胡 瑋,韓立國,尚 帥

(吉林大學地球探測科學與技術學院,吉林長春130026)

鄂爾多斯盆地北部的大牛地氣田發(fā)育多套致密砂巖薄儲層,儲層預測十分困難,而薄層和薄互層是影響儲層預測效果的重要因素。早期主要以構造和振幅信息為主開展相帶研究,尋找砂體并分析有利儲集體,進而開展儲層預測[1-2]。隨著勘探開發(fā)程度的提高,對儲層預測技術提出了更高的要求。在地層為致密儲層情況下,不同儲集類型波阻抗差異小,振幅對于地層巖性變化響應不敏感；而薄層或薄互層又使反射波振幅調(diào)諧作用明顯。所以,以振幅信息為主的儲層預測技術刻畫描述致密薄儲層的能力受到一定限制。此時,引入振幅變化以外的信息,是提高儲層預測效果的有效途徑。

研究表明,當儲層為薄層或薄互層時,儲集類型的變化會引起地震波動力學特征變化,特別是頻率成分的變化。Chapman等[3-5]對兩個彈性地層之間存在填充流體的模型開展理論研究,證實了反射系數(shù)和頻率具有相關性,即頻散AVO現(xiàn)象。由頻散AVO理論可知,地震波在通過含油氣儲層時會發(fā)生頻散現(xiàn)象,即地震屬性(如速度等)隨頻率發(fā)生變化。Brown(2009)[6]論證了鹽水飽和巖石速度頻散很小,而含油氣地層速度頻散異常增大,說明將速度頻散程度定量地表征為頻散屬性,可以用于儲層的含油氣性檢測。因此,針對復雜的致密薄互層儲層,在通過正演模擬分析儲層響應與頻率相關性的基礎上,利用頻散AVO屬性進行儲層預測,可以減少多解性并提高預測的精度。

為了提高頻散分析的精度和頻散屬性提取的可靠性,需要利用時頻分析技術來分析縱波分頻能量特征及其隨頻率的變化規(guī)律,為頻散屬性提取奠定基礎。常規(guī)的時頻分析技術受時頻分辨率的限制,很難對薄互層作精細描述,基于稀疏反演的譜分解技術可以很好地將與頻率相關的反射系數(shù)從地震記錄中分解出來,實現(xiàn)高分辨率的時頻分析,更適用于薄儲層的頻散研究[7-9]。

我們利用鄂北大牛地氣田地震資料,通過正演分析反射波振幅與頻率的相關性,基于反演譜分解進一步分析儲層響應與頻率的關系,在此基礎上提取盒3段儲層的頻散屬性進行含氣性預測分析,預測結(jié)果與已知井吻合較好,證明了頻散屬性用于研究區(qū)致密薄儲層預測的有效性。

1 基于反演譜分解的頻散分析原理

1.1 頻散AVO反演

地震波在地層中傳播的過程中能量會發(fā)生衰減,并且往往伴隨著速度變化和頻率分散,當?shù)貙拥乃俣入S頻率出現(xiàn)異常變化時,這就成為一種有用的烴類檢測參數(shù)。雖然產(chǎn)生這種現(xiàn)象的具體機理尚未明朗,但科羅拉多礦業(yè)大學的Batzle等(2001)[10]已在實驗室證實了這種頻散現(xiàn)象。根據(jù)Smith和Gildlow(1987)[11]對經(jīng)典Zoeppritz方程簡化后給出的近似方程,反射系數(shù)表達式可寫為

(1)

式中：θ為入射角；vP為縱波速度；vS為橫波速度；A和B為通過Smith和Gildlow近似方程得到的兩個計算系數(shù)。對(1)式在任意頻率f0處作泰勒級數(shù)展開,可得到

(3)

式中：Ia和Ib分別表示縱波阻抗和橫波阻抗的導數(shù),稱之為反射率頻散,是彈性波頻散程度的描述,可通過最小平方反演求得?？紤]到橫波速度相對頻率基本不發(fā)生變化,一般只計算縱波的頻散屬性，用以進行油氣檢測分析[12]。

1.2 反演譜分解

在計算頻散屬性時,需要已知R(θi,fj)各個頻率的分量,我們利用時頻分析的方法來獲取譜分解數(shù)據(jù)[13]。常規(guī)的譜分解方法有短時傅里葉變換、小波變換及廣義S變換等,我們采用的是基于稀疏反演的譜分解方法[14]。

常規(guī)的褶積模型無法表示地震信號頻率隨時間的變化。因此,在褶積模型中考慮對應不同主頻的子波和不同頻率的反射系數(shù),褶積后再相加得到地震記錄,并加上隨機噪聲干擾,即得到非平穩(wěn)地震褶積模型：

