楊 峰,聶 輝,陳洪濤,岳躍龍,曾凡平,申林麗

(中國石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司研究院大港分院,天津300280)

濱里海盆地B區(qū)塊位于哈薩克斯坦共和國阿克糾賓州讓納若爾油田東南地區(qū),石炭系KT-Ⅱ段碳酸鹽巖為區(qū)內(nèi)主要目的層段之一[1-2]。鉆井證實,該層段碳酸鹽巖地層埋藏深度較大、速度高,儲層橫向變化快,油層厚度薄、連續(xù)性差,油水關(guān)系復(fù)雜,物性控制因素明顯,需要利用地震反演進(jìn)行儲層精細(xì)預(yù)測。常規(guī)地震資料受限于頻帶寬度,地震反演過程中需要借助于測井曲線進(jìn)行低頻補(bǔ)償和高頻拓展。常規(guī)地震采集頻帶寬度一般為8～68Hz,反演時,在頻帶拓寬過程中,測井曲線的過多參與使得碳酸鹽巖地震反演多解性問題難以有效解決,同時無井區(qū)薄儲層的橫向變化也難以得到有效反映,從而造成儲層邊界識別不清,側(cè)向封堵條件落實困難,極大地影響了工區(qū)內(nèi)鉆井成功率。近年來寬頻地震數(shù)據(jù)疊前儲層預(yù)測技術(shù)發(fā)展迅猛[3],在油氣勘探開發(fā)過程中取得了良好的效果。2013年,在B區(qū)塊部署采集了全球陸上首塊使用1.5Hz低頻可控震源的二次三維地震資料,該資料信號采集頻寬達(dá)1.5～96.0Hz,為后期開展精細(xì)儲層預(yù)測奠定了基礎(chǔ)。本次研究利用上述三維地震資料,應(yīng)用疊前彈性參數(shù)反演及地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)等方法,開展了區(qū)內(nèi)目的層儲層的精細(xì)預(yù)測工作。

1 地震資料采集與能量補(bǔ)償

寬頻地震勘探技術(shù)是實現(xiàn)高精度地震勘探的重要方法之一。陸上寬頻地震采集的一般工作流程中,關(guān)鍵技術(shù)集中在觀測系統(tǒng)的設(shè)計,包括加密激發(fā)源與檢波器以及設(shè)計適當(dāng)?shù)目臻g采樣率,然后在數(shù)據(jù)處理階段,再恢復(fù)寬頻數(shù)據(jù)。B區(qū)塊寬頻地震采集中首次采用低頻可控震源,其各項采集參數(shù)見表1。從表1中可知利用低頻震源采集各項指標(biāo)參數(shù)均優(yōu)于常規(guī)三維地震資料采集,尤其是其掃描頻率、面元及覆蓋次數(shù)等參數(shù)的大幅提升有效地保證了所采集的寬頻地震資料的質(zhì)量(圖1)。

圖1 寬頻地震資料頻帶分布

表1 B區(qū)塊寬頻地震各項采集參數(shù)

由于檢波器等因素的影響,采集中輸出的低頻及高頻能量在接收過程中會有不同程度的損失,損失的能量需要進(jìn)行合理的補(bǔ)償處理。在處理過程中,采用基于震源信號的寬頻補(bǔ)償技術(shù),以低頻震源掃描信號的子波在低頻端及高頻端的振幅特性為約束條件,對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行合理補(bǔ)償,提高地震數(shù)據(jù)在相應(yīng)頻段的能量(圖2)。

圖2 寬頻震源頻帶補(bǔ)償前后的地震資料頻帶分布

2 儲層預(yù)測技術(shù)

針對研究區(qū)碳酸鹽巖儲層變化特點,制定了一套寬頻疊前反演儲層預(yù)測技術(shù)流程(圖3)。首先進(jìn)行巖石物理分析,確定巖性及物性的敏感參數(shù),進(jìn)而在寬頻地震資料的基礎(chǔ)上應(yīng)用疊前彈性參數(shù)、地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)等多種方法預(yù)測碳酸鹽巖儲層橫向變化[4-6]。寬頻地震反演是在常規(guī)地震反演的基礎(chǔ)上,充分發(fā)揮寬頻帶地震資料的優(yōu)勢,利用寬頻帶地震數(shù)據(jù)本身所具有的高頻與低頻信息參與地震反演,在高頻信息提高分辨率的同時,低頻信息可有效降低地震反演的多解性[7]。

