何賢科,婁敏*,涂齊催,李炳穎,蔡華
(1.中海石油(中國(guó))有限公司上海分公司,上海 200335;2.中海石油(中國(guó))研究總院有限責(zé)任公司,北京 100028)
東海深層低滲氣藏主要分布在3500 m 以下[1],資源量巨大[2]。為了實(shí)現(xiàn)深層低滲氣藏的高效開發(fā),準(zhǔn)確預(yù)測(cè)“甜點(diǎn)”具有重要的意義。
目前對(duì)“甜點(diǎn)”的預(yù)測(cè)主要集中在非常規(guī)儲(chǔ)層方面,如頁(yè)巖氣[3]、頁(yè)巖油[4]、煤層氣[5]、致密油[6]、致密氣[7-12]等。對(duì)于致密氣的“甜點(diǎn)”預(yù)測(cè),應(yīng)用的地球物理方法主要包括:①地震資料優(yōu)化處理,如保真、保幅寬頻、高分辨率地震資料疊前成像等;②儲(chǔ)層反演,如疊前AVO 反演、巖相約束的孔隙度(Φ)反演、密度反演等;③地震沉積學(xué)技術(shù),如利用地層切片對(duì)巖相開展“甜點(diǎn)”垂向分布規(guī)律分析??傮w上,不同地區(qū)“甜點(diǎn)”的地震響應(yīng)特征不同,地球物理預(yù)測(cè)方法雖有差異,但研究思路相似。具體而言,“甜點(diǎn)”類型的劃分是“甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)的基礎(chǔ),巖石物理敏感參數(shù)的識(shí)別是“甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)的關(guān)鍵,儲(chǔ)層反演是“甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)的核心。因此,在地質(zhì)特征定性分析、劃分“甜點(diǎn)”類型的基礎(chǔ)上,尋找不同“甜點(diǎn)”的巖石物理敏感參數(shù),應(yīng)用合適的反演技術(shù),可以預(yù)測(cè)“甜點(diǎn)”的空間展布特征。
西湖凹陷Z 氣田是近期東海陸架盆地發(fā)現(xiàn)的大型低滲氣田之一,儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng),“甜點(diǎn)”的空間展布規(guī)律直接影響開發(fā)井位的設(shè)計(jì)方案。前人研究主要集中在“甜點(diǎn)”的地質(zhì)特征[13-16]、儲(chǔ)層分類[17]、地質(zhì)成因[18]、測(cè)井評(píng)價(jià)[19]等方面。在利用地球物理技術(shù)預(yù)測(cè)“甜點(diǎn)”方面[20-21],尚未進(jìn)一步開展不同類型“甜點(diǎn)”的精細(xì)預(yù)測(cè)。
為此,本文在劃分“甜點(diǎn)”類型的基礎(chǔ)上,分析不同類型“甜點(diǎn)”的巖石物理特征及變化規(guī)律;然后建立合適的地質(zhì)—地球物理模型,模擬儲(chǔ)層的地震反射特征;通過(guò)疊前彈性反演,實(shí)現(xiàn)厚儲(chǔ)層內(nèi)部“甜點(diǎn)”的精細(xì)表征,為大型低滲氣田的有效開發(fā)提供地球物理技術(shù)支持。
Z 氣田位于西湖凹陷中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶中北部,主要開發(fā)層系為H3(花港組三段),發(fā)育河流—三角洲相沉積[22-23]。砂體儲(chǔ)層厚度約為200 m,非均質(zhì)性強(qiáng),埋深大于3500 m,一般具有低孔、低滲特征。H3 進(jìn)一步可以細(xì)分為H3a、H3b、H3c 三個(gè)小層[24]。其中,H3a 儲(chǔ)層為特低孔、特低滲,H3b、H3c 儲(chǔ)層均以中低孔、中低滲為主,但是在局部發(fā)育物性相對(duì)較好的“甜點(diǎn)”。
