拟声波反演技术在优质泥页岩储层预测中的应用——以焦石坝页岩气田为例

尹正武 陈超 彭嫦姿

中国石化勘探分公司

前人对页岩气成藏、保存条件、富集机理及选区评价做了大量的研究工作，并取得了一定的认识［1－6］。前人的研究成果认为，海相富有机质页岩主要形成于沉积速率较慢、水体较为封闭、有机质较为丰富的环境中［6］，例如四川盆地焦石坝页岩气田，该区位于川东南齐岳山—金佛山—娄山断褶带，其下志留统龙马溪组下部发育富含笔石的黑色页岩，指示较强的还原环境，为深水陆棚相沉积［7］，沉积了较厚的海相暗色泥页岩。

2011年在焦石坝地区背斜主体较平缓部位部署了焦页1井，目的层为上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组暗色泥页岩，2012年11月28日，在龙马溪组页岩气层（2 660～3 606m井段）射孔测试，获20.3×104m3／d高产天然气流，表明龙马溪组泥页岩具有良好的含气性。焦页1井实钻显示龙马溪组下段以泥页岩发育为主，为相对缺氧深水环境；泥页岩厚度达89 m，底部优质泥页岩段（TOC＞2%）厚度为38m；平均TOC为2.90%；平均含气量为4.00m3／t。随后完钻的焦页2、3、4井优质泥页岩也较为发育。

优质泥页岩的发育程度是页岩气勘探选区评价的首要因素，而波阻抗反演是储层预测中非常有效的技术。焦石坝地区龙马溪组泥页岩整体较为发育，但页岩含气储层速度、密度变化小，优质泥页岩的波阻抗响应不明显，利用常规波阻抗反演进行优质泥页岩定量预测存在困难。

1 优质泥页岩储层特征

目前，测井和钻井取心技术是进行页岩气储层评价的2种主要手段［7］。有机质丰度不仅影响了泥页岩的生烃强度，同时也影响着泥页岩中有机质孔隙的发育以及吸附气的含量，通常具有高有机质丰度的页岩具有高的生烃潜力以及高含量的吸附气，故有机质含量高是页岩气储层的基本特征［8］。

根据对焦石坝地区焦页1、焦页2、焦页3、焦页4井共347个样品有机碳含量的测定结果表明，区内五峰组—龙马溪组一段黑色泥页岩虽然在漫长的地质历史时期经受了多期构造运动的影响和破坏作用，但仍表现出较高的有机碳含量，TOC值主要分布在0.46%～7.13%，平均为2.65%（表1、图1）。

焦石坝地区各钻井龙马溪组泥页岩TOC值在纵向上都具有向泥页岩沉积建造底部层段明显增大的特征，优质泥页岩主要分布于龙马溪组底部，TOC＞2%为特征。如焦页1井2 377～2 415m井段五峰组—龙马溪组一段底部黑色页岩，TOC≥2.0%，最高可达5.89%，平均值为3.50%，优质泥页岩层连续累计厚度达38m；焦页2井2 533～2 575m井段的黑色碳质页岩TOC≥2.0%，平均值为3.74%，优质泥页岩层连续累计厚度可达42m。焦页3井、焦页4井优质泥页岩层连续累计厚度可达41m和38.5m，TOC平均值分别为3.35%和3.65%。

表1 焦石坝地区五峰组—龙马溪组一段泥页岩TOC统计表

图1 焦石坝地区五峰组—龙马溪组一段泥页岩TOC直方图

2 拟声波曲线重构

特征曲线重构是以地质、测井、地震综合研究为基础，针对具体地质问题和反演目标，以岩石物理学为基础，从多种测井曲线中优选，并重构出能反映储层特征的曲线［9］。理论上，常规测井系列中的自然电位、自然伽马、补偿中子、密度、电阻率等测井曲线都可用于识别储层，与声波时差建立较好的相关性，通过数理统计方法转换成拟声波时差曲线，实现储层特征曲线重构［10－11］。基于优质泥页岩高TOC的特征，首先利用小波多尺度分解技术提取声波测井曲线的低频信息；然后再利用统计回归方法提取TOC曲线的高频信息；最后利用信息融合技术将低频信息融合到高频信息中，构建既具有地层背景的低频信息又能反映优质泥页岩变化的拟声波曲线。

