西湖凹陷B構(gòu)造水下分流河道預測技術(shù)及應用

姜 勇，張 雷，鄒 瑋，侯志強

（中海石油（中國）有限公司上海分公司，上海 200030）

摘 要：西湖凹陷B構(gòu)造的砂巖儲層具有低孔滲特征，且屬淺水沉積環(huán)境，水下分流河道發(fā)育，砂體橫向變化快。為準確刻畫砂體的橫向變化，且在低孔滲儲層中找到物性相對好且含油氣的有利儲層，研究了疊前反演技術(shù)在水下分流河道儲層預測中的應用。通過巖石物理分析，找到了能夠識別砂體和有利儲層的參數(shù)和參數(shù)組合；通過低孔滲砂巖儲層地震反射特征的研究，證實了利用疊前反演預測物性好且含氣有利儲層的可行性；研究了疊前反演在工區(qū)的技術(shù)流程和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，利用反演結(jié)果刻畫了B構(gòu)造S1層水下分流河道分布范圍，預測了有利儲層，指導評價井位的部署。經(jīng)鉆探驗證，預測結(jié)果得到了證實。

關(guān)鍵詞：西湖凹陷；水下分流河道；低孔滲；疊前反演；儲層預測

中圖分類號：P631.4+6

文獻標識碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1008-2336.2015.02.035

文章編號：1008-2336（2015）02-0035-05

收稿日期：2014-10-08；

作者簡介：第一姜勇，男，1980年生，地球物理工程師，工學碩士，主要從事地震解釋、儲層反演等方面的研究工作。E-mail：jiangyong@cnooc.com.cn。

改回日期：2014-12-03

Technology for Prediction of Underwater Distributary Channel Reservoir and Application in B Structure, Xihu Sag

JIANG Yong, ZHANG Lei, ZOU Wei, HOU Zhiqiang

（Shanghai Branch of CNOOC Ltd., Shanghai 200030, China）

Abstract:The sandstone reservoirs in B Structure are characterized by low porosity and low permeability, deposited under shallow water depositional system, with underwater distributary channels well developed, and the sand bodies change quickly in lateral direction. For delineating the lateral change of sand bodies correctly and finding the favorable reservoirs with good physical properties and high hydrocarbon saturation from low porosity and low permeability reservoirs, pre-stack inversion technology for prediction of underwater distributary channel reservoir has been used. Based on petrophysic analysis, the elastic parameters and their combination that can be used to identify sand bodies and favorable reservoir are established. It has been confirmed through analysis of seismic characteristics of low porosity and low permeability sandstone reservoirs that it is feasible to identify favorable reservoir using prestack inversion. Then the process and key techniques for pre-stack inversion are optimized for the study area. The pre-stack inversion results have been used to delineate the geometry and distribution range of underwater distributary channels in S1 layer in Structure B, and also used to predict favorable reservoirs and guide the drilling location design of an appraisal well in B Structure. It has been confirmed by the actual drilling results that this reservoir predication technique is effective.

Keywords:Xihu Sag; underwater distributary channel; low porosity and permeability; pre-stack inversion; reservoir prediction

西湖凹陷位于東海陸架盆地，是我國近海重要的富生烴凹陷，目前已在凹陷內(nèi)發(fā)現(xiàn)多個油氣田和含油氣構(gòu)造。根據(jù)構(gòu)造、沉積等特征，西湖凹陷自西向東可以分為西部斜坡帶、西部次凹帶、中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶、東部次凹帶和東部斷階帶[1]。研究區(qū)B構(gòu)造位于西部次凹，其砂巖儲層具有兩個主要特征：一是目的層埋藏深，受壓實作用的影響，致密砂巖儲層普遍發(fā)育[2]；二是主要目的層花港

組發(fā)育河流—湖泊—三角洲沉積體系，其中花港組上段為三角洲前緣沉積，下段為三角洲平原沉積[3]，水下分流河道發(fā)育，砂體具有橫向變化快的特點。由于海上鉆井成本高，低孔滲砂巖氣藏測試開發(fā)難度大，因此，準確刻畫儲層的分布范圍，進而在致密儲層中找到物性較好、含氣飽和度高的有利儲層實施鉆探，是成功勘探的關(guān)鍵。

