沉积期次控制下的砂砾岩体有效储层地球物理综合预测

惠长松,许浩天,李湘军,曹丽萍,于景强

(1.中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司物探研究院,山东东营257000;2.长江大学地球物理科学学院,湖北武汉430100;3.中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司滨南采油厂,山东滨州256600)

沉积期次控制下的砂砾岩体有效储层地球物理综合预测

惠长松1,许浩天2,李湘军3,曹丽萍1,于景强1

(1.中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司物探研究院,山东东营257000;2.长江大学地球物理科学学院,湖北武汉430100;3.中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司滨南采油厂,山东滨州256600)

东营北带砂砾岩体具有低孔低渗、非均质性强的储集特点,有效储层空间变化快,导致滚动探井钻探效果差,储量难以落实。从沉积期次精细划分出发,结合研究区实际地质情况,应用随机地震反演、物性预测、流体敏感属性分析等地球物理技术,分别对单期次砂砾岩体进行相带展布、孔隙度平面分布预测及基于S变换吸收衰减属性的流体检测,得出砂砾岩体各期次成藏的有利区和富集区。利用综合预测评价结果,指导井位优化部署和新建产能方案设计,取得了良好的滚动勘探开发效果。

砂砾岩体;有效储层预测;沉积期次划分;物性下限;流体检测

东营箕状断陷湖盆北部陡坡带发育有大规模的砂砾岩体[1],在勘探过程中发现大量以砂砾岩储层为主的构造岩性油气藏[2]。研究区位于东营北带西段的利567块,该区沙河街组四段沉积时期,来自陈家庄凸起的沉积物沿斜坡带快速堆积,形成以砂、砾岩为主的近岸水下扇沉积[3]。此套砂砾岩体为断陷内多物源、近距离、快速堆积的产物[4],加之埋藏较深,成岩作用强烈,是一种低孔低渗、非均质性强的储集体类型,有效储层平面变化快,导致滚动探井钻探效果差,储量难以落实。对于砂砾岩体有效储层的预测,高云等[5]采取了叠前同时反演技术,开展过东营北带东段中深层砂砾岩体有效储层预测方法研究,但由于目标层系埋深平均在3000m以上,地震叠前数据适用性有限。为提高东营北带西段砂砾岩体的滚动勘探开发效果,本文根据研究区实际情况,从沉积期次精细划分入手,应用随机地震反演、测井物性分析和流体敏感地震属性分析等技术,开展了沉积期次控制下的砂砾岩体有效储层地球物理综合预测研究。

1 砂砾岩体沉积期次划分

砂砾岩体沉积期次划分的核心内容就是沉积层序的划分与解释。由于构造运动具有周期性,海(湖)平面是有规律的升降[6],地层的沉积也表现出相应的韵律性和旋回性,而这种旋回性恰好与时频特征的方向性具有一致的特点。具体的期次划分主要基于层序地层学的研究思路,同时联合应用钻井、地震、测井及测试等多种资料。

首先建立从洼陷带至陡坡带的连井等时地层格架,建立基本覆盖工区范围的8条骨干剖面。结合钻井、测井和测试资料对骨干剖面进行精细的地层对比,并利用层序地层学原理和时频分析技术进行层序划分,卡准大尺度期次。然后选取研究区利563井等主要探井进行单井短期沉积旋回划分。划分过程中,岩相突变面作为划分旋回的主要标志面,泥岩作为最可靠的参考标志,从地质资料出发识别层序界面。其次利用测井资料研究高分辨率层序旋回划分方法。由于砂泥比变化基本能定量反映可容空间的变化,而自然伽马测井曲线对砂泥比的旋回变化最为敏感,可以利用自然伽马曲线计算砂泥比和泥砂比曲线,进行单井短期基准面旋回划分。再利用合成地震记录,将单井的期次划分结果标定到地震剖面上,根据不同期次所对应的地震响应特征,在地震剖面上进行短旋回期次的横向追踪,准确描述小尺度期次。地质、测井、地震等多种资料相结合最终划分出单井沉积旋回(图1)。接下来以骨干剖面连井期次对比为基础,通过精细的构造解释,落实了研究区利567块砂砾岩体13个沉积期次的构造及边界。

