鄧儒炳,閻建國,張雪純,郭旭光,黃立良

(1.成都理工大學(xué)地球物理學(xué)院,四川成都610059;2.中國石油新疆油田公司勘探開發(fā)研究院勘探研究所,新疆克拉瑪依834000)

1 問題分析

頁巖油具有巨大的勘探潛力,因此受到越來越多的重視,頁巖油藏已成為油氣勘探開發(fā)的新領(lǐng)域[1]。“甜點(diǎn)”地震預(yù)測(cè)對(duì)頁巖油勘探[2-3]至關(guān)重要。

準(zhǔn)噶爾盆地西北緣瑪湖凹陷是我國陸上頁巖油勘探的重點(diǎn)地區(qū)之一,該地區(qū)頁巖巖性多樣,致密低滲,內(nèi)部的巖性、物性和含油氣性變化較為復(fù)雜。其中二疊系風(fēng)二段儲(chǔ)層地震響應(yīng)特征具有弱振幅、低連續(xù)性的特點(diǎn),利用常規(guī)的地震屬性分析結(jié)果和地震反演結(jié)果在該層段進(jìn)行“甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)的效果不明顯。從工區(qū)風(fēng)二段地震均方根振幅屬性(圖1a)及波阻抗反演連井剖面(圖1b)可以看出,待鉆井MAY1處的地震響應(yīng)特征與已鉆井FN14井、FN4井以及X72井均不一致。3口已鉆井在工區(qū)風(fēng)二段處均發(fā)育頁巖油“甜點(diǎn)”,但儲(chǔ)層發(fā)育情況存在差異,其中FN14井、FN4井及其以西區(qū)域,儲(chǔ)層發(fā)育情況更好,這導(dǎo)致我們無法準(zhǔn)確判斷MAY1井處風(fēng)二段儲(chǔ)層的發(fā)育情況。

圖1 工區(qū)風(fēng)二段地震均方根振幅屬性(a)及波阻抗反演連井剖面(b)

目前對(duì)工區(qū)風(fēng)城組頁巖油的地質(zhì)及地球物理特征研究結(jié)果如下:在地質(zhì)評(píng)價(jià)方面,利用沉積環(huán)境、巖性及儲(chǔ)層特征[4]的研究成果,確定了“甜點(diǎn)”層的地質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn);在地震預(yù)測(cè)方法研究方面,進(jìn)行了巖石物理、“甜點(diǎn)”地震響應(yīng)敏感參數(shù)分析、各種疊前、疊后屬性分析[5]和反演方法[6-7]的應(yīng)用研究。張國印等[8]通過地震巖石物理分析和正演模擬進(jìn)行地震敏感參數(shù)分析,確定了“甜點(diǎn)”的巖性、物性、厚度及圍巖特征對(duì)地震振幅響應(yīng)的影響。

對(duì)于地震響應(yīng)特征的不確定性,目前已形成了一些總體的認(rèn)識(shí)和看法,但針對(duì)工區(qū)頁巖油“甜點(diǎn)”地震響應(yīng)特征不確定性分析的研究較少。張建寧等[9]將正演模擬結(jié)果和實(shí)際地震資料相結(jié)合,指出了地震屬性應(yīng)用不確定性的基本原因、主要因素以及可能產(chǎn)生的現(xiàn)象,明確了屬性分析的應(yīng)用前提和應(yīng)用范圍;劉勇等[10]采用最小二乘構(gòu)建反演方法對(duì)楊氏模量和泊松比直接反演以降低反演結(jié)果的不確定性;薛艷霞等[11]將Monte-Carlo計(jì)算方法與隨機(jī)建模技術(shù)相結(jié)合以分析儲(chǔ)層的不確定性。

本文針對(duì)擬鉆井MAY1井處風(fēng)二段“甜點(diǎn)”層地震響應(yīng)特征的不確定性,采用基于屬性建模[12]的地震正演方法進(jìn)行研究。首先假設(shè)兩種儲(chǔ)層模型,然后分別采用波動(dòng)方程正演模擬方法得到炮集記錄,再分別對(duì)其進(jìn)行疊后偏移得到偏移剖面,將2種模型下的偏移剖面與實(shí)際地震剖面對(duì)比,而后提出并確定待鉆井處風(fēng)二段“甜點(diǎn)”層的地震響應(yīng)特征,在新的認(rèn)識(shí)指導(dǎo)下重新進(jìn)行屬性分析,最終確定待鉆井處風(fēng)二段“甜點(diǎn)”層發(fā)育情況。

2 方法技術(shù)