在前人研究成果[25-30]的基礎(chǔ)上,綜合考慮產(chǎn)能、物性、孔隙結(jié)構(gòu)等因素,同時(shí)將控制上述參數(shù)的沉積相和成巖相及相關(guān)參數(shù)納入“甜點(diǎn)”評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)此,研究區(qū)“甜點(diǎn)”可進(jìn)一步劃分為三類(表1),即Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ 類。Ⅰ類和Ⅱ類“甜點(diǎn)”為高產(chǎn)層段,具有自然產(chǎn)能;Ⅲ 類需要進(jìn)行儲(chǔ)層壓裂改造。
表1 Z 氣田H3b“甜點(diǎn)”分類評(píng)價(jià)參數(shù)及特征表
由表1 可見,Ⅰ類和Ⅱ類“甜點(diǎn)”差異較大。Ⅰ類“甜點(diǎn)”孔隙度(Φ)大于11%,滲透率大于10 mD,孔隙結(jié)構(gòu)以大孔喉道型為主;Ⅱ類“甜點(diǎn)”孔隙度為9%~11%,滲透率為3~10 mD,孔隙結(jié)構(gòu)以中孔喉道型為主。
通過(guò)巖石孔隙度Φ與巖石物理實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)縱波模量(M)交會(huì)分析(圖1a)、測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算的縱波模量與楊氏模量(E)交會(huì)分析(圖1b),可以發(fā)現(xiàn):相對(duì)于非“甜點(diǎn)”儲(chǔ)層,“甜點(diǎn)”儲(chǔ)層具有低M、低E的特征;Ⅰ類“甜點(diǎn)”的M低于45GPa,區(qū)分度較高,但是M較難用于區(qū)分Ⅱ類“甜點(diǎn)”。
圖1 “甜點(diǎn)”巖石物理分析
Ⅱ類“甜點(diǎn)”主要為中粗砂巖,自然伽馬(GR)較低(圖1c),對(duì)Ⅱ類“甜點(diǎn)”有一定區(qū)分度。當(dāng)GR≤60 API 時(shí),大部分為含礫砂巖和粗砂巖;當(dāng)GR>60 API 時(shí),各粒度砂巖疊置,無(wú)法區(qū)分。為了實(shí)現(xiàn)Ⅱ類“甜點(diǎn)”可預(yù)測(cè)的目的,采用GR 劃分儲(chǔ)層類型,即當(dāng)GR≤60 API時(shí),為Ⅱ類“甜點(diǎn)”砂巖;當(dāng) 60 API<GR≤75 API 時(shí),為各粒度疊置混合砂巖;當(dāng)75 API<GR≤100 API 時(shí),為細(xì)砂巖;當(dāng)GR>100 API 時(shí),為泥巖。因此,Ⅱ類“甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)時(shí)只考慮 GR≤60 API的儲(chǔ)層。
由圖2 可見,對(duì)儲(chǔ)層地震反射特征影響較大的兩個(gè)因素分別是孔隙類型和孔隙度。隨著泥質(zhì)含量的增加,砂巖底面的地震反射AVO 曲線的截距為正且增加,但是梯度逐漸減小,曲線趨于平緩(圖2a)。隨著含氣飽和度的增加,砂巖底面的地震反射AVO 曲線的截距為正且增加,但是當(dāng)含氣飽和度超過(guò)50%后,AVO 曲線無(wú)明顯變化(圖2b)。隨著原生孔隙占比降低、砂巖孔隙連通性的變好,砂巖底面的地震反射AVO 曲線的截距逐漸減小,由正變負(fù),但是梯度逐漸增大(圖2c)。隨著孔隙度的增加,砂巖底面的地震反射AVO 曲線的截距增加,由負(fù)變正,但是梯度逐漸減小,由正變負(fù)(圖2d)。
為了對(duì)比“甜點(diǎn)”與非“甜點(diǎn)”的AVO 響應(yīng)特征,分別將研究區(qū)Z1 井Ⅰ類和Ⅱ類“甜點(diǎn)”的速度、密度設(shè)置與圍巖一致,實(shí)現(xiàn)非“甜點(diǎn)”儲(chǔ)層替換,具體參數(shù)見表2。
表2 Z1 井簡(jiǎn)化地層模型的彈性參數(shù)
從圖3 可以看出,Ⅰ 類“甜點(diǎn)”是引起AVO 異常的主要原因,Ⅰ類“甜點(diǎn)”替換為非“甜點(diǎn)”后反射振幅明顯減弱。Ⅱ類“甜點(diǎn)”與非“甜點(diǎn)”的物性差異不大,所以替換前、后的AVO 響應(yīng)沒有明顯的變化。由此可見,Ⅰ 類“甜點(diǎn)”在疊后地震資上表現(xiàn)為強(qiáng)振幅特征,而Ⅱ類“甜點(diǎn)”振幅無(wú)明顯異常。
圖3 Ⅰ類(a)和Ⅱ類(b)“甜點(diǎn)”替換前(左)、后(右)地震響應(yīng)特征對(duì)比
