邵映明 李 婧 馬 浩 李國良 房金偉 劉麗姝

（①中國石油渤海鉆探油氣合作開發(fā)分公司；②中國石油長慶油田分公司第六采氣廠；③中國石油渤海鉆探井下技術(shù)服務(wù)分公司）

0 引言

隨著現(xiàn)代地震勘探及工程工藝技術(shù)的不斷進(jìn)步，非常規(guī)油氣藏近年來迎來了迅猛發(fā)展，開發(fā)規(guī)模不斷擴(kuò)大，在我國國民經(jīng)濟(jì)中也起到了越來越重要的作用。鄂爾多斯盆地蘇里格氣田作為我國最大的非常規(guī)氣藏，生產(chǎn)規(guī)模已接近300億方/年。然而在產(chǎn)量不斷提升的同時，現(xiàn)有富集區(qū)動用程度越來越高，接替儲量區(qū)品質(zhì)越來越差，氣井投產(chǎn)后水氣比越來越高，開發(fā)形勢面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，因此應(yīng)用地震資料不斷創(chuàng)新完善致密砂巖氣藏含氣性檢測方法，提高儲層流體性質(zhì)識別精度，對認(rèn)識氣、水分布特征，優(yōu)選建產(chǎn)接替區(qū)，提高產(chǎn)建效果以及指導(dǎo)氣田整體效益開發(fā)均具有重要意義。

常規(guī)的地震油氣檢測技術(shù)主要分為疊前和疊后兩大類。疊前油氣檢測主要依據(jù)儲層含油氣的AVO響應(yīng)特征，存在分析數(shù)據(jù)量大、運(yùn)算速度慢等缺點(diǎn)[1-3]，對地震資料品質(zhì)也有很高的要求；疊后油氣檢測主要依據(jù)含油氣儲層在疊后數(shù)據(jù)上表現(xiàn)出的頻率、振幅等異常，具有分析數(shù)據(jù)量小、運(yùn)算速度快等優(yōu)點(diǎn)[4-8]。近年來，隨著地震頻譜分解等算法的不斷改進(jìn)和優(yōu)化，地震頻譜分解技術(shù)、時頻分析技術(shù)以及瞬時屬性分析技術(shù)等也得到了迅速發(fā)展和應(yīng)用[9-16]，特別是利用低頻反射信息對油、氣、水進(jìn)行預(yù)測的方法逐步成熟。本次研究以蘇里格X 區(qū)塊（以下簡稱“蘇X 區(qū)塊”）為例，通過頻譜分解及實(shí)鉆井地震低頻響應(yīng)特征分析，探討適用于蘇里格致密儲層的流體性質(zhì)識別方法。

1 地質(zhì)概況

蘇X 區(qū)塊位于鄂爾多斯盆地蘇里格氣田西區(qū)西部，產(chǎn)氣層為二疊系下統(tǒng)山西組山1 段至下石盒子組盒8 段（圖1），深度約3 500～3 700 m，厚度約80～100 m，為南北向河流相沉積為主的砂泥巖地層，其地質(zhì)特征主要表現(xiàn)為儲層滲透率低、地層壓力低、儲量豐度低。主力產(chǎn)氣層盒8下亞段儲層平均孔隙度僅為6.21%，平均滲透率0.47 mD，氣層單層厚度薄，氣、水關(guān)系復(fù)雜，無統(tǒng)一的氣、水界面，已鉆井試氣出水占比高達(dá)49.2%，投產(chǎn)后出水量高，嚴(yán)重影響氣井產(chǎn)能，如何避水部署已成為區(qū)塊效益開發(fā)所面臨的一大難題。