與疊后反演相比，疊前同步反演利用疊前地震道集中不同偏移距的振幅信息，計算相關(guān)的彈性參數(shù)，來預測儲層分布并分析儲層的性質(zhì)，近年來在常規(guī)碎屑巖儲層及流體預測中取得了較好的應用效果[4-6]。針對低孔滲水下分流河道儲層的特點，研究了疊前同步反演技術(shù)在有利儲層預測中的應用。首先通過對凹陷內(nèi)多口井巖性與中子的關(guān)系，彈性參數(shù)與巖性、物性和含油氣性的關(guān)系，研究了致密砂巖儲層的巖石物理特征，找到能夠穩(wěn)定識別有利儲層的彈性參數(shù)或參數(shù)組合；分析了低孔滲儲層的地震反射特征，研究疊前反演技術(shù)預測有利儲層的可行性。結(jié)合工區(qū)內(nèi)的資料特點和地質(zhì)特征，研究疊前反演的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和優(yōu)化流程，計算能夠識別有利儲層的彈性參數(shù)；最終將反演結(jié)果應用于鉆探靶區(qū)的儲層特征分析，指導井位部署。

1　巖石物理特征分析

巖石物理特征分析圍繞找儲層、找物性好且含氣飽和度高的有利儲層兩個問題展開，研究巖石的彈性參數(shù)與巖性、物性、含氣性、壓實等巖石物理特征之間的內(nèi)在關(guān)系。

首先研究彈性參數(shù)的巖性特征，圖1a為中子孔隙度隨深度的變化趨勢，色標為泥質(zhì)含量，藍色代表泥巖，黃色代表砂巖，紅色箭頭為砂巖中子孔隙度的變化趨勢，綠色箭頭為泥巖中子孔隙度的變化趨勢。可以看出，在中深層，砂巖的中子孔隙度明顯小于泥巖。因此可以預見，與中子孔隙相關(guān)程度高的彈性參數(shù)理論上可以穩(wěn)定區(qū)分砂、泥巖。通過對多口井縱波阻抗、橫波阻抗、縱橫波速度比、密度等參數(shù)與中子孔隙度的交匯分析，發(fā)現(xiàn)Vp/Vs與中子孔隙度的相關(guān)性最好（圖1b），通過圖1c縱波阻抗與Vp/Vs的交匯圖可以看出，砂、泥巖的縱波阻抗疊置在一起；而Vp/Vs能夠很好的區(qū)分砂、泥巖，其中Vp/Vs的低值指示砂巖。

圖1　彈性參數(shù)巖性分析

低孔滲砂巖氣藏的勘探中，找到物性較好含氣的有利儲層作為切入點實施鉆探是成功的關(guān)鍵。通過分析，Vp/Vs單參數(shù)無法預測物性及含氣性的變化，為此研究了參數(shù)組合的方法。圖2 是Vp/Vs與縱波阻抗參數(shù)組合的物性分析交匯圖，色標為孔隙度。從圖中可以看出，在低Vp/Vs代表的砂巖區(qū)，低縱波阻抗（虛線矩形框內(nèi)）代表了物性較好的砂巖；圖3為Vp/Vs與縱波阻抗參數(shù)組合的含氣性分析交匯圖，色標為含水飽和度，虛線矩形框內(nèi)低Vp/Vs、低縱波阻抗指示含氣飽和度高的砂巖；綜上所述，低Vp/Vs條件下的低縱波阻抗是物性好、含氣飽和度高的有利儲層的指示。

圖2　彈性參數(shù)物性分析

圖3　彈性參數(shù)含油氣性分析

2　地震反射特征分析

為充分認識低孔滲儲層的地震反射特征，指導實際地震數(shù)據(jù)優(yōu)化處理，研究疊前反演進行儲層預測的可行性，利用孔隙度替換、流體替換和地震正演模擬等技術(shù)，研究了孔隙度和孔隙流體對致密砂巖儲層反射特征的影響。研究過程分為兩步：