圖3 寬頻地震疊前反演儲層預(yù)測技術(shù)流程

3 巖石物理分析

巖石的自身結(jié)構(gòu)(顆粒性質(zhì)、孔隙特征、孔隙流體等)與彈性參數(shù)關(guān)系是巖石地球物理分析的基礎(chǔ),巖石的孔隙大小與結(jié)構(gòu)性質(zhì)決定了地下油氣儲層的工業(yè)價值,應(yīng)用測井曲線交會分析巖石儲層參數(shù)與地球物理參數(shù)的關(guān)系,從而優(yōu)選出儲層敏感參數(shù),指導(dǎo)儲層巖性及物性預(yù)測方法的實施(圖4)。

通過統(tǒng)計研究區(qū)KT-Ⅱ油組縱波時差、橫波時差、密度、自然伽馬、深淺側(cè)向電阻率、補(bǔ)償中子等曲線以及彈性參數(shù)縱橫波速度比,分析其與儲層巖性變化的關(guān)系,認(rèn)為該區(qū)碳酸鹽巖儲層地球物理特征為低縱波時差、低橫波時差、低密度、低縱橫波速度比、高補(bǔ)償中子,而自然伽馬等曲線表現(xiàn)則不太敏感。由此確定利用地震數(shù)據(jù)體計算出速度、密度及彈性參數(shù),就可以表征儲層空間變化。

圖4 儲層敏感參數(shù)優(yōu)選交會

4 地震頻率信息處理

4.1 地震頻率構(gòu)成分析

常規(guī)地震采集的頻帶范圍一般為8～70Hz,由于缺乏低頻信息,通常要應(yīng)用測井等其它信息進(jìn)行低頻補(bǔ)償和高頻拓展,而本次研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為寬頻采集地震資料,采用低頻震源,其頻帶寬度為1.5～96.0Hz[8],地震資料頻帶得以有效拓寬(圖1)。為了研究頻率特征,分別將測井和地震的聲波阻抗進(jìn)行分頻處理,特別對低頻段加密細(xì)分(主要分為0～1.5Hz、1.5～6.0Hz、6～12Hz、12～96Hz等),然后對每一頻段測井?dāng)?shù)據(jù)與地震數(shù)據(jù)之間的差異進(jìn)行對比,精細(xì)研究其與儲層之間的關(guān)系:地震數(shù)據(jù)缺失0～1.5Hz頻段;1.5～6.0Hz地震數(shù)據(jù)能量偏弱;6～12Hz與12～96Hz地震數(shù)據(jù)與測井?dāng)?shù)據(jù)相差不大。

4.2 低頻模型調(diào)整

細(xì)分頻段分析結(jié)果表明,低頻段的部分地震信息不完整,要準(zhǔn)確計算的絕對波阻抗就必須對地震能量偏弱的頻段進(jìn)行合理補(bǔ)償,最終與測井模型合成一個較為完善的低頻模型。

針對以上頻率分段信息進(jìn)行分析,主要方案如下:

1) 0～1.5Hz缺地震信息,只能依靠測井模型得到;

2) 1.5～6.0Hz是地震能量偏弱頻段,需要將地震數(shù)據(jù)與測井信息進(jìn)行融合計算,最大限度補(bǔ)償?shù)卣鹦畔?

3) 6～12Hz是地震與測井信息較為相似段,地震數(shù)據(jù)具有很好的橫向分辨能力,可以完全應(yīng)用地震信息。

其中,方案2)部分的融合計算是目前常規(guī)反演未涉及到的步驟,是本次研究的創(chuàng)新之處。經(jīng)過大量實驗工作,確定合成頻率為:測井模型的0～1.5Hz部分、測井模型與地震波阻抗融合的1.5～6.0Hz部分、地震波阻抗的6～12Hz部分,最終得到較為合理的復(fù)合低頻模型數(shù)據(jù)(圖5)。該模型與常規(guī)的低頻模型相比,既有地震低頻信息也有測井低頻信息,在確保測井吻合率的基礎(chǔ)上,橫向分辨率得到了很大改善,降低了測井之間的多解性。同時,與常規(guī)采集處理的窄頻帶地震資料波阻抗反演相比(圖6a),寬頻帶地震資料反演絕對波阻抗剖面中可以非常清楚地分辨出巖性的橫向變化(圖6b),更真實地反映了地下地質(zhì)特征。

