劉 杰， 吳國忱， 張忠濤， 朱焱輝， 張文珠， 李志曄

(1.中國石油大學(xué)(華東) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，青島 266580；2.中海石油(中國)有限公司 深圳分公司，深圳 518067)

0 引言

白云凹陷位于珠江口盆地南部珠Ⅱ坳陷，是珠江口盆地面積最大、沉積最厚的富烴凹陷，多年的勘探實(shí)踐證實(shí)了其巨大的油氣資源和勘探潛力，目前已成為南海東部深水區(qū)油氣勘探的主戰(zhàn)場[1-4]。

研究工區(qū)位于白云凹陷東北部，圍繞北側(cè)兩條構(gòu)造脊分別鉆探了多個(gè)構(gòu)造圈閉，其中L27、L29構(gòu)造鉆遇氣層，L16、L15構(gòu)造獲得工業(yè)高產(chǎn)輕質(zhì)油流，L23構(gòu)造鉆探失利。輕質(zhì)油層具有埋藏淺、物性好、油品輕的特點(diǎn)，地震剖面上含油、含氣構(gòu)造均表現(xiàn)為“亮點(diǎn)”反射特征，且彈性參數(shù)差異不明顯，因此常規(guī)方法無法有效地識(shí)別該區(qū)流體性質(zhì)。通過有效的技術(shù)手段對區(qū)域內(nèi)其他潛在目標(biāo)的流體性質(zhì)進(jìn)行合理預(yù)測，是決定該區(qū)勘探部署的重要因素之一(圖1)。

圖1 研究工區(qū)位置示意圖Fig.1 The research area location map

筆者利用地球化學(xué)運(yùn)移示蹤劑和巖石流體包裹體分析等技術(shù)，定量示蹤原油運(yùn)移路徑，劃分輕質(zhì)油有利分布區(qū)；通過流體因子與縱波阻抗彈性參數(shù)交會(huì)分析，重新構(gòu)建了該區(qū)流體巖石物理解釋量版，最終利用基于彈性阻抗的流體因子直接反演技術(shù)有效劃分油、氣、水三種流體性質(zhì)，并成功應(yīng)用于白云深水地區(qū)輕質(zhì)原油的勘探發(fā)現(xiàn)。

圖2 L27井油包裹體檢測照片和正構(gòu)烷烴質(zhì)量摩爾濃度對數(shù)與碳數(shù)關(guān)系圖Fig.2 Well L27 oil inclusion detection picture and n-alkanes molality logarithm and carbon number relation diagram(a)井油包裹體檢測照片；(b)正構(gòu)烷烴質(zhì)量摩爾濃度對數(shù)與碳數(shù)關(guān)系圖

1 地化定量示蹤技術(shù)

1.1 方法原理

巖石流體包裹體和地球化學(xué)運(yùn)移示蹤劑，記錄了地質(zhì)事件中油氣運(yùn)移痕跡，可追蹤油氣運(yùn)移路徑[5]。研究區(qū)L27構(gòu)造盡管為氣藏，但是在氣層段巖心樣品中發(fā)現(xiàn)了石油包裹體，并且通過對該氣藏中的凝析油樣品正構(gòu)烷烴質(zhì)量摩爾濃度對數(shù)與碳數(shù)關(guān)系，可以定量判別該構(gòu)造原來的古油藏遭受晚期的氣洗改造，存在油藏被氣驅(qū)替外溢現(xiàn)象(圖2)。

油氣地球化學(xué)運(yùn)移示蹤主要表現(xiàn)為含氮化合物絕對值量在近洼至遠(yuǎn)洼區(qū)域中，隨運(yùn)移距離的增加而遞減的規(guī)律。從圖3可以看出，在東側(cè)運(yùn)移路徑上遠(yuǎn)離烴源、構(gòu)造高部位的圈閉其含氮化合物絕對值量較低，以原油成藏為主，近源構(gòu)造則反之，反映了該區(qū)早期原油遭后期天然氣驅(qū)替，形成近氣遠(yuǎn)油分布的特點(diǎn)。

圖3 L29、L15、L16的含氮化合物絕對值量對比Fig.3 Nitrogen-containing compounds absolute value comparison of L29,L15,L16

