張曉釗, 彭光榮, 吳 靜, 白海軍, 張志偉

(中海石油(中國(guó))有限公司 深圳分公司研究院，深圳 518054)

0 引言

賈承造等[1]就提出儲(chǔ)集層預(yù)測(cè)與描述是巖性地層油氣藏勘探的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，儲(chǔ)集層預(yù)測(cè)技術(shù)逐漸成為地層巖性油氣藏核心技術(shù)之一。儲(chǔ)集層預(yù)測(cè)技術(shù)主要包括遞推類反演、測(cè)井約束反演和疊前地震反演，由于測(cè)井約束反演突破了傳統(tǒng)意義上地震分辨率的限制，因此使用最為廣泛，技術(shù)發(fā)展較為完善。薩利明等[2]系統(tǒng)總結(jié)了地震反演技術(shù)的發(fā)展和存在問(wèn)題，并指出擬測(cè)井曲線反演技術(shù)可進(jìn)一步提高反演分辨率；陳美伊等[3]在高頻等時(shí)地層格架基礎(chǔ)上，利用沉積相去約束砂體展布，在一定程度上體現(xiàn)河道砂體的連通性和擺動(dòng)特點(diǎn)，最終在反演剖面上能夠識(shí)別2 m以上的砂體；顧雯等[4]利用地震波形指示反演技術(shù)對(duì)薄儲(chǔ)層進(jìn)行了預(yù)測(cè)，地震波形指示反演充分利用地震波形的橫向變化，比傳統(tǒng)隨機(jī)反演方法確定性更強(qiáng)，更好地體現(xiàn)了沉積相的約束，在準(zhǔn)噶爾盆地B地區(qū)薄層砂巖氣藏中取得了較好效果；周淑慧等[5]針對(duì)勘探階段薄砂體高分辨預(yù)測(cè)的難題，提出基于低頻約束的高分辨構(gòu)型反演方法，把反演的頻譜分為低頻、中頻、高頻、超高頻四部分，其中前三部分為構(gòu)型建模部分，超高頻(大于200 Hz)仍然采用隨機(jī)建模結(jié)果，通過(guò)模型及實(shí)例分析認(rèn)為該反演方法分辨率有效提高，可以精確預(yù)測(cè)薄互層單砂體的空間展布，且對(duì)井控程度依賴性較小；段南[6]在疊前域使用地震波形指示反演代替常規(guī)反演，可以很好地解決薄儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中縱橫向分辨率不高、縱波阻抗無(wú)法有效識(shí)別砂泥巖的問(wèn)題；楊東升等[7]運(yùn)用古地貌分析、三維可視化、疊前彈性反演儲(chǔ)層預(yù)測(cè)等多種地球物理解釋技術(shù)，有效識(shí)別和刻畫(huà)了古近系陡坡扇的巖性圈閉和儲(chǔ)層展布。

陽(yáng)江東凹位于珠江口盆地西翼，其北部與海南隆起和陽(yáng)春低凸起接壤，南部為陽(yáng)江低凸起，東與珠一凹陷的恩平凹陷相連，西與陽(yáng)江中低凸起相連，分為陽(yáng)江24洼、恩平19洼、恩平20洼和恩平21洼四個(gè)次級(jí)洼陷及復(fù)式半地塹[8]，陽(yáng)江東凹區(qū)域位置如圖1所示。從1979年開(kāi)始勘探，直至2018年才取得勘探突破，經(jīng)過(guò)近兩年集束勘探，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)油田，多個(gè)含油構(gòu)造，并證實(shí)恩平20洼和恩平21洼為富生烴洼陷，陽(yáng)江24洼為潛在富生烴洼陷[9]。陽(yáng)江東凹已發(fā)現(xiàn)油層大部分集中于中淺層的韓江組和珠江組，且厚度基本小于10 m[10]。經(jīng)過(guò)地震資料分析，中淺層地震主頻在40 Hz左右，即使在地震信噪比較高的條件下利用傳統(tǒng)波阻抗反演也難以識(shí)別10 m以下地層，并且陽(yáng)江東凹中淺層處于古珠江三角洲側(cè)翼，沉積相帶為三角洲前緣和前三角洲，砂體類型多樣，砂泥巖波阻抗差小，因此需要新的反演方法來(lái)對(duì)薄層砂體進(jìn)行刻畫(huà)，為巖性圈閉尖滅線落實(shí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

