李久娣

(中國石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司油氣開發(fā)管理部,上海200120)

隨著非常規(guī)油氣勘探開發(fā)的逐漸深入,致密砂巖氣已成為全球天然氣勘探開發(fā)的重點目標之一。目前關(guān)于致密砂巖氣藏“甜點”定義還沒有統(tǒng)一的標準,但氣藏開發(fā)中,儲層評價級別一般根據(jù)測井資料的孔隙度和滲透率大小進行劃分,“甜點”儲層一般對應的是相對高孔、高滲段,大部分油氣都聚集于這些“甜點”儲層中[1]。

近年來,國內(nèi)外學者對致密砂巖氣“甜點”進行了相關(guān)研究。DOMENICO[2]認為地層流體影響縱橫波速度比;SMITH等[3]和FATTI等[4]基于CASTAGNA泥巖基線方程[5]提出了流體因子的概念,并利用其進行含氣性檢測;GOODWAY等[6]建立了利用拉梅參數(shù)(λ,μ)、密度(ρ)進行流體預測的方法,采用地震反演得到的λρ和μρ進行孔隙流體和巖性的描述,具有一定的優(yōu)越性;RUSSELL等[7]在Biot-Gassmann方程的基礎(chǔ)上改進了縱波速度方程,提出了將密度(ρ)與孔隙流體項f的乘積ρf作為流體因子參數(shù)進行流體識別的方法;許翠霞等[8]通過對松遼盆地英臺氣田致密砂巖氣研究,認為利用拉梅參數(shù)與橫波速度比值(λ/vS)進行氣層識別的精度高,其識別結(jié)果與測井解釋結(jié)果吻合較好,能夠提高氣層識別能力;印興耀等[9]研究了包含Gassmann流體項的彈性阻抗公式,并基于此提出了孔隙流體參數(shù)疊前反演方法;洪忠等[10]通過巖石物理建模和貝葉斯判別結(jié)合疊前反演結(jié)果等預測致密碎屑巖氣藏的巖性及流體概率,提高了巖性及流體識別的成功率;劉力輝等[11]將坐標旋轉(zhuǎn)技術(shù)用于地震物相的分析,并通過射線彈性阻抗反演進行“甜點”儲層預測;SHARMA等[12]提出采用Eρ參數(shù)檢測頁巖脆性,發(fā)現(xiàn)其對巖性更加敏感;MARK等[13]對比泊松比和密度屬性,提出了泊松阻抗的概念,指出旋轉(zhuǎn)縱波阻抗和橫波阻抗交會圖的坐標軸可以有效區(qū)分任意兩種巖性流體類型,提高巖性和流體識別的精度。目前在多類“甜點”預測方法應用過程中依然存在兩點不足:①巖性區(qū)分過程中大多是基于阻抗、縱橫波速度比等單一巖石物理彈性參數(shù)進行巖性識別劃分;②流體識別的疊前彈性參數(shù)包含了密度項,受制于密度反演的穩(wěn)定性,流體識別精度受到影響。

東海西湖N區(qū)塊HG組H3b段是該地區(qū)主力產(chǎn)氣層段,巖性以致密砂巖和泥巖為主,該儲層段具有低孔、低滲且橫向變化差異大等特點,有效砂體縱向疊置模式復雜,而且致密砂巖與泥巖阻抗差異較小,難以區(qū)分[14]。此外,由于彈性參數(shù)和地震屬性受不同因素影響,對“甜點”的敏感程度亦存在差異,因此需要進一步研究可以用于提高致密氣藏“甜點”識別精度的方法和技術(shù)。本文根據(jù)研究區(qū)H3b段巖石物理特征,開展了敏感參數(shù)的對比及優(yōu)選,在疊前同時反演基礎(chǔ)上利用坐標旋轉(zhuǎn)合成砂泥巖SynVpVs屬性及E/λ屬性,并利用這些屬性對西湖凹陷N區(qū)塊致密砂巖氣“甜點”進行了預測,取得了較好的結(jié)果。

1 儲層基本特征

1.1 基本地質(zhì)特征

東海西湖N區(qū)塊位于西湖凹陷中央背斜帶玉泉構(gòu)造帶中部(圖1),是一個擠壓應力作用下形成的大型反轉(zhuǎn)背斜構(gòu)造,研究區(qū)于2014年在X1井H3b段獲得勘探突破,天然氣產(chǎn)量51.3×104m3/d。儲層埋深在3600～4000m之間,發(fā)育大套砂體夾有部分泥巖,砂巖厚度為90～130m,呈現(xiàn)巨厚砂的特點。儲層整體致密,孔隙度7.0%～18.3%,平均值為9.5%,滲透率在(0.01～261.00)×10-3μm2,底部存在0～30m厚、孔隙度大于10%、滲透率大于5×10-3μm2物性相對較好的條帶,含氣性變化較大(圖2),是研究區(qū)主力開發(fā)層段。

