魏 敏,李守濟,時秀朋,王樹華,楊國杰,王有濤

(中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院,山東東營257015)

1 研究區(qū)概況

2018年,新疆準(zhǔn)噶爾盆地莫西莊地區(qū)莊3井三維工區(qū)二次采集了面積為280.64km2的高密度三維地震數(shù)據(jù)。自2002年莊1井試油獲工業(yè)油流后,該工區(qū)陸續(xù)完鉆井位18口,是目前莫西莊-永進地區(qū)鉆井密度最高的工區(qū),勘探程度相對較高。截至2017年,區(qū)內(nèi)已探明儲量約為2059萬噸,預(yù)測儲量約為3276萬噸,油氣資源豐富;莫西莊-永進地區(qū)已探明多個優(yōu)質(zhì)油氣藏并已投入高效開發(fā),該地區(qū)展現(xiàn)了良好的勘探潛力。

按照國內(nèi)外對深層儲層的定義,埋深超過3500m的儲層為深層儲層[1],該目標(biāo)區(qū)已發(fā)現(xiàn)油氣主要位于侏羅系三工河組,三工河組二段砂巖儲層埋深普遍大于4000m。研究表明該地區(qū)油氣勘探存在的主要問題為:①三工河組二二亞段砂體厚度較薄,為8～10m,地震資料主頻為42Hz,所能分辨的砂體厚度最小為25m,目標(biāo)砂體厚度遠低于地震資料的分辨率,且砂泥巖波阻抗差異小,難以準(zhǔn)確描述亞二段薄砂體及其尖滅點;②已鉆結(jié)果揭示砂體物性是砂體含油性的控制因素之一,目標(biāo)儲層非均質(zhì)性強,孔隙度變化劇烈,儲層物性預(yù)測難度大[2-4]。

為解決上述問題,在巖石物理模型校正和地震資料拓頻的基礎(chǔ)上,對新采集的莊3井高密度三維地震資料進行疊后波形指示高分辨率反演研究,圈定目的層段儲層發(fā)育區(qū)及含油氣有利區(qū),以指導(dǎo)莊3井三維工區(qū)的井位部署。

2 巖石物理校正

聲波、密度測井屬淺探測測井技術(shù),易受井眼變化和泥漿侵入的影響,導(dǎo)致聲波、密度測井曲線存在嚴(yán)重的保真問題。工區(qū)內(nèi)共有探井18口,據(jù)統(tǒng)計,其中11口井的AC(聲波時差)、DEN(密度)測井曲線在井徑垮塌處存在不合理的跳躍,如莊102井(圖1),4260～4270m錄井巖性為泥巖,但在4260m處CAL(井徑)曲線開始明顯地增大,4268m處井徑值達到最大,出現(xiàn)了明顯的擴徑現(xiàn)象,在該區(qū)段正常井段密度為2.398～2.592g/cm3,DEN(密度)曲線在4263m和4268m處值為1.828g/cm3,密度曲線出現(xiàn)了嚴(yán)重的失真現(xiàn)象,AC曲線在擴徑段也產(chǎn)生了異常大值。

圖1 莊102井三工河組柱狀剖面及測井曲線

為解決上述曲線失真問題,我們對測井資料進行校正?；诖罅康膸r石物理實驗分析結(jié)果,根據(jù)工區(qū)的巖石礦物成分、粒度、膠結(jié)物等巖石骨架特征和流體特征,分別進行流體和骨架部分的參數(shù)設(shè)置,構(gòu)建工區(qū)內(nèi)的巖石物理模型,進而計算出純砂巖和純泥巖的基準(zhǔn)線,并將這些基準(zhǔn)線作為判斷測井資料保真度的標(biāo)準(zhǔn)。巖石物理診斷的目的是基于井?dāng)?shù)據(jù),建立符合巖石物理變化規(guī)律的巖石物理模型,如縱波阻抗與泊松比的交會模型等[5-6]。

針對目的層段三工河組二段,利用Gassmann方程,將單井測井解釋的泥質(zhì)含量、流體飽和度、孔隙度等參數(shù)作為輸入模型,利用(1)式計算飽和流體的體積模量。通過不斷優(yōu)化單礦物的密度、孔隙縱橫比、體積模量、剪切模量等模型參數(shù),再由(2)式可知,飽和流體剪切模量和干巖石骨架剪切模量相等,最后根據(jù)(3)式、(4)式計算單井的縱、橫波速度,并將計算結(jié)果與實測曲線對比,若模型計算得到的縱波速度和橫波速度曲線與實測曲線基本一致,則認(rèn)為該模型為適合該地區(qū)的巖石物理模型,可用于該地區(qū)巖石物性分析和孔隙流體替換等[7-10]。