（1）物性分析——孔隙度變化道集正演模擬：目標砂體含水飽和度80%不變，以3%的步長改變孔隙度，每改變一次，分別計算砂巖相應的縱波、橫波和密度，使用Zoeppritz方程[7]計算疊前道集。圖4為孔隙度變化道集，其下部為砂頂反射振幅隨入射角變化的曲線。從圖中可以看出，孔隙度對地震反射的影響很大，隨著孔隙度逐漸增大，砂巖頂面的AVO類型逐漸發(fā)生變化：①當孔隙度小于7%時，砂巖頂界面的AVO類型為I類；②當孔隙度在10%～13%之間時，砂巖頂面反射為II類AVO，隨偏移距的變化出現(xiàn)極性反轉(zhuǎn)，近道為正，遠道為負；③當孔隙度大于16%，砂頂反射的AVO類型變?yōu)镮II類；④隨著孔隙度的增大，AVO曲線的梯度（彎曲程度）減小。

圖4　孔隙度變化疊前道集

（2）孔隙流體分析——流體變化道集正演模擬：孔隙度10%保持不變，通過流體替換技術(shù)[8, 9]將水替換成氣，含水飽和度從100%逐漸減小到0，每改變一次，計算相應的縱波、橫波和密度，然后用Zoeppritz方程計算疊前道集。圖5為孔隙流體變化道集，從圖中可以看出：隨著含氣飽和度的變化，砂巖頂面的AVO類型基本不變，為II類，這與巖石物理分析砂泥巖縱波阻抗的研究結(jié)論一致，但是隨著含水的增加，截距緩慢增大。

通過以上分析，低孔滲砂巖儲層的孔隙度會對地震反射的截距和梯度產(chǎn)生較大影響，其含油

氣性會對地震的截距產(chǎn)生影響，這說明地震數(shù)據(jù)中包含了低孔滲儲層的孔隙度和孔隙流體等信息。根據(jù)Bortfeld的研究[10]，AVO曲線的截距主要受縱波阻抗影響，梯度受Vp/Vs的影響，因此利用疊前反演從疊前地震道集計算縱波阻抗和Vp/Vs，進行低孔滲有利儲層預測是可行的。

圖5　孔隙流體變化疊前道集

3　疊前AVA同步反演

根據(jù)預測有利儲層的目的，需要從地震數(shù)據(jù)中反演縱波阻抗和Vp/Vs兩個參數(shù)。通過研究，采用了Hampson等[11]基于Zoeppritz方程的Fatti近似[12]，在2005年提出的疊前反演方法。該方法假設橫波阻抗、密度的對數(shù)與縱波阻抗的對數(shù)存在一定的線性關(guān)系，然后利用該線性關(guān)系求解式（1），得到縱波阻抗、橫波阻抗和密度，從而進一步求得Vp/Vs等彈性參數(shù)。

式中：Sα為入射角α的地震數(shù)據(jù)；ci為Fatti近似[12]的擬合系數(shù)；Wα為入射角α的地震子波；D為差分矩陣；Lp、Ls、LD分別為縱波阻抗、橫波阻抗和密度的對數(shù)。

根據(jù)工區(qū)的資料條件以及疊前反演的技術(shù)特點，疊前反演的技術(shù)流程如圖6所示。其主要技術(shù)環(huán)節(jié)有：地震資料優(yōu)化處理及角道集計算，井震標定與AVA子波提取，低頻模型建立，疊前反演參數(shù)實驗，砂體刻畫以及有利儲層預測。

圖6　疊前同步反演技術(shù)流程

4　應用效果分析

B構(gòu)造位于西湖凹陷西部次凹帶，為背斜—斷背斜型構(gòu)造。上世紀80年代在該構(gòu)造上鉆探B-1井。該井共解釋氣層100多米，但主要位于3 500 m以下的中深層，孔滲條件較差，受當時技術(shù)條件的限制，測試未取得商業(yè)產(chǎn)能。為實現(xiàn)增儲上產(chǎn)，決定在本構(gòu)造部署評價井。鉆前對本構(gòu)造砂巖儲層的分布特征進行了刻畫，對有利儲層進行了預測。

首先利用Vp/Vs刻畫了B構(gòu)造的儲層分布特征。圖7為B構(gòu)造S1層Vp/Vs的反演結(jié)果的沿層屬性。根據(jù)巖石物理分析結(jié)果，Vp/Vs紅色低值指示砂體。從圖中可以看出S1層砂體呈水下分流河道形態(tài)分布，與區(qū)域的沉積特征吻合。河道發(fā)育大致可以分為兩期：一期近南北向分布，河道窄，二期北東向分布，河道寬（圖7）；而B-1井位于兩期河道之外，這與本井在S1層未鉆遇砂體的鉆探結(jié)果相符。根據(jù)Vp/Vs的反演結(jié)果，圈定了砂體的分布范圍（圖7）。