圖1 蘇X區(qū)塊構(gòu)造位置（左）及二疊系下統(tǒng)巖性地層柱狀圖（右）

研究表明，蘇X 區(qū)塊成藏富集主要受儲層厚度、儲層平面分布范圍以及儲層物性等方面控制，同時大量發(fā)育的微斷層及微裂縫也為油氣運(yùn)移提供通道。由于遠(yuǎn)離盆地生烴坳陷中心，下伏地層中的烴源巖生烴能力較弱，導(dǎo)致主要目的層盒8 下亞段儲層內(nèi)原始地層水大量滯留，但受巖性、物性、構(gòu)造等多種因素控制，儲層中出現(xiàn)“上水下氣”“氣水混儲”等現(xiàn)象，氣、水分布規(guī)律復(fù)雜。從地震響應(yīng)特征上分析，通過巖石物理交會分析（圖2），將不同流體儲層的自然伽馬（GR）與波阻抗（IMP）體現(xiàn)在圖板中，含氣砂巖波阻抗為8 000～13 000 g/cm3·m/s，泥巖波阻抗為6 000～13 500 g/cm3·m/s，儲層與圍巖波阻抗差異小，儲層含不同流體后波阻抗也基本無差異，因此很難應(yīng)用地震屬性、波阻抗反演等常規(guī)儲層預(yù)測方法識別流體性質(zhì)。本文主要根據(jù)不同流體儲層在疊后地震數(shù)據(jù)上表現(xiàn)出的異常，尤其是不同單頻體上振幅的響應(yīng)差異，采用GeoEast 解釋系統(tǒng)中的流體活動性屬性技術(shù)以及低頻增強(qiáng)振幅技術(shù)開展儲層流體識別工作。

圖2 蘇X區(qū)塊盒8下亞段巖石物理交會分析

2 流體活動性屬性技術(shù)

2.1 技術(shù)原理

流體活動性屬性技術(shù)是美國加利福尼亞大學(xué)勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室D.B.Silin[17]等2004 年開發(fā)的一套飽和多孔介質(zhì)儲層流體預(yù)測技術(shù)，主要通過研究獲得了一個反射系數(shù)的頻率相關(guān)組分與一個依賴于信號頻率和儲層流體活動性屬性的無量綱參數(shù)的近似比例式。公式如下：

式中：Mobility為流體活動性屬性（因子）；A為流體函數(shù)；ρfluid為流體密度，g/cm3；η為流體粘度，mPa·s；K為儲層滲透率，mD；r為地震振幅；f為地震頻率，Hz。

該式反映流體活動性屬性與儲層滲透率以及儲層中包含的流體的密度和粘度有關(guān)，同時與地震資料的頻率以及在地震頻譜中該頻率的振幅值有關(guān)。滲透性儲層含流體后，由于流體和固體介質(zhì)的相互作用，會對地震波高頻成分起到一定的吸收衰減作用，使得低頻成分相對較強(qiáng)，高頻成分相對較弱，即表現(xiàn)為“低頻共振、高頻衰減”的特征[18-23]。如圖3 所示，粉色曲線為滲透性儲層頻譜特征，綠色曲線為非滲透性儲層頻譜特征，在低頻段滲透性儲層與非滲透性儲層頻率的變化率為正異常（粉色陰影），流體活動性屬性表現(xiàn)為正異常值，而在高頻段頻率變化率為負(fù)異常（黃色陰影），流體活動性屬性表現(xiàn)為負(fù)異常值。通過頻譜分析確定儲層流體低頻或高頻敏感頻率，計(jì)算流體活動性屬性，即可很好地描述低頻或高頻能量的變化，反映儲層的滲透性。

圖3 流體活動性屬性原理示意

2.2 實(shí)際分析

研究區(qū)三維滿覆蓋地震資料約200 km2，主要目的層盒8 下亞段砂體厚度為15～35 m，平均厚度為20 m 左右，砂巖平均層速度為4 000 m/s，在地震記錄上表現(xiàn)為一套連續(xù)低頻強(qiáng)振幅波峰反射，深度為1 900～2050 ms。

本次研究以區(qū)塊內(nèi)3 口典型井為例，探尋不同性質(zhì)流體在地震上的響應(yīng)特征：X 1 井盒8 下亞段鉆遇砂巖18.3 m，其中測井解釋氣水同層8.6 m/4 層，平均孔隙度為5.57%，平均滲透率為0.32 mD，平均含氣飽和度為30.1%，屬于典型的含水砂巖儲層；X 2井盒8 下亞段鉆遇砂巖17.7 m，其中測井解釋氣層5.2 m/2 層，差氣層8.9 m/3 層，平均孔隙度為6.27%，平均滲透率為0.36 mD，平均含氣飽和度為49.1%，屬于典型的含氣砂巖儲層；X 3 井盒8 下亞段鉆遇砂巖23.4 m，其中測井僅解釋一個差氣層1.5 m，儲層平均孔隙度為5.2%，平均滲透率為0.16 mD，平均含氣飽和度為32.1%，屬于典型的低滲致密儲層（圖4）。