(1)

μsat=μd

(2)

(3)

(4)

式中:Ksat,μsat分別為飽和流體體積模量和剪切模量;Kd,μd分別為干巖石骨架體積模量和剪切模量;Km為基質(zhì)的體積模量;φe為有效孔隙度;ρsat為飽和流體密度;vPX,vSX分別為縱波速度和橫波速度。

表1為莊3井工區(qū)三工河組巖石物理模型參數(shù)。根據(jù)該物理模型的參數(shù)以及正常井段物性參數(shù),計算得到純砂巖、純泥巖縱波速度變化基準(zhǔn)線,據(jù)此對異常點進行校正。如圖2所示,以莊2井為例,通過計算得到純砂巖(紅色線)、純泥巖(藍色線)的自然伽馬變化基準(zhǔn)線,將基準(zhǔn)線以外的點作為異常點,對這些異常點進行巖石物理校正,即通過(1)式、(2)式和(3)式重新計算縱波速度,使得校正后的縱波速度數(shù)值范圍都在基準(zhǔn)線以內(nèi),從而更符合巖石物理規(guī)律。在合成記錄上對校正前、后的聲波、密度進行標(biāo)定,發(fā)現(xiàn)曲線校正后制作的合成記錄與原始地震記錄的相關(guān)性有所提高,如莊2井校正前、后的合成記錄與原始地震的相關(guān)性由0.5427上升到0.7068,提高了16.4%,這也說明了校正幅度合理(圖3)。校正后的聲波和密度曲線更符合巖石物理特征,還消除了井眼等環(huán)境因素影響造成的異常。

表1 莊3井工區(qū)三工河組巖石物理模型參數(shù)

圖2 莊2井巖石物理校正(a)、后(b)縱波速度與電阻率交會結(jié)果

圖3 莊2井巖石物理校正前(a)、后(b)合成記錄與原始地震記錄

3 地震資料拓頻處理

分析原始地震資料可知,工區(qū)疊后地震資料目標(biāo)層段存在弱-空白反射以及信噪比不高的反射,因此在疊后反演前,需要對疊后純波地震資料進行拓頻處理。我們采用混合相位子波反褶積技術(shù)對目標(biāo)層段進行拓頻處理,該技術(shù)在譜展寬的同時,還可以使剖面零相位化,子波提取和期望輸出是該項技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。我們采用新復(fù)賽譜技術(shù)交互進行子波提取,提取的子波振幅譜準(zhǔn)確客觀。為獲得反映儲層的最佳子波振幅譜,即期望輸出子波振幅譜(圖4a),采用譜模擬的思想,將信噪比譜、地震道振幅譜作為參考,定義期望輸出,合理挖掘高頻地震資料的潛力,并且利用井曲線監(jiān)控提高分辨率,從而找到分辨率與保真度之間的最佳平衡點,輸出振幅譜(圖4b)。拓頻前的地震資料目的層段地震主頻為40Hz,頻寬為10～80Hz,采用地震拓頻技術(shù)(即反褶積、濾波)處理后,在合理窗口范圍內(nèi),適當(dāng)提高中、高頻段占比,將地震資料主頻提至50Hz,既保證了地震剖面整體標(biāo)準(zhǔn)層的清晰程度,又提高了目的層的分辨率。圖5為拓頻前、后目的層段地震頻譜,對比發(fā)現(xiàn),50～70Hz頻段的能量有了較大的提高,主頻由40Hz提至約50Hz。

圖4 最佳反映儲層的子波振幅譜分析a 期望輸出子波振幅譜; b 實際輸出子波振幅譜

圖5 拓頻前、后目的層段地震資料頻譜

如圖6所示,對比莊3井工區(qū)三維line2609線拓頻前、后的地震剖面可以看出,二二亞段內(nèi)砂體(黃色箭頭)拓頻前為空白反射或弱反射,拓頻后為較為穩(wěn)定的中-強振幅反射,且橫向連續(xù)性較好,二一亞段內(nèi)砂體(黑色箭頭)拓頻前反射軸發(fā)生扭動,拓頻后反射更穩(wěn)定清晰,橫向連續(xù)性更好,整個剖面的信噪比也有所提高。