圖1 陽(yáng)江東凹區(qū)域位置圖[8](據(jù)彭光榮等，有修改)Fig.1 Location map of Yangjiang east sag

1 相控構(gòu)型反演方法

相控構(gòu)型反演能夠解決儲(chǔ)層薄、橫向變化快難題，它充分利用地質(zhì)、測(cè)井和地震數(shù)據(jù)，具有較高的分辨率。構(gòu)型反演的頻帶主要有低頻、中頻、高頻和超高頻四部分組成，稀疏脈沖反演主要包括低頻和中頻，地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演主要包括低頻、中頻和超高頻，高頻部分是構(gòu)型反演的核心部分，也是反演分辨率能夠提高的關(guān)鍵[11]，頻帶分布如圖2所示。相控構(gòu)型反演對(duì)輸入的地震數(shù)據(jù)和井曲線數(shù)據(jù)質(zhì)量要求較高，因此本文的構(gòu)型反演技術(shù)流程如圖3所示，該方法主要包括基于巖石物理分析的井曲線校正、地震數(shù)據(jù)解釋性處理和相控構(gòu)型建模三個(gè)關(guān)鍵步驟。

圖2 構(gòu)型反演頻率分布圖Fig.2 Frequency distribution of configuration inversion

圖3 相控構(gòu)型反演流程圖Fig.3 Flow chart of phase controlled configuration inversion

1.1 基于巖石物理分析的井曲線校正

通過(guò)對(duì)中淺層已鉆井的密度和速度的分析，發(fā)現(xiàn)中淺層砂巖和泥巖波阻抗混疊嚴(yán)重，不能簡(jiǎn)單的用單一波阻抗區(qū)分砂泥巖。對(duì)于砂泥巖的巖石物理參數(shù)，一般可以劃分為石英或長(zhǎng)石、泥質(zhì)、束縛水和有效孔隙度四個(gè)參數(shù)，并且束縛水和有效孔隙度組成巖石的總孔隙度。通過(guò)對(duì)已鉆井多礦物解釋成果進(jìn)行交匯分析(圖4)，砂巖有效孔隙大部分大于泥巖有效孔隙，但砂巖總孔隙度與泥巖基本相當(dāng)，這主要是由于泥巖中束縛水含量高造成的，總孔隙度與砂泥巖波阻抗成正比關(guān)系，最終導(dǎo)致砂巖和泥巖波阻抗相近，難以區(qū)分[12]。筆者根據(jù)測(cè)井ELAN解釋得到各個(gè)礦物所占的百分比，并利用各種礦物的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ａ客ㄟ^(guò)HILL平均方程得到混合骨架彈性模量，利用基于DEM等效的KT模型來(lái)計(jì)算干巖石的模量，利用Gassmann方程得到飽和巖石的彈性模量，利用縱橫波速度公式得到飽和巖石的縱波和橫波，通過(guò)全局最優(yōu)的模擬退火算法得到一段深度范圍內(nèi)的最優(yōu)的基質(zhì)模量值[13]。最后將泥巖束縛水替換為泥質(zhì)，得到轉(zhuǎn)換后的縱波速度和密度，從圖5(a)可以看出，泥巖中束縛水替換后密度和速度都變大了，以轉(zhuǎn)換后的波阻抗作為反演低頻模型建立的輸入。通過(guò)波阻抗和伽馬交匯分析可以得到，束縛水替換后砂泥巖能夠用波阻抗進(jìn)行區(qū)分(圖5(b)、圖5(c))。通過(guò)單井統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，在波阻抗校正前后砂泥巖識(shí)別率由65%提升到80%(圖5)。

圖4 砂泥巖孔隙度與伽馬交會(huì)圖Fig.4 Cross plot of sandstone and mudstone porosity and gamma ray(a)有效孔隙;(b)總孔隙

圖5 測(cè)井曲線校正前后巖性及巖石物理參數(shù)交匯對(duì)比圖Fig.5Intersection comparison diagram of lithology and petrophysical parameters before and after logging curve correction(a)測(cè)井曲線校正前后巖性識(shí)別對(duì)比圖;(b)校正前波阻抗與伽馬交會(huì)圖;(c)校正后波阻抗與伽馬交會(huì)圖

1.2 地震資料解釋性處理

構(gòu)型反演中頻部分需要從地震信息中提取，這就需要對(duì)地震資料進(jìn)行一定的處理。不同地區(qū)可以通過(guò)譜整形、子波分解、去燥、能量均一化、重采樣等對(duì)地震資料的品質(zhì)進(jìn)行提升。針對(duì)陽(yáng)江東凹中淺層地區(qū)，地震資料主頻為40 Hz左右，頻寬在10 Hz～80 Hz之間,信噪比較高(圖6)，因此主要采用重采樣和拓頻技術(shù)[14]。地震數(shù)據(jù)由2 ms采樣加密到1 ms，主要是因?yàn)闃?gòu)型反演要獲得高于地震頻帶以上的高頻結(jié)果，而測(cè)井曲線在做時(shí)深轉(zhuǎn)換時(shí)，時(shí)間采樣間隔嚴(yán)重影響高頻信息，按照尼奎斯特頻率算，2 ms只能在250 Hz以內(nèi)，為了保證500 Hz或以上頻率，需要對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣；基于井控譜整形拓頻技術(shù)的核心思想是保留低頻，增強(qiáng)高頻，突出薄層響應(yīng)，由于有井曲線作為約束，因此可以找到分辨率和保真度的平衡點(diǎn)[15]。通過(guò)對(duì)陽(yáng)江東凹地震資料拓頻處理，地震資料頻帶寬度由55 Hz提高到70 Hz，拓頻后地震數(shù)據(jù)分辨率更高，有利于識(shí)別薄層砂體和刻畫(huà)砂體尖滅線。