本文主要利用波阻抗反演結(jié)果進(jìn)行屬性建模,首先采用波動(dòng)方程正演模擬炮集記錄,再經(jīng)過疊后偏移得到疊后偏移剖面,然后將其與實(shí)際地震資料、地質(zhì)評(píng)價(jià)及鉆井結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,不斷迭代修改,以確定目的層的“甜點(diǎn)”響應(yīng)特征,并用確定的響應(yīng)特征指導(dǎo)目的層“甜點(diǎn)”地震預(yù)測(cè)結(jié)果的分析和評(píng)估,最后給出“甜點(diǎn)”分布綜合預(yù)測(cè)結(jié)果。圖2為工區(qū)風(fēng)二段頁巖油藏“甜點(diǎn)”綜合預(yù)測(cè)的方法技術(shù)流程。

圖2 工區(qū)風(fēng)二段頁巖油藏“甜點(diǎn)”綜合預(yù)測(cè)方法技術(shù)流程

2.1 波動(dòng)方程數(shù)值模擬方法

本文采用二維聲波波動(dòng)方程有限差分計(jì)算方法,模擬頁巖油致密儲(chǔ)層的主要反射特征,基本原理簡(jiǎn)述如下。

對(duì)波場(chǎng)p進(jìn)行分解,p=p1+p2(p1為x方向波場(chǎng)分量,p2為z方向波場(chǎng)分量),令:

(1)

式中:x表示x方向變量;v表示速度;z表示z方向變量;t表示時(shí)間。

采用PML吸收邊界條件并加入衰減因子可得:

(2)

(3)

式中:cm為差分系數(shù),m為階數(shù)。利用(3)式得到的計(jì)算結(jié)果符合穩(wěn)定性要求。

在z方向上也可以得出類似的結(jié)論,從而得到空間6階精度波動(dòng)方程有限差分格式的pn表達(dá)式為:

(4)

實(shí)際計(jì)算中,首先采用交錯(cuò)網(wǎng)格差分格式的波場(chǎng)表達(dá)式及PML邊界條件,正演模擬得到炮集記錄,再進(jìn)行疊加和偏移處理,最后得到疊后偏移剖面。

2.2 基于地震屬性的儲(chǔ)層建模

屬性建模即根據(jù)地震屬性建立相應(yīng)的參數(shù)模型,我們需要根據(jù)數(shù)值模擬的目標(biāo)及實(shí)際地震資料特征來確定地震屬性,本文將已鉆井的信息與疊后反演結(jié)果相結(jié)合,對(duì)參數(shù)模型進(jìn)行約束和控制。

通常采用的密度、速度、波阻抗之間轉(zhuǎn)換的經(jīng)驗(yàn)公式包括Gardner公式[13]、Lindseth公式[14]等,本文根據(jù)Gardner公式,由已知的3口井計(jì)算得到系數(shù)a,m,進(jìn)而得到波阻抗和速度之間的轉(zhuǎn)換公式。Gardner公式為:

ρ=avm

(5)

式中:a,m為待定系數(shù)。

為便于參數(shù)計(jì)算,對(duì)(5)式兩邊取對(duì)數(shù)可得:

lnρ=mlnv+lna

(6)

對(duì)于不同的井,需根據(jù)井中信息擬合計(jì)算取值。根據(jù)3口已知井FN14井、FN4井以及X72井的資料,計(jì)算得到a=0.215,m=0.293,代入(5)式,再結(jié)合公式z=ρv(z為反演得到的波阻抗值),可以得到z與v的轉(zhuǎn)換公式為:

v=3.283z0.7734

(7)

圖3為儲(chǔ)層屬性建模示意圖,左圖為FN14-FN4-MAY1-X72井疊后波阻抗連井剖面,右圖為根據(jù)公式(7)轉(zhuǎn)換得到的速度剖面。

圖3 儲(chǔ)層屬性建模示意

屬性建模相較于傳統(tǒng)的理論建模具有更多優(yōu)勢(shì),主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面:①建立的模型更為精確,能較好地描述地下地層的起伏情況和物性變化情況,其模擬結(jié)果與實(shí)際地震剖面吻合度較高;②相較于以前只利用井點(diǎn)處信息、橫向上均勻變化的理論建模,屬性建模能夠得到較為準(zhǔn)確的非井點(diǎn)處橫向物性值,使物性變化更符合地質(zhì)規(guī)律,從而得到較為準(zhǔn)確的模擬剖面;③根據(jù)模擬目標(biāo)的不同,可利用多種地震屬性進(jìn)行物性建模,如利用疊后地震反演資料進(jìn)行速度參數(shù)建模,利用巖石物理模型和流體替換公式等進(jìn)行彈性參數(shù)建模,以及利用相干屬性進(jìn)行裂縫幾何形狀建模等。

在地震響應(yīng)特征不確定性分析研究中,首先根據(jù)已鉆井資料及測(cè)井信息,不斷修改幾何和物性模型,對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行假設(shè),然后逐步分析各種假設(shè)情況下幾何和物性模型所產(chǎn)生的地震響應(yīng)特征,分析評(píng)估所得到的地震響應(yīng)特征,最后,當(dāng)?shù)卣痦憫?yīng)特征與地質(zhì)及鉆井結(jié)果最吻合時(shí),可以獲得較符合實(shí)際地震地質(zhì)條件的地震響應(yīng)特征分析結(jié)果。