圖4 蘇X區(qū)塊盒8下亞段連井地層對比剖面

開展儲層流體活動性屬性計(jì)算，首先需要確定的是目標(biāo)儲層含油氣之后，是否有明顯的“低頻共振、高頻衰減”特征，其次是分析油氣對頻譜的響應(yīng)特征，確定低頻敏感段或者高頻敏感段，才能保證屬性分析的可靠性。通過研究區(qū)地震資料目的層頻譜分析表明，地震資料頻帶寬度為10～70 Hz，主頻為30 Hz 左右。圖5 為X 1、X 2、X 3 井目的層頻譜特征曲線圖。由圖5 可知：X 1、X 2 井在20 Hz 左右的低頻段振幅明顯增強(qiáng)，X 3井低頻段振幅無明顯增強(qiáng)，表明儲層含流體后，地震頻譜會表現(xiàn)出明顯的低頻共振特征；高頻段雖然也有衰減現(xiàn)象，但由于整體能量弱，衰減特征不是很明顯。最終確定利用低頻敏感段振幅變化計(jì)算流體活動性，具體參數(shù)第一頻段設(shè)為10 Hz，第二頻段設(shè)為30 Hz。

圖5 X 1、X 2、X 3井目的層頻譜特征曲線

通過GeoEast 解釋系統(tǒng)計(jì)算得到流體活動性屬性數(shù)據(jù)體，從而得到X 1、X 2、X 3 井常規(guī)地震剖面與流體活動性屬性剖面對應(yīng)圖（圖6），以及盒8 下亞段流體活動性屬性平面圖（圖7）?？梢钥闯觯撼Ｒ?guī)地震剖面上3 口井盒8 下亞段儲層均表現(xiàn)為中強(qiáng)振幅波峰反射特征。在流體活動性屬性平面圖上，紅黃色-綠色表示流體活動性強(qiáng)，反映儲層滲透性好；藍(lán)色則反映儲層不發(fā)育或者儲層滲透性差。氣水井（X 1井）、氣井（X 2井）表現(xiàn)為中強(qiáng)流體活動屬性，無明顯差異，干井（X 3 井）表現(xiàn)為弱流體活動屬性，預(yù)測結(jié)果與3口井的實(shí)鉆效果基本一致，說明流體活動性屬性對于本區(qū)滲透儲層的檢測結(jié)果是可靠的，但無法有效識別流體性質(zhì)。

圖6 過X 1、X 2、X 3井常規(guī)地震剖面（上）與流體活動性屬性剖面（下）

圖7 盒8下亞段流體活動性屬性平面圖

3 低頻增強(qiáng)振幅屬性技術(shù)

為了提高流體性質(zhì)識別精度，筆者在流體活動性屬性分析的研究基礎(chǔ)上，通過不斷對比實(shí)鉆氣層、氣水層在地震低頻段的響應(yīng)信息，發(fā)現(xiàn)不同流體在不同低頻段的響應(yīng)特征存在差異，以此為依據(jù)總結(jié)形成了一套氣、水簡易識別方法——低頻增強(qiáng)振幅屬性技術(shù)。

3.1 技術(shù)原理

地震波通過介質(zhì)傳播時出現(xiàn)“低頻共振、高頻衰減”現(xiàn)象，是因?yàn)榻橘|(zhì)孔隙內(nèi)的流體與固體顆粒的相對振動和耦合。在地震低頻段上，流體與固體顆粒相對運(yùn)動速度很小，形成“共振”，地震波衰減最小而振幅最大。這與介質(zhì)孔隙中流體的性質(zhì)，即密度和粘度等有很大關(guān)系。蘇里格氣田致密儲層中，孔隙流體主要為地層水和天然氣，二者密度和粘度差異巨大，因此地震波開始出現(xiàn)“共振”現(xiàn)象的頻率并非完全一致。通過實(shí)鉆井頻譜分析發(fā)現(xiàn)，在地震某一低頻段，含水儲層開始出現(xiàn)“共振”現(xiàn)象，而含氣儲層未出現(xiàn)或者不明顯。根據(jù)這種現(xiàn)象，獲得一個反映儲層流體性質(zhì)的公式：

式中：AS為低頻增強(qiáng)振幅；Afl1為基礎(chǔ)低頻單頻體振幅；Afl2為低頻段中振幅增強(qiáng)最為明顯的單頻體振幅；n為氣、水影響因子；a為氣、水影響門限值；Afl水為低頻段中含水介質(zhì)最開始“共振”的單頻體振幅。

