi)發(fā)井的成功率,降低碳酸鹽巖縫洞型油藏的開(kāi)發(fā)成本。

4 結(jié)論

1) 瞬時(shí)諧頻特征(HFC)油水識(shí)別技術(shù)以頻譜特征的差異辨識(shí)薄儲(chǔ)層(體)的含油氣性。以已知井的含油氣性與產(chǎn)層段井旁地震道反射波頻譜特征差異的相關(guān)性建立油水識(shí)別模式,據(jù)此選擇出多個(gè)敏感HFC屬性,用來(lái)表征頻譜特征差異;確定敏感屬性的數(shù)值范圍(門檻值)并進(jìn)行交會(huì)分析,得到指示油水分布的HFC異常。

2) 正演模擬研究與實(shí)鉆井井旁地震道的HFC分析結(jié)果表明,縫洞型儲(chǔ)集體在含油和含水時(shí),其頻譜特征具有較大的差異,即優(yōu)勢(shì)頻帶振幅、高于優(yōu)勢(shì)頻帶的高頻段的振幅、優(yōu)勢(shì)頻帶寬度以及高頻段振幅變化率(高頻梯度)存在明顯差異。通過(guò)多個(gè)敏感HFC屬性的綜合分析可以辨識(shí)縫洞型儲(chǔ)集體中的油和水。

3) 對(duì)塔河油田托普臺(tái)地區(qū)和十區(qū)兩個(gè)研究區(qū)的碳酸鹽巖縫洞型儲(chǔ)集體進(jìn)行HFC油水識(shí)別,對(duì)其結(jié)果用43口井(盲井)驗(yàn)證,符合35口井,識(shí)別符合率達(dá)到81.4%。

本文應(yīng)用研究的結(jié)果表明,HFC技術(shù)是塔河油田碳酸鹽巖縫洞型儲(chǔ)集體油水識(shí)別的一種有效的新方法技術(shù)。

參 考 文 獻(xiàn)

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