(4)

式中：wk表示對應不同主頻的子波；rk為不同頻率的反射系數(shù)；k為參與計算的總個數(shù)；n(t)為隨機噪聲。

由(4)式可得出(5)式：

(5)

其中,Wk表示子波wk的褶積矩陣。令C=(W1,W2,…,Wk)代表褶積矩陣庫,m=(r1,r2,…,rk)T表示與頻率相關的地層反射系數(shù)矩陣,則(5)式可改寫為

(6)

(6)式表示用一系列不同主頻的子波分解地震記錄,可以得到與頻率相關的反射系數(shù)矩陣m,即可認為是時頻譜[15]。

1.3 頻散屬性分析流程

頻散屬性分析的流程如圖1所示。

圖1 頻散屬性分析流程

2 頻散分析在大牛地氣田的應用

2.1 研究區(qū)概況

鄂北大牛地氣田地層平緩(地層傾角為1°左右),構造圈閉不發(fā)育,氣藏圈閉主要為巖性圈閉。大牛地氣田沉積相和沉積巖性垂向均以薄層或薄互層為主。有效砂體薄,儲層與圍巖的波阻抗差異小,隱蔽性強。本區(qū)地震資料品質(zhì)較好,盒3段目的層主頻在25Hz左右,頻寬為5～70Hz,但受分辨率的限制,反射波往往反映地層中沉積物性差異較大的界面以及界面之間大套地層的沉積變化情況,而對其中的薄儲層難以進行識別[16]。在致密儲層條件下,其儲層預測和油氣檢測的難度大,技術要求高。為提高儲層預測精度,已進行了地震波正演模擬、地震相劃分等多項儲層預測技術應用研究，但面對致密薄儲層氣藏高精度開發(fā)的地質(zhì)需求,仍然有一定的研究空間,有待進一步加強地震屬性研究,以提高儲層預測精度[17]。

本次研究選取大牛地氣田典型的有已知井驗證的區(qū)塊。盒3段是D11井區(qū)的主力儲層,多口井在盒3段都獲得了高產(chǎn)氣流。D15井是盒3段的高產(chǎn)井,相鄰的DK17井與DK6井在該層無明顯氣藏。因此,選取D15井、DK17井和DK6井所在區(qū)塊作為頻散屬性分析技術應用的研究區(qū)。

2.2 頻散特征正演分析

首先通過正演模擬研究分析工區(qū)內(nèi)頻散現(xiàn)象的存在及縱波頻散程度。由于研究區(qū)內(nèi)砂巖致密,薄互層發(fā)育,泥巖蓋層與砂巖含氣層之間往往存在著差氣層。此外,干層和差氣層也有交替存在的情況。基于實際測井數(shù)據(jù),針對盒3段設計兩種薄互層地質(zhì)模型開展正演模擬研究,分析地震響應在不同儲層條件下的動力學特征,特別是頻率變化情況。模型一為泥巖蓋層與砂巖差氣薄層夾砂巖含氣薄層；模型二為泥巖蓋層與砂巖干薄層夾砂巖差氣薄層。兩個薄互層模型各層的參數(shù)(表1)均參考實際測井數(shù)據(jù)設置。根據(jù)研究區(qū)實際地質(zhì)情況,儲層埋藏深度設計為2500m(1350ms)，子波長度為140m。薄互層中的每一個薄層厚度皆為10m,遠小于薄層定義的1/4波長,同時也符合研究區(qū)實際情況。

圖2a和圖2b分別為模型一和模型二的波動方程正演模擬地震響應。圖2a中的地震響應信號雖然有調(diào)諧效應,但仍然可以清楚地看到反射波振幅隨偏移距增加而增大的趨勢；圖2b中的地震振幅則隨偏移距的增加先減小后增大。將兩組模擬地震記錄轉(zhuǎn)化為角道集做頻散程度分析,得到圖3所示的兩組頻散程度絕對值曲線,其中紅色曲線為模型一的頻散程度絕對值,藍色為模型二的頻散程度絕對值,可見有含氣薄層的模型一頻散值高得多。針對研究區(qū)所做的正演研究和理論分析結(jié)論一致。

表1 薄互層模型地層參數(shù)

圖2 薄互層模型一(a)和模型二(b)正演地震響應

圖3 模型一和模型二的頻散程度絕對值曲線

2.3 反演譜分解時頻分析

當?shù)貙虞^厚時,縱波能量衰減異常明顯；但在薄互層情況下,衰減就不明顯了,可通過低頻陰影來分析儲層特征。前人研究分析表明,當儲層中含有油氣時,含油氣位置在低頻時相對周圍不含油氣部位會表現(xiàn)出低頻強能量；在高頻時相對周圍不含油氣部位會表現(xiàn)出高頻弱能量。所以,可以通過地震譜分解技術來分析縱波分頻能量特征及其隨頻率的變化規(guī)律,為頻散屬性提取奠定基礎。

