地震反演預(yù)測頁巖有機質(zhì)成熟度的研究

潘仁芳 (油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室(長江大學(xué)),湖北荊州434023)

徐乾承 (長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,湖北荊州434023)

有機質(zhì)成熟度是評價頁巖氣的主要參數(shù)之一。鏡質(zhì)體反射率(Ro)作為有機質(zhì)成熟度指標是目前常用且最有效的方法,在盆地分析、油氣資源預(yù)測和評價、煤質(zhì)預(yù)測等方面得到廣泛應(yīng)用。由于頁巖層在原先勘探開發(fā)中不作為目的層,相應(yīng)的實測Ro數(shù)據(jù)有限,用現(xiàn)有資料和方法估算Ro又有很大困難,所以筆者通過地震反演獲取鄂西渝東地區(qū)東岳廟段泥頁巖段的速度場數(shù)據(jù),再轉(zhuǎn)化為泥頁巖的孔隙度,進而預(yù)測Ro,從而獲得頁巖有機質(zhì)成熟度。

1 地震速度場數(shù)據(jù)的獲取

地震反演的主要功能是對井數(shù)據(jù)資料進行橫向預(yù)測,得到井與井之間區(qū)域的相關(guān)信息,為頁巖有機質(zhì)成熟度預(yù)測提供相關(guān)研究區(qū)域的速度場數(shù)據(jù)。

1.1 層位標定和解釋

層位的解釋工作包括2部分:①層位標定。通過制作合成地震記錄進行時深關(guān)系轉(zhuǎn)換,在地震同相軸上確定解釋目的層。②層位追蹤。通過追蹤目的層同相軸并達到閉合以得到層位解釋數(shù)據(jù),為后續(xù)的反演工作提供層位控制作用以及用于沿層切片的提取。

1.2 地震反演獲取速度場

通過地震反演得到速度場,再沿目的層位提取速度切片,就可得到目的層的平均速度。在實際操作過程中,忽略目的層的平均速度與層速度之間的差異,并認為兩者是近似相同的。基于模型反演方法的操作過程分為以下步驟:①獲取聲波和密度測井曲線。聲波和密度測井曲線必須經(jīng)過環(huán)境校正和井資料處理,盡可能地排除環(huán)境干擾和誤差。②提取地震子波。使用合成地震記錄所選的統(tǒng)計子波。③建立初始模型。所選用的聲波和測井曲線最好是經(jīng)過時深對比校正或通過合成地震記錄制作所得,此外還可以通過剔除異常井來優(yōu)選井組合,這樣得到初始模型與實際地震剖面更接近。④迭代反演。由于反演過程中井資料還起到約束作用,因而約束條件應(yīng)采用硬約束以保證反演過程的穩(wěn)定性。

鄂西渝東地區(qū)東起湖北利川,西至重慶萬縣-豐都一帶,位于四川盆地東部和方斗山地西部。研究區(qū)為鄂西渝東地區(qū)的建南構(gòu)造,位于鄂西渝東的石柱復(fù)向斜上,目的層為東岳廟段,面積約2400km2。研究區(qū)內(nèi)X1井的反演速度剖面如圖1所示。在圖1中,縱向曲線為X1井的聲波曲線,從上到下分布有5個解釋層位。從圖 1可以看出,該工區(qū)目的層速度分布的最低值約為3000m/s、最大值約為6500m/s。

2 有機質(zhì)成熟度的預(yù)測

根據(jù)層速度、孔隙度和Ro三者之間的關(guān)系,利用地震資料求取Ro值。

圖1 X1井反演速度剖面

2.1 泥巖孔隙度轉(zhuǎn)換

雙相介質(zhì)的孔隙度與層速度之間遵循懷利公式[1],即:

式中,Vint為層速度,m/s;Vf為流體速度,m/s;Vma為骨架顆粒速度,m/s;φ為孔隙度。

一般情況下Vf和Vma的變化遠遠小于Vint的變化,故可將其視為常數(shù)。通常Vma取5500m/s,Vf取1600m/s。

2.2 孔隙度與成熟度關(guān)系的確定

Schmoker研究指出,巖石孔隙度與其中有機質(zhì)成熟度存在如下關(guān)系[2]:

式中,M為成熟度,包括Ro等;a、b為常數(shù)。

由式(2)可知,有機質(zhì)成熟度與巖石孔隙度呈冪函數(shù)關(guān)系,并由此得出如下公式[3]:

式中 ,a′、b′為常數(shù) 。

圖2 東岳廟段實測φ與實測Ro的擬合關(guān)系圖

3 現(xiàn)場應(yīng)用

將露頭剖面樣品分析化驗得到的孔隙度和Ro進行交會分析,經(jīng)對比選用擬合程度最高的冪函數(shù)關(guān)系(見圖2)。由圖2可知,對鄂西渝東地區(qū)東岳廟段,a′取 1.1332,b′取 -0.1051。在 a′、b′系數(shù)確定后, 即可求出Ro值。對所生成的成熟度數(shù)據(jù)體沿目的層位提取相應(yīng)的切片就能最終得到目的層的Ro值。

將Ro的計算值與實測值進行對比 (見圖3)。從圖3可以看出,Ro的計算值與實測值的符合度較高,說明這種計算的Ro值的方法是有效的。經(jīng)過以上預(yù)測過程,就可對得到的Ro值進行成圖 (見圖4)。從圖4可以看出,鄂西渝東地區(qū)東岳廟段頁巖的成熟度范圍在0.8%～1.39%之間。且大部分區(qū)域為有利成熟帶 (Ro值大于0.95%的區(qū)域)。通過上述分析,認為對該研究區(qū)Ro的預(yù)測是可行的。

圖3 建南構(gòu)造東岳廟段實測與計算Ro對比圖

圖4 建南構(gòu)造東岳廟段Ro分布圖

4 結(jié) 語

通過地震反演獲取鄂西渝東地區(qū)東岳廟段泥頁巖段的速度場數(shù)據(jù),再轉(zhuǎn)化為泥頁巖的孔隙度,進而預(yù)測鏡質(zhì)體反射率,最終獲得頁巖有機質(zhì)熱成熟度。實踐證明,通過地震反演速度場預(yù)測Ro值與實測Ro比較符合,說明在勘探早期利用地震手段來評價頁巖有機質(zhì)成熟度的方法是有效的。因此,該方法對于勘探程度較低尤其是鉆井稀少的地區(qū)有著較高的實用價值。

[1]章成廣,江萬哲,潘和平.聲波測井原理與應(yīng)用[M].北京:石油工業(yè)出版社,2009.

[2]Schmoker J W.Sand porosity as a function of thermal maturity[J].Geology,1988,16(11):1007-1010.

[3]趙勝,劉磊,付東陽.基于地震資料的烴源巖早期評價研究[J].石油天然氣學(xué)報,2007,29(5):76-79.