韓向義,趙瑩彬,楊春峰,常文鑫,邱彥平,李國(guó)輝
(1.中國(guó)石化河南油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院,河南鄭州 450048;2.中國(guó)石化經(jīng)緯有限公司華北測(cè)控公司,河南南陽(yáng) 473132)
旬邑-宜君探區(qū)(簡(jiǎn)稱旬宜探區(qū))位于鄂爾多斯盆地南部,處在伊陜斜坡和渭北隆起的結(jié)合部位,構(gòu)造格局清晰,地層平緩,整體構(gòu)造呈北西傾向的平緩單斜,傾角1°~2°。探區(qū)跨陜西省旬邑、宜君、黃陵等縣,面積1 140.325 km2。“十三五”油氣資源評(píng)價(jià)顯示,旬宜探區(qū)古生界天然氣資源量達(dá)2 290×108m3,具有較大的勘探潛力。通過(guò)古水流、重礦物、輕礦物和構(gòu)造演化等研究,明確旬宜探區(qū)主要受控于南部物源體系,其上古生界主力勘探層系二疊系石盒子組主要發(fā)育一套自南向北的三角洲沉積體系,砂體主要受水下分流河道控制,縱向上河道多期疊置,橫向上河道側(cè)向遷移,砂體變化快且厚度薄,儲(chǔ)層物性差,為致密砂巖儲(chǔ)層[1-5]。河道相帶的精細(xì)刻畫是困擾旬宜探區(qū)致密氣藏勘探的主要技術(shù)瓶頸之一,河道砂體預(yù)測(cè)制約著勘探研究的進(jìn)展[6-7]。
近年來(lái),致密油、頁(yè)巖油、頁(yè)巖氣等非常規(guī)油氣勘探已成為國(guó)內(nèi)外油氣勘探的熱點(diǎn)領(lǐng)域,中外學(xué)者對(duì)利用地震資料預(yù)測(cè)河道砂體開(kāi)展了大量的研究。王世瑞等提出了基于地震屬性特征預(yù)測(cè)河道砂體的技術(shù)[8],但對(duì)于致密砂巖效果欠佳;李國(guó)發(fā)等基于正演模型,提出單砂體對(duì)應(yīng)“零值時(shí)間”的地震切片技術(shù)[9],為薄互層條件下單砂體解釋提供了思路,但是實(shí)際生產(chǎn)中“零值時(shí)間”難以確定;Zeng等提出了薄層分辨率的概念,通過(guò)地震識(shí)別薄層砂體來(lái)預(yù)測(cè)河道砂,但實(shí)際地震波是多組薄砂體的綜合響應(yīng),而且地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜,因此精度也較低[10-11]。本文從已鉆井出發(fā),開(kāi)展了盒1段致密砂巖儲(chǔ)層的地震和測(cè)井的響應(yīng)特征研究,根據(jù)其響應(yīng)特征,利用地震切片技術(shù)從目的層段上下連續(xù)沿層做地震切片,根據(jù)地震切片中河道的遷移特征確定河道砂的反射時(shí)間;再依據(jù)切片對(duì)應(yīng)的時(shí)間段確定砂體的地震屬性提取時(shí)窗;在測(cè)井和地震的聯(lián)合控制下開(kāi)展波形差異反演,提高垂向分辨率,最后根據(jù)地震切片平面圖和地震反演剖面圖相結(jié)合精細(xì)刻畫河道砂體空間展布,為探井部署提供依據(jù)。探井鉆探效果表明預(yù)測(cè)成果與實(shí)鉆結(jié)果吻合,該技術(shù)對(duì)旬宜探區(qū)河道砂氣藏的勘探和突破具有一定的指導(dǎo)意義。
由于研究區(qū)現(xiàn)有地震資料頻帶較窄,垂向分辨率難以提高,若對(duì)地震資料進(jìn)行拓頻處理來(lái)提高垂向分辨率,則會(huì)破壞振幅的保真度,實(shí)際應(yīng)用效果不佳;再加之研究區(qū)盒1段雖然砂體發(fā)育,但是總體致密,且具有橫向變化快、非均質(zhì)性強(qiáng)、厚度薄等特點(diǎn),給利用地震資料預(yù)測(cè)砂體帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn),如何充分利用現(xiàn)有地震資料開(kāi)展河道砂體精細(xì)刻畫是當(dāng)前油氣勘探突破的關(guān)鍵。
