鄂爾多斯盆地中東部鹽下儲層預測關鍵技術

蔡克漢 劉 峰 張 娜 高 改

(中國石油長慶油田分公司勘探開發研究院，陜西西安 710018)

1 引言

鄂爾多斯盆地下奧陶統馬家溝組發育馬一段、馬三段、馬五段等3套巨厚的膏鹽巖沉積，其中馬五段是馬家溝組最后一期的膏鹽巖沉積地層，其內部又進一步細分為4個膏鹽巖亞段(馬五10、馬五8、馬五6、馬五4)，馬五6的膏鹽巖沉積面積約為5×104km2的，主要分布在盆地中東部地區。因此，通常所指的馬家溝組鹽上和鹽下地層均以馬五6亞段為劃分界限[1]。近幾年來，長慶油田在盆地奧陶系中組合(馬五5-10)的馬五5白云巖巖性圈閉氣藏勘探取得突破的同時，進一步向深層勘探，在馬五6鹽下有多口井鉆穿馬五7-10，其中4口井在鹽下白云巖中相繼鉆獲高產氣流，顯示了馬五7-9良好的勘探前景，鹽下勘探將是下一步天然氣勘探的重點領域[2，3]。

然而，該區氣藏成藏控制因素復雜，馬五6膏鹽巖下伏地層馬五7-9發育膏鹽巖、灰巖、白云巖、泥巖等4種巖性，且白云巖與膏鹽巖、灰巖波阻抗差異小，導致地震反射系數小，目的層上、下地震反射能量弱，對地震反射模式認識不清。主力儲層馬五7-9地層厚度變化非常快(20～85m)，白云巖有效儲層厚度一般小于6m，縱、橫向變化快，非均質性強，致使利用地震方法預測儲層難度較大。

有關鹽下儲層地震預測的相關文獻甚少。李天蓀等[4]認為，縱波阻抗不能有效區分黃驊坳陷的膏巖與下伏白云巖儲層，而利用密度或PE(光電截面指數)曲線能較好地區分二者。但是由地震反演無法得到密度或PE參數，由擬合PE曲線的低頻部分與縱波阻抗的高頻部分得到的擬縱波阻抗曲線進行約束地震反演，得到擬縱波阻抗數據體，可較好地區分膏巖與白云巖儲層。

含氣性檢測方面的研究較多。李凌高等[5]利用基于巖石物理分析敏感參數優選的疊前反演方法檢測蘇里格氣田的含氣性。竇玉壇等[6]利用疊前分角度域吸收衰減分析、疊前NI-PR屬性彩色交會解釋、基于FOA構建的虛擬井約束的縱波及多波疊前同時反演等技術對蘇里格地區進行含氣性檢測和氣、水識別。

本文結合前人的研究成果，在高精度奧陶系碳酸鹽巖內幕成像資料的基礎上，形成了模型正演、巖石物理建模、基于敏感參數的疊前彈性參數反演、含氣性檢測等針對性儲層預測關鍵技術，在儲層預測和井位部署中獲得了較好的效果。

2 儲層預測關鍵技術

2.1 模型正演

以地震資料頻譜分析為基礎的模型正演對地震資料品質分析和地質解釋具有指導作用，在地震資料真實、可靠的基礎上，依據不同地質模型的正演結果與實際地震反射特征的匹配程度，賦予地震振幅及其與頻率等參數組合的地質意義[7，8]，主要作用為：一是針對由儲層橫向變化及地震資料可分辨率的儲層厚度差異引起的地震振幅強弱、連續性變化的地質解釋，主要表現為地震反射由單波變復波、振幅由強變弱的地震、地質解釋；二是針對地震波組的空間幾何關系的地質解釋，在明確地質背景和沉積體系的條件下，均可通過模型正演結果與實際地震資料的符合程度驗證地質模型的準確性，從而指導下一步依托地震資料解釋成果的巖性目標識別工作。目前對研究區的地質認識不成熟，對有利儲層的地震反射模式認識不清。因此嘗試采用地震模型正演技術探索鹽下有利儲層地震反射特征，指導地震儲層預測和井位部署。

