肖鵬飛,楊 林,李 弘,馬靈偉,胡華鋒

(1.中國石油化工股份有限公司石油物探技術研究院,江蘇南京211103;2.中國石油化工股份有限公司西北油田分公司,新疆烏魯木齊830011)

我國深層海相碳酸鹽巖地層蘊藏豐富的油氣資源,受演化歷史長、埋深大等因素影響,儲層油氣特征評價困難[1-2]。在塔里木盆地,隨著勘探不斷向塔河外圍、深層領域拓展,儲層預測與地震特征的多樣化,使地震勘探仍面臨著深層碳酸鹽巖沉積構造及儲層成像、深層多成因類型儲集體預測、儲層流體檢測等一系列的問題與技術瓶頸。塔河油田外圍順托、托普臺等地區(qū)深層碳酸鹽巖巖溶縫洞型儲集體發(fā)育,油氣類型以高過成熟油、凝析油氣為主,展示該區(qū)具有良好的勘探開發(fā)前景[3-4]。在本區(qū)域深層碳酸鹽巖儲層預測與油氣識別中,面臨著埋深大(大于6500m)、油氣響應模式復雜、強地震反射界面屏蔽特征明顯等難題,給目標儲層油氣富集規(guī)律認識及儲層有效性評價帶來諸多困難。有必要厘清該區(qū)域深層碳酸鹽巖含油氣儲層地震響應特征,為該地區(qū)深層碳酸鹽巖儲層預測與流體識別提供參考依據。

利用AVO技術進行儲層預測與流體檢測能充分利用地震疊前信息,提高油氣檢測的準確性[5-7],該技術依托于地震巖石物理特征[8-9]。針對碳酸鹽巖縫洞儲層礦物組成、孔隙系統(tǒng)復雜等特征,前人進行了大量的巖石物理相關研究。唐金良等[1]在巖石骨架中以方解石-白云石及粘土等成分替代砂泥巖中的石英及粘土等,利用Kuster-Toksoz理論和微分等效介質模型計算孔隙結構,實現(xiàn)了縫洞型碳酸鹽巖巖石物理建模。蔡涵鵬等[10]將Eshelby-Walsh巖石骨架參數模型引入到Gassmann方程中,分析了孔隙結構對碳酸鹽巖體積模量的影響。張廣智等[11]采用Patchy Saturation模型[12]計算飽含孔隙流體巖石的縱橫波速度,構建碳酸鹽巖巖石物理模型。對于非均質性較強的縫洞型碳酸鹽巖儲層,AVO特征復雜。陳軍等[2]分析了不同成因儲層的地震響應特征,確定了“串珠”和“片狀強反射”儲層的AVO敏感屬性為P×G。曹俊興等[13]在總結深層碳酸鹽巖儲層亮點分析、AVO分析、低頻陰影分析含氣性檢測的特征與難點后,提出了基于地震紋理分析的烴類檢測技術。徐超等[14]通過一個充填不同流體(氣、油和水)的溶洞物理模型,分析研究了碳酸鹽巖溶洞儲層流體AVO特征,認為P-G交會對流體識別效果較好。

深層縫洞型碳酸鹽巖儲層與非儲層的波阻抗差異較小,總體呈現(xiàn)弱-中度反射特征,儲層反射往往受強地震反射界面干擾嚴重。對于該問題,基于匹配追蹤識別方法[15]和基于多子波分解的波形分解[16]強地震反射壓制方法具有較好的應用效果。馬靈偉等[17]利用多子波分解的波形分解技術,開展了去除強反射界面影響研究,突顯了強界面下的縫洞反射特征。針對塔河油田外圍順托、托普臺等地區(qū)深層碳酸鹽巖縫洞型儲層預測與油氣識別難度大、強地震反射界面屏蔽特征明顯的問題,本文通過碳酸鹽巖儲層巖石物理建模、非均勻介質正演模擬、井旁道地震數據分析、AVO屬性與實際井產量交互分析等,研究AVO分析在以高過成熟油和凝析油氣為主地區(qū)的深層碳酸鹽巖縫洞儲層流體識別的有效性,為后續(xù)儲層預測與含油氣性識別奠定基礎。

