大民屯凹陷沙四段湖相頁巖油地震預測關鍵技術與應用

2022-11-22 10:07:12陳昌

特種油氣藏 2022年5期

陳昌

(中國石油遼河油田分公司，遼寧盤錦 124010)

0 引言

隨著非常規油氣地質理論的發展以及工程改造技術的持續進步，在北美地區及中國部分盆地發現了多個頁巖油氣藏[1-4]。不同于海相沉積環境，中國東部地區的渤海灣盆地主要發育湖相頁巖油藏，沉積環境相變快，儲層非均質性強，如何高效準確地確定頁巖油的“甜點”區是當前研究的熱點及難點問題之一[5-6]。近年來，通過加強地質基礎理論研究發現，大民屯凹陷沙河街組四段生油指標好、地層厚度大、原始地層壓力保持好、脆性礦物含量高，且油氣顯示普遍，具備頁巖油氣連續成藏的有利條件[7]。通過攻關研究，目前已經形成了部分針對大民屯凹陷沙四段頁巖油“甜點”表征的地球物理技術：肖佃師等[8]基于遺傳算法的最優化反演技術預測了大民屯頁巖油層段礦物組分含量及干酪根含量等關鍵參數，有效地指導了頁巖油縱向“甜點”層位的優選；劉興周等[9]研究認為，結構成熟度和成分成熟度是控制沙四段儲層條件的關鍵因素，并提出利用自然電位幅度差來識別優質儲層；李曉光等[7]提出大民屯頁巖油“三品質”評價方法，并建立了頁巖油“甜點”評價標準，有效地指導了該區頁巖油“甜點”的選區工作。截至目前，工區內鉆遇該套地層的完鉆探井共137口，其中目的層有油氣顯示的井51口。雖然井控程度較高，但在實際的地質評價中，要確定頁巖油“甜點”的分布特征，實現經濟有效動用，還存在如下問題亟需解決：①高分辨率的有效儲層預測。縱向上，沙四段頁巖油層段具有典型“三明治”結構特征，地層厚度變化大，部分區域單層有效厚度最低不到2 m；平面上，沉積相變快，多期扇體疊加連片分布，不同區域巖性差異大，地震上無明顯的沉積間斷現象，常規的疊后稀疏脈沖反演技術識別有效儲層精度偏低。②“甜點”分布規律復雜。研究表明，“甜點”的分布受巖性、物性、含油性和脆性等多因素共同控制[7]。儲層薄、類型多、空間變化快的特點，導致地質“甜點”預測精度低，儲層鉆遇率低，目前的儲層預測技術難以指導水平井的優化部署及壓裂層段優選。

針對上述難點問題，綜合應用測井、錄井、疊前疊后地震資料，以提高頁巖油“甜點”識別準確率為導向，開展頁巖油“甜點”地震-地質一體化高精度預測的關鍵技術攻關，探索形成了地震資料優化處理、疊前彈性參數聯合反演、有效裂縫預測等多項關鍵技術，為大民屯地區頁巖油資源的精細評價提供了技術保障，有力的支撐了大民屯凹陷湖相頁巖油勘探部署工作。相關研究成果對國內外同類型頁巖油儲層的高精度預測也有一定的借鑒意義。

1 地質概況

大民屯凹陷位于渤海灣盆地遼河坳陷的北部地區，南接西部凹陷，西距沈陽市25 km，勘探面積約800 km2(圖1)。大民屯凹陷在平面上呈不規則三角形，南寬北窄，四周為3條邊界斷層所圍限，是在太古宇的變質巖和元古界碳酸鹽巖、石英巖組成的雙重基底之上發育的新生代陸相凹陷[7]。此次研究的目的層段為古近系沙四下亞段，位于大民屯凹陷中央地區。沙四下亞段沉積時期，構造升降引發區域性的水退和水進，伴隨湖平面振蕩性變化，地層呈旋回性變化。巖性具有典型“三明治”結構特征：頂層為一油組,巖性為油頁巖、粉砂油頁巖；中間為二油組，巖性為粉砂巖、泥質白云巖；下部為三油組, 巖性為油頁巖夾薄層泥灰巖、白云巖。地層厚度為20～220 m,TOC含量為2.0%～12.8%,Ro為0.4%～0.6%，有機質均以I型為主，有少量Ⅱ1型和Ⅱ2型。生烴強度約為4 200×104t/km2。油氣顯示活躍，普遍具有高壓異常，最新預測顯示該套地層具有20.9×108t油氣資源量，是頁巖油勘探的重點目標[10]。