影響“甜點(diǎn)”識(shí)別精度的因素主要為孔隙度和厚度。通過(guò)AVO 正演模擬不同孔隙度和不同厚度甜點(diǎn)的AVO 響應(yīng)特征(圖4)可以看到,Ⅰ類“甜點(diǎn)”在疊前地震正演中得到的縱波模量為異常低值,同時(shí)隨著孔隙度的增大,縱波模量變小。
圖4 不同孔隙度(a)和不同厚度(b)“甜點(diǎn)”儲(chǔ)層特征
隨著孔隙度的變化,地震反演方法對(duì)甜點(diǎn)的預(yù)測(cè)精度規(guī)律如下(圖4a):當(dāng)孔隙度<9%時(shí),無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)“甜點(diǎn)”的位置和厚度;當(dāng)孔隙度>15%時(shí),“甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)厚度要大于真實(shí)厚度;當(dāng)孔隙度在10%~15%時(shí),“甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)厚度與真實(shí)厚度基本一致。
隨著厚度的變化,地震反演對(duì)甜點(diǎn)的預(yù)測(cè)精度規(guī)律如下(圖4b):當(dāng)厚度<12 m 時(shí),反演結(jié)果無(wú)法同時(shí)準(zhǔn)確地確定“甜點(diǎn)”的位置和厚度;當(dāng)厚度范圍在12~35 m 時(shí),“甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)厚度與真實(shí)厚度基本吻合;當(dāng)厚度>35 m 時(shí),可以確定“甜點(diǎn)”的位置但預(yù)測(cè)厚度存在一定偏差。因此,對(duì)于孔隙度>10%、厚度>12 m 的“甜點(diǎn)”,反演預(yù)測(cè)結(jié)果的可靠性較高,即采用疊前反演方法可較好地表征厚度>12 m 的Ⅰ類“甜點(diǎn)”。
圖5 甜點(diǎn)預(yù)測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)與流程
2.2.1 Ⅰ類“甜點(diǎn)”縱波模量直接反演技術(shù)
由圖6a 可見,隨著泥質(zhì)含量的增加,ν(縱橫波模量比)增大,二者之間相關(guān)性較高,這表明ν可作為儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的敏感參數(shù)。
圖6 泥質(zhì)含量變化引起彈性參數(shù)的變化(左)及砂泥巖ν 直方圖(右)
由圖6b 可見,砂巖與泥巖ν范圍存在一定的差異,砂巖ν≤1.4,泥巖ν>1.4。
由圖7a 可見,砂巖ν值低,泥巖ν值高,這表明利用ν可較好地區(qū)分砂巖與泥巖。由圖7b 可見,砂巖區(qū)域Ⅰ類“甜點(diǎn)”存在低縱波模量值的特征,這更進(jìn)一步驗(yàn)證了縱波模量用于區(qū)分Ⅰ類“甜點(diǎn)”的可行性。
圖7 Gr、ν 對(duì)巖性(a)和孔隙度、縱波模量對(duì)甜點(diǎn)(b)的區(qū)分
Ⅰ類“甜點(diǎn)”的敏感彈性參數(shù)為M,而儲(chǔ)層敏感參數(shù)為ν。為消除間接反演所導(dǎo)致的累計(jì)誤差,需要構(gòu)建M、ν的平面波反射特征方程。
Zeoppritz方程的近似公式為
將式(2)、式(3)代入式(1),可得到基于M、ν、ρ的平面波反射特征方程,具體形式為
相比于疊前AVO 反演及疊后反演,疊前彈性阻抗反演利用了疊前部分疊加道集資料,綜合利用了疊后反演與疊前反演的優(yōu)點(diǎn),不僅可以反演對(duì)儲(chǔ)層較為敏感的彈性參數(shù)和物性參數(shù),而且具有較強(qiáng)的抗噪能力。因此,本文在Connolly 彈性阻抗方程的基礎(chǔ)上,提出了基于M、ν及ρ的彈性阻抗公式
由式(5)可知,為了獲得縱波模量、ν及密度,必須從反演中得到至少三個(gè)不同角度的彈性阻抗體,即EI(θ1)、EI(θ2)、EI(θ3)。
為了簡(jiǎn)化計(jì)算,可將式(5)模型進(jìn)行線性變換,方程兩邊取對(duì)數(shù),可以得到模型
