裴家學(xué)

(中國(guó)石油遼河油田分公司勘探開發(fā)研究院，遼寧盤錦 124010)

波阻抗反演與AVO技術(shù)在陸西凹陷勘探中的應(yīng)用

裴家學(xué)

(中國(guó)石油遼河油田分公司勘探開發(fā)研究院，遼寧盤錦 124010)

陸西凹陷為遼河外圍盆地中生代殘留型凹陷，砂泥巖阻抗差異小，儲(chǔ)層橫向變化快，預(yù)測(cè)難度大，流體關(guān)系復(fù)雜。由于單一的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)多解性強(qiáng)，因此首先利用疊后層序格架內(nèi)波阻抗反演識(shí)別和描述九佛堂組上段薄層砂體和九佛堂組下段凝灰質(zhì)砂體，然后再利用疊前AVO流體檢測(cè)技術(shù)對(duì)所描述的砂體進(jìn)行AVO流體檢測(cè)，預(yù)測(cè)不同類型儲(chǔ)集層的含油氣有利區(qū)。該結(jié)果不僅為陸西凹陷的勘探部署提供了重要依據(jù)，同時(shí)對(duì)遼河外圍其它凹陷的勘探具有重要指導(dǎo)意義。

陸西凹陷；波阻抗反演；層序地層；擬聲波阻抗反演；AVO技術(shù)；流體因子

陸西凹陷位于內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市和赤峰市境內(nèi)，是開魯盆地內(nèi)的一個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元，它是在海西期褶皺基底上發(fā)育的中生代殘留型凹陷[1]，面積約800 km2，是遼河外圍盆地諸多凹陷中勘探程度最高、勘探開發(fā)效果最好的凹陷。近幾年,該地區(qū)勘探雖然有“點(diǎn)”的突破，但整體成功率較低，勘探面臨著諸多困難，主要原因是現(xiàn)階段所面臨的勘探對(duì)象九佛堂組上段為薄層砂巖儲(chǔ)層，且砂泥巖阻抗差異小，儲(chǔ)層橫向變化快，九佛堂組下段為凝灰質(zhì)砂巖，儲(chǔ)層物性差，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)難度大，其次該地區(qū)流體關(guān)系復(fù)雜。為了解決勘探瓶頸，在陸西凹陷開展了波阻抗反演和AVO流體檢測(cè)研究。近年來，這兩項(xiàng)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用非常廣泛且非常成熟，在井位部署中發(fā)著重要作用。而本次研究是將這兩項(xiàng)技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用，首先利用疊后波阻抗反演預(yù)測(cè)砂體，然后針對(duì)所預(yù)測(cè)的砂體開展疊前AVO流體檢測(cè)，預(yù)測(cè)所識(shí)別砂體的含油氣情況，進(jìn)一步提高鉆探成功率。

1 疊后波阻抗反演識(shí)別和刻畫砂體

砂體預(yù)測(cè)的方法很多，最常見且最實(shí)用的方法是疊后波阻抗反演[2]，在反演的過程中必須以地質(zhì)理念為指導(dǎo)，其預(yù)測(cè)效果的關(guān)鍵在于特征曲線的選擇[3]與初始模型的建立[4-5]。

1.1 特征曲線選擇

在儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中，不同的巖性、以及同一巖性在不同的沉積環(huán)境中，其敏感曲線不同，一般情況下，AC、RT、GR曲線對(duì)砂巖儲(chǔ)層響應(yīng)敏感，RT、GR曲線對(duì)火山巖儲(chǔ)層響應(yīng)敏感，但不是絕對(duì)的，在儲(chǔ)層預(yù)測(cè)之前需要進(jìn)行敏感性分析,尋找特征曲線。

