林偉強,曲麗麗

中國石油冀東油田公司南堡油田作業(yè)區(qū),河北 唐山 063200

0 引言

南堡凹陷斷層組合樣式多樣,應力場多變,屬于典型的復雜斷塊油田。近年來,隨著開發(fā)的深入,南堡油田油水關系、井間注采矛盾突出,提高采收率的難度越來越大。目前該油田部分區(qū)塊、斷塊有待進一步認識,尤其是低級序斷層能否精確識別,在一定程度上影響了南堡油田的開發(fā)水平[1-4],尤其是注水開發(fā)效果,由于低級序斷層的響應特征不明顯,僅僅依靠單一的學科技術,難以精確的識別。常用的地震、測井、重力等方法在斷層識別方面存在一定的多解性,對微小斷層的識別多限于解釋斷層的平面展布,而且無法從動力學機制上解釋斷層[5]。而構造背景分析法、斷層組合分析法、構造應力場分析法、構造物理模擬法、巖層曲率法等傳統(tǒng)解釋斷層的方法[6],則各有優(yōu)點和不足,構造背景分析法和斷層組合分析法簡單易行,但是誤差較大;構造應力場模擬法、構造物理模擬法和曲率法運用起來準確度較高,但是成本較高。本文針對南堡油田的斷塊發(fā)育特點,綜合地質(zhì)、地震、測井、油藏等多學科綜合知識,建立了“斷層成像處理—斷層屬性拾取—井震聯(lián)合刻畫—動態(tài)驗證調(diào)整”的低級序斷層解釋方法,在一定程度上降低了低級序斷層的多解性,提高了認識精度,并在南堡油田多個區(qū)塊進行了應用,在實際生產(chǎn)中取得了良好效果。研究成果對復雜斷塊低級序斷層的識別具有較好的借鑒意義。

1 問題背景

經(jīng)過多年的開發(fā),南堡油田的注水區(qū)塊已經(jīng)進入了中高含水階段,部分區(qū)塊受斷層認識不清的影響,注水效果不明顯,水驅動用程度較低;目前南堡油田新井產(chǎn)量的占比逐年增大,產(chǎn)能建設接替區(qū)儲備不足,新井井位論證工作存在較大挑戰(zhàn)。

南堡油田低級序斷層廣泛發(fā)育,研究低級序斷層的識別技術,對于南堡油田注水區(qū)塊的完善注采井網(wǎng),制定和調(diào)整開發(fā)方案,尋找有利的剩余油富集區(qū),提高開發(fā)效果具有重要意義;另一方面,低級序斷層的正確認識,對于發(fā)現(xiàn)有利構造,尋找新的產(chǎn)能建設區(qū),滾動增儲增產(chǎn)具有積極的指導意義。

2 低級序斷層及發(fā)育特征

低級序斷層是相對于高級序斷層提出的概念,任何序級的斷層相對于比其序級高的斷層都可稱為低級序斷層,油田開發(fā)研究中,低級序斷層特指四級及以下的小斷層[6]。低級序斷層延伸短,一般斷距小于20 m,基本不控制油氣的聚集,但它使斷塊油藏進一步復雜化,是剩余油富集的重要控制因素[7],一定程度上影響著注水開發(fā)的水驅狀況。

2.1 低級序斷層的響應特征

由于地震資料分辨率的限制[8],斷距較小的斷層,特別是落差十幾米甚至幾十米左右的,在地震剖面上表現(xiàn)的不明顯,僅僅依靠地震剖面的響應,很難精確地識別。

一般情況下,落差較小的低級序斷層在地震剖面上主要表現(xiàn)為地震同相軸的能量突變、扭曲、分叉、合并、錯位等(圖1),但也不排除是其他現(xiàn)象造成的同相軸異常,這時就需要綜合運用到地震、地質(zhì)、測井以及油藏開發(fā)方面的知識,從測井解釋斷點以及鄰井間的油水界面、壓力系統(tǒng)差異方面,推測小斷層的存在。

圖1 南堡油田低級序斷層的響應特征Fig.1 Response characteristics of low-order faults in Nanpu Oilfied

2.2 南堡油田斷層發(fā)育特征及現(xiàn)狀

南堡凹陷是渤海灣盆地群北側中新生界疊合的含油氣凹陷,中、新生代經(jīng)歷了斷陷和坳陷兩個演化階段[9],是一個斷層極其發(fā)育、斷裂構造系統(tǒng)復雜的新生代斷陷盆地[10-12]。斷層多期發(fā)育(表1),兼具伸展、走滑多種構造屬性,促使地層發(fā)生復雜的破碎、變形,從而易于形成多組低級序斷層。斷層的組合模式復雜,斷層多,斷塊小,斷塊內(nèi)部4～5級低級序斷層發(fā)育,使得斷塊更為復雜化[13-18]。