图1 研究区钻井、地震、测井资料联合单井沉积旋回划分图版

通过精细描述砂砾岩体的沉积期次及其内幕旋回,为研究储层展布特征和有效储层地球物理预测奠定基础。

2 有效储层地球物理预测

储集层是指能够储集和渗流流体的岩层,其具备相对高的孔隙性和渗透性。有效储层是指储集了烃类流体并且在现有的经济、技术条件下流体能够被采出的储集层。有效储层物性下限是指储集层能够成为有效储层应该具有的最小有效孔隙度和最小渗透率,通常用孔隙度、渗透率的某个确定值来度量[7-8]。

利567块沙四上亚段砂砾岩体实钻资料分析表明：平面上,砂砾岩体有效储层分布主要受相带控制,由不同储层岩石类型、碎屑组分、填隙物等构成的沉积相带是影响孔渗性能好坏的主控因素,总体呈现扇中最好(平均孔隙度8.9%,平均渗透率6.1×10-3μm2)、扇端次之(平均孔隙度6.8%,平均渗透率5.0×10-3μm2)、扇根最差(平均孔隙度4.3%,平均渗透率6.6×10-3μm2)的物性分布特征;纵向上,砂砾岩体有效储层分布主要受埋深和岩性双重控制,随着埋深增大,受成岩作用影响,原生孔隙度和渗透率逐渐降低,有效储层逐渐变少。粉砂岩等细粒沉积岩在埋深较大的情况下次生孔隙发育,仍能保持相对砾岩等粗碎屑沉积岩较高的孔隙度;而砾岩等粗碎屑沉积岩在埋深较大的情况下抗压实能力强,能保持高于细粒沉积岩的渗透率。

砂砾岩体有效储层空间分布的有序性为地球物理预测提供了地质基础,因此借助随机地震反演预测有利相带,利用孔隙度下限预测确定可成藏面积,采用S变换高频吸收衰减属性流体检测识别富集区域,可以分期次从不同尺度、不同角度实现砂砾岩体有效储层的地球物理综合预测。

2.1 应用随机地震反演预测砂砾岩体有利储集相带

随机地震反演技术是一种将随机模拟理论与地震反演相结合的反演方法,它能有效地提高地震资料的垂向分辨率,避免过分依赖初始模型,充分考虑地下地质的随机特性,使反演结果更加符合实际地质情况[9-10]。该技术结合地震资料、地质统计数据和地质模型等,实现了地震反演与地质统计模拟技术的结合。随机地震反演利用地质统计方法来获得三维空间数据属性的分布函数,并利用该函数在地震数据的指导下完成反演处理。

大量实际资料研究表明,任一研究工区测井资料的概率密度函数基本是稳定的[11]。东营北带西段沙四段砂砾岩体具有单层厚度大、泥岩隔层薄(甚至缺失)、层间速度差异小的特点,依靠振幅及同相轴连续性的常规地震相划分方法已无法实现。研究自然电位测井(SP)曲线发现,SP曲线与储层的相带具有很好的对应性。SP地质模型随机反演结合波阻抗及储层测井响应特征,可实现多参数共同约束下的有利储集相带划分与预测。

反演结果显示,扇根砾石堆积区具有密集分布高SP值特点;扇端由于发育多套薄层灰质砂岩,虽然同样具有较高的SP值,但成层状分布特点明显;扇中区域的SP值相对较低(图2)。预测相带与实钻相带对比,SP概率密度体很好地反映了储层在空间上随相带的变化规律。在此基础上提取各期次的SP概率密度体,各期次有利储集相带展布规律非常清晰。

