基于地震反演與陣列聲波測井的縫洞發(fā)育區(qū)預(yù)測

李杰，賀川航，彭才，吳戰(zhàn)培，李雯琪，鄧瑛，王通

（中國石油東方地球物理公司，河北 涿州 072050）

0 引言

四川盆地龍女寺地區(qū)龍王廟組氣藏成藏條件優(yōu)良，資源勘探開發(fā)潛力巨大。龍王廟組碳酸鹽巖儲層的基本特征為：1）原生孔隙、滲透率較低，有效儲層空間以巖溶產(chǎn)生的孔洞、裂縫為主；2）儲層孔洞長軸直徑為0.2～20.0 mm，主要為 4.0～10.0 mm，屬于小尺度縫洞；3）儲層空間非均質(zhì)性較強，優(yōu)質(zhì)儲層分布規(guī)律較復(fù)雜；4）儲層埋深均在5 000 m以上，且上覆地層巖性與儲層厚度、分布組合多樣，儲層地震響應(yīng)特征復(fù)雜，儲層預(yù)測難度較大［1-3］。

前人多利用常規(guī)波阻抗反演技術(shù)對縫洞型儲層開展預(yù)測工作［4-5］，通過井點儲層波阻抗信息引導(dǎo)井間儲層的預(yù)測，尋找厚度較大區(qū)域為儲層發(fā)育有利區(qū)，該方法在儲層分布均勻的區(qū)域較適用。研究區(qū)深部碳酸鹽巖儲集空間為小尺度縫洞，非均質(zhì)性較強，因此，孔隙連通性是一個重要的儲層評價指標(biāo)。

陣列聲波測井是研究區(qū)應(yīng)用較為廣泛的測井信息，對地震縫洞連通性較為敏感［6-7］。因此，本文利用陣列聲波測井得到的聲波能量衰減信息來定量描述儲層連通性特征，并刻畫縫洞縱向分布位置。以此為約束，開展地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演，將縱向分辨率高的連通性曲線與橫向分辨率高的地震數(shù)據(jù)緊密結(jié)合，同時對測井資料校正等關(guān)鍵技術(shù)步驟進行質(zhì)控，確保了反演結(jié)果具有較高的空間識別精度。

1 方法原理

陣列聲波測井可以采集在地層中傳播的縱波、橫波、斯通利波等能量信息。其中，斯通利波是一種管波，在井筒中以活塞運動形式傳播，垂直于井壁，產(chǎn)生交替的壓力和張力，使得井壁在垂向上發(fā)生膨脹和收縮。地層中的縫洞空間與井壁連通，斯通利波通過井壁傳播到縫洞空間，消耗了能量，降低了幅度［8］。總之，地層縫洞連通性越強，地層滲透性也越強，聲波能量衰減也越強，因此，聲波能量衰減大小可以反推地層整體的縫洞發(fā)育情況與連通性。高產(chǎn)井M16井巖心圖片及試氣資料顯示孔洞、裂縫發(fā)育段的面孔率較高，聲波能量衰減量也表現(xiàn)較高值（見圖1）。

圖1 M16井測井解釋柱狀圖

聲波能量衰減曲線不僅能夠定性描述縫洞發(fā)育位置，還可以定量表征縫洞大小以及連通性，因此，優(yōu)選該曲線作為縫洞型儲層地震反演預(yù)測的基礎(chǔ)?；诘卣鹋c陣列聲波地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)的反演主要分為2個部分：隨機模擬，優(yōu)化模擬結(jié)果。

運算過程中，可采用綜合不同尺度數(shù)據(jù)的隨機模擬技術(shù)。隨機反演不按固定路線進行，不同的路線得到不一樣的結(jié)果，這樣的差異就代表地層空間分布的各向異性。差異越大，各向異性越強［9-10］。綜合不同井的聲波能量衰減值來評價反演結(jié)果的可靠性，這也是對反演結(jié)果的有效質(zhì)控。

2 井震聯(lián)合地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演

2.1 反演流程

井震聯(lián)合地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演基本流程見圖2。一般根據(jù)地層地震響應(yīng)特征，基于巖性差異建立不同條件的概率分布函數(shù)和變差函數(shù)，得到儲層巖性初始地質(zhì)模型。利用初始地質(zhì)模型開展正演分析，反復(fù)與原始地震迭代以達到信噪比要求。