圖1 研究區(qū)位置

1.2 巖石物理特征

H3b段致密砂巖儲層的縱波速度為3500～5200m/s,橫波速度為2100～3400m/s,縱橫波速度比為1.40～1.83,密度為2.25～2.65g/cm3;泥巖的縱波速度為3300～4900m/s,橫波速度為1800～2900m/s,縱橫波速度比為1.60～1.95,密度為2.55～2.72g/cm3。砂巖與泥巖之間阻抗差異小,縱橫波速度比值域存在一定差異(圖3)。

H3b段致密砂巖儲層中,干層段縱波速度為4200～5200m/s,橫波速度為2500～3400m/s,密度為2.40～2.65g/cm3;相對高孔滲砂巖縱波速度為3600～4600m/s,橫波速度為2100～2900m/s,密度2.28～2.55g/cm3;含水層段縱波速度為3650～4350m/s,橫波速度為2100～2700m/s,密度為2.31～2.45g/cm3;產(chǎn)層段縱波速度3600～4400m/s,橫波速度為2300～2700m/s,密度2.28～2.45g/cm3(圖4、圖5和圖6)。研究區(qū)致密砂巖儲層中的相對高孔滲砂巖縱波速度相對較低,縱波阻抗值小,含氣水層與產(chǎn)氣段縱波阻抗值無明顯差異。

圖2 X3—X1井測井解釋連井剖面(1mD≈10-3μm2)

圖3 砂巖與泥巖縱橫波速度比對比

圖4 砂巖、泥巖、高孔滲儲層、干層、產(chǎn)氣層及含水層縱波速度對比

圖5 砂巖、泥巖、高孔滲儲層、干層、產(chǎn)氣層及含水層橫波速度對比

圖6 砂巖與泥巖、高孔滲儲層、干層、產(chǎn)氣層及含水層密度對比

2 “甜點”敏感參數(shù)研究

儲層巖石物理彈性參數(shù)對巖性、物性、含氣性的敏感程度是開展研究區(qū)地球物理反演的基礎(chǔ)和解決地質(zhì)問題的關(guān)鍵[15]。地質(zhì)條件的差異導致劃分巖性、物性及含氣性的彈性參數(shù)亦千差萬別,通過彈性參數(shù)的對比分析可以從大量樣本中選取敏感參數(shù)及門檻值進行定量表征。

2.1 坐標旋轉(zhuǎn)砂巖敏感參數(shù)研究與合成處理

對H3b段巖石物理特征進行分析后發(fā)現(xiàn):砂巖、泥巖縱波阻抗重疊范圍大,砂巖和泥巖無明顯的優(yōu)勢聚集區(qū)間,不能用特征區(qū)間值區(qū)分砂巖和泥巖(圖7a);砂體和泥巖在縱橫波速度比值域有一定的識別能力(圖7b),按照1.68的特征值劃分,還有部分砂巖不能識別,識別精度不高。

縱波阻抗及縱橫波速度比交會圖(圖7a)顯示,根據(jù)黑色虛線所示直角坐標系可提高砂泥巖識別能力,坐標關(guān)系描述為:O-XY—O′-X′Y′,根據(jù)直角坐標旋轉(zhuǎn)公式:

(1)

式中:X表示縱波阻抗AI;Y表示縱橫波速度比vP/vS;θ表示坐標系旋轉(zhuǎn)角度。

新坐標系中Y′是研究所需要的具有巖性區(qū)分識別能力的參數(shù),命名為SynVpVs。

將θ、AI、vP/vS參數(shù)代入公式(4)計算巖性敏感屬性SynVpVs數(shù)據(jù)體:

(4)