3 應(yīng)用效果分析

瑪湖凹陷西斜坡Ma131工區(qū)及鄰區(qū)的地震勘探結(jié)果顯示,風(fēng)城組地層從下到上依次為風(fēng)一段(P1f1)、風(fēng)二段(P1f2)和風(fēng)三段(P1f3),其中,風(fēng)二段和風(fēng)三段為頁巖油主產(chǎn)層。風(fēng)二段厚度較大,是本文的研究目標(biāo)。根據(jù)現(xiàn)有勘探認(rèn)識(shí),風(fēng)二段為一套堿湖細(xì)?；旌铣练e巖,“甜點(diǎn)”層巖性主要為不等厚互層狀的白云質(zhì)泥巖和泥質(zhì)白云巖,儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間主要為細(xì)粒粒間孔和泥質(zhì)白云巖中的裂縫。

3.1 地震響應(yīng)特征分析

由目前勘探成果可知,工區(qū)FN4井風(fēng)二段中部和中下部以及X72井風(fēng)二段的上部測(cè)試見工業(yè)油流。圖4和圖5分別為FN4井和X72井測(cè)井柱狀圖及井震標(biāo)定合成地震記錄。

由圖4可以看出,FN4井風(fēng)二段地震響應(yīng)特征表現(xiàn)為中振幅和中連續(xù)性。圖5中X72井風(fēng)二段地震響應(yīng)特征表現(xiàn)為弱振幅和弱連續(xù)性。

圖4 FN4井測(cè)井柱狀圖及井震標(biāo)定合成地震記錄

圖5 X72井測(cè)井柱狀圖及井震標(biāo)定合成地震記錄

從測(cè)井資料可知,風(fēng)二段具有多套復(fù)雜且反射特征不明顯的“甜點(diǎn)”儲(chǔ)層,從地震連井剖面(圖6)可以看出,將待鉆井MAY1井與FN14、FN4以及X72井處的相應(yīng)層段對(duì)比發(fā)現(xiàn),MAY1井處地震反射振幅較弱,在FN4井風(fēng)二段存在兩個(gè)明顯的同相軸(藍(lán)色和黃色線之間),但是從FN4井到X72井該同相軸振幅逐漸減弱,在待鉆井MAY1處同地震響應(yīng)特征變化明顯。

圖6 地震連井剖面

3.2 地震響應(yīng)特征不確定性分析

采用基于屬性建模的地震正演模擬方法,對(duì)風(fēng)二段地震響應(yīng)特征及不確定性進(jìn)行研究,將FN14-FN4-MAY1-X72連井波阻抗反演結(jié)果作為儲(chǔ)層建模的約束條件,對(duì)比2種模型下的正演模擬結(jié)果,并對(duì)風(fēng)二段“甜點(diǎn)”層的地震響應(yīng)特征及變化規(guī)律進(jìn)行了研究。具體如下:根據(jù)不同模型下正演模擬剖面的“甜點(diǎn)”層響應(yīng)特征的不同,將研究層段包含的“甜點(diǎn)”層分別假設(shè)為1層和2層,參照已鉆井及波阻抗反演結(jié)果模擬“甜點(diǎn)”層物性參數(shù),利用屬性建模方法分別建立正演模型,通過數(shù)值模擬得到相應(yīng)的地震剖面(圖7和圖8)。圖7a是假設(shè)MAY1井處有1個(gè)“甜點(diǎn)”層時(shí)的正演模型,對(duì)應(yīng)的數(shù)值模擬剖面為圖7b。將其與實(shí)際地震剖面對(duì)比可以發(fā)現(xiàn),在FN14井與MAY1井之間的層段,數(shù)值模擬剖面與實(shí)際地震資料具有較高的相似性,但在MAY1井處,由于實(shí)際地震資料的振幅連續(xù)性變差,上“甜點(diǎn)”層反射變?nèi)?不確定性增加,因此數(shù)值模擬剖面上的地震反射同相軸數(shù)量及響應(yīng)特征與實(shí)際地震剖面相似性變差,說明該模型與實(shí)際地質(zhì)情況存在一定差異。假設(shè)MAY1井處“甜點(diǎn)”層為2層,其正演模型(圖8a)物性及模擬方法和圖7a 一致。從數(shù)值模擬剖面(圖8b)可以看出,在FN14井與MAY1井之間,“甜點(diǎn)”層表現(xiàn)出了強(qiáng)振幅強(qiáng)連續(xù)的特點(diǎn),但在MAY1井處振幅明顯減弱,表現(xiàn)出弱振幅、弱連續(xù)性的特點(diǎn),與實(shí)際地震連井剖面(圖9)表現(xiàn)一致。由此判斷MAY1井和FN14、FN4井等已鉆井均鉆遇“甜點(diǎn)”層,且該研究層段包含兩個(gè)“甜點(diǎn)”層。