所建鹽下模型參數來自二疊系(石千峰組、石盒子組、山西組)、石炭系(太原組、本溪組)、奧陶系(馬家溝組)，由7口井(Tao48、Tong57、Tong58、Tong74、Tong59、Shan41、Tong56)的測井曲線標準化后沿鉆井分層內插、外推得到。馬家溝組從上到下依次為奧陶系頂到馬五9以下地層，Tong74井在馬五6上部鉆遇厚度為43m的塊狀膏鹽巖，下部鉆遇薄互層膏鹽巖，在鹽下的馬五7-9鉆遇厚度為7.5m的白云巖儲層，含氣層厚度為5.5m，試氣獲得高產(日產氣百萬方)。Tong58井在馬五6全段均鉆遇塊狀膏鹽巖，在馬五7-9鉆遇較薄儲層，試氣獲低產氣流。Tong57井在馬五7-9鉆遇厚度為3.5m的含氣層，水層厚度為2.4m(未試氣)。其他井在鹽下未鉆遇有效儲層。

基于完全彈性波波動方程，采用有限差分法[9]對鹽下地質地球物理模型(圖1上)正演模擬，經過對單炮數據進行靜校正、一致性等疊加成像處理得到正演剖面[10](圖1下)，為便于波形對比，將其沿馬五5底界拉平。由正演剖面(圖1下)可見：在Tong74井處馬五6內部表現為中—強波峰反射，是由于上部的塊狀膏鹽巖和下部的薄互層膏鹽巖存在一定的波阻抗界面，對其下的氣層形成封堵作用所致；馬五7-9為弱復波(波峰)反射，是由于馬五7-9的氣層與上、下圍巖存在較弱的波阻抗差異所致。

圖1 過井鹽下地質地球物理模型(上)及其正演剖面(下)

模型長度為4400m，主要層系為馬五6、馬五7、馬五8、馬五9。模型網格尺寸為4m×2m。觀測系統基本參照該區野外實際地震采集參數布設。震源為爆炸震源，主頻為30Hz，中間放炮，兩邊接收。炮間距為20m，采樣間隔為1ms，排列長度為4400m，道間距為10m，覆蓋次數為10次。

2.2 巖石物理建模和曲線正演

地層通常由巖石骨架和孔隙流體組成，地震波在地層中的傳播速度往往受巖石組分、埋深、地層壓力、非均質性以及孔隙流體等各種因素的復雜影響，是彼此相互影響、綜合作用的結果[11，12]。通過模擬地下地層環境，可以建立不同的巖性和流體組合，以探索巖石物理彈性參數與儲層之間的關系。

巖石物理建模以Gassmann方程為基礎，第一步是利用已知井的測井資料和巖心實驗分析等數據統計、確定砂、泥巖的速度、密度、體積模量、剪切模量，設定儲層段的地層水礦化度、氣比重、溫度和壓力，通過建立模型的方法求取巖石骨架的彈性模量。第二步是建立巖石—孔隙混合流體模型，在地層條件下利用流體替換等方法求取混合流體的彈性模量。第三步是將巖石骨架和孔隙流體進行混合，利用Gassmann方程計算含流體巖石的體積模量、剪切模量和密度，并利用彈性模量與密度和速度的關系求得縱、橫波速度。其中第二步是一個重要的環節，在實際應用中廣泛采用Wood方程[13]。但是已有的研究表明[14]，在致密砂巖儲層和碳酸鹽巖儲層中，由于存在非均勻充填現象，Wood方程不再適用。

Domenico[13]認為，當巖石孔隙較小、且孔隙尺度不均勻時，Wood模型不適合某些實驗數據，由此建立一種氣、液混合方法計算兩相混合流體的體積模量

Kfl=SwaterKwater+(1-Swater)Kgas

(1)

Brie等[15]將上式修正為

(2)

王大興[16]在研究蘇里格致密砂巖含氣儲層時發現，Brie模型較好地表征了儲層彈性參數與含氣飽和度的關系。為此，文中分別用Wood模型和式(2)(e=2、e=3)分別計算混合流體的體積模量，并求得相應的縱波速度(圖2)。圖2為由Wood模型和式(2)得到的結果。由圖可見，在儲層段(測井解釋孔隙度不為零)由Brie(e=2)計算的縱波速度與實測縱波速度相關度最好，二者幾乎重合。因此，選取e=2時的Brie方程(式(2))計算該區混合流體的體積模量。