图2 研究区沉积期次八的随机反演剖面(a)和平面分布(b)

2.2 利用孔隙度平面分布预测估算成藏面积

现代沉积中的陆相沉积砂层,孔隙度一般大于35%,有的可高达50%,但地下碎屑岩的孔隙度一般小于25%,有的可降低到10%以下,这主要是成岩作用影响的结果[12]。在陆相碎屑岩地层中,纯净的砂岩极少,一般砂岩都或多或少地含有泥质,如果直接用Wyllie公式计算陆相地层孔隙度,计算的结果误差是非常大的,无法达到较好的预测目的[13]。Angeleri等[14]运用Wyllie公式的“时间平均”原理,把双相介质时间平均方程改为(1)式所示的三相介质时间平均方程,从而实现了基于钻井、测井资料模型的含泥质砂岩孔隙度预测。

(1)

式中：Δt为地层中的声波时差;φ为地层孔隙度;ψ为砂岩中的泥质含量;Δtf为地层流体中的声波时差;Δtsh为泥质的声波时差,一般受埋深控制;Δtm为岩石骨架中的声波时差。

在实际应用中,从利567块沙四上亚段砂砾岩体的岩心实验数据获取砂岩泥质含量,根据钻井、测井资料建立纯泥岩的速度模型和等效纯净砂岩(岩石骨架+孔隙)的速度与地层深度的函数关系,应用(1)式计算单期次砂砾岩体孔隙度。预测结果显示总体上具有扇中孔隙度平均值最高、扇端次之、扇根最低的趋势;同时断裂活动对储层物性有明显的改善作用,紧邻胜北-利津断层的储层孔隙度明显提高,最高可达15%。

利用地质统计方法获得东营北带西段沙四上亚段砂砾岩体有效储层的孔隙度下限约为5%,以5%为界定条件,孔隙度高于5%的储层发育区为可成藏范围,从而实现各期次可成藏面积的预测。

2.3 通过敏感地震属性含流体检测划分富集区域

张会星等[15]的研究表明，地震波在穿过含流体双相介质后其频谱发生变化，地震波低频能量相对增强,高频能量相对减弱，因此通过提取地震波的低频段和高频段能量，根据是否出现地震波低频段能量相对增强、高频段能量相对减弱，可以判断地下介质的双相性或含油气性。将广义S变换引入到地震波吸收衰减分析中,结合应用“低频增加、高频衰减”面积差值法突显吸收衰减异常部分,突出含油气储层在地震记录上的响应,从而提高油气识别的准确性[16]。

首先建立研究区实钻井测井模型,由正演模拟结果获取含油气层段地震响应特征,并提取高频吸收衰减属性明确其地质意义。正演模拟结果表明,S变换高频吸收衰减(high frequency attenuation,HFA)属性值SHFA的大小与储层所含流体具有一定相关度,可有效识别油气富集区域(本区砂砾岩油藏埋深普遍大于2800m,非“油”即“干”)。SHFA≥0.4,对应油层或油/干间互层(如利567井2940～3010m井段);0.2≤SHFA<0.4,对应干层(如利911井3380～3393m井段);SHFA<0.2,对应非储集层。

从期次六和期次八的含油气性检测结果来看,油气富集规律比较明显：受相带控制,油气主要富集于扇中、扇端相带,钻遇期次六、期次八扇根部位的利563井电测解释基本为干层;受近南北向辫状分流河道(推测)分布控制,油气富集呈南北向条带状展布,局部部位东西向连通成片,钻遇期次八辫状分流河道(推测)的利567，利911，利35井获得了工业油流,SHFA均在0.4以上(图3)。

图3 研究区沉积期次六(a)和沉积期次八(b)的S变换高频吸收衰减属性(SHFA)

2.4 有效储层预测综合评价

评价标准的建立是在评价参数确定的基础上,结合评价对象和评价内容的条件和特点,依据评价的目的和要求,对评价参数进行等级评价。评价参数的获得主要是通过数据式的事实或经过计算得到的数值确定的[17]。