1.2 原油有利分布區(qū)域劃分

依據(jù)上述地化示蹤、油包裹體和氣洗的證據(jù)，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造脊的發(fā)育綜合劃分了輕質(zhì)油的有利成藏區(qū)域(圖4中紅色圈內(nèi))，其中西側(cè)L27氣藏其運(yùn)移路徑的下一站L20、L21構(gòu)造原油成藏的可能性較大。

圖4 研究區(qū)原油有利分布區(qū)域劃分Fig.4 The favorable distribution area partition of crude oil

2 巖石物理分析

烴類檢測的有效方法大多針對天然氣，較少用于對油的識(shí)別，這是因?yàn)橥ǔＧ闆r下油與水的阻抗、密度等彈性參數(shù)比較接近，難以區(qū)分；而L16構(gòu)造的原油密度基本上是在0.6 g/cm3～0.8 g/cm3之間的“輕質(zhì)油”，主力層珠江組下段為濱岸-三角洲沉積體系，砂體厚度大，物性好，屬于中孔、中高滲儲(chǔ)層，地震剖面上含油、含氣構(gòu)造均表現(xiàn)為“亮點(diǎn)”反射特征，差異不明顯，這增加了對油、氣的識(shí)別難度(圖5)。

圖5 研究區(qū)含氣、含油構(gòu)造“亮點(diǎn)”特征Fig.5 The bright spot feature of oil and gas reservoir in research area

“輕質(zhì)油藏”烴類檢測的關(guān)鍵是巖石物理，巖石物理是連接地震屬性與儲(chǔ)層參數(shù)之間的橋梁，精細(xì)可靠的巖石物理分析可以確定儲(chǔ)層巖性、物性、流體性質(zhì)等敏感性彈性參數(shù)組合，并建立起研究區(qū)的巖性、物性、含流體性解釋量版，進(jìn)而確定疊前反演是否有效可行[6-11]。

2.1 Gassmann流體因子

流體因子(fluid factor)的概念最早是由Smith 等[12]提出的，其在當(dāng)時(shí)僅特指由縱、橫波速度相對變化量權(quán)差運(yùn)算構(gòu)成的一種參數(shù)。隨著研究的深入，學(xué)者們依托儲(chǔ)層彈性參數(shù)提出了不同流體因子構(gòu)建方式和相應(yīng)的儲(chǔ)層流體識(shí)別方法[13-19]，Russell 等[20-21]在前人研究的基礎(chǔ)上，基于Biot-Gassmann 方程得到流體飽和條件下的流體因子，該流體因子可通過疊前地震反演或AVO分析獲取縱橫波阻抗、密度信息后再間接計(jì)算獲得。結(jié)合印興耀等[22]提出的基于Russell 近似的彈性阻抗反演方法，筆者構(gòu)建了基于雙相介質(zhì)巖石物理理論的Gassmann流體因子f，可表達(dá)為：

(1)

相比較常規(guī)的基于單相介質(zhì)理論的流體因子類型(泊松比σ，拉梅常數(shù)λρ等)來說，基于雙相介質(zhì)理論得到的Gassmann流體項(xiàng)f能夠更好地表征孔隙流體對巖石介質(zhì)的彈性影響，其主要體現(xiàn)在基于雙相介質(zhì)理論的流體因子受巖石固體骨架等因素的影響要遠(yuǎn)小于基于單相介質(zhì)提出的流體因子。

2.2 流體巖石物理解釋量版

研究區(qū)常規(guī)通過拉梅常數(shù)λρ與縱波阻抗建立的巖石物理量版油、氣、水關(guān)系混疊，識(shí)別難度大，而采用流體因子f與縱波阻抗交會(huì)構(gòu)建主力層段珠江組流體巖石物理解釋量版，具有較高的油氣水識(shí)別精度(圖6)。其中L27氣田和L16油田的井?dāng)?shù)據(jù)用于量版刻度，L20油田、L21油田井?dāng)?shù)據(jù)作為驗(yàn)證，對比量版與測井?dāng)?shù)據(jù)可以看到，流體因子與縱波阻抗的交會(huì)組合在本地區(qū)作為流體劃分效果較好，量版從左下低阻抗、低流體因子值域區(qū)間到右上高阻抗、高流體因子值域區(qū)間依次對應(yīng)含氣區(qū)、含油區(qū)與含水區(qū)；L16、L20、L21油田各井油層段的散點(diǎn)坐標(biāo)均投影在量版含油區(qū)范圍內(nèi)，驗(yàn)證井與先驗(yàn)井具有非常好的聚類性，并且與含氣砂巖、含水砂巖有較好的區(qū)分度。