表1 南堡油田各構造斷層統(tǒng)計明細表Table 1 Statistical details of structural faults in Nanpu Oilfied

3 低級序斷層精細刻畫

針對上述問題,充分利用地震、地質(zhì)、測井、油藏信息,以地球物理綜合地質(zhì)解釋為主線,進行空間的斷裂系統(tǒng)梳理和構造的精細落實。優(yōu)選新資料,結合老資料,建立了“斷層成像處理—斷層屬性拾取—井震聯(lián)合刻畫—動態(tài)驗證調(diào)整”的斷層解釋流程(圖2),形成了多軟件,多技術、多數(shù)據(jù)優(yōu)化融合的低級序斷層精細描述技術,降低斷層解釋的多解性。

圖2 低級序斷層解釋流程圖Fig.2 Flow chart of low-order faults interpretation

3.1 斷層成像處理技術

地震數(shù)據(jù)中包含大量的干擾信息,從而使地震剖面識別斷層的能力降低,通過濾波去除噪音,來提高地震資料信噪比和斷層的識別能力。

3.1.1 構造導向濾波

在進行導向濾波處理之前,需要知道地震反射層位的最大傾角,對地震數(shù)據(jù)體進行傾角掃描處理。因為地層傾角和方位角能突出地下那些斷距少于10 ms的斷層,這對于目的是識別斷距為20 m左右的低級序斷層來說,是至關重要的。

構造導向濾波成像技術是把不同其次或同一其次不同方向形變特征從目前疊加特征中分離出來的統(tǒng)計學方法。能夠最大限度的保護構造信息和小斷層的成像能力,提高地震數(shù)據(jù)的信噪比,使地震同相軸連續(xù)性和間斷特征更明顯,提高低級序斷層識別能力。對傾角掃描之后的地震數(shù)據(jù)體進行導向濾波處理(圖3)。

圖3 構造導向濾波前后對比圖Fig.3 Construct comparison diagram before and after guided filtering

通過濾波前后地震剖面對比可以看出:構造濾波后目的層段地震資料相位連續(xù),干擾噪音降低,斷點更清晰,斷層識別能力顯著提高。濾波后地震剖面識別斷層能力顯著增強。

3.1.2 分頻成像處理技術

分頻技術是地震成像處理分析中重要的組成部分,分頻技術可以提取離散頻率對應的調(diào)諧振幅,經(jīng)分頻處理后的地震數(shù)據(jù)其解釋分辨率能力高于常規(guī)地震主頻所能達到的分辨能力,低級序斷層識別能力顯著增強(圖4)。需要注意的是,分頻處理時,并非頻率越高越好,因為頻率越高,噪聲就會越大,信噪比就會下降,會給斷層的解釋帶來干擾,要根據(jù)地震資料的主頻信息選取合適的分頻頻率。

圖4 分頻成像對比地震剖面Fig.4 Frequency division imaging and seismic profile comparison

通過分頻處理,地震資料成像效果明顯改善,地層接觸關系更加清晰,在50 Hz分頻剖面上,斷層成像明顯提高,小斷層更加清晰。

3.2 地震屬性技術輔助識別斷層

地震屬性指的是那些由疊前或疊后地震數(shù)據(jù),經(jīng)過數(shù)學變換而導出的有關地震波的幾何形態(tài)、運動學特征和統(tǒng)計學特征[19]。其中水平切片、曲率體、相干體、螞蟻體追蹤、屬性融合等地震屬性技術對于斷層的響應較為敏感[20,21],可以輔助地震剖面識別斷層,提高斷層識別精度(圖5)。

圖5 地震多屬性綜合預測斷層Fig.5 Seismic multi-attribute comprehensive faults prediction

水平切片基本原理:等時水平切片的同相軸錯開的大小與斷距大小對應,可以根據(jù)同相軸的中斷、錯開、振幅突變、拐彎、走向不一致等特點,分析小斷裂和斷層的細微變化。

曲率體基本原理:斷層在常規(guī)地震剖面上表現(xiàn)為同相軸的變化、扭曲、振幅突變,這些變化在地震曲率上表現(xiàn)為線性構造特征,它反映了地層受構造應力擠壓時層面彎曲程度,因此利用線性構造異?？蛇M行斷層預測。