式中:A0=-3.61154×10-5;B0=-1;C0=2.07727。

由縱橫波速度比與伽馬測井交會圖(圖7b)可看出,以縱橫波速度比值1.68為界限可以劃分砂巖和泥巖,砂巖分布如圖7b中所示黑色虛線框內(nèi),但識別精度有限,部分泥巖不能有效識別。合成屬性SynVpVs與伽馬測井交會圖(圖7c)顯示,SynVpVs屬性0.01值為界限可以有效劃分砂泥巖,砂巖識別精度明顯提高,圖7c 中所示黑色虛線框內(nèi)泥巖樣點數(shù)分布明顯減少。比較結(jié)果表明:合成屬性SynVpVs參數(shù)對砂巖和泥巖的區(qū)分識別能力明顯高于縱橫波速度比參數(shù),改善了縱橫波速度比屬性砂巖和泥巖識別效果,提高了識別精度。

圖7 H3b段巖石物理參數(shù)交會a 縱波阻抗與縱橫波速度比; b 砂巖和泥巖縱橫波速度比與自然伽馬; c 砂巖和泥巖合成屬性SynVpVs與自然伽馬

2.2 優(yōu)質(zhì)儲層敏感參數(shù)分析

在有效區(qū)分泥巖的致密砂巖中,相對高孔滲的優(yōu)質(zhì)儲層是天然氣有利的聚集體。結(jié)合研究區(qū)儲層評價標準,孔隙度≥10%,滲透率≥5×10-3μm2的砂巖為優(yōu)質(zhì)儲層。由X1井測井解釋及巖石物理特征分析結(jié)果可知,H3b段優(yōu)質(zhì)儲層相對于其它儲層,具有明顯的低縱波阻抗(高聲波、低密度)特點(圖8),利用低縱波阻抗特征可以較好區(qū)分優(yōu)質(zhì)儲層與一般儲層?？v波阻抗與孔隙度、縱波阻抗與滲透率交會圖顯示,以縱波阻抗10750g/cm3·m/s為界限,低于該界限即為優(yōu)質(zhì)儲層,反之,則為一般儲層,從而識別優(yōu)質(zhì)儲層與一般儲層(圖9)。

圖8 X1測井曲線(1ft≈0.3048m,1mD≈10-3μm2)

圖9 優(yōu)質(zhì)儲層敏感參數(shù)交會分析結(jié)果(1mD≈10-3μm2)a 縱波阻抗與孔隙度; b 縱波阻抗與滲透率

2.3 優(yōu)質(zhì)儲層含氣敏感參數(shù)研究

選取典型井H3b段干層、含氣水層、一般氣層和高產(chǎn)氣層敏感巖石物理參數(shù)直方圖進行分析(圖10),主要包括合成屬性(E/λ)以及縱波阻抗(AI)、縱橫波速度比(vP/vS)、泊松比(σ)、拉梅參數(shù)(λ)、楊氏模量(E)、體積模量(K)、剪切模量(G)等參數(shù)。高產(chǎn)氣層、一般氣層和含氣水層及干層彈性參數(shù)重疊范圍比較大,高產(chǎn)氣層和一般氣層特征參數(shù)不明顯。

圖10 不同流體性質(zhì)優(yōu)質(zhì)儲層彈性參數(shù)直方圖a 合成屬性(E/λ); b 縱橫波速度比(vP/vS); c泊松比(σ); d 縱波阻抗(AI); e 拉梅參數(shù)(λ); f 剪切模量(G); g 楊氏模量(E); h 體積模量(K)

研究發(fā)現(xiàn)合成屬性E/λ對高產(chǎn)氣層、一般氣層比較敏感,相對其它7個參數(shù),E/λ參數(shù)值區(qū)別氣層及含氣水層、干層能力最強,含氣水層及干層隨著E/λ值增加而減小,E/λ值3.5基本可以區(qū)分氣層與干層、含氣水層。該參數(shù)可由σ計算得到且不包含反演不易較準確獲得的密度選項。

求取E/λ的公式為:

式中:E表示楊氏模量;λ表示拉梅參數(shù);σ表示泊松比;vr表示縱橫波速度比。

3 “三步法”“甜點”分布預測效果分析

將經(jīng)過坐標旋轉(zhuǎn)得到的SynVpVs屬性數(shù)據(jù)體、優(yōu)質(zhì)儲層縱波阻抗數(shù)據(jù)體和E/λ屬性數(shù)據(jù)體與鉆井測井解釋結(jié)論和試氣結(jié)論進行對比,分析兩者的吻合程度,分別檢驗上述3種屬性預測結(jié)果的準確性。

圖11為SynVpVs合成屬性X3—X1連井剖面,SynVpVs值≥0.01時,預測為砂巖,SynVpVs值<0.01時,預測為泥巖,圖中所示鉆井曲線為伽馬測井曲線,虛線為砂體頂?shù)最A測解釋方案?？梢?砂體預測結(jié)果與單井鉆遇砂體發(fā)育情況吻合。