在陸西地區(qū)，九佛堂組下段凝灰質(zhì)砂巖，以及陡坡帶砂礫巖體，聲波時(shí)差和密度曲線能夠較好地區(qū)分，因此常規(guī)波阻抗反演能夠識(shí)別凝灰質(zhì)砂巖和陡坡帶砂礫巖體。但是九佛堂組上段大段泥巖或油頁巖夾薄砂體，單層砂體厚度為2～30 m，平均孔隙度為22%，儲(chǔ)層物性較好，油氣顯示多為油斑、油浸，其速度與上下圍巖差異較小，密度值甚至低于上下圍巖，因此常規(guī)波阻抗反演難以識(shí)別。通過曲線敏感性分析，深側(cè)向電阻率曲線對(duì)該地區(qū)九佛堂組上段薄層砂體響應(yīng)敏感，于是利用電阻率曲線重構(gòu)聲波時(shí)差，進(jìn)行擬聲波反演[6]。從反演結(jié)果來看(圖1)，分辨率較高，能夠識(shí)別和刻畫薄層砂巖，但是，如果單層砂體厚度小于10 m，厚度預(yù)測(cè)上還是存在一定誤差。

因此，在砂體預(yù)測(cè)中，特征曲線的選擇非常重要，只有選擇正確的特征曲線進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)，才能達(dá)到真正區(qū)分和識(shí)別不同儲(chǔ)層的目的。研究結(jié)果表明，陸西凹陷九下段凝灰質(zhì)砂巖和陡坡帶砂礫巖的特征曲線為聲波時(shí)差，九上段薄砂巖的特征曲線為深側(cè)向電阻率。

1.2 高分辨率層序約束地質(zhì)建模

波阻抗反演低頻模型的建立是在地震地質(zhì)層位的控制下進(jìn)行的，高分辨率層序地層學(xué)與地震反演技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，優(yōu)點(diǎn)在于能夠建立地震反演所需要的高精度初始模型[7]，層位越多，模型越精細(xì)，反演結(jié)果橫向、縱向分辨率越高，且不同沉積旋回的薄層、薄互層不會(huì)串在一起。因此在研究中需要細(xì)化層序單元，通過對(duì)陸西凹陷的構(gòu)造演化、古氣候、古生物、地震軸終止關(guān)系、巖電組合特征等綜合研究[8-10]，將目的層九佛堂組劃分為一完整三級(jí)層序，九佛堂組下段劃分為低位體系域和水進(jìn)體系域，九佛堂組上段劃分為高位體系域。并在體系域內(nèi)細(xì)分層序單元，分別將LST、TST、HST細(xì)分為三個(gè)、兩個(gè)、四個(gè)準(zhǔn)層序組，且對(duì)每個(gè)準(zhǔn)層序組頂?shù)捉缑孢M(jìn)行標(biāo)定、追蹤，用于精細(xì)地質(zhì)建模。

圖1 過B32井?dāng)M聲波波阻抗反演剖面

在研究中，還可針對(duì)實(shí)際問題，根據(jù)目的層所在位置，選擇分層段反演，更加突出目的層。例如，M35井區(qū)，主要目的層為L(zhǎng)STⅢ期和TSTⅠ、Ⅱ期砂體，在砂體預(yù)測(cè)中，由于受LST第Ⅰ、Ⅱ期高阻抗火山碎屑巖的影響，TSTⅡ期砂體難以識(shí)別，且連續(xù)性較差，LSTⅢ期砂體受火山巖模型的影響，預(yù)測(cè)厚度和范圍擴(kuò)大，準(zhǔn)確性降低(圖2b)。于是只利用LST第Ⅲ期準(zhǔn)層序組以及TSTⅠ期、Ⅱ期兩個(gè)準(zhǔn)層序組界面進(jìn)行建模(圖2a)，約束反演，分辨率較以層位約束反演有較大提高，能夠識(shí)別出每一期砂體(圖2c)，且在高分辨率層序格架內(nèi)能夠更精確地刻畫每一期砂體的厚度和分布范圍。

2 疊前AVO檢測(cè)

AVO油氣檢測(cè)技術(shù)是利用疊前地震資料中反射波振幅與炮檢距變化關(guān)系，研究地下巖性變化并進(jìn)行油氣預(yù)測(cè)和油氣富集帶圈定的一項(xiàng)技術(shù)[10-14]。