1 巖石物理建模

地震巖石物理是聯(lián)系儲層特征與地震特性的橋梁[9]。綜合目標區(qū)奧陶系碳酸鹽巖儲層地質與測井信息,構建適合研究區(qū)奧陶系碳酸鹽巖儲層特征的地震巖石物理模型[11,18]。首先依據測井解釋得到的礦物成分及含量,利用Voigt-Reuss-Hill平均公式計算基質等效模量。本區(qū)碳酸鹽巖礦物主要包括方解石、白云石等,奧陶系一間房組上部為藻粘結巖及泥晶砂屑灰?guī)r。然后采用微分等效介質模型(DEM)和KT模型計算干巖石等效彈性模量,其中孔隙結構參數根據已知測井資料估算;結構組分包含顆粒、泥晶基質、亮晶膠結物、晶粒和生物格架等;微觀儲集空間類型主要是晶內溶蝕孔、微裂縫的溶蝕和縫合線的溶蝕,晶間孔比較發(fā)育微孔隙,微裂縫內充填的方解石被局部溶蝕。之后利用Wood混合孔隙流體,計算流體等效體積模量。最后利用Gassmann模型求取流體飽和巖石的等效模量,算出最終等效介質的縱、橫波速度[11,19]。目標區(qū)奧陶系碳酸鹽巖縫洞儲層巖石物理建模流程如圖1所示。計算所用礦物及流體參數由實際測試數據統(tǒng)計分析得到,其中凝析油氣密度為0.79g/cm3,氣油比為400∶1,見表1。

圖1 目標區(qū)奧陶系碳酸鹽巖儲層巖石物理建模流程

表1 計算地層波速所用的礦物組分參數

圖2顯示了利用研究區(qū)典型井S5井估算得到的深層碳酸鹽巖目的層縱波速度、橫波速度及其實測值。由圖2可看出,模型預測縱波速度或橫波速度與井上實測數據吻合度高,縱波速度、橫波速度預測值與實測值相對誤差分別是1.69%,3.05%,預測精度滿足生產需求,模型適用于研究區(qū)奧陶系碳酸鹽巖儲層,證明了上述建模的有效性。

圖2 S5井的縱、橫波速度預測值及其對應的實測值a 實際縱波速度曲線(藍色)和預測的縱波速度曲線(紅色)對比; b 實際橫波速度曲線(藍色)和預測橫波速度曲線(紅色)對比

2 儲層模型正演模擬

縫洞型碳酸鹽巖儲層儲集空間大小及含油氣性決定其產能的大小[20]。前人[21-22]針對此類儲層的反射特征已經進行了大量研究。本文采用基于隨機介質理論[23-25]建立符合本區(qū)深層縫洞型碳酸鹽巖儲層的隨機介質模型,并利用非均勻介質條件下的波動方程進行數值模擬。在隨機介質建立過程中,將實際地下介質分為兩部分:一是地質背景趨勢,二是空間擾動,并把隨機介質中的每一個局部最大值點作為一個縫洞分布的中心點,以構造具有不同統(tǒng)計特征的隨機縫洞介質模型。通過數值模擬討論實際目標儲層預測與油氣識別中面臨的兩種影響因素主要波場特征:不同尺度縫洞體的AVO波場特征和強界面對下伏縫洞型儲層波場特征影響。