依据拟声波曲线及原始声波曲线，分别计算了焦页3井拟声波波阻抗曲线与原始波阻抗曲线，对比两者（图2）可以看出，原始波阻抗曲线中泥页岩与优质泥页岩波阻抗值区分较小，均为10 000～12 000（g／cm3）·（m／s）；拟声波后优质泥页岩段的波阻抗值明显的降低，相比泥页岩的波阻抗范围［10 000～12 000（g／cm3）·（m／s）］，高TOC优质泥页岩的波阻抗为8 000～11 000（g／cm3）·（m／s）。依据拟声波波阻抗值可以有效地区分优质泥页岩。

对焦页1、2、3、4井分别进行了声波拟合及波阻抗曲线计算后，统计了拟声波波阻抗与原始波阻抗曲线的直方图分布（图3）。从图3中可以看出：依据原始波阻抗无法区分出泥页岩与优质泥页岩，而依据拟声波波阻抗小于10 000（g／cm3）·（m／s）的门槛值则可以有效区分出优质泥页岩。

图2 拟声波波阻抗曲线与原始波阻抗曲线对比图

图3 拟声波波阻抗曲线与原始波阻抗曲线直方图

3 应用效果

拟声波波阻抗反演采用稀疏脉冲反演方法，该反演能有效地将测井信息与地震数据体结合起来，反演过程中应用了测井的纵向分辨率及地震的横向分辨率信息［12］。首先采用TOC曲线重构声波曲线，利用优质泥页岩高TOC的信息，将优质泥页岩从泥页岩中凸现出来；其次利用精细标定计算的拟声波波阻抗构建合理的地层模型；最后利用地震及模型信息进行拟声波波阻抗反演。

图4为过焦页1－2－4井的原始波阻抗剖面（a）与拟声波反演的波阻抗剖面（b）。对比两者可以看出，原始波阻抗剖面上优质泥页岩与泥页岩不能有效地进行区分，波阻抗值均分布于8 000～11 000（g／cm3）·（m／s）（图4－a中红黄色区域），无法有效地解释出优质泥页岩的顶；而在拟声波阻抗反演剖面上可以直接刻画出优质泥页岩的纵横向变化情况，优质泥页岩的拟声波波阻抗值较小［小于10 000（g／cm3）·（m／s）］，优质泥页岩上部波阻抗值明显升高［大于10 000 （g／cm3）·（m／s）］，优质泥页岩的顶部界限清晰，可以有效地追踪解释。

最后分别应用常规波阻抗与拟声波波阻抗反演的结果，依据优质泥页岩的拟声波波阻抗响应值提取焦石坝地区三维优质泥页岩的厚度（图5），拟声波波阻抗反演预测结果与实钻井基本一致，预测误差小于1 m；而依据常规波阻抗反演的预测结果误差较大，焦页4井误差大于5m，相对误差均大于4%，不能满足优质泥页岩厚度预测的精度要求（表2）。

从图5可以看出：焦石坝地区三维主体部位优质泥页岩整体发育，主体部位优质泥页岩厚度均大于35 m，由东北到西南优质泥页岩厚度增厚，应用拟声波波阻抗反演预测的优质泥页岩厚度变化趋势更精细，优质泥页岩发育的展布特征也得到了更好的刻画。

图4 过焦页1、2、4井原始波阻抗与拟声波波阻抗反演剖面图

图5 焦石坝地区优质泥页岩厚度预测图

表2 优质泥页岩厚度预测误差统计表

4 结论

1）基于优质泥页岩具有高TOC值的这一特征，提出了利用拟声波反演进行优质泥页岩定量预测的技术：首先利用小波多尺度分解技术提取声波测井曲线中的低频信息，再利用信息融合技术将TOC曲线与原始声波曲线重构成拟声波曲线，最后利用稀疏脉冲波阻抗反演技术进行优质泥页岩的定量预测。

2）焦石坝地区龙马溪组下部优质泥页岩整体发育，主体部位优质泥页岩厚度均大于35m。拟声波反演预测结果与后续实钻井基本结果一致，预测误差小于1m，同时龙马溪组优质泥页岩的展布特征也得到了有效刻画。

［1］郭岭，姜在兴，姜文利.页岩气储层的形成条件与储层的地质研究内容［J］.地质通报，2011，30（2）：385－392.GUO Ling，JIANG Zaixing，JIANG Wenli.Formation condition of gas－bearing shale reservoir and its geological research target［J］.Geological Bulletin of China，2011，30（2）：385－392.

