基于褶積地震正演技術在碳酸鹽巖儲層預測中的應用
——以川中高磨地區燈影組為例

2022-09-14 02:21:38趙容容周星合朱衛星薛宏智高義兵

物探化探計算技術 2022年4期

趙容容, 張宇, 周星合, 伍東, 朱衛星, 林旺, 薛宏智, 高義兵

(1.中國石油西南油氣田公司勘探事業部,成都 610094；2.中國石油集團工程技術研究院有限公司，北京 100045；3.中油測井西南分公司，重慶 400021)

0 引言

川中高石梯-磨溪構造帶處于樂山-龍女寺加里東古隆起軸部東部，屬川中古隆平緩構造區向川東南高陡構造區的過渡地帶，是古隆起背景上的一個大型潛伏構造，處于古今構造疊合相對較高的部位。研究區震旦系燈影組整體構造格局表現為一個發育在樂山～龍女寺古隆起背景上的北東東向鼻狀隆起，由西向北東傾伏，南緩北陡，構造呈多排列、多高點的復式構造特征[1-3]。

多次構造運動造成地層整體抬升形成巖溶地貌，儲層橫向非均質性較強，部分地層白云化不徹底，在燈四頂部分區域還存在石灰巖地層。另外，高磨地區震旦系燈影組沉積儲層屬于超深層高溫高壓地層(超過5 000 m深度)，地震分辨率極低(分辨率大于30 m)，儲層內致密層和優質儲層在地震剖面上無法區分，地震反演儲層預測存在多解性，嚴重影響了井位部署及后期工藝井水平段的儲層鉆遇率。利用地震正演模擬不同地層組合對應的地震響應，可直觀有效預測優質儲層位置，克服地震反演儲層預測。地震正演方法通常包括褶積正演法、射線追蹤法和波動方程，趙虎等[4]論述了三種正演算法對地震屬性的影響，其中振幅類和頻譜類屬性在三種正演方法中變化不大，而在調諧厚度處，褶積正演法受到干擾較小，曲線拐點小；高非[5]使用褶積正演模擬技術預測碳酸鹽谷古溝槽、裂縫和孔洞,效果顯著；李緯洲[6]使用地震褶積正演法預測煤層氣發育情況，預測結果精度和穩定性都比較高；何軍等[7]利用褶積模型預測川東南茅口組碳酸鹽儲層，減少了碳酸鹽儲層預測的多解性，提高了預測結果的精確性。

為此，利用探井導眼井的聲波測井數據，建立不同的地質模型，利用褶積正演方法，正演不同地層組合等條件下的地震響應記錄，模擬優質儲層的地震響應特征，識別優質儲層在地震記錄上的位置，為工藝井側鉆層位及水平段實施跟蹤分析提供決策意見，以提高工藝井儲層鉆遇率，降低鉆井工程風險，達到勘探評價的效果。

1 儲層沉積特征

1.1 巖性特征

燈影組以淺海臺地碳酸鹽巖沉積為主，共分為燈一至燈四共四段,氣層主要分布在燈二段、燈四段，燈三和燈一為主要生油巖。

燈四段儲集巖主要發育在丘灘相中，以藻凝塊云巖、藻疊層云巖、藻紋層云巖、砂屑云巖為主。燈二段的儲集巖主要以丘灘復合體的藻砂屑云巖、藻凝塊云巖、藻疊層云巖為主(圖1)。

圖1 燈影組儲集巖石類型Fig.1 The reservoir lithology of Dengying formation(a)磨溪8,針孔砂屑云巖,燈二段, 5 425.77 m～5 425.87 m;(b)磨溪9,藻凝塊云巖,燈二段, 5 442.91.77 m～5 443.09 m(c)高石2,藻疊層云巖,燈二, 5 389.09 m～5 389.19 m;(d)高石16，砂屑云巖，溶孔發育，燈四段，5 452.86 m～5 453.03 m

1.2 儲集空間及物性特征

碳酸鹽巖儲層的儲集空間類型多樣，既有受組構控制的粒間溶孔、粒內溶孔(含鑄模孔)、晶間溶孔等，又有不受組構控制的溶洞、溶縫和構造縫[13-15]。通過對燈四段野外、巖心和薄片等的詳細觀察，根據其成因、形態、大小及分布位置，將其儲集空間劃分為以下幾種：①孔隙(包括粒內溶孔、粒間溶孔、晶間溶孔和格架孔);②溶洞;③裂縫。根據本區試油測試結果，高產井基本以縫洞型儲層位置，中產井為孔洞或溶洞型儲層，低產井為孔隙型儲層，裂縫不發育。