2.1 不同尺度縫洞體AVO波場特征分析

AVO技術是一種可區(qū)分與氣有關的振幅異常與其它異常的有效工具,該技術基于水平層狀假設。縫洞體與層狀介質的波場特征存在明顯的差異,縫洞體以繞射波為主,尺度越小繞射現(xiàn)象越明顯;而層狀介質波場主要為反射波。不同尺度縫洞體的AVO特征是利用該技術開展深層縫洞型碳酸鹽巖儲層預測的關鍵。為了分析不同尺度縫洞體AVO特征,基于前期巖石物理分析結果及研究區(qū)實際縫洞體形態(tài)變化特征,分析了4種模型:①單一界面;②薄層(厚度15m);③不同寬度縫洞體(以目標區(qū)縫洞體平均厚度15m為模型厚度,寬度分別10,15,30,60,120,200m);④厚縫洞體。4種模型如圖3a所示。背景與目標層的縱波速度分別為6200m/s,2090m/s,橫波速度分別為3320m/s,836m/s,密度分別為2.76g/cm3,2.05g/cm3。在全含氣的極限情況下,研究深層非均質碳酸鹽巖縫洞油氣儲層AVO特征,分析其適用性。單一界面的理論AVO曲線如圖3b所示,類型呈現(xiàn)第一類AVO特征,并且上、下層縱波速度比大于1。

圖3 4種模型示意(a)以及單一界面理論AVO曲線(b)

利用非均勻介質波動方程進行正演模擬,并采用與研究區(qū)實際接近的觀測系統(tǒng)參數:炮間距為50m,道間距為50m;CDP間距為25m。研究區(qū)碳酸鹽巖縫洞儲層埋藏深,地震波衰減嚴重,采用與研究區(qū)目標儲層實際地震主頻一致的22Hz雷克子波進行正演模擬。將正演模擬得到的炮集記錄經過疊前時間偏移成像,得到4種模型的CRP道集,再將偏移距道集轉換為入射角道集,如圖4所示。在巖石物理參數一致情況下,4種模型的振幅隨入射角的增大而減小,與理論AVO曲線變化特征一致。4種模型的振幅隨角度變化趨勢相同,但能量大小存在明顯差異。

圖5為單一界面、薄層、不同寬度縫洞的振幅隨入射角變化(AVO)特征。由圖可見,所有曲線類型都呈現(xiàn)第一類AVO特征。由于調諧效應的影響(波長為282m),薄層模型的AVO截距(P)最大、梯度(G)絕對值最大。隨著縫洞寬度的增大AVO截距逐漸增大,并逐漸趨于單一界面截距值。隨著縫洞寬度增大梯度絕對值逐漸變大,并逐漸趨于單一界面梯度值。以上結論表明采用AVO特征研究縫洞儲層特征是可行的。

圖4 4種模型CRP道集特征a 單一界面CRP道集; b 薄層CRP道集; c 寬度為10m薄洞CRP道集; d 寬度為10m厚洞CRP道集; e 寬度為30m薄洞CRP道集; f 寬度為30m厚洞CRP道集; g 寬度為60m薄洞CRP道集; h 寬度為60m厚洞CRP道集; i 寬度為120m薄洞CRP道集; j 寬度為120m厚洞CRP道集

圖5 不同情況下CRP道集AVO特征

2.2 強界面對下伏縫洞型儲層波場特征影響

研究區(qū)奧陶系一間房組灰?guī)r與上覆地層碎屑巖之間存在較大的波阻抗差異,在地震剖面上呈現(xiàn)為較強的“兩谷夾一峰”的T74反射界面(奧陶系一間房組頂界面),見圖6。T74反射界面對下伏地層尤其儲層的波場特征產生較大的影響,導致縫洞儲層預測與流體識別可靠性欠佳。為研究T74反射界面對下伏縫洞型儲層波場特征的影響,設計一組不同充填特征、距一間房組頂部不同距離的縫洞型儲層模型。包括9個縫洞體模型,每3個一組:第一組含氣、第二組含油、第三組含水,如圖7所示。縫洞體發(fā)育規(guī)模為20m×200m,縫洞體距離一間房組頂部的距離分別為30,80,150m?；谏鲜鲞m用于研究工區(qū)構建的巖石物理模型,利用流體替換方式構建出縫洞型儲層含不同流體情況下的巖石物理彈性參數,如表2所示。