傳統(tǒng)的河道砂體刻畫主要依靠地震振幅屬性或地震反演技術(shù),受分辨率影響在致密砂巖儲(chǔ)層中其預(yù)測(cè)精度較低,本次研究針對(duì)區(qū)內(nèi)實(shí)際地質(zhì)特點(diǎn)和現(xiàn)有測(cè)井、地震、地質(zhì)資料,提出了一套完整的砂體刻畫技術(shù)流程(圖1):首先從河道砂體測(cè)井、地震解釋結(jié)果出發(fā),利用地震切片技術(shù)最大限度地提取砂體地震反射的橫向信息,用于巖性的識(shí)別和河道砂體展布刻畫;其次,由于區(qū)內(nèi)古生界勘探程度較低,已鉆井資料較少,疊后地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演提高分辨率的方法適用性非常差,而波形差異反演是在對(duì)地震資料解釋層位對(duì)應(yīng)的波形(主要為振幅)差異分析的基礎(chǔ)上,結(jié)合已鉆井對(duì)應(yīng)地層的實(shí)際地質(zhì)信息、井空間分布距離等,得到波形差異反演數(shù)據(jù)體,并綜合地震切片資料實(shí)現(xiàn)河道砂體的識(shí)別和展布的精細(xì)刻畫。
圖1 研究區(qū)河道砂體精細(xì)刻畫流程
旬宜探區(qū)二疊系下石盒子組以三角洲平原沉積為主。物源區(qū)為南部的加里東褶皺帶,巖石分區(qū)以泥巖-砂巖區(qū)為主,表現(xiàn)為三角洲沉積環(huán)境,河道由南向北延伸。區(qū)內(nèi)J1井區(qū)分流河道發(fā)育,河道底部見(jiàn)底礫巖。沉積物為灰白色粗-細(xì)砂巖及深灰、灰綠色泥巖,含有植物化石;以盒1段沉積相為代表,主要沉積亞相為辮狀河三角洲前緣。根據(jù)研究區(qū)內(nèi)兩口鉆井資料制作連井剖面,精細(xì)對(duì)比XY1井和J1井盒1段砂體展布特征(圖2)。
由圖2可知,區(qū)內(nèi)盒1段砂體縱向、橫向變化明顯,縱向上砂體疊置,單層厚度較薄,厚層砂體由多個(gè)單層砂體疊加而成;橫向上砂體變化快,連續(xù)性差。儲(chǔ)層內(nèi)部砂泥巖的測(cè)井響應(yīng)特征差別不明顯,但總體上砂巖呈現(xiàn)出高速度、高密度特征;自然伽馬可反映大段砂泥巖組合,但規(guī)律性不強(qiáng)。
研究區(qū)針對(duì)上古生界目標(biāo)層開(kāi)展主頻32 Hz,頻寬10~70 Hz較寬頻帶的高保真地震資料處理,地震數(shù)據(jù)采集、處理的時(shí)間采樣率為1 ms,面元尺寸為10 m×10 m。上古生界疊前時(shí)間偏移處理成果的信噪比高、波組特征明顯、地震反射同相軸連續(xù)性好,易于追蹤對(duì)比,且能夠較好地體現(xiàn)巖性變化及斷裂特征。
J1井與XY1井標(biāo)定結(jié)果表明:盒1段底界在地震剖面上呈中-強(qiáng)振幅、連續(xù)波峰反射,可以追蹤對(duì)比。但是受到砂體厚度、物性、巖性組合影響,同相軸能量強(qiáng)弱橫向上變化很快,并且還會(huì)出現(xiàn)間斷。盒1段砂體在地震剖面上表現(xiàn)為短軸強(qiáng)反射的地震響應(yīng)特征(圖3),通過(guò)對(duì)盒1段儲(chǔ)層正演模擬結(jié)果和地震剖面振幅特征分析認(rèn)為,地震振幅能夠較好地表征砂巖,砂體越厚振幅越強(qiáng),且砂體在橫向上變化快,導(dǎo)致砂體所對(duì)應(yīng)的地震反射振幅呈短軸強(qiáng)反射。
圖3 J1井和XY1井連井地震剖面