3 疊前流體因子反演

為克服間接計(jì)算帶來的累計(jì)誤差及密度反演欠合理等問題，我們應(yīng)用文獻(xiàn)[22]中推導(dǎo)的包含Gassmann流體因子的彈性阻抗方程，通過將流體因子融入反演目標(biāo)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)了流體因子直接反演，有效提高了計(jì)算的可靠性與計(jì)算效率。

3.1 流體彈性阻抗方程建立

基于Biot-Gassmann理論，Russell等[20-21]對飽含流體多孔介質(zhì)的AVO理論進(jìn)行了研究，得到反射系數(shù)近似公式為式(2)。

圖6 流體巖石物理解釋量版對比Fig.6 Comparison of lithofacies fluid rock physics template(a)常規(guī)巖石物理量版；(b)流體巖石物理解釋量版

(2)

借鑒Connolly推導(dǎo)彈性阻抗的思想，由式(2)得到彈性阻抗方程：

(3)

式(3)稱為流體彈性阻抗方程,其與常規(guī)彈性阻抗方程的差異是包含干巖石縱橫波速度比參數(shù)γdry，由于γdry具有工區(qū)特定性，在公式(3)中需要針對不同工區(qū)計(jì)算不同的γdry。

3.2 流體因子提取方法

對式(3)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理可以得到式(4)。

(4)

其中：f0、μ0和ρ0分別定義為f、μ和ρ的平均值；EI0是標(biāo)準(zhǔn)化因子，具體表達(dá)式為：

(5)

當(dāng)入射角θ=0時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)化的彈性阻抗取值為聲阻抗Vpρ，當(dāng)入射角非零時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)化的彈性阻抗數(shù)值也在聲阻抗Vpρ附近波動(dòng)，從而將EI(θ)數(shù)值統(tǒng)一到阻抗量綱，且保證了后續(xù)參數(shù)提取的穩(wěn)定性。

為了簡化求解方法，對式(5)進(jìn)行對數(shù)變換，將其轉(zhuǎn)化為線性形式如式(6)所示。

(6)

通過彈性阻抗反演得到三個(gè)角度的絕對彈性阻抗數(shù)據(jù)體之后，可以構(gòu)建方程組(7)。

(7)

圖7 常規(guī)反演與流體檢測結(jié)果對比Fig.7 Comparison of conventional inversion and fluid detection result(a)常規(guī)λρ反演剖面；(b)流體巖石物理量版解釋剖面

最終通過求解方程組(7)即可得到任意采樣點(diǎn)處的Gassmann流體因子，剪切模量以及密度參數(shù)。

4 應(yīng)用效果分析

圖7是在地化示蹤技術(shù)劃定的有利運(yùn)移路徑上，利用流體因子直接反演技術(shù)得到的過L20、L27和L23構(gòu)造的流體檢測結(jié)果與常規(guī)λρ反演剖面的對比。

從圖7可以看到，在常規(guī)λρ反演剖面上L20油田與L27氣田、L23干井目的層段均表現(xiàn)為較低的λρ特征，而L20、L23構(gòu)造均位于L27構(gòu)造高部位，鉆前判斷其可能都是氣層與實(shí)鉆結(jié)果不符；而在流體檢測剖面上能夠很清晰判斷L20、L23構(gòu)造內(nèi)的低λρ異常并不是氣層的響應(yīng)，分別是輕質(zhì)油和水的特征，并且從流體檢測剖面刻畫的含油、含氣異常范圍也與井上實(shí)鉆的油水、氣水界面相吻合。

5 結(jié)論

1)針對白云深水地區(qū)原油識(shí)別難度大，傳統(tǒng)方法無法有效區(qū)分油、氣、水等流體性質(zhì)的難題，初步形成了一項(xiàng)適用于輕質(zhì)油藏綜合預(yù)測的地化示蹤、物探烴檢技術(shù)組合。

2)利用地球化學(xué)運(yùn)移示蹤劑和流體包裹體巖石分析等技術(shù)，可定量示蹤輕質(zhì)油運(yùn)移路徑，劃分原油有利成藏區(qū)帶。

3)結(jié)合流體巖石物理解釋量版及流體因子直接反演技術(shù)，可有效識(shí)別目標(biāo)級的油、氣藏分布，整個(gè)技術(shù)流程可操作性強(qiáng)， 對白云深水地區(qū)的下一步勘探部署提供了參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 米立軍,柳保軍,何敏，等．南海北部陸緣白云深水區(qū)油氣地質(zhì)特征與勘探方向[J].中國海上油氣,2016,28(2):10-22.

