擬時移地震氣藏剩余潛力研究

廖 儀 周家雄 劉 巍 馬光克 殷修杏 張坤坤

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057)

0 引言

時移地震技術是指在油氣田不同開發階段開展三維資料的可重復性采集和一致性處理，利用不同批次資料間的差異分析各開發階段的儲層變化，達到監測油氣藏動態、指導下一步油氣開發的目的[1]。但是，長久以來海上時移地震的應用與推廣受到了諸多限制，主要原因有三點：一是經濟成本高，不同批次三維地震資料采集與處理所需費用較高；二是地震資料品質要求高，要求不同批次的地震資料能有效反映儲層油氣動態且保持較高的非油氣變化的一致性，但現有條件仍較難滿足；三是應用效果不確定，高成本投入不一定會產生可靠的時移地震成果資料和商業經濟效益。總之，高投入和高風險是造成目前時移地震資料缺乏、阻礙時移地震技術應用的主要因素。

南海Y氣田于2012年投入開發，由于氣藏水體倍數較大，2口水平井(C井和D井)均采用天然能量開發，穩產3年，于2015年步入遞減期。目前C井停產，D井帶水生產，氣田進入開發后期，亟需通過時移地震資料挖掘氣田潛力。Y氣田主力氣層為新近系中新統弱膠結疏松砂巖，屬于濱—淺海環境下的三角洲前緣沉積；孔隙度為16%～22%，滲透率為100～1500mD，屬于中孔、高滲儲層；埋深為2600～2700m，儲層厚度為30～60m，為正常溫壓系統。Y氣田氣藏為強底水驅動的構造型，滿足當前海上時移地震應用的前提條件[2]： 儲層物性較好，孔隙度在15%以上；儲層埋深小于3000m，厚度大；地震資料品質好；為輕氣藏或氣藏水驅等。因此在Y氣田開展時移地震監測水侵和氣藏變化是可行的。

常規的時移地震資料處理主要包括頻率、相位、振幅、時差和空間位置校正等步驟，消除所有與油氣藏變化無關的不一致因素，使基礎資料與監測資料的差異能反映與油氣生產相關的動態變化。因此必須針對時移分析的需求設計重復觀測系統。然而，Y氣田現有的2001年二維和2015年三維地震資料均屬于常規采集與處理，從數據采集到資料處理都沒有考慮時移分析的需求，且目前未開展新地震資料采集或老地震資料疊前一致性重處理。在缺少新地震資料的情況下，2018年后的氣藏變化狀態無從得知。另外，在油氣開發前A井和B井兩口探井取得了測井資料，后續開發井(C井和D井)缺乏測井資料，因而，氣田剩余潛力預測困難。

為此，本文開展了擬時移地震氣藏剩余潛力研究，即從三維地震資料中抽取相同位置的二維測線或利用多個二維數據內插成三維數據[3]，優選具有相對低頻、保幅的基礎資料(2001年二維地震資料)和監測資料(2015年三維地震資料)，優化兩者的一致性；通過優選、優化后的基礎資料和監測資料[4]，開展時移地震差異性分析，定性判斷氣藏開發變化情況；再根據氣藏水侵模式開展氣藏動態模擬，指導尋找剩余氣潛力區。

1 擬時移地震資料優選和優化

優選和優化的目的是為了得到具有較好一致性且能反映氣藏流體變化的擬時移地震資料。

1.1 地震資料優選

Y氣田目前存在多批次獨立處理的地震成果資料，在振幅能量、分辨率和相位等方面存在較大差異，需要進行數據優選才能開展時移地震研究。

優選的原則主要參考以下幾個方面： ①采集方向基本一致； ②處理流程大致相同； ③低頻信息無明顯缺失； ④無增加資料多解性的特殊處理步驟； ⑤地震剖面儲層段成像質量相對較好。

除上述原則外，還應加強地震資料高頻、低頻部分的多解性和可靠性分析。首先，地震資料高頻部分雖然在識別薄層及儲層橫向連通性等起重要作用，但易受殘余噪聲、處理技術及速度場精度等影響[5]。對于不同采集、處理參數的非一致性地震資料，高頻部分的殘余噪聲、成像精度存在差異。過分增強高頻部分能量，差異將會被放大而增加不同批次地震資料的非一致性，帶來地震資料的多解性。 其次，低頻比高頻部分具有更強的抗干擾能力，對偏移速度誤差不太敏感，因而能提高深層的成像質量[6]。對于多批次非一致性地震資料而言，低頻部分可掩蓋殘余噪聲、空間方位誤差和速度精度不足等導致的成像差異，提高資料的視覺一致性和地震資料的可靠性。

1.2 地震資料優化

Y氣田2001年二維地震資料和2015年三維地震資料采集方向一致，均采用疊前時間偏移處理，波組特征清楚，資料品質較高。但是兩批資料未經疊前一致性處理，仍存在非一致性問題，如振幅能量和相位極性均存在差異，因而需要采取互均衡處理，使基礎資料和監測資料具有較好的一致性[7-8]。互均衡處理主要包括了剩余隨機噪聲剔除、相位校正、頻率校正和振幅歸一化等[9-12]。