地震波進(jìn)入地下不同的介質(zhì)后，產(chǎn)生反射橫波、反射縱波、透射橫波、透射縱波，地震波的傳播符合Zoeppritz方程，通過代入不同的反射角，可從矩陣中解得反射系數(shù)。由于Zoeppritz方程非常復(fù)雜，許多學(xué)者對(duì)Zoeppritz方程進(jìn)行研究并簡(jiǎn)化，得到不同的近似公式，目前常用的有Shuey和Aki&Richards近似公式。

圖2 過M2，M35，LC3和B601井地質(zhì)剖面

利用Aki&Richards公式可以導(dǎo)出阻抗屬性體、速度屬性體和彈性模量屬性體。其中阻抗屬性體包括：P波阻抗反射率、S波阻抗反射率；速度屬性體包括：P波速度反射率、S波速度反射率、密度反射率、偽泊松比、流體因子；彈性模量屬性體包括：拉梅常數(shù)相對(duì)變化、切變模量相對(duì)變化、切變模量反射率和QC因子[11-15]。

AVO油氣檢測(cè)的關(guān)鍵在于CRP道集的預(yù)處理和道集拉平。原始道集中，往往近偏、遠(yuǎn)偏道集存在振幅假異常，會(huì)產(chǎn)生假AVO響應(yīng)，需要切除，而且原始CRP道集同相軸在遠(yuǎn)偏存在上翹或下拉現(xiàn)象，AVO檢測(cè)中也會(huì)出現(xiàn)假異常，因此，需要通過剩余速度分析，進(jìn)行道集拉平，確保AVO響應(yīng)真實(shí)可靠[16]。

通過原始道集預(yù)處理和正演道集研究表明：九上段含油薄層砂巖為Ⅳ類AVO響應(yīng)(圖3)，為低阻抗含油砂巖；九下段含油凝灰質(zhì)砂巖為Ⅰ類AVO響應(yīng)，為高阻抗含油砂巖，AVO響應(yīng)特征與該地區(qū)含油儲(chǔ)層的巖電特征吻合。

AVO屬性種類很多，不是每一種屬性都適合每一個(gè)地區(qū)，都有其適用條件和適用范圍，需要通過已知井的驗(yàn)證，尋找適合該地區(qū)的AVO屬性，通過AVO屬性與已知井對(duì)比發(fā)現(xiàn)，流體因子[17-18]和P波速度反射率屬性在本地區(qū)對(duì)含油儲(chǔ)層響應(yīng)敏感，可以用于該地區(qū)的油氣檢測(cè)。

圖3 AVO響應(yīng)特征分析

以M35井為例，該井九佛堂組下段鉆遇3套油層，第一層試油為高產(chǎn)工業(yè)油流，第二層、第三層測(cè)井解釋為油層，未試油，3套油層頂界面均有較強(qiáng)的AVO異常響應(yīng)，與井吻合較好(圖4)，且縱向分辨率較高。

圖4 過M35井流體因子剖面

然而研究發(fā)現(xiàn)，斷裂復(fù)雜、構(gòu)造破碎以及開發(fā)區(qū)塊，AVO結(jié)果與已知鉆井吻合程度較低，分析其原因?yàn)椋洪_發(fā)區(qū)在開采的過程中采用了儲(chǔ)層改造措施，同時(shí)開采多年，地下流體關(guān)系發(fā)生變化，地層局部微小坍塌，產(chǎn)生一些小裂縫，各向異性較強(qiáng)，斷裂復(fù)雜、構(gòu)造破碎的地區(qū)，各向異性更強(qiáng)，而該地區(qū)的三維地震為2014年采集，所以AVO響應(yīng)不明顯，但五十家子廟洼陷、馬北斜坡、小井子洼陷AVO效果較好。

綜上所述，研究AVO流體檢測(cè)時(shí)，需要弄清該地區(qū)的AVO響應(yīng)類型、敏感屬性和適用條件及范圍，才能更加客觀地評(píng)價(jià)AVO屬性，更好地為勘探部署服務(wù)。