圖2 由Wood模型和式(2)得到的結果

得到巖石骨架和混合流體的體積模量后，將巖石骨架和孔隙流體混合，利用Gassmann方程

(3)

求取含流體巖石的體積模量、剪切模量及縱、橫波速度。式中：ρ為密度；Kdry為干巖石體積模量；Kma為基質體積模量；μdry為干巖石剪切模量；φ為孔隙度。

圖3為Jintan1井實測曲線與正演曲線對比圖。由圖可見，由正演得到的縱、橫波速度和密度曲線與實測曲線吻合度較高，在儲層段幾乎重合。

2.3 敏感參數優選和疊前反演

針對鹽下儲層與非儲層波阻抗差異小的特點，對具有獨立物理意義的彈性參數進行兩兩交會分析，優選區分效果最好的彈性參數作為儲層敏感參數反演疊前彈性參數，以識別儲層。圖4為鹽下馬五6-9泊松比—縱波阻抗交會圖。由圖可見，氣層的泊松比小于0.27，與縱波阻抗交會可以較好地圈定有效儲層。因此，利用反演的泊松比剖面識別白云巖，由泊松比與波阻抗交會圖預測含氣性。使用Jason軟件的稀疏脈沖反演方法[17，18]進行反演，識別儲層的分辨率達到1/8地震波長。

圖3 Jintan1井實測曲線與正演曲線對比圖

圖4 鹽下馬五6-9泊松比—縱波阻抗交會圖(取自Tao38、Jintan1、Tong74井的數據)

2.4 流體活動性屬性檢測流體

流體活動性屬性技術是在研究低頻域流體飽和多孔介質地震反射系數的簡化近似表達式基礎上開發的一套儲層流體預測技術[19,20]。流體活動性屬性定義為地震反射振幅對反射頻率偏導的絕對值，反映了滲透性儲層和非滲透性儲層頻譜的變化率，與儲層滲透率成正比。根據地震波在孔隙流體中發生高頻衰減、低頻共振的原理可知，在低頻段滲透性儲層與非滲透性儲層頻譜的變化率為正異常，在高頻段頻譜的變化率為負異常。即含氣儲層在低頻段振幅譜斜率為“大正異常”，在高頻段振幅譜斜率為“小負異常”。

圖5為由地震正演剖面提取的流體活動性剖面。由圖可見，在7口井中只有Tong74、Tong58和Tong56井在馬五7-9呈負異常，即含氣較好，其中在Tong74、Tong58井處的結果得到鉆探證實。

圖5 由地震正演剖面提取的流體活動性剖面

3 應用效果

Tong74井在鹽下白云巖目的層試氣獲日產百萬方高產氣流，勘探獲得重大突破。為進一步深化勘探、圈定含氣面積，利用針對性儲層預測技術部署了Jin6井。首先，該井點在鹽下馬五7-9白云巖的反射特征與Tong74井一致，均呈弱復波反射(圖6)。其次，流體活動性表現為高頻“小負異常”(圖7上)。其三，泊松比表現為低值，與縱波阻抗的交會結果(圖7下)指示存在有效儲層(黑色條帶處，在縱波阻抗與泊松比交會圖中圈定有利值域范圍，泊松比剖面上圈定的樣點被黑色覆蓋)。鉆探結果顯示，Jin6井在馬五7-9實鉆儲層厚度為46.1m，其中含氣層厚度為17.5m，試氣產率為4.73×104m3/d。鉆探結果進一步佐證了鹽下儲層預測關鍵技術的有效性，為深化勘探提供了有力的技術支撐。

圖6 展示Jin6井與Tong74井反射特征的地震剖面

圖7 X測線流體活動性剖面(上)、縱波阻抗與泊松比交會剖面(下)

4 結論

(1)鹽下有利儲層的地震反射特征為弱復波反射。

(2)選取e=2時的Brie方程(式(2))計算研究區混合流體的體積模量，能較好地表征鹽下儲層彈性參數與含氣性的關系，可用于巖石物理建模和橫波預測。

(3)氣層的泊松比小于0.27，它與縱波阻抗交會可以較好地圈定有效儲層。流體活動性屬性的高頻“小負異常”指示含氣性儲層。