研究區(qū)盒1段砂巖平均速度4 600 m/s,主頻只有30 Hz左右,地震縱向分辨率在三十余米,因此地震響應(yīng)通常表征的是一組砂體的綜合響應(yīng),不能反映單砂體的響應(yīng)。通常情況下,所提取的沿層瞬時(shí)振幅屬性表征的是上下兩套砂體的綜合響應(yīng),想要通過(guò)地震獲取單砂體的展布特征顯得極其困難。通過(guò)調(diào)研相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn),沿層振幅屬性在某一時(shí)刻可以清楚地反應(yīng)單砂體或砂層的形態(tài),不受其他砂層的影響[12]。在地震資料縱向分辨率不足的時(shí)候,想要獲取砂體展布可以充分利用地震資料的橫向分辨率。國(guó)內(nèi)外一些專家學(xué)者認(rèn)為兩套砂體地震反射為兩個(gè)復(fù)合波的疊加,反映下層砂體形態(tài)的時(shí)間位置位于上層砂體復(fù)合波振幅為零處,反映上層砂體形態(tài)的時(shí)間位置位于下層砂體復(fù)合波振幅為零處。但是實(shí)際地震子波在時(shí)間和空間上都是變化的,并不穩(wěn)定,致使振幅也不穩(wěn)定,其次目的層段存在多個(gè)旋回組合和過(guò)渡性巖性,因此難以找到準(zhǔn)確的“零值時(shí)間”[13-14]。
本次研究主要根據(jù)實(shí)際地震、地質(zhì)資料,依據(jù)切片在某一時(shí)刻可以反應(yīng)砂體展布的原理,沿層上下做切片,通過(guò)觀察切片上的河道,找到具有明顯河道特征的切片,然后把切片按層提取出來(lái),根據(jù)井震標(biāo)定看切片層是否對(duì)應(yīng)到鉆井資料的砂體上,以此來(lái)優(yōu)選反映單砂體的沿層切片,從而達(dá)到精細(xì)刻畫河道砂體展布的目的。
以盒1段(P2x1)底界向下20 ms起,以1 ms間隔向上連續(xù)切振幅切片50張,從下到上依次編號(hào)為1、2、3、…、50號(hào)切片。通過(guò)仔細(xì)地觀察其切片中河道特征的擺動(dòng)現(xiàn)象,以及認(rèn)真地對(duì)比每一張切片,優(yōu)選出7、9、12號(hào)切片能夠較好地表征砂體,然后以層位形式提取出相應(yīng)的三張切片;通過(guò)井震標(biāo)定發(fā)現(xiàn)9號(hào)切片落在了J1井的砂巖上,說(shuō)明9號(hào)切片能夠較好地刻畫砂體平面展布,切片上在研究區(qū)的東西兩邊各發(fā)育一條近似南北向的河道,且河道特征較為明顯(圖4)。
圖4 9號(hào)振幅切片特征
常規(guī)河道砂體主要依靠地震振幅屬性來(lái)刻畫河道,如圖5為盒1段地震振幅屬性圖(時(shí)窗16 ms),從圖中可以看出,振幅屬性所表征的砂體(紅色部分)展布與地震切片砂體形態(tài)基本一致,東西兩邊各發(fā)育一條近似南北向的河道,但地震切片所刻畫河道展布的細(xì)節(jié)更加豐富,河道邊界形態(tài)更加明顯,且上、下移動(dòng)切片還可以觀察到河道遷移擺動(dòng)的特征,說(shuō)明地震切片預(yù)測(cè)河道砂體精度更高。
圖5 盒1段地震振幅屬性圖(時(shí)窗16 ms)
地震反演方法的種類很多,不同的方法其適用條件和限制條件不同。傳統(tǒng)稀疏脈沖反演分辨率太低不適合研究區(qū);地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演可提高薄互層分辨率,但一般所需參與反演的井?dāng)?shù)不少于5口,且具有隨機(jī)性,亦不適用于研究區(qū)。針對(duì)研究區(qū)地震資料分辨率低、儲(chǔ)層致密、鉆井較少等實(shí)際地質(zhì)資料的狀況,優(yōu)選測(cè)井約束下的波形差異反演進(jìn)行砂體刻畫。