圖6 莊3井工區(qū)三維line2609線拓頻前(a)、后(b)地震剖面

4 地震波形指示反演

4.1 方法原理及技術(shù)路線

薄儲層反演的關(guān)鍵是拓寬頻帶,估計高頻成分。地震子波是帶限信號,其有效信號高頻帶一般為40～60Hz,超出該頻帶的信號只能用測井信息來補充。測井信息雖然具有垂向?qū)掝l帶和高分辨率,但其橫向分布稀疏,因此如何獲取合理的井間高頻成分是高分辨率反演的關(guān)鍵。雖然地震子波有效頻帶窄,但其橫向變化反映了沉積環(huán)境的變化,相似的沉積環(huán)境具有可類比的沉積組合結(jié)構(gòu)。地震波形指示反演充分利用了地震波形的橫向變化解析儲層空間結(jié)構(gòu),優(yōu)選井的樣本,再根據(jù)樣本分布距離對高頻成分進行無偏最優(yōu)估計[11-12],從而大幅提高薄儲層預(yù)測的精度和準(zhǔn)確性,該方法適用于薄儲層精細預(yù)測,目前已應(yīng)用于大港、勝利、新疆、吉林、大慶等油田的薄儲層預(yù)測[13-17]。

波形指示反演實現(xiàn)分為如下3步:①優(yōu)選地震波形指示樣本,即相控模擬,在已知井中利用波形相似性和空間距離雙變量優(yōu)選低頻結(jié)構(gòu)相似的井作為空間估值樣本;②分析樣本井曲線,即對地震波形相似的測井曲線進行分析;③進行空間估值,利用(5)式和樣本分布距離對未知樣本點進行無偏最優(yōu)估計[18-20]。

(5)

式中:Z(x0)為未知點的值;Z(xi)為未知點周圍的已知樣本點的值;λi為i個已知樣本點對未知樣點的權(quán)重;n為優(yōu)選樣本點的個數(shù)。

波形指示反演流程如圖7所示,首先在測井曲線預(yù)處理的基礎(chǔ)上,針對要解決的地質(zhì)問題優(yōu)選敏感曲線,然后基于框架模型進行波形指示反演,最后在頻率域合并低頻模型和反演結(jié)果,得到高分辨率反演結(jié)果,圖7中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)為敏感曲線分析。

圖7 地震波形指示反演技術(shù)流程

4.2 儲層巖性敏感曲線

在對測井曲線進行重采樣、去異常值、歸一化等預(yù)處理的基礎(chǔ)上,對研究區(qū)目的層段三工河組二段的砂泥巖測井資料進行敏感曲線交會分析,發(fā)現(xiàn)利用波阻抗、密度和電阻率曲線難以區(qū)分目的層段的砂泥巖,而利用自然伽馬曲線可以較好地對巖性進行區(qū)分(圖8)。因此本次研究采用自然伽馬曲線對聲波進行頻率域重構(gòu),預(yù)測三工河組二段砂體展布情況。

圖8 測井曲線直方圖a 波阻抗; b 密度; c 電阻率; d 自然伽馬

4.3 儲層物性敏感曲線

時間平均方程表明,隨著巖石的孔隙度增加,縱波速度降低,縱波阻抗減小[21]。井位處三工河組二段縱波速度與孔隙度交會分析結(jié)果發(fā)現(xiàn),縱波阻抗與孔隙度存在較好的負(fù)線性相關(guān)關(guān)系(圖9),孔隙度越高,縱波阻抗越小。因此,在波形指示反演的基礎(chǔ)上,利用孔隙度與縱波阻抗的線性關(guān)系((6)式),進行孔隙度協(xié)模擬反演,可以預(yù)測儲層物性,尋找有利發(fā)育區(qū),優(yōu)選勘探目標(biāo)。

圖9 縱波阻抗與孔隙度交會結(jié)果

(6)

