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

2022-09-14 02:21:38趙容容周星合朱衛(wèi)星薛宏智高義兵

物探化探計算技術(shù) 2022年4期

趙容容, 張宇, 周星合, 伍東, 朱衛(wèi)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(yè)部,成都 610094；2.中國石油集團工程技術(shù)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(gòu)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(gòu)造區(qū)向川東南高陡構(gòu)造區(qū)的過渡地帶，是古隆起背景上的一個大型潛伏構(gòu)造，處于古今構(gòu)造疊合相對較高的部位。研究區(qū)震旦系燈影組整體構(gòu)造格局表現(xiàn)為一個發(fā)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(gòu)造呈多排列、多高點的復式構(gòu)造特征[1-3]。

多次構(gòu)造運動造成地層整體抬升形成巖溶地貌，儲層橫向非均質(zhì)性較強，部分地層白云化不徹底，在燈四頂部分區(qū)域還存在石灰?guī)r地層。另外，高磨地區(qū)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(nèi)致密層和優(yōu)質(zhì)儲層在地震剖面上無法區(qū)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(yōu)質(zhì)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(diào)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(shù)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(fā)育情況，預測結(jié)果精度和穩(wěn)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(jié)果的精確性。

為此，利用探井導眼井的聲波測井數(shù)據(jù)，建立不同的地質(zhì)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(yōu)質(zhì)儲層的地震響應特征，識別優(yōu)質(zhì)儲層在地震記錄上的位置，為工藝井側(cè)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(fā)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(fā)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(gòu)控制的粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔(含鑄模孔)、晶間溶孔等，又有不受組構(gòu)控制的溶洞、溶縫和構(gòu)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(jù)其成因、形態(tài)、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(nèi)溶孔、粒間溶孔、晶間溶孔和格架孔);②溶洞;③裂縫。根據(jù)本區(qū)試油測試結(jié)果，高產(chǎn)井基本以縫洞型儲層位置，中產(chǎn)井為孔洞或溶洞型儲層，低產(chǎn)井為孔隙型儲層，裂縫不發(fā)育。

震旦系燈影組儲層，整體表現(xiàn)為低孔低滲油氣藏。優(yōu)質(zhì)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?yōu)榛規(guī)r或白云巖，速度和密度明顯增加。燈四段頂部在局部區(qū)域發(fā)育灰?guī)r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(jié)果;(b)鄰井2測井綜合解釋結(jié)果;(c)鄰井3測井綜合解釋結(jié)果;(d)鄰井4測井綜合解釋結(jié)果

石灰?guī)r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?guī)r，但差別不是很大。由于燈影組儲層類型以縫洞型為主，當?shù)貙哟嬖诹芽p或孔洞時，密度和速度曲線會明顯降低，而本區(qū)解釋的優(yōu)質(zhì)儲層對應密度和速度值較低。從研究區(qū)各井速度上看，優(yōu)質(zhì)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(xiàn)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(zhuǎn)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(qū)分，優(yōu)質(zhì)儲層可能處于波峰位置，也可能處于波谷位置(圖3)。常規(guī)地震剖面很難用于探井工藝井側(cè)鉆層位設計及水平段地層橫向預測，為此研究不同地質(zhì)狀況下的地震正演模擬，確定優(yōu)質(zhì)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(qū)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(zhì)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(jīng)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(shù)；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(shù)，根據(jù)實際地震頻帶，提取標準雷克子波，然后用子波與反射系數(shù)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(yōu)質(zhì)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(qū)塊燈影組地震頻帶在28 Hz～35 Hz范圍內(nèi)，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(jié)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(jù)此可以根據(jù)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(qū)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(xù)低速

在地震頻帶范圍內(nèi)，設計契狀模型，使用不同主頻的雷克子波測試優(yōu)質(zhì)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(jié)果顯示頂部波峰能量都變?nèi)酰?0 Hz子波正演結(jié)果對應的氣層底部的波峰反射因為調(diào)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(jié)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(jié)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(wěn)定。對于兩個波峰之間的波谷，三種主頻子波模擬的結(jié)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(qū)燈影組燈四段為例，該區(qū)塊燈影組上部筇竹寺組穩(wěn)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(yōu)質(zhì)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(shù)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(qū)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(yōu)質(zhì)儲層位置，為后續(xù)工藝井側(cè)鉆及水平段實時跟蹤提供依據(jù)。

根據(jù)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(jié)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?nèi)跚易儗挘鐖D10所示，說明地層發(fā)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?nèi)酢⒆儗捛页霈F(xiàn)下拉現(xiàn)象，說明縫洞越發(fā)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(zhì)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(zhì)模型;(b)地震正演

圖11 目標箱體內(nèi)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(zhì)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(yōu)質(zhì)儲層，對應的地震波振幅變?nèi)酰矣凶儗挕⑾吕F(xiàn)象，與正演模擬的結(jié)果一致。因此確定該井側(cè)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(jù)地震正演結(jié)果，設計探井工藝井側(cè)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(yōu)質(zhì)儲層較發(fā)育，部分層段非均質(zhì)性較強，根據(jù)正演模擬結(jié)果，優(yōu)質(zhì)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(jié)果識別儲層在地震記錄上的位置，并利用隨鉆測井曲線調(diào)整模型(圖14)，彌補地震橫向分辨率不足的問題，實時調(diào)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(jié)果為35*104m3/d，遠高于設計預期，實現(xiàn)了勘探評價目標。