波形差異反演主要適用于井少地區(qū),其基本思想原理是:在子波不變的假設(shè)前提下,地震阻抗差異與井阻抗結(jié)構(gòu)的變化密切相關(guān),即地震阻抗隨著井阻抗的變化而變化。因此,首先用已鉆井(至少兩口井)做一個(gè)垂向的波阻抗模型,然后依據(jù)地震波在傳播過(guò)程中振幅不同程度地衰減,利用重心、均值、方差、變方差四種屬性作為描述地震阻抗差異的特征向量。其中,重心表征等時(shí)面中相同時(shí)窗內(nèi)不同采樣點(diǎn)振幅間的幾何關(guān)系,均值為采樣點(diǎn)間振幅的平均值,方差表征采樣點(diǎn)間振幅振蕩程度,變方差主要描述振幅的變化情況,他們的計(jì)算公式分別為[15]:
通過(guò)該方法可以衍生出很多的類似于偽井的隨機(jī)樣本,將這些偽井的波阻抗曲線與地震波阻抗進(jìn)行對(duì)比,如果兩者相似度好,那么偽井波阻抗可用。再參照空間分布距離和地震波的差異性,對(duì)所有井(已鉆井與偽井)按權(quán)重值排序,優(yōu)選出“貢獻(xiàn)量”大的井作為初始模型,再對(duì)高頻成分進(jìn)行無(wú)偏最優(yōu)估算,最終得到波形差異反演的反演體[16]。該方法適用于井少地區(qū),突破了傳統(tǒng)確定性反演由于分辨率低、統(tǒng)計(jì)學(xué)反演樣本不足的限制,利用波形橫向變化與井波阻抗相對(duì)關(guān)系實(shí)現(xiàn)了井震協(xié)同高頻部分的模擬。
本次參與波形差異反演的井共2口(XY1井和J1井),圖6為波形差異反演的J1井-XY1井連井剖面,紅色測(cè)井曲線為伽馬測(cè)井,在河道砂對(duì)應(yīng)部位伽馬表現(xiàn)為低值異常,說(shuō)明反演結(jié)果與鉆井結(jié)果吻合度高;與常規(guī)稀疏脈沖反演結(jié)果相比,分辨率明顯提高,砂體刻畫精度也更高;所預(yù)測(cè)的砂體在J1井附近較厚,在XY1井則呈薄互層狀的特征,與鉆井實(shí)際資料相吻合,也充分表明了波形差異反演能夠較好地刻畫砂體橫向展布邊界。
圖6 波形差異反演J1井-XY1連井剖面
通過(guò)地震切片技術(shù)和地震波形差異反演技術(shù)分析,最終采用地震切片平面圖與地震反演剖面圖相結(jié)合的方法確定平面砂體展布邊界。圖7為旬宜探區(qū)盒1段厚度大于5 m的砂體展布圖,2019年12月新實(shí)施探井XY2井鉆揭盒1段砂體厚度8 m,表明預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)鉆結(jié)果高度吻合,進(jìn)一步證明了該技術(shù)對(duì)旬宜探區(qū)盒1段砂體預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。
圖7 旬宜探區(qū)盒1段厚度大于5 m的砂體展布
(1)針對(duì)鄂爾多斯盆地南部旬宜探區(qū)致密河道砂巖儲(chǔ)層薄且橫向變化快的特征,利用基于測(cè)井資料控制的地震切片技術(shù)能夠較好地找到表征河道砂體橫向展布的時(shí)間切片。
(2)針對(duì)旬宜探區(qū)上古生界目的層段鉆井資料較少、砂體非均質(zhì)性強(qiáng)、厚度薄的實(shí)際地質(zhì)情況,采用波形差異反演能夠較好地提高薄互層的縱向分辨率,有效識(shí)別垂向砂體厚度。
(3)利用地震切片平面圖和地震反演剖面圖相結(jié)合的方法精細(xì)刻畫了旬宜探區(qū)盒1段河道砂體展布特征,經(jīng)鉆井證實(shí)實(shí)鉆結(jié)果與預(yù)測(cè)成果吻合,證實(shí)了該河道砂體預(yù)測(cè)技術(shù)的實(shí)用性,具有較好的推廣價(jià)值。