公式表明：低頻增強(qiáng)振幅屬性的大小取決于低頻振幅比（Afl2/Afl1）與氣、水影響因子（n）兩個方面。其中低頻振幅比（Afl2/Afl1）表示的是地震低頻段中“低頻共振”最明顯的單頻體振幅與基礎(chǔ)低頻單頻體振幅的比值，比值越大，表示振幅增強(qiáng)越多，地震“低頻共振”現(xiàn)象越明顯；氣、水影響因子（n）則由氣、水影響門限值（a）與Afl水的比值計(jì)算而得。當(dāng)儲層流體主要為地層水時，在Afl水這一低頻單頻體上最開始出現(xiàn)“共振”，振幅增強(qiáng)，高于氣、水影響門限值（a），n值小于1；當(dāng)儲層流體主要為天然氣時，Afl水單頻體上無“共振”現(xiàn)象，振幅較弱，低于氣、水影響門限值（a），n值大于1。通過氣、水影響因子，可以有效減小含水儲層的低頻振幅比值，增強(qiáng)含氣儲層的低頻振幅比值。

總之，當(dāng)儲層含氣后，地震低頻振幅增強(qiáng)，低頻增強(qiáng)振幅表現(xiàn)為高異常值；儲層含水后，地震某一低頻段異常升高，低頻增強(qiáng)振幅表現(xiàn)為低值。通過頻譜分析與實(shí)鉆井對比分析，確定儲層含氣及含水低頻敏感頻率，計(jì)算低頻增強(qiáng)振幅屬性，即可很好地描述滲透儲層在地震低頻信息上各單頻體的能量變化，反映儲層流體性質(zhì)。

3.2 應(yīng)用分析

計(jì)算低頻增強(qiáng)振幅屬性，最重要的是分析含氣、含水儲層在地震低頻信息上的響應(yīng)特征，并確定含水儲層最開始“共振”的敏感頻段，計(jì)算氣、水影響門限值。研究區(qū)地震資料目的層主頻為30 Hz，有效頻帶為10～70 Hz。根據(jù)地震數(shù)據(jù)的頻帶范圍，應(yīng)用小波變換方法[24]進(jìn)行時頻體計(jì)算，從10 Hz 到70 Hz，每間隔5 Hz 生成單頻數(shù)據(jù)體，得到的主要低頻數(shù)據(jù)體為10 Hz、15 Hz、20 Hz以及25 Hz單頻體。

從各個單頻體剖面來看（圖8），紅色-黃色代表強(qiáng)振幅，藍(lán)色代表弱振幅，氣水井（X 1 井）在10 Hz 單頻體上表現(xiàn)為異常強(qiáng)振幅，在15 Hz、20 Hz 單頻體均出現(xiàn)振幅增強(qiáng)現(xiàn)象；氣井（X 2井）在10 Hz單頻體上表現(xiàn)為弱振幅，15 Hz、20 Hz、25 Hz 單頻體均表現(xiàn)出振幅增強(qiáng)現(xiàn)象；干井（X 3井）在10 Hz、15 Hz、20 Hz等各個單頻體上均表現(xiàn)為中弱振幅，無振幅增強(qiáng)現(xiàn)象。分析表明，含氣儲層的地震“低頻共振”響應(yīng)頻段為15～25 Hz，含水儲層的地震“低頻共振”響應(yīng)頻段為10～20 Hz，致密儲層無明顯“低頻共振”現(xiàn)象。同時含水儲層在10 Hz單頻體上振幅明顯強(qiáng)于含氣儲層和致密儲層，表現(xiàn)為異常強(qiáng)振幅特征。初步選定利用10 Hz、20 Hz兩個單頻體振幅計(jì)算低頻振幅比，選擇10 Hz單頻體計(jì)算氣、水影響因子。

圖8 過X 1、X 2、X 3井不同單頻體連井剖面

為保證計(jì)算參數(shù)選取的準(zhǔn)確性，還需要利用鉆井資料及其頻譜特征分析進(jìn)行交會驗(yàn)證。圖9為實(shí)鉆氣井盒8 下亞段含水儲層、含氣儲層厚度與井點(diǎn)處10 Hz、20 Hz 單頻體振幅大小的交會圖。從圖9a 可知，含水儲層厚度與10 Hz、20 Hz 單頻體振幅呈弱正相關(guān)，厚度越大，單頻體振幅越強(qiáng)；同時薄含水儲層（厚度小于10 m）在10 Hz、20 Hz 單頻體上均表現(xiàn)出異常強(qiáng)振幅特征，當(dāng)含水儲層大于5 m 后，其10 Hz 單頻體振幅開始強(qiáng)于1 000。從圖9b 上看，含氣儲層厚度與20 Hz 單頻體振幅呈正相關(guān)，厚度越大，20 Hz 單頻體振幅越強(qiáng)；與10 Hz單頻體振幅基本無相關(guān)性，隨著含氣儲層厚度增加，10 Hz 單頻體振幅值并無明顯增強(qiáng)，一直保持在1 000 以下，呈弱振幅特征。因此，可以應(yīng)用10 Hz 單頻體振幅，以1 000 作為氣、水影響門限值，來區(qū)分含水、含氣儲層。同時，在圖9a 和圖9b 中，各井點(diǎn)處20 Hz 單頻體振幅均明顯強(qiáng)于10 Hz 單頻體振幅，“低頻共振”現(xiàn)象明顯，說明利用10 Hz、20 Hz 兩個單頻體振幅計(jì)算低頻振幅比是合適的。最終確定低頻增強(qiáng)振幅屬性計(jì)算參數(shù)：Afl1、Afl2分別選擇10 Hz、20 Hz 單頻體振幅；a選擇為1 000；Afl水也選擇為10 Hz單頻體振幅。