圖6 陽(yáng)江東凹中淺層地震資料及頻譜Fig.6Medium and shallow seismic data and spectrum in Yangjiang east sag(a)陽(yáng)江東凹中淺層地震資料;(b)陽(yáng)江東凹中淺層地震資料頻譜

1.3 相控構(gòu)型反演

相控構(gòu)型反演主要有構(gòu)型建模和隨機(jī)模擬反演兩部分構(gòu)成。通過(guò)常規(guī)井插值和已有沉積相建立低頻模型，主要對(duì)研究區(qū)的波阻抗趨勢(shì)進(jìn)行約束，中頻采用譜反演結(jié)果，譜反演能夠較好保持地震數(shù)據(jù)中頻信息，高頻通過(guò)已鉆井和虛擬井插值得到，巖石物理校正后的波阻抗數(shù)據(jù)有利于準(zhǔn)確高頻模型的建立，超高頻部分就使用常規(guī)變差函數(shù)進(jìn)行隨機(jī)模擬。本研究高頻相控插值的本質(zhì)是地震屬性參考下的井曲線外推，主要與井點(diǎn)波形相似程度和井點(diǎn)距離有關(guān)。建立構(gòu)型模型后，采用在貝葉斯框架下的隨機(jī)反演方法，主要包括相控插值提供初值、井曲線概率統(tǒng)計(jì)方差，貝葉斯判別提供合成地震記錄約束，最終得到可靠的反演結(jié)果[16]。通過(guò)四個(gè)部分頻率的組合，最終相控構(gòu)型反演能夠得到全頻帶的反演結(jié)果，該結(jié)果能夠識(shí)別薄層和刻畫(huà)砂體尖滅線，指導(dǎo)巖性圈閉勘探。

2 應(yīng)用效果分析

陽(yáng)江東凹已發(fā)現(xiàn)油田和含油構(gòu)造都是斷背斜和斷塊的構(gòu)造油氣藏，但根據(jù)地化資源量預(yù)測(cè)，恩平20洼和恩平21洼還有一半以上儲(chǔ)量未發(fā)現(xiàn)，因此本次研究以恩平20洼和恩平21洼為靶區(qū)。恩平20和恩平21洼鉆探13口井，測(cè)井資料豐富，通過(guò)統(tǒng)計(jì)顯示層和油層分布情況以及三級(jí)層序內(nèi)沉積微相分析，認(rèn)為韓江下段的高位域?yàn)閹r性圈閉發(fā)育重要層段，這里重點(diǎn)分析該層段。通過(guò)分析研究區(qū)已鉆井速度和密度數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)韓江五段砂巖縱波速度范圍為2 500 m/s～2 900 m/s，密度范圍為2.11 g/cm3～2.30 g/cm3，泥巖縱波速度范圍為2 700 m/s～3 100 m/s，密度范圍為2.21 g/cm3～2.40 g/cm3，從砂泥巖縱波速度和密度范圍發(fā)現(xiàn)砂巖和泥巖縱波阻抗重疊區(qū)域較大，難以區(qū)分砂泥巖(圖5(b))。根據(jù)這里的相控構(gòu)型反演流程，首先對(duì)研究區(qū)韓江五段井曲線進(jìn)行校正，通過(guò)巖石物理校正，砂泥巖區(qū)分程度明顯提高，利用校正后的測(cè)井曲線進(jìn)行低頻模型的建立，同時(shí)對(duì)研究區(qū)進(jìn)行譜反演，得到地震數(shù)據(jù)的中頻數(shù)據(jù)。最后利用校正后的曲線和井外推的波形約束得到相控構(gòu)型反演結(jié)果。提取過(guò)兩個(gè)油田Y10和Y11的反演剖面(圖7)，測(cè)線位置見(jiàn)圖8(a)中紅色曲線位置。從圖7可以看出，韓江五段構(gòu)型反演結(jié)果與井上匹配良好，并且根據(jù)地震相分析兩個(gè)油田之間的砂體分布和含砂率與構(gòu)型反演結(jié)果匹配。為了進(jìn)一步驗(yàn)證相控構(gòu)型反演的可靠性，針對(duì)韓江五段a油層進(jìn)行分析。圖8(a)為a油層最小振幅切片，從單井波阻抗分析可以知道，砂巖為低阻，泥巖為高阻，在正極性地震剖面下砂巖頂界面對(duì)應(yīng)波谷，波谷振幅越小，證明砂體越好，因此圖8(a)中砂體整體呈北西-南東向展布。經(jīng)過(guò)測(cè)井相、井壁心標(biāo)定后認(rèn)為，a油層為潮汐影響的砂脊，沉積微相如圖8(b)所示。提取韓江五段a油層的波阻抗切片，如圖8(d)所示。圖8(c)為測(cè)井曲線未校正的波阻抗切片，圖8(d)為校正后的波阻抗切片，從單井反演結(jié)果可以看出，未經(jīng)井曲線校正的Y9-1、Y11-4、Y11-5等井反演結(jié)果與井上砂泥巖不匹配，經(jīng)統(tǒng)計(jì)井曲線校正后的反演結(jié)果與研究區(qū)所有井基本匹配；從沉積微相進(jìn)行分析，經(jīng)過(guò)測(cè)井曲線校正的波阻抗切片與最小振幅相似，能夠反應(yīng)沉積微相特征，而未經(jīng)過(guò)測(cè)井曲線校正的在西北部明顯與沉積微相特征不符。經(jīng)過(guò)研究認(rèn)為，井曲線校正后的構(gòu)型反演結(jié)果在剖面和平面上的結(jié)果都比原始曲線好，證明了該方法的可靠性和有效性。