圖7 MAY1井鉆遇“甜點(diǎn)”層為1層時(shí)的正演模型(a)及數(shù)值模擬剖面(b)

圖8 MAY1井鉆遇“甜點(diǎn)”層為2層時(shí)的正演模型(a)及數(shù)值模擬剖面(b)

圖9 實(shí)際地震連井剖面

3.3 風(fēng)二段“甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)

由風(fēng)二段儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”地震響應(yīng)特征及變化規(guī)律的分析可知,在原始地震剖面與常規(guī)的屬性分析及反演結(jié)果中,由于異常特征不明顯,“甜點(diǎn)”層的幾何和物性變化情況存在不確定性,而基于屬性建模的正演結(jié)果表明,風(fēng)二段存在兩個(gè)厚度不等的“甜點(diǎn)”層,正演得到的地震響應(yīng)特征能夠幫助我們更好地判斷儲(chǔ)層情況,從而指導(dǎo)后續(xù)的屬性分析工作,預(yù)測(cè)“甜點(diǎn)”層。

依照這一思路,在新的幾何和物性模型指導(dǎo)下,我們重新進(jìn)行了風(fēng)二段“甜點(diǎn)”層的分頻均方根振幅屬性分析,將正演后的均方根振幅和之前的均方根振幅對(duì)比可以看出,與FN14和FN4相似的優(yōu)質(zhì)“甜點(diǎn)”層范圍擴(kuò)大,待鉆井MAY1處于優(yōu)質(zhì)“甜點(diǎn)”層(Ⅰ類和Ⅱ類綜合在一起)分布范圍內(nèi)(圖10)。圖11為風(fēng)二段“甜點(diǎn)”層綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。

圖10 正演前(a)、后(b)均方根振幅

圖11 風(fēng)二段“甜點(diǎn)”層綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

目前MAY1井已鉆井完畢,試產(chǎn)證實(shí)了相關(guān)認(rèn)識(shí)并取得了油氣勘探重大發(fā)現(xiàn)。從MAY1井鉆后測(cè)井綜合解釋成果(圖12)和過井實(shí)際剖面與正演剖面的對(duì)比(圖13)可以看出,風(fēng)二段“甜點(diǎn)”層包括多個(gè)薄層,“甜點(diǎn)”層總體可分為兩部分,分別位于風(fēng)二段中部和下部,與我們的預(yù)測(cè)結(jié)果一致。目前風(fēng)二段及風(fēng)三段聯(lián)合壓裂試油日產(chǎn)量已達(dá)20t,并且還有上升的趨勢(shì)。對(duì)工區(qū)風(fēng)城組目標(biāo)儲(chǔ)層開展了以水平井為主的開發(fā)評(píng)價(jià),已鉆井情況證明了頁巖油“甜點(diǎn)”地震響應(yīng)特征不確定性分析方法的可靠性和適用性。

圖12 MAY1井測(cè)井綜合解釋結(jié)果

圖13 過井實(shí)際地震剖面(a)和正演地震剖面(b)(MAY1井①、②層段)

4 結(jié)論

1) 由于頁巖油藏巖性多樣,儲(chǔ)層復(fù)雜致密,“甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)難度大,因此根據(jù)常規(guī)的屬性分析和反演結(jié)果較難準(zhǔn)確地刻畫儲(chǔ)層內(nèi)部的巖性和物性變化,利用常規(guī)的數(shù)值模擬方法也難以實(shí)現(xiàn)“甜點(diǎn)”地震響應(yīng)特征不確定性分析。本文利用基于反演結(jié)果的屬性建模地震正演方法,極大地減少了“甜點(diǎn)”層巖性及物性變化引起的地震響應(yīng)特征不確定性,增加了“甜點(diǎn)”層預(yù)測(cè)的可靠性。

2) 本文將反演結(jié)果以及測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)作為建模的約束條件極大地提高了常規(guī)建模的精度,使得物性及其變化規(guī)律更接近真實(shí)的地下地質(zhì)情況。本文方法不僅可以用于致密儲(chǔ)層的地震響應(yīng)特征分析,還可以應(yīng)用于裂縫性儲(chǔ)層等其它復(fù)雜儲(chǔ)層的地震響應(yīng)特征分析。

3) 對(duì)于復(fù)雜儲(chǔ)層的地震響應(yīng)特征分析,我們還將應(yīng)用更為精確的屬性建模方法以便更好地進(jìn)行復(fù)雜儲(chǔ)層地震響應(yīng)特征不確定性分析。