圖9 盒8下亞段含水儲層、含氣儲層厚度與各單頻體振幅交會圖

提取目標(biāo)層位在10 Hz、20 Hz單頻體上的振幅數(shù)據(jù)，計(jì)算得到目標(biāo)層位低頻增強(qiáng)振幅。圖10 為盒8 下亞段低頻增強(qiáng)振幅屬性平面圖，X 1井為含水儲層，處于低值區(qū)內(nèi)，X 2井為含氣儲層，處于高值區(qū)內(nèi)，X 3井為致密儲層，處于低值區(qū)內(nèi)。3 口井在圖上的預(yù)測結(jié)果與實(shí)鉆情況完全一致，同時有利區(qū)分布趨勢與流體活動性屬性預(yù)測結(jié)果（圖7）大致相同，表明利用低頻增強(qiáng)振幅屬性對本區(qū)儲層內(nèi)的流體識別是有效的。若低頻增強(qiáng)振幅屬性與流體活動性屬性同時表現(xiàn)為高值，則表示儲層滲透性好，孔隙流體主要為天然氣；若低頻增強(qiáng)振幅屬性表現(xiàn)為低值、流體活動性屬性表現(xiàn)為高值，則表示儲層滲透性好，但孔隙流體多為地層水；若低頻增強(qiáng)振幅屬性與流體活動性屬性同時表現(xiàn)為低值，則表示儲層偏致密或儲層不發(fā)育。通過低頻增強(qiáng)振幅屬性與流體活動性屬性綜合分析，精細(xì)刻畫研究區(qū)盒8 下亞段含氣儲層分布范圍，明確氣水分布規(guī)律，為下一步建產(chǎn)有利區(qū)優(yōu)選及井位部署提供有力依據(jù)。

圖10 盒8下亞段低頻增強(qiáng)振幅屬性平面圖

2021 年根據(jù)本文研究成果，在區(qū)塊內(nèi)部署3 口評價井，平均鉆遇氣層12.6 m/3.6 層，試氣均獲得工業(yè)氣流，其中Y 1井鉆遇氣層10 m/2層，試氣產(chǎn)氣9.2×104m3/d，試氣無阻流量達(dá)到119.8×104m3/d，取得了很好的應(yīng)用效果。

4 結(jié)論

（1）蘇里格X 區(qū)塊目的層段儲層與圍巖波阻抗差異小，儲層含不同流體后波阻抗也基本無差異，應(yīng)用波阻抗反演等常規(guī)儲層預(yù)測方法很難識別流體性質(zhì)?？梢愿鶕?jù)不同流體儲層在疊后地震數(shù)據(jù)頻率域上的差異，識別儲層流體性質(zhì)，預(yù)測儲層含氣性。

（2）應(yīng)用流體活動性屬性在研究區(qū)盒8 下亞段進(jìn)行滲透砂巖描述，能夠有效預(yù)測地下滲透儲層分布，該方法具有僅依靠地震數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)量小、運(yùn)算速度快、不受鉆井資料品質(zhì)影響等優(yōu)點(diǎn)。

（3）根據(jù)實(shí)鉆井在地震低頻段上的振幅差異，總結(jié)形成了低頻增強(qiáng)振幅屬性方法，識別儲層流體性質(zhì)，區(qū)分氣、水層，有效提高了研究區(qū)含氣性預(yù)測的可靠性，為區(qū)塊井位部署及建產(chǎn)區(qū)優(yōu)選提供了有力依據(jù)，也為蘇里格致密儲層含氣性檢測提供了一種有效、可行的方法。