圖5 寬頻帶低頻模型建立效果顯示

圖6 窄頻帶與寬頻帶絕對波阻抗剖面對比a 窄頻帶(常規(guī)地震資料)波阻抗反演剖面; b 寬頻帶波阻抗反演剖面

5 地震反演與儲層預(yù)測

通過巖石物理分析得到了儲層敏感參數(shù),再通過復(fù)合低頻模型的建立降低地震的多解性,為下一步反演工作奠定了基礎(chǔ)。為了更加真實地表征儲層,應(yīng)用了疊前彈性參數(shù)反演和地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演兩項技術(shù),其中疊前彈性參數(shù)反演主要是利用地震資料低頻信息計算疊前彈性參數(shù),預(yù)測有利儲層空間分布;地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演主要是將預(yù)測結(jié)果向高頻拓展,解決薄儲層識別問題。

5.1 疊前彈性參數(shù)反演

疊前彈性參數(shù)反演是目前地震反演中一項重要的技術(shù),是疊前AVO技術(shù)的延伸,其基本原理是:給定若干組角度道集和對應(yīng)每個角度道集的地震子波;利用測井?dāng)?shù)據(jù)最優(yōu)擬合出的K和M值,設(shè)定初始值;利用Zoeppritz近似表達(dá)式求解方程組,與低頻模型合成得到巖石的縱波速度vP、橫波速度vS、密度ρ三個數(shù)據(jù)體,進(jìn)而利用彈性公式計算巖石的縱橫波速度比vP/vS、泊松比σ、拉梅系數(shù)λ、剪切模量μ等彈性參數(shù)。疊前彈性參數(shù)反演過程中建立了縱波阻抗、橫波阻抗和密度之間符合地質(zhì)規(guī)律的相互約束關(guān)系[9-10],可以有效降低單純縱波阻抗反演儲層預(yù)測的多解性,增強(qiáng)反演結(jié)果的穩(wěn)定性和可靠性。經(jīng)過反復(fù)試驗比較,并參考前人研究成果,證實疊前彈性參數(shù)反演與常規(guī)疊后反演相比具有以下優(yōu)勢[11-12]:

1) 彈性阻抗的計算公式更符合地下巖石的彈性特征;

2) 疊前道集更真實地反映了野外實際觀測結(jié)果和地下實際振幅的變化;

3) 疊前彈性參數(shù)反演所使用的測井資料更豐富,巖性和含油性的判斷依據(jù)更加充分,精度明顯提高;

4) 彈性參數(shù)對油氣響應(yīng)較聲波阻抗更為敏感。

B區(qū)塊主要目的層KT-Ⅱ段為碳酸鹽巖沉積,其儲層橫向變化快,非均質(zhì)性強(qiáng),油水關(guān)系復(fù)雜。針對這些特征采用疊前彈性參數(shù)反演技術(shù)解決儲層的橫向預(yù)測問題。首先將地震道集數(shù)據(jù)進(jìn)行分組,得到近、中、遠(yuǎn)三個角度疊加數(shù)據(jù),在AVA域?qū)⒚恳粋€角度疊加地震數(shù)據(jù)分別與測井曲線做標(biāo)定估算其子波,然后結(jié)合低頻模型計算出縱波速度vP、橫波速度vS、密度ρ三個數(shù)據(jù)體,利用彈性公式進(jìn)一步計算出彈性參數(shù)縱橫波速度比vP/vS,最后結(jié)合前期巖石物理分析結(jié)果對儲層開展精確的巖性物性預(yù)測。

對比分析縱波速度vP、橫波速度vS和縱橫波速度比vP/vS剖面(圖7),已知區(qū)內(nèi)鉆井C為水井,D為產(chǎn)油井,縱波速度剖面均顯示為儲層發(fā)育區(qū),油水界面不清楚,橫波速度剖面只能識別出部分儲層的油水界面,而縱橫波速度比剖面可以清晰地將儲層油水邊界分辨出來。圖8對比分析了常規(guī)地震資料疊前彈性參數(shù)反演與寬頻地震資料疊前彈性參數(shù)反演結(jié)果,由圖8可見,寬頻地震疊前彈性參數(shù)反演能更清晰地刻畫區(qū)內(nèi)儲層發(fā)育特征,識別有利儲層發(fā)育區(qū),從而提高鉆井成功率。