圖6 目標區(qū)距一間房組頂部不同距離縫洞型儲層實際剖面(由左到右距離逐漸增大)

圖7 不同充填特征、距一間房組頂部不同距離縫洞型儲層模型

表2 含不同流體情況下的巖石物理參數

正演模擬方法以及觀測系統(tǒng)與2.1節(jié)一致。將正演模擬得到的炮集記錄經過疊前偏移成像處理,得到相同發(fā)育規(guī)模含不同流體特征縫洞體的成像剖面。圖8a為正演模擬剖面,圖8b為縫洞反射中心位置均方根振幅曲線?？梢钥闯?相同充填、不同位置,受T74反射界面影響不同,能量大小表現(xiàn)一定差異;距離T74界面30m時,界面反射波峰與縫洞體反射波調諧,其均方根振幅最大;距離T74界面80m時,由于界面反射波谷與縫洞體反射波調諧,其均方根振幅最小;距離T74界面150m時,兩者距離較大,界面反射對縫洞體反射波不會產生明顯影響。

抽取縫洞體中心點CRP道集,如圖9所示。圖中道集上粉色直線為T74位置、藍色直線為AVO分析位置。從圖9可以看到,距離T74界面150m時,強界面反射不對縫洞體AVO特征產生影響,可作為對比標準(如圖9o);距離T74界面30m時,由于強界面反射波的影響,AVO截距增大、梯度絕對值增大(如圖9m);距離T74界面80m時,由于強界面反射波的影響,AVO梯度絕對值增大(負值),但截距基本不變。含氣儲層呈現(xiàn)正高截距,負高梯度特點。強界面對AVO的影響與不同縫洞儲層對AVO的影響值基本處在一個數量級,所以在深層碳酸鹽巖縫洞儲層AVO分析時,需壓制強界面反射波影響。

圖8 不同充填特征、距一間房組頂部不同距離縫洞型儲層模型正演模擬結果a 正演模擬剖面; b 縫洞中心位置均方根振幅曲線

圖9 不同充填特征、距一間房組頂部不同距離縫洞型儲層AVO特征分析a 距離T74界面30m(含氣); b 距離T74界面80m(含氣); c 距離T74界面150m(含氣); d 含氣情況不同界面距離AVO特征; e 距離T74界面30m(含油); f 距離T74界面80m(含油); g 距離T74界面150m(含油); h 含油情況不同界面距離AVO特征; i 距離T74界面30m(含水); j 距離T74界面80m(含水); k 距離T74界面150m(含水); l 含水情況不同界面距離AVO特征; m 距離T74界面30m不同充填AVO特征; n 距離T74界面80m不同充填AVO特征; o 距離T74界面150m不同充填AVO特征

3 井旁地震道AVO特征

以上基于實際儲層巖石物理參數模擬得到了研究區(qū)深層碳酸鹽巖縫洞含油氣儲層AVO特征的認識,該認識需要利用實際井合成記錄分析與井旁地震數據分析加以驗證。為此,通過研究區(qū)典型井S1井的巖石物理流體替換結果進行疊前合成記錄分析,對道集振幅絕對值進行AVO特征統(tǒng)計及截距歸一化處理(圖10)。結果表明,含氣性儲層具備高截距、負高梯度特征,與正演模擬結果(圖9)相一致。實際應用中可以根據梯度和截距屬性對縫洞體含氣特征進行判識。