圖2 地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演基本流程

利用研究區(qū)內(nèi)單井測井結(jié)果開展反演結(jié)果質(zhì)控，最終得到的儲層反演三維數(shù)據(jù)體在井點與單井結(jié)論吻合［11-12］。為提高井震聯(lián)合地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演的質(zhì)量，在反演過程中還進行的關(guān)鍵技術(shù)流程包括聲波能量曲線預(yù)處理、巖石物理分析和模型構(gòu)建等。

2.2 聲波能量曲線預(yù)處理

儲層反演過程中，測井曲線是基礎(chǔ)，所用井資料的準(zhǔn)確性尤為重要。測井?dāng)?shù)據(jù)常存在以下問題：單井測井儀器系列不統(tǒng)一，測井時間間隔較大，不同井的測井資料存在取值范圍的差異，以及井眼垮塌導(dǎo)致測井值不符合地質(zhì)規(guī)律。

聲波能量衰減與儲層滲透性有著較密切的關(guān)系，為了更好地反映地層的滲透性，須進行聲波能量值的預(yù)處理，以消除非地層因素的影響。單井斯通利波能量進行直方圖統(tǒng)計分析，選取最大值作為斯通利波能量的基值，將目的層段的斯通利波能量值分別除以基值，將得到的數(shù)值作為歸一化后的斯通利波能量值。歸一化處理后的能量值基本上消除了測井儀器或測量方式不同造成的能量值的差別，從而將斯通利波能量值統(tǒng)一到0～1。同時，也進行了井眼校正，消除了非地層因素的影響。準(zhǔn)確的聲波能量衰減曲線能夠為儲層巖石物理分析提供可靠的支撐［13］。

2.3 巖石物理分析

研究區(qū)為復(fù)雜碳酸鹽巖儲層，本次研究在測井資料分析的基礎(chǔ)上（見圖3），將巖心、成像測井資料獲得的單井縫洞發(fā)育區(qū)位置作為約束條件，對目的層開展了縱波波阻抗與聲波能量衰減曲線的巖石物理分析。

分析認為，基于密度、聲波曲線計算出的縱波波阻抗曲線對縫洞型儲層的識別能力有限，且縫洞段與致密層段重疊區(qū)域達到25%，對于縫洞發(fā)育特征卻沒有明顯響應(yīng)；因此，單獨利用波阻抗曲線預(yù)測縫洞發(fā)育型儲層難以達到開發(fā)生產(chǎn)的要求（見圖3）。

縫洞段與致密層段聲波能量衰減曲線重疊區(qū)域只有6%，當(dāng)聲波能量衰減值大于20%時為縫洞發(fā)育有利區(qū)，提高了縫洞型儲層的分辨能力，因此，采用聲波能量衰減曲線開展地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演預(yù)測縫洞展布，有利于精細刻畫縫洞型儲層（見圖3）。

圖3 縱波波阻抗曲線與聲波能量衰減曲線巖石物理分析對比

聲波能量地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演基于常規(guī)縱波波阻抗反演，是利用聲波能量衰減曲線和縱波波阻抗曲線的相關(guān)性進行的，所以較高的相關(guān)性是進行聲波能量地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演的基礎(chǔ)。本次開展的聲波能量衰減曲線和縱波阻抗曲線的相關(guān)性分析結(jié)果見圖4。由圖4可知，相關(guān)系數(shù)為0.72，滿足本次研究需求。

圖4 聲波能量衰減曲線與縱波波阻抗相關(guān)性分析

2.4 模型構(gòu)建

地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演需要構(gòu)建針對目標(biāo)層段的高精度地質(zhì)模型，這是保證真實反演結(jié)果的重要步驟。模型構(gòu)建可以利用測井資料、井震標(biāo)定、巖心、錄井成果對研究區(qū)內(nèi)開展井震合成記錄精確標(biāo)定，以此為基礎(chǔ)，應(yīng)用地層地震資料響應(yīng)特征，在縱向上針對目標(biāo)層段開展加密網(wǎng)格精細解釋，再結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景、斷裂發(fā)育特征的研究成果，對地層模型進行修正。這樣建立的模型，符合地質(zhì)規(guī)律，可以提高反演精度［14-15］。