相干體基本原理:在地下出現(xiàn)斷層、地層巖性突變及特殊地質(zhì)體的小范圍內(nèi),地震道之間的波形特征會發(fā)生變化,進而導致局部的地震波形之間的不連續(xù)性,從而在相應的相干數(shù)據(jù)體中出現(xiàn)較高的不相關性。

螞蟻體基本原理:在地震體中設定大量電子“螞蟻”,并讓每個“螞蟻”沿著可能的斷層面向前移動,同時發(fā)出“信息素”。沿斷層前移的“螞蟻”應該能夠追蹤斷層面,若遇到預期的斷層面將用“信息素”做出非常明顯的標記。而對不可能是斷層的那些面將不做標記或只做不太明顯的標記。 “螞蟻追蹤”算法建立了一種突出斷層面特征的新型斷層解釋技術。通過該算法可自動提取斷層組,或對地層不連續(xù)詳細成圖。

3.3 結合油藏動態(tài)分析綜合判定斷層

由于地震資料品質(zhì)的限制,低級序斷層斷距較小,在地震剖面上響應不明顯;另外,低級序斷層的地震剖面響應特征與儲層相變的地震剖面響應特征(表2)比較相似,常常會出現(xiàn)與儲層相變相混淆而導致錯誤的認為小斷層存在的情況,實際上可能只是由于砂體的連續(xù)性不夠而導致地震同相軸的變化,這種情況下小斷層是不存在的。目前我們主要以同相軸縱向上是否繼承性錯斷、平面的走向是否一致作為區(qū)分低級序斷層和砂體疊置的主要依據(jù),但其主觀性較強,解釋結果也是因人而異,因資料而異。如何區(qū)分低級序斷層和儲層相變在地震剖面上的響應特征,降低低級序斷層的多解性仍是一個難題。

因此,要將斷層等地質(zhì)認識與油藏動態(tài)資料與生產(chǎn)實踐相結合,去綜合判斷斷層的存在與否,最終達到降低斷層解釋多解性的目的。常用的油藏動態(tài)資料有壓力監(jiān)測資料、示蹤劑資料等。鄰井之間的油水界面和壓力系統(tǒng)如果差異較大,可能是由于斷層的封堵作用所致,可能存在斷層。示蹤劑資料也是常用于判斷斷層是否存在的參考因素之一,如果注水井的對應油井見劑,通常不會存在斷層;而如果油井長期不見劑,就要考慮斷層、井間連通性、物性等多種因素,綜合判斷油井不見劑的原因。油水井的實際生產(chǎn)情況則是驗證斷層是否存在最直觀、最簡單的手段,對于斷層的認識會根據(jù)生產(chǎn)實踐的結果不斷的改進和提升。

4 應用情況

在實際生產(chǎn)中,通過井震藏一體化技術識別和解釋斷層,尤其是低級序斷層,精確確定斷點斷距,一方面可以解釋油水矛盾和注采矛盾,完善注采井網(wǎng),為油水井措施的實施提供依據(jù),指導開發(fā)方案的制定和調(diào)整;另一方面可以發(fā)現(xiàn)新的有利圈閉和構造,指導新井的部署,滾動增儲增產(chǎn)。目前這項技術已逐步應用于南堡各構造各區(qū)塊。

4.1 應用實例

4.1.1 解釋注采矛盾,完善注采井網(wǎng)

南堡13-1292井是南堡1-5區(qū)中深層的一口注水井,于2015年8月轉注,起注壓力高,開注5個月之后,頂壓注水不進。原井組位于南堡1288斷塊邊部(圖7a),一注三采,累計注采比1.6,油井無受效跡象。

圖7 南堡13-1292井區(qū)新老構造認識對比圖Fig.7 Comparison of new and old structures of Ed1Ⅱ② in Nanpu 13-1292 well area

通過井震藏一體化的斷層解釋技術(圖6),重新落實南堡13-1292井斷點,明確該井主力油層位于南堡1-5斷塊(圖7b),合理地解釋了南堡13-1292井注水不進和對應油井不見效的原因,并為下步注采井網(wǎng)的調(diào)整指出了方向。

圖6 井震藏一體化技術精細解釋斷層Fig.6 Fine interpretation of faults by intergratation of logging, seismicity and reservoir technology

根據(jù)新認識,將南堡13-1292注采井組調(diào)整至南堡1-5斷塊(圖7b),把南堡13-1130井作為新的注水目標井。通過物性分析和連通性分析,決定對南堡13-1292井進行壓裂增注。2018年壓裂后,南堡13-1130井受效明顯,產(chǎn)量明顯上升,目前保持長期穩(wěn)產(chǎn),截至2021年11月,累計增油0.72×104t。通過對斷點和斷距的精確認識,南堡13-1292井組的注采井網(wǎng)得以調(diào)整和完善,并在實際生產(chǎn)中取得了良好效果。