2 地震預測關鍵技術

2.1 地震資料處理技術

疊前反演對地震資料的要求較高，原始地震資料的可靠性直接影響儲層預測的效果。因此，在反演前，要進行疊前資料質控分析并對CRP道集進行必要的特殊處理，以求在現有資料品質的情況下，盡可能滿足疊前反演的需要。研究區疊前CRP道集存在隨機噪音干擾多和能量分布不均勻等問題。處理上，圍繞頁巖油儲層預測，制訂了以“全程Q補償”為核心的寬頻保幅處理技術思路，采用疊前保幅保真去噪、井控寬頻處理、寬方位處理的技術對策[11-16]，有效地改善了疊前地震資料的成像質量，主頻提高10 Hz，分辨能力提高16 m，提高了地震資料解決復雜地質問題的能力。由去噪前后道集對比結果可知，部分噪音被壓制后，道集明顯光滑，從噪音模型來看，沒有傷到有效波，道集質量顯著改善，為沙四段頁巖油“三段式”內幕結構研究和“甜點”地震預測奠定了基礎。

圖1 工區地理位置Fig.1 The geographical location of the work area

2.2 巖石物理分析技術

按照先識別優勢巖性，再預測優質儲層的思路開展巖石物理分析，綜合縱波阻抗、橫波阻抗、縱橫波速度比、楊氏模量等多種彈性參數與表征優質“甜點”的儲層參數，如TOC、巖性、孔隙度等開展多維度交互分析，優選巖性敏感彈性參數，建立“甜點”的地球物理表征標準。

2.2.1 巖性敏感彈性參數

研究區沙四段巖性主要為油頁巖、砂巖、白云巖、含碳酸鹽巖油頁巖、粉砂質油頁巖。測井上，油頁巖表現為低速度、高聲波、低密度、低伽馬、高電阻等特征；砂巖表現為中高速度、中低聲波、中高密度、中高伽馬、低電阻等特征；白云巖表現為高速度、低聲波、高密度、高伽馬、低電阻等特征。選擇Vp/Vs、橫波阻抗Is、縱波阻抗Ip和體積模量k等彈性參數開展兩兩交會分析(圖2)，并建立巖石物理模板。由圖2可以看出：Ip-Vp/Vs交會圖識別巖性效果最好，橫波阻抗可以區分油頁巖、砂巖及白云巖等三大類巖性，Vp/Vs可有效區分含碳酸鹽巖油頁巖、粉砂質油頁巖。

2.2.2 儲層敏感參數

在巖性預測的基礎上，對控制地質“甜點”分布的關鍵參數脆性指數BRI及總有機碳含量TOC進行分析。首先利用測井曲線計算得到BRI和TOC曲線，然后采用彈性參數分別與BRI和TOC進行交會分析。結果表明，Ip與BRI之間相關性最好，脆性礦物含量高的巖性具有高阻抗特征。Is與TOC含量之間相關性最好，油頁巖類TOC含量高，具有低橫波阻抗特征。

2.3 復雜巖性預測技術

根據巖石物理分析結果，Is-Vp/Vs可有效區分5類巖性，因此，采用疊前彈性參數聯合反演[17-18]進行巖性預測，該反演方法要求保證原始數據的準確可靠，地震數據要經過相對保幅處理，構造解釋要盡量準確。該方法在求解過程中考慮了Vp、Vs和Den之間的關系，利用疊前同時反演直接求得密度體，避免了累計誤差，穩定性好，可靠性強，為精細定量預測提供了基礎保證。首先，將優化處理后的疊前CRP道集轉化為近、中、遠3個角道集數據，分別針對不同角度道集數據提取子波，進行井震標定。反演時，以疊前角道集數據體為輸入，在模型約束下開展多參數同時反演，得到縱、橫波阻抗、密度、波速比等預測結果。實際處理過程中，不同子波可均衡不同角度部分疊加數據體之間振幅、頻率和相位差異，使得反演結果更準確。根據巖石物理分析的結果將云巖類的橫波阻抗門檻值定為4.9×106kg·m-3·m·s-1，橫波阻抗反演剖面表明在井軌跡發育一套高阻抗云巖條帶，為Sy1井提供了準確的入靶點。

圖2 巖性敏感彈性參數交會分析Fig.2 The intersection analysis of lithology-sensitive elastic parameters

通過反演明確了沙四段優勢巖性發育特征，其中，一油組和三油組的含碳酸鹽巖油頁巖相對發育，白云巖厚度較薄，二油組的白云巖厚度較大，油頁巖不發育。以二油組為例，利用橫波阻抗反演結果提取白云巖的厚度(圖3)。由圖3可以看出，工區的西南側s229井附近和東北側的s224井附近是白云巖發育的厚度中心，厚度為20～40 m，由兩側向工區中部白云巖厚度逐漸減薄。基于巖性預測結果分析認為，s229井附近和s224井附近應該是優勢巖性白云巖的集中發育區，可作為下一步頁巖油勘探的重點目標區。