1.3 地震資料優選和優化效果

依據優選原則，選出4套地震資料，即主頻30、50Hz的基礎資料和監測資料各一套(圖1)。對比、分析儲層及其上方的非氣藏區域(介于非儲層區域對比基準線與氣水界面之間)，發現基礎資料和監測資料之間存在振幅能量差異大、地震相位不一致以及基礎資料隨機噪聲明顯等問題(圖1a、圖1b)，因此對基礎資料和監測資料進行優化處理。

圖1 基礎資料(左)與監測資料(右)優化前、后效果對比

通過對比優化前、后地震資料發現：①優化后，相位一致性明顯改善，30Hz基礎資料與監測資料非氣藏區振幅能量差異減小，基礎資料上的非儲層區域對比基準線(波谷，黑色)和儲層頂面(波峰，紅色)反射(圖1a)優化后與三維監測資料相位一致(圖1c)；②相對保幅效果好，氣水界面的平點響應特征清楚，保留了由油氣開采引起的振幅相對強弱變化(圖1b、圖1d)；③50Hz主頻的基礎資料和監測資料均能識別泥巖—泥質砂巖隔層，但兩者的隔層地震響應特征存在差異(圖1d)。

氣藏類因素(如氣藏開采)或非氣藏因素(如數據采集方位偏差、偏移處理歸位差異等)均能產生隔層地震響應的不一致性，對后續時移地震氣藏開發差異的對比造成干擾。但主頻30Hz的基礎資料和監測資料由于不能分辨隔層(圖1c)，從視覺上規避了非氣藏因素的影響，為氣藏動態變化分析提供了資料基礎。

2 氣藏剩余潛力研究

依據擬時移地震資料，開展一致性分析識別氣水關系；利用隔層特征劃分氣藏水侵模式；結合分頻能量屬性及氣田生產數據模擬氣藏動態，從而明確氣藏剩余潛力區。

2.1 氣水關系識別

在時移地震條件滿足的前提下，氣藏變化一般會導致地震響應的差異，而這種差異的大小主要與氣藏的水侵程度有關。在水侵初期，底部水侵厚度較小，流體替換未達到地震可識別的程度，即水替換氣的有效厚度不足以引起地震響應的明顯變化。當水侵達到一定程度后，出現強水侵區，導致儲層速度明顯增大，這時便可以通過時移地震資料觀測氣藏開發后流體界面抬升引起的地震響應變化(如氣藏底部振幅減弱、波形寬度變窄等，圖2)[13]。

本文選取4條過氣藏區經過優化處理得到的擬時移地震剖面(圖3)，對比基礎資料和監測資料地震反射特征差異，定性分析氣水變化情況。

1號測線(圖3a)地震反射差異主要出現在氣藏中部(箭頭指示處)，氣水界面之上基礎資料反射波形寬、振幅較強，監測資料中相應位置的反射波形寬度明顯變窄，振幅變弱，表明該處存在氣水置換，流體界面抬升。而構造兩翼地震反射變化小，說明流體替換主要發生于氣藏中部。

圖2 流體替換模型合成地震記錄對比

2號測線(圖3b)地震反射差異主要出現在構造高點南側(箭頭指示處)，相比基礎資料，監測資料振幅變弱、頻率變高、波形寬度變窄、平點反射近于消失，說明該區出現強水侵。構造高點北側氣藏受斷層遮擋，地震反射變化較小，表明水侵弱。

3號測線(圖3c)、4號測線(圖3d)監測資料相比基礎資料地震反射特征無明顯變化，說明處于水侵初期，剩余氣藏仍有開發潛力。

區內其他測線依此對比、分析，可得到氣水關系定性識別圖(圖4)。由圖4可見，Y氣田西北區域水侵程度較強，剩余氣潛力有限；東南區域水侵程度較弱，屬于可進一步開發的氣藏潛力區。

2.2 氣藏水侵模式

Y氣田中新統主力氣層內部發育一套隔層，對氣藏水侵影響較大。由于物源來自北西，該套隔層向南東方向，從泥質砂巖逐漸轉變為泥巖，厚度逐漸變大，封堵性變強(圖5)。其中，A井鉆遇隔層泥質砂巖厚度為9.9m，孔隙度介于11%～13%，滲透率介于4～50mD，以低孔、低滲為主；B井鉆遇隔層為厚層泥巖，厚度為18.4m。另外，順物源方向，隔層上覆氣層砂巖物性逐漸變差，A井、D井、B井平均滲透率分別為467.7、137.2、118.4mD，平均孔隙度分別為17.9%、16.7%、15.5%。