震旦系燈影組儲層，整體表現為低孔低滲油氣藏。優質儲層孔隙度在2.02%～10.32%之間，總體平均孔隙度為3.35%～3.73%。儲層巖心分析滲透率分布在0.01 mD～1.0 mD之間，平均滲透率為0.445 mD～1.16 mD。

1.3 儲層地球物理特征

燈影組為超深層碳酸鹽巖儲層，其上部寒武紀筇竹寺組地層巖性為泥巖，密度和速度較低，進入燈影組后，巖性變為灰巖或白云巖，速度和密度明顯增加。燈四段頂部在局部區域發育灰巖地層，白云化不夠徹底(圖2)。

圖2 燈影組地層對比圖Fig.2 Dengying sedimentary formation comparison map(a)鄰井1測井綜合解釋結果;(b)鄰井2測井綜合解釋結果;(c)鄰井3測井綜合解釋結果;(d)鄰井4測井綜合解釋結果

石灰巖的骨架聲波時差為156 us/m,骨架速度為6 410.25 m/s,白云巖的骨架聲波時差為143 us/m,骨架速度為6 993 m/s，二者差別不大。從燈影組地層對比上看，白云巖速度明顯大于灰巖，但差別不是很大。由于燈影組儲層類型以縫洞型為主，當地層存在裂縫或孔洞時，密度和速度曲線會明顯降低，而本區解釋的優質儲層對應密度和速度值較低。從研究區各井速度上看，優質儲層的速度范圍在6 000 m/s～6 350 m/s,致密層的速度通常大于6 350 m/s。而密度曲線以為井眼垮塌嚴重，出現了畸變，不能真實反映地層密度特征，因此在制作合成記錄時，利用Gardnar公式轉換即可。

燈影組屬于超深地層，地震分辨率低(主頻小于35 Hz)，儲層與致密層基本無法從地震剖面上區分，優質儲層可能處于波峰位置，也可能處于波谷位置(圖3)。常規地震剖面很難用于探井工藝井側鉆層位設計及水平段地層橫向預測，為此研究不同地質狀況下的地震正演模擬，確定優質儲層對應的地震記錄，為勘探評價提供指導。

圖3 連井地震剖面Fig.3 The seismic profile with cross well

2 燈影組地震正演模擬儲層預測研究

地震正演模擬算法包括波動方法正演模擬、射線追蹤正演模擬以及基于自激自收的褶積模擬算法[16-17]。通過研究高磨地區的儲層情況及各種方法的對比，認為基于自激自收的褶積模型基本可以正演不同地質情況下的地震響應特征，簡單高效，與疊后地震記錄比較吻合，且經過鉆井證實比較可靠，有利于工藝井快速決策。

基于自激自收的褶積模擬地震正演算法公式為式(1)。

s(t)=r(t)*w(t)

(1)

式中：s(t)是合成記錄；r(t)是反射系數；w(t)是地震子波。

地震正演模擬時，利用導眼井聲波測井信息，建立水平層狀速度模型，計算地層反射系數，根據實際地震頻帶，提取標準雷克子波，然后用子波與反射系數褶積計算，生成合成記錄，并測試不同速度模型對應的地震記錄，與原始地震記錄進行對比，確定優質儲層對應的地震記錄，并用于工藝井橫向儲層預測對比，做出鉆井決策。

高磨區塊燈影組地震頻帶在28 Hz～35 Hz范圍內，如圖4所示，MX130井儲層靠近頂部，早上頂部波峰減弱且下拉。圖5是采樣30 Hz頻率，對不同情況的地層進行褶積正演模擬結果，圖5(a)是頂部不存在儲層時，頂部波峰不變化；圖5(b)頂部存在低速體時，頂部波峰減弱，且變寬；圖5(c)存在兩個靠近的薄低速體時，頂部波峰減弱，變寬且下拉，這與契狀模型理論相吻合。此種特征與實際的地震響應一致，據此可以根據確定水平井所鉆箱體，指導隨鉆，提高儲層鉆遇率。

圖4 高磨區塊燈影組頻譜和地震響應Fig.4 The frequency and seismic respond in Gaomo Project(a)目標層頻率;(b)目標層實際地震響應

圖5 不同地層組合時地震響應Fig.5 The seismic respond of different layer group(a)頂部無儲層;(b)頂部存在低速體;(c)存在兩個連續低速