2.4 儲層參數預測技術

基于巖石物理分析模板，分別建立起TOC含量、脆性指數BRI與彈性參數的回歸關系，然后將反演得到彈性參數體轉化為TOC含量數據體和脆性指數BRI數據體[19-23]。以二油組為例，基于數據體提取該層TOC含量和脆性指數BRI的均方根值。預測結果表明，TOC含量的分布存在3個厚度中心，分別位于s224—s89附近、Sy1井附近以及a97東側。脆性礦物集中發育在工區的西南地區，在其他地區脆性指數相對較低。

2.5 有效裂縫預測技術

對于非常規油藏，裂縫的發育程度與油氣的飽和度具有較大的相關性，如何精確地預測儲層的裂縫發育情況，對于尋找“甜點”區至關重要。利用地震資料預測裂縫的方法較多，主要分為疊前和疊后2種手段。疊后的方法是利用相干、曲率、螞蟻體等構造類屬性[21]；疊前的方法包括多方位的VSP，縱波AVAZ，橫波分裂等技術[24-29]。目前，比較經濟有效的一種手段是AVAZ(AVOZ)方法，即利用地震資料的振幅隨偏移距和方位角變化關系。地震頻率的衰減和裂縫密度場的空間變化有關，沿裂縫走向方向隨偏移距衰減慢，而垂直裂縫走向方向隨偏移距衰減快，裂縫密度越大衰減越快。但是，傳統的AVOZ反演方法表征的各向異性程度不僅與裂縫發育程度有關，還與地應力有關。為解決有效裂縫的預測問題，采用疊前各向異性頻散反演方法(AVOZF)，該方法在AVOZ方法的基礎上，將與流體有關的頻率信息引入到AVOZ方法中。因此，該方法能夠檢測到與裂縫流體有關的各向異性信息，用于表征有效裂縫的發育程度。此次研究將該方法應用到大民屯沙四段頁巖油的有效裂縫預測中。圖4為過Sy1井軌跡的AVOZF有效裂縫反演剖面。由圖4可以看出，AVOZF反演剖面上指示有效裂縫僅發育在Sy1井的一油組的中段及二油組的前半段。實際地質評價結果也顯示，Sy1井主要含油層段就是一油組的中間12～17段以及Ⅱ組的上半段4～7段，二者吻合程度很高。綜合評價認為，Sy1井儲層鉆遇率達66.4%，較攻關前同比提高38%。

圖3 沙四段二油組泥質云巖厚度分布預測Fig.3 The prediction of thickness distribution of argillaceous dolomite in the second oil-bearing formation of the fourth member of the Shahejie Formation

圖4 Sy1有效裂縫預測剖面Fig.4 The Sy1 effective fracture prediction profile

3 應用效果

基于巖性、TOC含量、脆性指數、裂縫分布等參數的預測結果，依據大民屯凹陷頁巖油“甜點”分類評價標準[7]，構建頁巖油“甜點”地震標準[30]，然后，基于多屬性融合技術計算得到反映“甜點”分布特征的數據體。基于“甜點”數據體，按照標準，提取得到一、二、三油組的“甜點”預測分布圖，共落實Ⅰ類、Ⅱ“甜點”面積143 km2。圖5為二油組提取的“甜點”平面分布特征。圖中Ⅰ類“甜點”為紅色，Ⅱ類為黃色，Ⅲ類為藍色。由圖10可以看出，工區的西南部S229井區和東北部的S104井區為頁巖油“甜點”集中發育區。從實際的鉆探效果上看，在研究區內優選了11口老井進行二次試油，地層測試或壓裂后均見到油氣，其中7口井日產油達到2.00 t/d以上，證實了研究區頁巖油的勘探潛力。

2019年，針對一油組的含碳酸鹽油頁巖型和Ⅱ組的泥質白云巖型的頁巖油，在工區西南部“甜點”區部署實施Sy1井，該井水平段長度為1 795 m，鉆遇一油組含碳酸鹽油頁巖厚度為1 245 m，Ⅱ組泥質白云巖厚度為550 m。經測井“三品質”評價，共解釋Ⅰ類層厚度為530 m(10)層，Ⅱ類層厚度為920 m(3層)，儲層鉆遇率高，與地震“甜點”預測符合率高。該井分23段進行大規模壓裂，壓后4 mm油嘴放噴，日產油為12.69 t/d，日產氣為1 194 m3/d，抽油機生產，最高日產油為16.87 t/d。鉆探成果表明：基于疊前地震儲層預測的“甜點”預測技術為大民屯地區沙四段頁巖油“甜點”選區、選層提供了有力依據，有效地提高了儲層的鉆遇率，為后續該區頁巖油的經濟有效動用打下了良好基礎。