圖10 S1井不同充填特征的疊前合成地震記錄及AVO特征分析a S1井油氣結果; b 模擬道集; c 歸一化后AVO曲線

深部碳酸鹽巖縫洞儲層特征模型的AVO梯度/截距屬性能夠較好地識別油氣儲層特征,但在一定程度上受T74強界面干擾。本文利用波形分解技術對強界面干擾進行壓制,該方法基于相同或相似的地下結構對子波改造的作用一致理論,提取不同子波的特征,實現(xiàn)多子波分解[19]。多子波分解技術以一種數學方法將每一地震道分解成多個不同形狀、不同頻率的地震子波。而波形分解是基于多子波分解數據體的線性相似地震波形統(tǒng)計,通過把某一時窗內地震數據體中的所有子波根據波形進行分類,依據總能量大小排序,形成第1,2,…,n分量,每一分量反映相似的地層結構。其中第1分量是時窗內具有最大共性、能量最強的波形,一般對應的是最大一級的界面反射;通常第5分量之后一般為噪聲數據。本文對目標層進行波形分解,第1分量反映的是地層結構(包含斷裂特征),將第2、第3、第4分量相加獲得縫洞儲層特征(以下簡稱縫洞儲層特征剖面)(圖11)。圖11d為原始剖面與第1～第5分量之和的差值剖面,該剖面整體能量弱、主要為背景噪聲響應特征,整體能量是原始剖面能量的5%。表明本文波形分解方法的正確性與合理性。

采用波形分解技術對研究區(qū)部分疊加剖面分別進行處理,獲得部分疊加的縫洞儲層特征剖面,然后提取縫洞儲層特征的截距(P)與梯度(G)剖面,最后得到縫洞儲層特征P×G剖面。圖12a和圖12b分別為波形分解處理前、后的P×G剖面。結果顯示T74界面強反射特征得到了壓制,反映縫洞特征的能量得到了有效保留,并且其形態(tài)特征不變。總之波形分解達到了有效壓制強反射、聚焦優(yōu)勢能量、提高分辨率、保持縫洞儲層波形特征的作用。

圖11 研究區(qū)波形分解結果a 原始地震剖面; b 波形分解第1分量; c 波形分解第2、第3、第4分量相加剖面(縫洞儲層特征剖面); d 原始剖面與第1～第5分量之和的差值剖面

圖12 采用波形分解處理前(a)、后(b)的P×G剖面

CASTAGNA[26]認為含氣砂巖通常比含水砂巖具有更小的截距與梯度,因此其趨勢線偏離過原點的背景趨勢線向下偏移。利用信息重構后的數據,提取井底坐標井旁地震道AVO截距與梯度,結果如圖13所示。由圖13可見,油氣井位置截距與梯度值普遍分布于第四象限,P>0、G<0,與圖5、圖9模型分析結果具有很好的一致性。結合生產信息(初期產量)進一步綜合分析發(fā)現(xiàn),研究區(qū)整體上高產油井具備明顯的高截距,負高梯度特征,該項規(guī)律與前期的正演模擬認識相一致,只有S2井不吻合。從圖13還可以觀察到,存在明顯的4個區(qū)域,藍色虛線以上為低產井,藍色虛線與綠色虛線之間產量較高,綠色虛線與紅色虛線之間,由于存在放空漏失或高氣油比P×G值相對較小,紅色虛線以下為高產井區(qū),驗證了AVO屬性在深層碳酸鹽巖縫洞儲層預測的可行性。

圖13 井底井旁道AVO特征規(guī)律性分析

4 結論

基于研究區(qū)地質、測井、模型與實際地震數據綜合分析,得出結論:①研究區(qū)以高過成熟油、凝析油氣為主的油氣類型條件下,深層縫洞型碳酸鹽巖儲層與單一界面具有類似的AVO特征,可以采用AVO分析進行儲層預測研究;②P×G屬性與單井初期產量具有較好的對應性,整體上高產油井具備明顯的高截距,負高梯度特征。

深層碳酸鹽巖縫洞油氣儲層具有非均質性強、地震響應模式多樣、背景干擾強等特征,油氣預測難度大,在研究過程中需要針對特定區(qū)域開展針對性研究,以提高預測可靠性。