根據(jù)巖石物理分析結(jié)果，在砂體分布范圍內(nèi)，低縱波阻抗指示物性好含氣砂巖的可能性大。將低Vp/Vs指示的砂體分布有利區(qū)投影在S1層縱波阻抗的沿層屬性圖上（圖8），在橫向上找到低Vp/Vs與低縱波阻抗指示的有利儲層分布區(qū)，并結(jié)合構(gòu)造等信息，確定評價井B-2的井位（圖8）。B-2井在S1層鉆遇厚層含氣砂體（圖9），孔滲條件較好，常規(guī)測試獲得商業(yè)油氣流。

圖7　B構(gòu)造S1層Vp/Vs沿層屬性

圖8　B構(gòu)造S1層縱波阻抗沿層屬性

圖9　過B-1、B-2井Vp/Vs聯(lián)井剖面

5　結(jié)論

西湖凹陷的致密砂巖儲層埋藏深且橫向分布變化快，準確刻畫有利儲層的分布范圍是成功勘探的關(guān)鍵。通過巖石物理分析，發(fā)現(xiàn)低Vp/Vs能夠有效穩(wěn)定地識別低孔滲砂巖儲層；彈性參數(shù)與巖性、物性和含油氣性的關(guān)系分析表明，低Vp/Vs與低縱波阻抗的組合能夠識別有利儲層。正演模擬研究顯示地震道集中包含了低孔滲儲層的物性和流體信息，確定了疊前反演預測有利儲層的可行性。在此基礎上提出了采用疊前同步反演進行儲層地震預測的技術(shù)方案，并研究疊前反演的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)；根據(jù)反演結(jié)果，刻畫了B構(gòu)造S1砂層的分布特征，對有利儲層帶進行了預測，根據(jù)預測結(jié)果部署的評價井，取得商業(yè)發(fā)現(xiàn)。

參考文獻：

[1] 陳志勇，葛和平．西湖凹陷反轉(zhuǎn)構(gòu)造與油氣聚集[J]．中國海上油氣（地質(zhì)），2003，17（1）：20-24．

[2] 張雷，姜勇，侯志強，等．西湖凹陷低孔滲儲層巖石物理特征分析及疊前同步反演地震預測[J]．中國海上油氣，2013，25（2）：36-39．

[3] 劉金水，曹冰，徐志星，等．西湖凹陷某構(gòu)造花港組沉積相及致密砂巖儲層特征[J]．成都理工大學學報（自然科學版），2012，39（2）：130-136．

[4] 高偉義．平湖油氣田儲層及含油氣預測及其應用[J]．海洋石油，2003，23（增刊）：7-12．

[5] 梁立峰，劉秀娟，但志偉，等．利用疊前密度反演預測巖性的應用研究[J]．海洋石油，2011，31（2）：53-58．

[6] 姚云霞，劉江，劉金水．LS凹陷巖性油氣藏勘探實踐[J]．海洋石油，2011，31（3）：32-35．

[7] ZOEPPRITZ K，ERDBEBENWELLEN V B. On the reflection and penetration of seismic through unstable layers[J]. Gottinger Nachr，1919（1）： 66-84.

[8] BIOT M A. Theory of propagation of elastic waves in a fluidsaturated porous solid （I）： Low frequency range[J]. The Journal of the Acoustical Society of American，1956，28（2）： 168-178.

[9] BIOT M A. Theory of propagation of elastic waves in a fluidsaturated porous solid （II）： Higher frequency range[J]. The Journal of the Acoustical Society of American，1956，28（2）：179-191.

[10] BORTFELD R. Approximation to the reflection and transmission coefficients of plane longitudinal and transverse waves[J]. Geophysical Prospecting，1961，9（4）： 485-502.

[11] HAMPSON D P，RUSSELL B H，BANKHEAD B. Simultaneous inversion of pre-stack seismic data[C]. Expanded Abstracts of 75th Annual Internet SEG Mtg，2005，1633-1637.

[12] FATTI J L，SMITH G C，VAIL P J，et al. Detection of gas in sandstone reservoirs using AVO analysis： a 3D Seismic Case History Using the Geostack Technique[J]. Geophysics，1994，59 （9）： 1362-1376.