基于研究區(qū)地震資料疊后三維數(shù)據(jù)體,截取DK17-D15-DK6連井地震剖面,計算其縱波分頻能量。圖4是過DK17-D15-DK6井疊后地震剖面。圖5a和圖5b分別為過DK17-D15-DK6井地震剖面的25Hz和35Hz縱波分頻能量剖面。在25Hz分頻剖面(圖5a)上,D15井處盒3段儲層位置有低頻強反射陰影區(qū),隨著頻率增高至35Hz(圖5b)陰影區(qū)逐漸減弱,幾近消失。而DK17井和DK6井的儲層位置在分頻剖面上沒有隨頻率增高陰影區(qū)逐漸減弱的現(xiàn)象。時頻分析結(jié)果表明研究區(qū)含氣層與頻率具有關聯(lián)性,說明頻散屬性可以在研究區(qū)儲層預測中發(fā)揮相應作用。

圖4 過DK17-D15-DK6井疊后地震剖面

圖5 過DK17-D15-DK6井25Hz(a)和35Hz(b)縱波分頻能量剖面

2.4 基于頻散屬性的儲層預測

由正演模擬結(jié)果可知,研究區(qū)內(nèi)含氣儲層的地震響應具有明顯的頻散現(xiàn)象。通過實際資料的分頻處理,進一步證實了可以利用頻散屬性預測和刻畫本區(qū)含氣儲層。對研究區(qū)盒3段含氣儲層進行頻散屬性分析,圖6是過DK17-D15-DK6井連井剖面所對應的頻散屬性剖面。由圖6可見,在D15井處含氣儲層位置(圖6中間白圈處)具有較強的頻散現(xiàn)象,而DK17與DK6井附近的儲層(圖6 兩側(cè)白圈處)卻無明顯高值,預測結(jié)果與鉆井結(jié)果吻合。圖7是頻散屬性體沿儲層切片圖,從平面展布上同樣可以看到,鉆遇氣層的D15井處有較大的頻散,而DK17井與DK6井處均未見明顯的頻散異常。剖面和平面上的預測結(jié)果可以表明,頻散屬性對研究區(qū)致密砂巖薄儲層的含氣性預測是有效的。

圖8給出了研究區(qū)同一層位常規(guī)的儲層波谷屬性切片(圖中藍色至黃綠色反映有利儲層的信息),可見其在整體反映儲層有利區(qū)域上具有一定的參考價值,但是具體到幾個井位處,預測結(jié)果存在明顯的多解性。而針對D15井、DK17井和DK6井的頻散屬性預測結(jié)果(圖6,圖7)都與已知井吻合較好。對比分析結(jié)果表明,針對研究區(qū)的致密砂巖薄儲層預測,可在常規(guī)地震屬性分析預測的基礎上,通過求取頻散屬性做進一步的預測分析,綜合圖6,圖7和圖8的分析結(jié)果提出井位建議。

圖6 過DK17-D15-DK6井頻散屬性剖面

圖7 研究區(qū)儲層段頻散程度平面分布

圖8 研究區(qū)儲層段波谷屬性平面分布

3 認識與結(jié)論

1) 頻散AVO屬性有利于提高鄂北大牛地氣田的儲層預測精度。在致密薄儲層條件下,不同儲集類型波阻抗差異小,且反射波振幅調(diào)諧作用明顯,儲層預測難度大。針對研究區(qū)實際地質(zhì)條件與勘探開發(fā)需求,引入振幅變化以外的信息,加強多屬性特別是疊前地震屬性的綜合應用研究是十分必要的。

2) 針對大牛地氣田特定研究區(qū)塊的頻散屬性應用研究,要做好正演和時頻分析等基礎研究工作。正演分析可以了解具體區(qū)塊與儲層段反射系數(shù)隨頻率的變化情況；利用高精度譜分解算法的地震道分解與重構技術得到的縱波分頻能量剖面,可以根據(jù)低頻陰影及其在不同頻率分頻剖面上的變化規(guī)律來分析薄儲層響應異常與頻率的關聯(lián)性。

3) 不同的疊前地震屬性對探區(qū)油氣地質(zhì)條件的適應性不盡相同。在開展頻散AVO屬性應用研究時,要根據(jù)研究區(qū)的特點分析方法的適應性,以便開展針對性的工作。同時,應重視頻散屬性與其它地震屬性的聯(lián)合應用,以及結(jié)合地質(zhì)、測井和各種物探資料的綜合分析,以提高儲層含油氣性預測的可靠性。

參 考 文 獻

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