3 應(yīng)用效果

四川盆地深部碳酸鹽巖巖性致密，波阻抗值較高，儲層儲集空間以縫洞為主。當(dāng)縫洞溝通氣源、連通性較好時，波阻抗值會降低，更會影響聲波能量的變化?；谘芯繀^(qū)沉積特點和小尺度縫洞預(yù)測要求，在地震資料分辨率不高的背景下，本文利用碳酸鹽巖儲層低聲波能量層段開展縫洞發(fā)育區(qū)的精細解釋，以獲得的高精度縫洞識別模板為約束，開展基于聲波能量衰減的地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演，實現(xiàn)了對小尺度縫洞有利區(qū)的預(yù)測。

本次研究中，在參與反演運算的28口井中，預(yù)測結(jié)果與實鉆解釋吻合較高的占85.3%，在作為論證井的5口井中，吻合度較高的占75%。本次研究認為，斯通利波測井可以定量描述縫洞發(fā)育尺度，應(yīng)用地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)模擬得到的聲波能量衰減反演數(shù)據(jù)體，可精細刻畫縫洞發(fā)育空間展布特征。

川中龍王廟組氣田開發(fā)井井型以大斜度井和水平井為主。地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演較好地刻畫了縫洞的空間展布，有效地指導(dǎo)了開發(fā)井位部署，準(zhǔn)確定位鉆井軌跡，提高了儲層鉆遇率和鉆井成功率。X29井為一口新開發(fā)井（見圖5），鉆前聲波能量衰減反演預(yù)測：該區(qū)域縫洞較發(fā)育，儲層連通性較好，在儲層中部有縫洞發(fā)育有利區(qū)，頂部儲層縫洞較發(fā)育。實鉆后測井解釋儲層厚度389.1 m（斜厚），顯示產(chǎn)氣段為中部，與預(yù)測結(jié)果相吻合。最終獲得高產(chǎn)，日產(chǎn)氣量為141×104m3。

圖5 過X29井軌跡聲波能量反演剖面

X206井的聲波能量衰減反演預(yù)測結(jié)果與實鉆解釋結(jié)論一致（見圖6）。

圖6 反演預(yù)測結(jié)果過井剖面

X41井為驗證井，反演結(jié)果顯示該區(qū)域縫洞不發(fā)育、地層連通性較差。實鉆解釋為干井，縫洞不發(fā)育，反演結(jié)果與實鉆解釋結(jié)論一致。在縫洞預(yù)測成果的基礎(chǔ)上設(shè)計了X23井，實鉆結(jié)果表明，頂部儲層裂縫發(fā)育，預(yù)測結(jié)果與實鉆成果一致。X206，X41，X23井縫洞與聲波能量衰減曲線的情況為：X206井縫洞較發(fā)育，聲波能量衰減值為18.2%；X41井縫洞不發(fā)育，聲波能量衰減值為3.8%；X23井縫洞發(fā)育，聲波能量衰減值為28.0%。試氣結(jié)果，X23井、X206井日產(chǎn)氣量分別為114×104，20×104m3，X23 井儲層優(yōu)于 X206 井，單井縫洞發(fā)育情況與聲波能量衰減預(yù)測值吻合度較好。

4 結(jié)論

1）通過測井曲線預(yù)處理、多井一致性處理、歸一化處理以突出地層縫洞特征的研究，準(zhǔn)確地提取聲波能量衰減曲線上的縫洞信息，形成了統(tǒng)一的縫洞解釋圖版，提高了研究區(qū)縫洞解釋精度。

2）基于測井縫洞解釋模型為約束的聲波能量地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演預(yù)測技術(shù)，能較好地把井資料的高分辨率與隨機模擬理論、反演方法緊密結(jié)合起來，明顯提高了對小尺度縫洞的縱向識別能力，對四川盆地碳酸鹽巖小尺度縫洞預(yù)測有較好的推廣價值。