圖3 基礎資料(左)與監測資料(右)擬時移地震剖面對比

圖4 擬時移氣水關系定性識別

根據儲層物性及隔層滲透性可將隔層劃分為三種類型： ①高滲濾型，近物源，砂巖中泥質含量低且厚度較小，難以阻擋底水上侵； ②滲濾型(砂泥過渡區)，砂巖中泥質含量高且具有一定厚度，可延緩底水錐進速度； ③非滲透型(泥巖區)，泥巖厚度大，可完全阻擋底水上侵(圖5)。由此，Y氣田的水侵模式為： 底水主要從北西方向的高滲濾型區域侵入，然后再往南東方向的滲濾型和非滲透型區域驅進；其中A井區的“隔層”屬于滲濾型，存在底水錐進的可能性。

2.3 氣藏動態模擬

氣藏模擬主要是通過地質建模和生產井數據擬合開發動態過程。研究區鉆井較少，因而需要利用擬時移地震資料，在氣藏敏感屬性的約束下開展氣藏數值模擬[14-16]。

在固、液、氣構成的多相介質中，氣態物質對縱波能量的吸收最為顯著，并且與地震波的頻率相關[17]。在含氣儲層中，頻散引起低頻分量相速度變化增大，導致含氣層出現低頻強能量異常，而高含水層則表現為相對弱能量響應[18]，因此利用20Hz頻段的分頻能量屬性開展油氣藏動態監測。由圖6可見，含氣范圍與基礎資料、監測資料高能量區域吻合程度較高。

C井在2015年初開始見水，水氣比快速上升，于2016年停產，關停前該井氣產量仍近22萬方/天(圖7)。相比基礎資料，監測資料開發井附近的分頻能量明顯衰減，與此時C井水氣比快速上升的情況吻合。井軌跡南、北兩側在監測資料中能量較強，與其關停前的高產量情況一致。相比基礎資料，監測資料1號測線所在的西北區域能量變弱，說明存在流體替換。該認識與前述該區發育高滲濾型及滲濾型隔層(圖5)以及處于強水侵區(圖4)的結論一致。總體上，西北區域剩余氣潛力有限，進一步開發風險較大。在C井區快速見水的相同時段，D井區日產量高且尚未見水(圖7)。3號和4號測線所在的D井區及其東南區域開發后能量仍較強，說明其剩余潛力相對較大，可作為下一步挖潛目標區。

圖5 隔層厚度及分類

分頻能量屬性與開發生產動態高度吻合，并與擬時移地震資料一致性分析(氣水關系識別)及氣藏水侵模式(隔層類型劃分)相互驗證。因此可以用來模擬氣藏動態，修正以底水驅動為主的數值模型(圖8a)。C井區的水侵模式存在較大強邊水驅，造成剩余氣從物性好的西北區域逐漸被驅至D井區附近開采(圖8b)。對比圖6可知，模型中含氣飽和度較高的部位對應分頻能量較強的區域，含氣飽和度相對低的部位對應分頻能量較弱區域。通過模型修正獲得了更加逼近真實氣藏開發動態的結果。以2015年氣藏優化模型為基礎(圖8b)，結合最新生產數據對2018年氣藏模型重新進行了擬合，落實潛力區主要集中在D井區的東南側，估算剩余地質儲量氣約為8×108m3(圖8c、圖8d)。

圖6 基礎資料(a)與監測資料(b)20 Hz分頻能量屬性

圖7 C井(a)與D井(b)生產曲線

圖8 氣藏模型優化及當前剩余潛力擬合

Y氣田已進入開發生產末期，因此預測氣田停產時間對于減少氣田運營成本至關重要。由于D井水下井口壓力計損壞且無法維修，研究采用類比法，類比C井見水速度趨勢(C井見水后穩產431天)，預測D井見水生產約500天后正式進入棄置階段。但根據擬時移地震研究成果，D井區及其東南區域尚有剩余氣潛力，因此采取了延緩氣田棄置進程，繼續保持氣田平穩生產的措施。截至目前，D井見水生產天數已經超過500天，并仍以近14×104m3/d的產量保持平穩生產(圖7)，而且水氣比數據也顯示，D井實際見水速度趨勢明顯小于預期(圖9)，進一步證明了針對Y氣田開展的擬時移地震研究成果可靠，有效指導了氣田的開發與生產。

圖9 D井見水速度預測與實際趨勢對比

3 結論

時移地震技術發展潛力巨大，但高投入和高風險導致時移地震資料缺乏。本文探索擬時移地震研究技術，得到了如下結論。

(1)擬時移地震為利用低重復性的地震資料開展時移地震研究、相對準確地預測剩余油氣分布提供了一條可行的技術思路，將其作為常規地震與時移地震之間的過渡技術加以應用，發展潛力較大。

(2)擬時移地震氣水關系定性識別的關鍵在于對多批次的非一致性地震資料進行優選、優化。在資料相對保幅前提下，盡量選用以低頻為主的地震資料進行具有相對一致性的定性分析。

(3)通過擬時移地震研究認為，南海Y氣田西北區域為強水侵區，剩余潛力有限；東南區域屬于水侵初期，為剩余氣潛力區，可進一步挖潛。