方程組(7)表達(dá)成矩陣的形式為
式(8)是一個(gè)線性方程組,只需知道三個(gè)相互獨(dú)立的彈性阻抗數(shù)據(jù)體,用常規(guī)的求解方法便可以求得M、ν和ρ。與基于縱波速度、橫波速度及密度彈性阻抗方程反演的間接計(jì)算相比,該方法誤差更小。
圖8 為縱波模量直接提取與間接提取的反演結(jié)果對(duì)比,可以發(fā)現(xiàn)直接提取的反演結(jié)果誤差更小、更加準(zhǔn)確。
圖8 不同參數(shù)直接提?。╝)與間接提?。╞)反演結(jié)果對(duì)比
2.2.2 Ⅱ類“甜點(diǎn)”擬縱橫波速度比反演技術(shù)
式中:G為反演參數(shù)的樣點(diǎn)數(shù);f為地震正演算子;d為實(shí)際地震記錄。因此,反演參數(shù)的后驗(yàn)概率分布為
式中Gk是當(dāng)前甜點(diǎn)的反演參數(shù)樣點(diǎn)數(shù)。反演的目標(biāo)函數(shù)為
在反演過(guò)程中,針對(duì)反演參數(shù)值,可利用以下概率公式進(jìn)行反演值的優(yōu)選,即
式中:π為平穩(wěn)后驗(yàn)概率分布;m*為更新解;m′為原有解。
將式(11)代入式(14)并簡(jiǎn)化常數(shù)項(xiàng),即可得到接受概率表達(dá)式
式中:T2是指Ⅱ類“甜點(diǎn)”;T1是指 Ⅰ 類“甜點(diǎn)”。利用式(17)即可計(jì)算得到 Ⅱ類“甜點(diǎn)”的概率體。
在 Ⅰ 類“甜點(diǎn)”和 Ⅱ類“甜點(diǎn)”分布特征預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上,采用 FFP 技術(shù),定義各類“甜點(diǎn)”的概率密度函數(shù)(PDFs);然后對(duì)反演結(jié)果的每一樣本點(diǎn)應(yīng)用貝葉斯模糊判別分析(Bayesian Inference)計(jì)算各種“甜點(diǎn)”類型的空間分布概率(圖9b、圖9c),最后疊加就可以形成各類“甜點(diǎn)”的概率體(圖9d)。
圖9 過(guò)開發(fā)井剖面
應(yīng)用本文方法預(yù)測(cè)H3b“甜點(diǎn)”分布特征(圖9),發(fā)現(xiàn)Ⅰ 類“甜點(diǎn)”主要分布在中下部(H3b3、H3b4 小層),Ⅱ類“甜點(diǎn)”主要分布中部(H3b2小層)。
鉆井資料揭示:“甜點(diǎn)”垂向分布主要受控于沉積環(huán)境,H3b 早期以高能辮狀水道沉積為主,在單期水道中部的中—粗砂巖發(fā)育Ⅰ類“甜點(diǎn)”;H3b 中晚期以中低能水道沉積為主,Ⅱ類“甜點(diǎn)”主要發(fā)育在單期水道下部的中粗砂巖,少量發(fā)育在水道中部的中細(xì)砂巖 。
由圖10 可見,Ⅰ 類“甜點(diǎn)”主要分布在研究區(qū)中南部和西南部,多發(fā)育在高能辮狀水道中;Ⅱ類“甜點(diǎn)”主要從東北方向沿著南部方向廣泛分布,主要發(fā)育在中低能辮狀水道中。據(jù)此,設(shè)計(jì)、部署井位11口,目前已完鉆4 口(A1~A4 井)。新鉆井結(jié)果表明本文研究預(yù)測(cè)的“甜點(diǎn)”是可靠的,Ⅰ類“甜點(diǎn)”厚度吻合率高達(dá)80%以上,Ⅱ類達(dá)70%以上(表3)。該成果指導(dǎo)了氣田井位的部署,實(shí)現(xiàn)了高效開發(fā)。
圖10 研究區(qū)I 類(a)和II 類(b)“甜點(diǎn)”平面展布特征
表3 預(yù)測(cè) “甜點(diǎn)”厚度吻合率
(1)針對(duì)東海厚層低滲氣藏不同類型“甜點(diǎn)”,采用不同地球物理預(yù)測(cè)方法,即:Ⅰ 類“甜點(diǎn)”采用縱波模量直接反演;Ⅱ類“甜點(diǎn)”采用擬縱橫波速度比反演。
(2)本文方法“甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)厚度結(jié)果準(zhǔn)確率高,Ⅰ類“甜點(diǎn)”吻合率達(dá)80%以上,Ⅱ類“甜點(diǎn)”吻合率70%以上。該方法可對(duì)其他類似低滲氣藏的勘探具有參考價(jià)值。