式中:v為巖石速度;Φ為孔隙度;vf為流體速度;vr為巖石骨架速度。

5 應(yīng)用效果

三工河組二段是該工區(qū)的主力含油層系,下部厚層砂巖發(fā)育,向上泥巖不斷增多。二二亞段構(gòu)造活動相對較弱,地貌高差小,沉積相對穩(wěn)定,以曲流河三角洲前緣水下分流河道為主,其中上部主要發(fā)育泥巖沉積,底部以細砂巖、粉砂巖為主。儲層結(jié)構(gòu)為泥包砂,單層砂體厚度多小于10m。該層具有北厚南薄的沉積特征,北部地層厚度約為40m,南部地層厚度約為30m。

圖10為三工河組二段連井波形指示反演剖面,可以看出,反演結(jié)果分辨率較高,二二亞段砂體整體較薄,且橫向不連續(xù),呈現(xiàn)典型的河道砂體展布特征,符合該區(qū)曲流河三角洲沉積的地質(zhì)認(rèn)識,有效預(yù)測了莊4井5m含油砂體,并與實鉆結(jié)果高度吻合。二一亞段砂體整體較厚,橫向變化快,井間砂體變化與地層對比圖吻合。莊5井底層砂體中的泥巖薄夾層在反演剖面上也有所體現(xiàn),砂體描述結(jié)果與鉆井結(jié)果吻合度較高。

圖10 三工河組二段連井波形指示反演剖面

利用反演結(jié)果,對三工河組二二亞段砂體頂、底界面進行了追蹤解釋,計算了砂體厚度,結(jié)果如圖11所示。整體而言,受沉積物源及古地貌等因素的控制,二二亞段為曲流河三角洲沉積,物源主要來自北西方向,河道主要為北西-南東向,砂體連片發(fā)育,砂體規(guī)模大小不一,厚度分布不均勻,呈現(xiàn)較強的非均質(zhì)性。

圖11 三工河組二二亞段預(yù)測砂體厚度

提取圖11井點處的各個砂體預(yù)測厚度以及實鉆厚度,制作了預(yù)測砂體和實鉆砂體的厚度統(tǒng)計圖,結(jié)果如圖12所示,預(yù)測和實鉆厚度誤差較小,吻合率達到85%,證明反演結(jié)果的準(zhǔn)確度較高。

圖12 三工河組二二亞段預(yù)測砂體厚度與實鉆厚度統(tǒng)計

圖13 莊111井巖性柱狀剖面

此外,為揭示砂體物性規(guī)律,在砂體厚度預(yù)測結(jié)果上,疊合砂體孔隙度反演結(jié)果,可以優(yōu)選出有利儲層發(fā)育區(qū)。圖14為三工河組二二亞段砂體孔隙度預(yù)測結(jié)果,可以看出,砂體展布基本符合曲流河三角洲沉積特征,河道砂體孔隙度較高,物性較好,但是平面圖上同一套砂體內(nèi)部孔隙度變化較大,揭示了同一套砂體平面上物性變化快,儲層非均質(zhì)強。此外,井點處的孔隙度預(yù)測值與測井解釋較為吻合。根據(jù)孔隙度預(yù)測結(jié)果,我們?nèi)Χ硕喍紊绑w有利儲層發(fā)育區(qū)(黑色虛線區(qū)域),總面積約為96.3km2,為下一步優(yōu)選勘探目標(biāo)提供了依據(jù)。

圖14 三工河組二二亞段砂體孔隙度預(yù)測結(jié)果

6 結(jié)論

1) 基于巖石物理模型的測井資料校正,去除了井眼等環(huán)境因素對聲波、密度曲線造成的異常值,有利于精細標(biāo)定合成地震記錄測井,可提取儲層準(zhǔn)確的反射特征,保證了儲層預(yù)測的精度。

2) 地震拓頻處理技術(shù)可以在合理窗口范圍內(nèi)提高縱向分辨率,既保證了剖面整體的清晰,又提高了目的層段的分辨率,為儲層預(yù)測奠定了基礎(chǔ)。

3) 利用波形指示高分辨率反演技術(shù),對莊3井工區(qū)三工河組二二亞段主要砂體進行了精細描述,刻畫了砂體邊界,預(yù)測了砂體厚度,將預(yù)測結(jié)果與實鉆井結(jié)果對比,吻合率達到85%。利用阻抗與孔隙度的負(fù)相關(guān)性,預(yù)測砂體孔隙度,圈定二二亞段有利儲層發(fā)育面積約96.3km2,為下一步勘探目標(biāo)的優(yōu)選奠定了基礎(chǔ)。