MI L J, LIU B J, HE M, et al. Petroleum geology characteristics and exploration direction in Baiyun deep water sea, northern continental margin of the south China sea[J]. China Offshore Oil and Gas,2016, 28(2):10-22.(In Chinese)

[2] 龐雄,陳長民,彭大鈞,等.南海珠江深水扇系統(tǒng)及油氣[M].北京:科學(xué)出版社,2007.

PANG X, CHEN C M, PENG D J, et al. The pearl river deep-water fan system & petroleum in south China sea [M]. Beijing: Science Press, 2007. (In Chinese)

[3] 張忠濤,秦成崗,高鵬,等.珠江口盆地番禺—流花地區(qū)天然氣成藏特征及主控因素分析[J].天然氣地球科學(xué),2011,22(5):778-783.

ZHANG Z T, QIN C G, GAO P, et al. Accumulation of natural gas and main controlling factors in PY2LH zone in Zhujiang river mouth basin[J]. Natural Gas Geoscience, 2011, 22(5):778-783. (In Chinese)

[4] 劉杰,張忠濤,劉道理,等. 強(qiáng)反射背景下沉積體邊界檢測及流體識(shí)別方法[J].石油物探, 2016, 55(1): 142-149.

LIU J, ZHANG Z T, LIU D L, et al. Sediment boundary identification and fluid detection for the seismic data with strong background reflections[J]. Geophysical Prospecting for Petroleum, 2016, 55(1) : 142-149. (In Chinese)

[5] 朱俊章, 施和生, 龐雄, 等. 白云深水區(qū)東部油氣成因來源與成藏特征[J]. 中國油氣勘探, 2012, 4(4): 20-29.

ZHU J Z, SHI H S, PANG X, et al. Origins and accumulation characteristics of hydrocarbons in eastern baiyun deepwater area[J]. China Petroleum Exploration,2012, 4(4):20-29. (In Chinese)

[6] 劉杰,秦成崗,張忠濤,等.低位楔三角洲砂體尖滅特征描述與識(shí)別技術(shù)—以珠江口盆地番禺地區(qū)為例[J].天然氣地球科學(xué),2013,24(6):1268-1273.

LIU J, QIN C G, PANG X, et al. Sandbody pinchou description and identification technique of lowstand wedge-shaped delta: Taking Panyu field in Pearl River Mouth Basin as an example[J]. Natural Gas Geoscience,2013,24(6):1268-1273. (In Chinese)

[7] 印興耀,曹丹平,王保麗,等.基于疊前地震反演的流體識(shí)別方法研究進(jìn)展[J].石油地球物理勘探,2014,49(1): 22- 34.

YIN X Y, CAO D P, WANG B L, et al. Reaserch progress of fluid discrimination with prestack seismic inversion[J]. OGP, 2014, 49(1):22-34. (In Chinese)

[8] 郝前勇,張世鑫,張峰,等.基于頻變AVO反演的頻散屬性估算方法及其應(yīng)用[J].石油地球物理勘探,2013,48(2):255-261.

HAO S Y, ZHANG S X, ZHANG F, et al. Dispersion attributes estimation based on frequency dependent AVO inversion and its application in hydrocarbon detection[J]. OGP, 2013, 48(2):255-261. (In Chinese)

[9] 陳啟艷,高建虎,董雪華.統(tǒng)計(jì)巖石物理技術(shù)在薄儲(chǔ)層定量解釋中應(yīng)用[J].物探化探計(jì)算技術(shù),2017,39(3):388-394.