圖7 相控構(gòu)型反演剖面Fig.7 Inversion profile of facies controlled configuration

圖8 油層屬性圖、沉積微相圖和曲線校正前后波阻抗切片F(xiàn)ig.8 Reservoir attribute map, sedimentary microfacies map and wave impedance slice before and after curve correction (a)a油層最小振幅切片;(b)a油層沉積微相圖;(c)a油層曲線校正前構(gòu)型反演波阻抗切片;(d)a油層曲線校正后構(gòu)型反演波阻抗切片

由于經(jīng)過(guò)巖石物理校正的相控構(gòu)型反演，能夠得到精度更高、更準(zhǔn)確的砂巖空間展布，因此在反演剖面和波阻抗切片上尋找有利巖性體更為可靠。從圖8(b)發(fā)現(xiàn)在Y10油田和Y11油田之間的區(qū)域發(fā)育一套三角洲前緣條帶砂，該砂體西側(cè)高部位靠前三角洲泥進(jìn)行封堵，從圖7可以看出，a油層上下分布有較為穩(wěn)定泥巖，該砂體頂封和底封條件較好，且處于油氣運(yùn)移的有利方向上，通過(guò)與構(gòu)造等值線和斷層匹配得到有利目標(biāo)A，如圖8(b)中紅色虛框所示。目標(biāo)A面積為12.8 km2，預(yù)測(cè)厚度為8 m～12 m，預(yù)測(cè)孔隙度為16%～22%，該巖性圈閉西側(cè)高部位靠砂體尖滅線，北側(cè)靠斷層，南側(cè)和東側(cè)為低部位，依靠等值線。如果該有利巖性體能夠評(píng)價(jià)成功，將打開(kāi)陽(yáng)江東凹勘探新的戰(zhàn)場(chǎng)，形成新的有利儲(chǔ)量接替區(qū)，同時(shí)也為珠江口盆地其他凹陷提供了巖性圈閉勘探經(jīng)驗(yàn)。

3 結(jié)論

通過(guò)分析影響砂泥巖阻抗混疊的因素，從巖石物理模型出發(fā)得到校正后的砂泥巖阻抗，最后利用構(gòu)型反演對(duì)目標(biāo)區(qū)的砂體空間展布進(jìn)行預(yù)測(cè)，為研究區(qū)巖性目標(biāo)評(píng)價(jià)指明了方向。

1)筆者認(rèn)為在Y10油田和Y11油田之間有一個(gè)有利目標(biāo)A，西側(cè)高部位靠前三角洲泥封堵，上下分布有較為穩(wěn)定泥巖，頂封和底封條件好，儲(chǔ)層厚度和物性適中，油氣運(yùn)移有利，可以作為下一步勘探目標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2)陽(yáng)江東凹中淺層砂泥巖波阻抗混疊嚴(yán)重，如果不加校正就進(jìn)行波阻抗反演，則得到的反演結(jié)果不利于進(jìn)一步巖性圈閉評(píng)價(jià)，特別是不能發(fā)現(xiàn)海侵域泥質(zhì)含量高的有利巖性體。

3)相控構(gòu)型反演對(duì)于低頻、中頻和高頻的控制較為合理，但是對(duì)于井旁道地震波形的外推(超高頻)還存在一定的不確定性 ，下一步要加強(qiáng)地震波形的地質(zhì)意義研究，使相控構(gòu)型反演的超高頻部分更加穩(wěn)定、可信。