具体评价原则为：储层(孔隙度)下限为第一原则,所处相带为第二原则,含油气性为第三原则;三种预测方法综合考虑。依据相带、储层物性、含油气性建立砂砾岩有效储层评价标准及等级划分(表1)。以期次八为例,依次划分出Ⅰ类区(处于扇中、扇端相带,孔隙度φ≥5%,SHFA≥0.4),Ⅱ类区(处于扇中、扇端相带,孔隙度φ≥5%,SHFA为0.2～0.4),Ⅲ类区(处于扇根、扇中、扇端相带,孔隙度φ<5%,SHFA<0.2),分别对应油层或油/干间互层区、干层区、非储集层区(图4)。

表1 利567块砂砾岩体有效储层评价标准及等级划分

图4 研究区沉积期次八有效储层综合评价结果

3 应用效果分析

根据多个沉积期次有效储层综合评价结果的叠合分析(图5)及成藏规律研究成果,部署钻探了利567-X1井。该井钻遇砂砾岩厚油层,选取部分井段压裂试油获得高产,从而实现利567块沙四上亚段砂砾岩体新增可采储量近30×104t,取得了良好滚动勘探开发效果,证实了沉积期次控制下的砂砾岩体有效储层综合预测方法具有一定的可靠性。

图5 利567块砂砾岩体沉积八到十三期次有效储层综合评价结果叠合显示

4 结论与认识

1) 研究区沙河街组四段砂砾岩体埋深大,低孔低渗、非均质性强,有效储层预测难度大。基于精细划分的沉积期次,通过随机地震反演预测有利相带、孔隙度分布预测估算成藏面积和敏感地震属性(SHFA)流体检测划分富集区域,综合评价单期次有效储层的空间展布特征,可以较好地解决砂砾岩体的有效储层预测问题。

2) 沉积期次控制下的多参数有效储层综合预测,提供了一套对陆相断陷湖盆陡坡带砂砾岩体比较可靠的有效储层地球物理预测方法。该方法对具有同样地质背景探区的砂砾岩体勘探具有一定的参考价值和借鉴作用。

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(编辑：朱文杰)

Geophysical integrated prediction of glutenite based on sedimentary cycles division

Hui Changsong1,Xu Haotian2,Li Xiangjun3,Cao Liping1,Yu Jingqiang1

(1.GeophysicalResearchInstitute,ShengliOilfieldCompany,SINOPEC,Dongying257000,China;2.SchoolofGeophysicalSciences,YangtzeUniversity,Wuhan430100,China;3.BinnanOilProductionPlant,ShengliOilfieldCompany,SINOPEC,Binzhou256600,China)

Due to reservoir characteristics of low porosity & permeability and strong heterogeneities of glutenite in the northern of Dongying Sag,the effective reservoirs varies sharply in space,leading to poor results of progressive drillings.We have difficulty in the implementation of reserve scale.By fine division of sedimentary cycles for glutenite,facies distribution prediction,porosity distribution prediction,fluid detection of low frequency absorption and high frequency attenuation attributes based on S transform for a single sedimentary cycle of glutenite are conducted by seismic stochastic inversion,physical property prediction,fluid sensitivity attributes analysis and some other geophysical techniques in the local geological conditions.Finally favorable areas of effective reservoirs distribution about all sedimentary cycles of glutenite are obtained.The integrated prediction results were used for guiding well pattern optimization and new plant scheme design and we achieved favorable rolling E&P results.

glutenite,effective reservoir prediction,sedimentary cycles division,physical property cutoff,fluid detection

2014-09-29;改回日期：2014-12-25。

惠长松(1972—)，男，高级工程师，主要从事油气勘探综合研究工作。

P631

A

1000-1441(2015)03-0331-06

10.3969/j.issn.1000-1441.2015.03.012