［2］张静平，唐书恒，郭东鑫.四川盆地下古生界筇竹寺组与龙马溪组页岩气勘探优选区预测［J］.地质通报，2011，30（2）：357－363.ZHANG Jingping，TANG Shuheng，GUO Dongxin.Shale gas favorable area prediction of the Qiongzhusi Formation and Longmaxi Formation of Lower Palaeozoic in Sichuan Basin，China［J］.Geological Bulletin of China，2011，30（2）：357－363.

［3］郭彤楼，刘若冰.复杂构造区高演化程度海相页岩气勘探突破的启示——以四川盆地东部盆缘JY1井为例［J］.天然气地球科学，2013，24（4）：643－651.GUO Tonglou，LIU Ruobing.Implications from marine shale gas exploration break through in complicated structural area at high thermal stage：Taking Longmaxi Formation in well JY1as an example［J］.Natural Gas Geoscience，2013，24（4）：643－651.

［4］郑军卫，孙德强，李小燕，等.页岩气勘探开发技术进展［J］.天然气地球科学，2011，22（3）：511－517.ZHENG Junwei，SUN Deqiang，LI Xiaoyan，et al.Advances in exploration and exploitation technologies of shale gas［J］.Natural Gas Geoscience，2011，22（3）：511－517.

［5］于炳松.页岩气储层的特殊性及其评价思路和内容［J］.地学前缘，2012，19（3）：252－258.YU Bingsong.Particularity of shale gas reservoir and its evaluation［J］.Earth Science Frontiers，2012，19 （3）：252－258.

［6］邹才能，董大忠，杨桦，等.中国页岩气形成条件及勘探实践［J］.天然气工业，2011，31（12）：26－39.ZOU Caineng，DONG Dazhong，YANG Hua，et al.Conditions of shale gas accumulation and exploration practices in China［J］.Natural Gas Industry，2011，31（12）：26－39.

［7］郭彤楼，张汉荣.四川盆地焦石坝页岩气田形成与富集高产模式［J］.石油勘探与开发，2014，41（1）：28－36.GUO Tonglou，ZHANG Hanrong.Formation and enrichment mode of Jiaoshiba shale gas field，Sichuan Basin［J］.Petroleum Exploration and Development，2014，41（1）：28－36.

［8］王世谦.中国页岩气勘探评价若干问题评述［J］.天然气工业，2013，33（12）：13－29.WANG Shiqian.Shale gas exploration and appraisal in China：Problems and discussion［J］.Natural Gas Industry，2013，33（12）：13－29.

［9］许正龙.曲线重构技术在储层横向预测工作中的应用［J］.石油实验地质，2002，24（4）：377－380.XU Zhenglong.Application of the curve－recomposition technology to the lateral prediction of reservoirs［J］.Petroleum Geology ＆ Experiment，2002，24（4）：377－380.

［10］张学芳，董月昌，慎国强，等.曲线重构技术在测井约束反演中的应用［J］.石油勘探与开发，2005，32（3）：70－72.ZHANG Xuefang，DONG Yuechang，SHEN Guoqiang，et al.Application of log rebuilding technique in constrain inversion［J］.Petroleum Exploration and Development，2005，32（3）：70－72.

［11］周惠文，曹正林，杜宾山.含气特征曲线重构技术在致密含气砂岩储层预测中的应用［J］.天然气地球科学，2006，17（5）：723－726.ZHOU Huiwen，CAO Zhenglin，DU Binshan.The application of gas－bearing attribute curve reconstruction technique to gas reservoir prediction of tight sand［J］.Natural Gas Geoscience，2006，17（5）：723－726.

［12］郭朝斌，杨小波，陈红岳，等.约束稀疏脉冲反演在储层预测中的应用［J］.石油物探，2006，45（4）：397－400.GUO Chaobin，YANG Xiaobo，CHEN Hongyue，et al.Constrained sparse pulse inversion research in north of Haitongji Depression［J］.Geophysical Prospecting for Petroleum，2006，45（4）：397－400.