3 波阻抗反演與AVO屬性聯(lián)合應(yīng)用

針對(duì)九上段薄層砂體，利用擬聲波波阻抗反演，預(yù)測(cè)薄層砂體展布特征，從本次研究結(jié)果來看，薄層砂體主要分布在B32井-M31一帶，以及M31井西側(cè)，雖然單層厚度薄，但縱向?qū)訑?shù)多且分布范圍廣，從薄層砂體的流體因子預(yù)測(cè)圖來看，M31井西側(cè)及北側(cè)為AVO響應(yīng)異常區(qū)。綜合儲(chǔ)層預(yù)測(cè)及油氣檢測(cè)，M31井西側(cè)砂體發(fā)育，同時(shí)也是油氣的有利指向區(qū)，是下一步薄層砂體勘探的有利區(qū)(圖5)。

圖5 陸西凹陷馬北斜坡九上段薄層砂體屬性圖

針對(duì)九下段凝灰質(zhì)砂巖，在層序格架內(nèi)進(jìn)行波阻抗反演，精細(xì)刻畫每一期砂體，然后沿所刻畫砂體提取AVO屬性平面圖，以五十家子廟洼陷為例，B601井周邊發(fā)育多期砂體，B601井與LC3井LSTⅢ砂體見良好油氣顯示，AVO異常響應(yīng)明顯，而TSTⅡ砂體儲(chǔ)層物性差，解釋為干層，無AVO異常響應(yīng)，預(yù)測(cè)結(jié)果與鉆井吻合良好。對(duì)B601井LST Ⅲ砂體進(jìn)行刻畫，面積達(dá)到36.5 km2，再提取AVO屬性，發(fā)現(xiàn)LC3井區(qū)以及其西北部AVO異常明顯，是含油氣有利區(qū)，有利面積為16.8 km2(圖6)。

圖6 B601井區(qū)LSTⅢ砂體流體因子平面圖

而小井子洼陷，目前只完鉆1口井，且位于斜坡部位，勘探程度低，因此波阻抗反演多解性強(qiáng)，不確定性因素很多，主要利用AVO屬性分析，預(yù)測(cè)其含油氣情況，研究發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)多套砂體AVO異常明顯，有利面積近50 km2，勘探有利，有望獲得重大突破，但需要下一步鉆探予以證實(shí)。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1)利用深側(cè)向電阻率曲線重構(gòu)聲波時(shí)差，進(jìn)行擬聲波波阻抗反演，能夠識(shí)別和刻畫九佛堂組上段薄層砂體，且在高分辨率層序界面約束下反演，預(yù)測(cè)效果更好。

(2)遼河外圍盆地九佛堂組上段薄層砂巖為Ⅳ類AVO異常，為低阻抗含油砂巖；九佛堂組下段凝灰質(zhì)砂巖為Ⅰ類AVO異常，為高阻抗含油砂巖。流體因子屬性與P波速度反射率屬性在該地區(qū)應(yīng)用效果較好，從適用范圍來看，AVO技術(shù)在陸西凹陷的五十家子廟洼陷、馬北斜坡和小井子洼陷效果較好，在馬家鋪高壘帶和包日溫都斷階帶效果較差。

(3)單一的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)或AVO油氣檢測(cè)技術(shù)，都有一定的多解性，在勘探部署時(shí)，往往需要多種技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用，以提高鉆探成功率。

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編輯：吳官生

1673-8217(2015)06-0063-04

2015-07-29

裴家學(xué)，工程師，碩士，1981年生，2005年畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)勘查技術(shù)與工程專業(yè)，現(xiàn)從事構(gòu)造解釋、儲(chǔ)層預(yù)測(cè)以及勘探部署工作。

中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司重大科技專項(xiàng)“遼河油田原油千萬噸持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)研究-遼河灘海和外圍規(guī)模儲(chǔ)量發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)及有利目標(biāo)優(yōu)選研究”(2012E-3002)。

P631.445

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