圖12為SynVpVs合成屬性預測砂體與vP/vS屬性預測砂體結(jié)果的疊合顯示,其中SynVpVs屬性按照大于門檻值0.01方案解釋砂體,vP/vS屬性按照小于1.68門檻值方案解釋砂體。vP/vS屬性預測砂體范圍明顯大于SynVpVs合成屬性預測的范圍,vP/vS屬性將部分泥巖解釋為砂巖,與圖2a和圖2c交會圖顯示效果相一致,降低了砂體預測精度。SynVpVs合成屬性預測砂體精度明顯高于vP/vS屬性預測精度。

圖13為X3—X1連井剖面的縱波阻抗(AI)反演剖面,黃紅色表示AI小于等于107500g/cm3·m/s,解釋為優(yōu)質(zhì)儲層,圖中虛線所示位置為解釋的優(yōu)質(zhì)儲層的頂?shù)孜恢?對比圖14連井剖面中優(yōu)質(zhì)儲層解釋結(jié)果,可以看出兩口井的優(yōu)質(zhì)儲層解釋結(jié)果與縱波阻抗反演結(jié)果大體一致,研究區(qū)4口井預測厚度與實鉆結(jié)果吻合,相對誤差小于3%(表1),優(yōu)質(zhì)儲層分布預測精度高。

圖14為優(yōu)質(zhì)儲層的E/λ屬性剖面,黃紅色表示優(yōu)質(zhì)儲層(E/λ3)相對富氣區(qū)。實鉆效果與預測方案一致,X3井H3b段下部含氣水層,X1井H3b段下部為51.3×104m3/d高產(chǎn)氣層,優(yōu)質(zhì)儲層E/λ參數(shù)屬性預測結(jié)果與單井測井解釋結(jié)果和實際產(chǎn)能非常吻合。

圖11 SynVpVs合成屬性X3—X1連井剖面

圖12 X3—X1合成屬性SynVpVs預測砂體與vP/vS預測砂體剖面比較

圖15中黑色粗線輪廓范圍代表砂體內(nèi)部利用低縱波阻抗屬性(小于門檻值107500g/cm3·m/s)預測的優(yōu)質(zhì)儲層分布范圍,黃紅色范圍內(nèi)為E/λ屬性大于3.5優(yōu)質(zhì)儲層含氣儲層空間分布,即H3b段“甜點”平面展布。區(qū)內(nèi)4口井中X1井和X2井位于黃紅色區(qū)域,優(yōu)質(zhì)儲層厚度較大,為有利“甜點”分布區(qū),其中X1井是高產(chǎn)井,X2井是目前重點開發(fā)井;X3井鉆遇一定厚度優(yōu)質(zhì)儲層,測試為含氣水層,位于青色區(qū)域,為非“甜點”區(qū);X4井位于優(yōu)質(zhì)儲層尖滅邊緣,與該井實際鉆遇目的層致密巖性基本吻合。對比預測結(jié)果及實鉆結(jié)果可以看出,兩者吻合度較高,“甜點”的預測厚度相對誤差均小于3%,絕對誤差小于0.6m(表1),預測結(jié)果與實鉆揭示的含氣情況一致,驗證了該方法的有效性。在無井區(qū)域的東南部,預測有較大面積“甜點”分布,具有形成較大構(gòu)造-巖性圈閉的潛力,是下一步的重點勘探區(qū)域。

圖13 X3—X1井縱波阻抗連井剖面

圖14 X3—X1優(yōu)質(zhì)儲層E/λ屬性剖面

4 結(jié)論

1) 西湖N區(qū)塊H3b段砂巖和泥巖波阻抗等巖石物理參數(shù)分布范圍重疊,僅用單一的巖石物理參數(shù)識別精度有限,多解性較強,采用本文所提出的逐級遞進預測技術(shù)一定程度上降低了“甜點”預測的多解性,提高了“甜點”預測精度。

2) 合成屬性SynVpVs包含了縱波阻抗、vP/vS信息,對巖性分布的預測比vP/vS屬性預測精度更高;合成E/λ屬性含氣性判別能力和精度高于其它諸如vP/vS等巖石物理參數(shù)。

3) 西湖N區(qū)塊H3b段“甜點”預測分布范圍較大,是該區(qū)塊下一步勘探的有利區(qū)塊。