在地震頻帶范圍內，設計契狀模型，使用不同主頻的雷克子波測試優質儲層地震響應特征，如圖6所示，當儲層靠近頂部時，三種主頻子波正演模擬結果顯示頂部波峰能量都變弱，而20 Hz子波正演結果對應的氣層底部的波峰反射因為調諧效應會減弱，相位變寬，25 Hz的子波和30 Hz子波模擬的氣層底部波峰反射結果變化不大。當儲層遠離頂部時，三種主頻的子波正演模擬結果對于頂部波峰都增強，且隨著致密層的增加，波峰能量趨于穩定。對于兩個波峰之間的波谷，三種主頻子波模擬的結果都顯示儲層靠近頂部時，波谷能量增強，儲層遠離頂部時，波谷能量減弱。

圖6 不同雷克子波主頻對應的正演模擬Fig.6 The seismic modeling with different Ricker Frequence(a)雷克子波主頻20 Hz正演模擬;(b)雷克子波主頻25 Hz正演模擬;(c)雷克子波主頻30 Hz正演模擬

3 實例應用

以川中高石梯地區燈影組燈四段為例，該區塊燈影組上部筇竹寺組穩定分布一套泥巖地層，速度較低(圖7)，大概5 400 m/s。燈四段優質儲層速度范圍是6 100 m/s ～6 400 m/s,差氣層的速度范圍是6 350 m/s ～6 600 m/s,致密層速度范圍是6 600 m/s ～7 000 m/s。圖8是過井地震剖面，燈四段頂部地震反射為一個強波峰，而燈四段速度比筇竹寺組速度大，因此該分界面出的反射系數為正，推測地震子波為正相位子波。

圖7 高石梯燈影組地層對比Fig.7 GaoShiti sedimentary formation comparison map of Dengying layer(a)臨1綜測圖;(b)臨2綜測圖;(c)臨3綜測圖

圖8 過井地震剖面Fig.8 The seismic profile with cross well

以高石梯區塊某口井為例，建立層狀速度模型，進行正演模擬，并與真實地震記錄對比，找準優質儲層位置，為后續工藝井側鉆及水平段實時跟蹤提供依據。

根據導眼井，建立筇竹寺組和燈影組地層速度模型(圖9)。目標箱體位于燈四頂部，正演模擬的結果顯示燈四頂為相對弱波峰振幅；當目標箱體速度降低至6 100 m/s時，振幅變弱且變寬，如圖10所示，說明地層發育裂縫或者縫洞，導致速度變低；圖11是目標箱體在橫向上充填裂縫或者孔隙時，并且橫向上速度逐漸降低，對應的地震波峰逐漸變弱、變寬且出現下拉現象，說明縫洞越發育、速度越低，對應的振幅能量越弱，波峰變寬。

圖9 導眼井及速度模型Fig.9 Pilot well and its velocity model(a)導眼井測井綜合解釋圖;(b)導眼井地質模型;(c)導眼井地震正演

圖10 目標箱體速度降低(6 200 m/s)對應的合成記錄Fig.10 Decreasing the velocity of goal box to manufacture the synthetic seismogram(a)地質模型;(b)地震正演

圖11 目標箱體內存在不同速度時對應的合成記錄Fig.11 The synthetic seismogram of goal box with different velocity(a)地質模型;(b)地震正演

對比過該井的地震剖面(圖12)，導眼井剛進燈四段時，儲層物性較好，速度較低，解釋為優質儲層，對應的地震波振幅變弱，且有變寬、下拉現象，與正演模擬的結果一致。因此確定該井側鉆箱體為波峰減弱變寬處，井眼軌跡設計時，重點追蹤波峰減弱處，垂向上為波峰至波谷處。

圖12 過導眼井地震剖面Fig.12 The seismic profile crossing the pilot well(a)導眼井測井綜合解釋圖;(b)過導眼井地震剖面

根據地震正演結果，設計探井工藝井側鉆方位，本井選擇240°方位，如圖13所示，在該方向上地震波峰較弱，只有中部波峰較強，說明在工藝井水平段優質儲層較發育，部分層段非均質性較強，根據正演模擬結果，優質儲層位于波峰至波谷之間(90°相位～150°相位處)。本工藝井在鉆井過程中，利用地震正演模擬結果識別儲層在地震記錄上的位置，并利用隨鉆測井曲線調整模型(圖14)，彌補地震橫向分辨率不足的問題，實時調整井眼軌跡，最終儲層鉆遇率達到了90%，高出平均鉆遇率約5%，后期試油測試結果為35*104m3/d，遠高于設計預期，實現了勘探評價目標。