4.1.2 發(fā)現(xiàn)有利圈閉,指導井位部署

低級序斷層斷距雖小,但在一定程度上也具有遮擋和封堵作用,可以形成有利的圈閉,是我們進行新井部署,滾動增儲增產(chǎn)的重要研究因素。

南堡2-3淺層西部零星出油,油水矛盾較多,斷層和構造認識不清。根據(jù)已知出油井南堡203X20井、南堡23-2167井等的實際生產(chǎn)情況,運用地震剖面響應和地震屬性等技術(圖8)對目標區(qū)的斷裂系統(tǒng)進行精細梳理,尤其是低級序斷層進行重新認識。

圖8 地震剖面和地震屬性識別斷層Fig.8 Fault identification by seismic profile and seismic attributes

最終認識解釋了2條斷距為15 m左右的低級序斷層,形成了2個有利圈閉,共計4個主力目標層,圈閉面積合計0.46 km2。在精細層位追蹤解釋的基礎上,重新落實構造(圖9),預計增儲30×104t;在構造高點處滾動部署2口油井(南堡23-2164、南堡23-2165),設計單井產(chǎn)能6t,新建產(chǎn)能0.36×104t。

圖9 南堡203X20井區(qū)NgⅠ6新老構造對比圖Fig.9 Comparison of new and old structures of NgⅠ6 in Nanpu 203X20 well area

截至2021年3月,已鉆2口井,平均鉆遇油層18.5 m/5層,油水同層32.5 m/10層,符合預期。目前2口井已全部投產(chǎn),其中南堡23-2165井于2021年3月投產(chǎn),初期日產(chǎn)油9.9 t,含水15.2%,目前日產(chǎn)油4.5 t,含水52.5%,截至2021年11月累計產(chǎn)油1 225 t;南堡23-2164井于2021年4月投產(chǎn),初期日產(chǎn)油7.5 t,含水8.3%,目前日產(chǎn)油4.6 t,含水46.2%,截至2021年11月累產(chǎn)油893 t。

4.2 應用的進展

目前井震藏一體化解釋斷層技術已逐步應用于南堡各構造,在南堡1號構造應用最為廣泛。其中,在南堡1-5區(qū)中深層進行了詳細的斷層梳理,發(fā)現(xiàn)低級序斷層廣泛發(fā)育,發(fā)育小斷層29條,斷距15～30 m,新增斷層20條,調(diào)整6條(圖10)。

圖10 南堡1-5區(qū)Ed1II②1新老斷層方案對比圖Fig.10 Comparison of new and old faults schemes of Ed1II②1 in Nanpu 1-5 area

另外,運用此技術在南堡1-1區(qū)中深層、南堡1-3區(qū)中深層、南堡2-1區(qū)淺層、南堡2-3區(qū)淺層、南堡4-3中深層等區(qū)塊也進行了不同程度的斷層梳理,對于低級序斷層的識別和解釋精度也得到了一定程度的提高,為各構造、各區(qū)塊的綜合調(diào)整方案的制定和調(diào)整起到了積極的指導作用。

5 結論

南堡凹陷低級序斷層廣泛發(fā)育,低級序斷層的準確認識與否,制約著南堡油田的開發(fā)水平。為了降低斷層解釋的多解性,得到更真實的解,在精細地震構造解釋過程中,建立了“斷層成像處理—斷層屬性拾取—井震聯(lián)合刻畫—動態(tài)驗證調(diào)整”的低級序斷層解釋流程,它是將地震、地質(zhì)、測井、油藏等多學科融合的井震藏一體化技術,可以有效地提高低級序斷層的識別精度。

通過井震藏一體化技術解釋低級序斷層,精確地確定斷層的存在與否,以及斷點斷距,一方面可以合理地解釋實際生產(chǎn)中的注采矛盾、油水矛盾,指導油水井措施的實施,對完善注采井網(wǎng)、制定和調(diào)整開發(fā)方案具有重要意義;另一方面,精確地斷層認識,可以輔助發(fā)現(xiàn)有利圈閉,指導新井井位的部署,滾動增儲增產(chǎn)。目前,井震藏一體化解釋斷層技術已在南堡1號構造中深層和南堡2號構造淺層進行了廣泛應用,地質(zhì)效果明顯,對其他區(qū)塊具有較好的借鑒意義。