5.2 井震聯(lián)合協(xié)同模擬

由于研究區(qū)的碳酸鹽巖速度在5500～6000m/s范圍內(nèi),而目的層的油氣儲層厚度極薄,大多在0.5～10.0m范圍內(nèi),只依據(jù)現(xiàn)有地震資料很難識別薄儲層,因此必須拓展地震高頻部分以滿足精細(xì)研究薄儲層物性分布特征的要求[13-14]。經(jīng)過方法優(yōu)選,應(yīng)用地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演中的馬爾科夫鏈—蒙特卡羅算法來拓展高頻,其可以根據(jù)實際的概率分布得到統(tǒng)計意義上正確的隨機(jī)樣點分布,計算過程是通過與優(yōu)化算法(如變化梯度法)類似的增量調(diào)整方式實現(xiàn)全局優(yōu)化[15]。由于序貫高斯模擬過程是當(dāng)網(wǎng)格被全部填充后即得到近似的結(jié)果,所以,任何應(yīng)用序貫指示模擬技術(shù)的地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演方法在統(tǒng)計學(xué)意義上都不是嚴(yán)格正確的。馬爾科夫鏈—蒙特卡洛算法克服了這個缺點,比序貫指示模擬類型的算法更加適用于巖性模擬或者后續(xù)的協(xié)同模擬,因為該方法同時考慮了地震和地質(zhì)統(tǒng)計信息,并且計算過程更加嚴(yán)格,能避免局部最優(yōu),并有效地解決了全局優(yōu)化的問題,具備快速收斂能力[16]。

圖7 B區(qū)塊碳酸鹽巖儲層疊前彈性參數(shù)反演剖面

本次研究在疊前彈性參數(shù)反演基礎(chǔ)上,通過統(tǒng)計工區(qū)內(nèi)測井孔隙度曲線的概率分布函數(shù),與彈性參數(shù)建立相關(guān)函數(shù),由井震聯(lián)合協(xié)同模擬計算出儲層物性參數(shù)孔隙度數(shù)據(jù)體,其剖面在保留原來巖性特征的基礎(chǔ)上,縱向分辨率比前期地震反演的結(jié)果要提高1～2倍(圖9)。經(jīng)過與工區(qū)內(nèi)測井信息孔隙度對比發(fā)現(xiàn),計算出的孔隙度數(shù)據(jù)體具有較高的鉆井吻合率,以此數(shù)據(jù)體為基礎(chǔ),開展了儲層物性預(yù)測工作,得到了預(yù)測平面圖,為勘探井位部署提供了重要的支持。

5.3 應(yīng)用效果

通過寬頻地震數(shù)據(jù)的碳酸鹽巖疊前儲層預(yù)測技術(shù)的應(yīng)用,實現(xiàn)了B區(qū)塊KT-Ⅱ段油組的儲層定量化描述,疊合構(gòu)造成圖結(jié)果,在工區(qū)內(nèi)部署了6口探井,目前完鉆3口。鉆井揭示巖性組合特征以及儲層發(fā)育情況與預(yù)測結(jié)果非常吻合,儲層厚度及孔隙度預(yù)測誤差在8%以內(nèi)。錄井見多套油氣顯示,測井解釋多套油氣層,完成試油的X-1井獲得油氣流(圖10),新增石油地質(zhì)儲量6500×104t,勘探效益顯著。

圖8 B區(qū)塊A油層組疊前彈性參數(shù)反演結(jié)果對比a 常規(guī)地震資料; b 寬頻地震資料

圖9 B區(qū)塊碳酸鹽巖儲層井震聯(lián)合協(xié)同模擬剖面

圖10 B區(qū)塊A油層組綜合評價

6 結(jié)論

通過對濱里海盆地B區(qū)塊碳酸鹽巖寬頻地震儲層預(yù)測技術(shù)的應(yīng)用研究,獲得以下認(rèn)識:

1) 寬頻地震資料各項采集參數(shù)均優(yōu)于常規(guī)三維地震資料采集參數(shù),尤其是其掃描頻率、面元、覆蓋次數(shù)等參數(shù)的優(yōu)化與合理的補(bǔ)償處理方法,有效保證了寬頻地震資料的質(zhì)量。

2) 基于寬頻地震數(shù)據(jù)的疊前儲層預(yù)測技術(shù)極大地提高了儲層識別精度,特別是低頻地震信息的應(yīng)用改善了儲層橫向識別能力,降低了地球物理數(shù)據(jù)識別地質(zhì)儲層的多解性。

3) 與常規(guī)地震疊前彈性參數(shù)反演相比,寬頻地震疊前彈性參數(shù)反演能夠更為清晰地反映研究區(qū)地質(zhì)特征,刻畫有利儲層發(fā)育區(qū)帶,提高區(qū)內(nèi)鉆井成功率。