CHEN Q Y, GAO J H, DONG X H. Application of statistical rock-physics to quantitative interpretation in thin reservoir[J]. Computing Techniques for Geophysical and Geochemical Exploration,2017, 39(3):388-394. (In Chinese)

[10] 周中彪.基于巖石物理模型的測井約束橫波速度計(jì)算方法研究[J].物探化探計(jì)算技術(shù),2010,32(5):536-541.

ZHOU Z B. The study on s-wave velocity calculation Method constrained by logging based on rock physics models [J]. Computing Techniques for Geophysical and Geochemical Exploration, 2010, 32(5): 536- 541. (In Chinese)

[11] 唐建華,范旭,王賢,等.定量化巖石物理分析技術(shù)在莫索灣地區(qū)處理解釋中地應(yīng)用[J].物探化探計(jì)算技術(shù),2011,33(1):63-68.

TANG J H, FAN X, WANG X, et al. The application of quantitative analysis of rock physics in seismic Processing and interpretation at Mosuowan area of zhungar basin [J]. Computing Techniques for Geophysical and Geochemical Exploration, 2015, 2011, 33(1): 63-68. (In Chinese)

[12] SMITH G C, GIDLOW P M. Weighted stacking for rock property estimation and detection of gas[J]. Geophys Prosp,1987, 39: 915-942.

[13] HEDLIN K．Pore space modulus and extraction using AVO[A].Expanded Abstracts of 70th SEG Mtg,2000:170-173.

[14] GASSMANN F. Uber die Elastizitat poroser Medien [J]. Vier. der Natur. gesellschaft in Zurich, 1961, 96: 1-23.

[15] BIOT M A．General theory of three-dimensional consolidation[J].Appl. Physics，1941，12：155-164.

[16] 楊文博,張世鑫,宗兆云.基于疊前地震反演的儲(chǔ)層流體識(shí)別方法[J].物探化探計(jì)算技術(shù),2010,32(6):601-606.

YANG W B, ZHANG S X , ZONG Z Y. Fluid discrimination method based on the prestack inversion [J]. Computing Techniques for Geophysical and Geochemical Exploration, 2010,32(6):601-606. (In Chinese)

[17] 何玲,馬林,賈艷雨.高靈敏度流體因子的構(gòu)建原則及影響因素分析[J].物探化探計(jì)算技術(shù),2015,37(2):203-207.

HE L, MA L, JIA Y Y. Analysis of influence factors and construction for high sensitivity fluid factor [J]. Computing Techniques for Geophysical and Geochemical Exploration, 2015,37(2):203-207. (In Chinese)

[18] 張建偉,陳天勝,寧俊瑞,等.利用縱波AVA進(jìn)行裂縫儲(chǔ)層和流體識(shí)別[J].物探化探計(jì)算技術(shù),2009,31(6):594-597+4.

ZHANG J W, CHEN T S, NING J R, et al. A using p-wave ava for fracture detection and fluid recognizing [J]. Computing Techniques for Geophysical and Geochemical Exploration, 2009, 31(6): 594-597+4. (In Chinese)

[19] 宋鵬,阮寶濤,楊武林,等.基于統(tǒng)計(jì)學(xué)的火山巖儲(chǔ)層流體識(shí)別新技術(shù)[J].物探化探計(jì)算技術(shù),2012,34(02):138-142.

SONG P, RUAN B T, YANG W L, et al. A new technology of fluid identification for volcanic reservoir based on statistic [J]. Computing Techniques for Geophysical and Geochemical Exploration, 2012,34(2):138-142. (In Chinese)

[20] BRIAN H. RUSSELL．Fluid-property discrimination with AVO：A Biot-Gassmann perspective[J]. Geophysics，2003，68(1)：29-39.

[21] RUSSELL B H, GRAY D, HAMPSON D P, et al. Linearized AVO and poroelasticity [R]. CREWES Research report, 2006, 18:1-25.

[22] 印興耀, 張世鑫, 張繁昌,等. 利用基于Russell 近似的彈性波阻抗反演進(jìn)行儲(chǔ)層描述和流體識(shí)別[J]. 石油地球物理勘探, 2010, 45(3): 373-380.

YIN X Y, ZHANG S X, ZHANG F C, et al. Utilizing Russell approximation-based elastic wave impedance inversion to conduct reservoir description and fluid identification[J].OGP, 2010,45(3): 373-380. (In Chinese)