顿宗萍
(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257022)
惠民凹陷营子街地区深层致密砂岩储层含油性预测
顿宗萍
(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257022)
惠民凹陷营子街地区致密砂岩储层埋深大,岩性、物性横向变化快,油水关系复杂,应用传统的叠后油气检测方法进行含油性识别的精度低,可靠性差。针对研究区致密砂岩储层特征,提出了储层含油性叠前综合预测方法。即根据研究区实际地质情况,优选岩石骨架混合方法,建立合理的岩石物理模型,估算井的横波速度;通过岩石物理分析,筛选出对该区致密砂岩油藏敏感的弹性参数组合(纵横波速度比和纵波阻抗),并确定区分油水层的门槛值;综合利用研究区高精度三维地震资料叠前CIP道集、层位解释数据及井资料等进行叠前弹性阻抗反演,得到敏感弹性参数融合数据体,结合油水层门槛值对研究区致密砂岩储层进行含油性预测。上述方法预测结果与实钻结果吻合率达到87%,预测有利含油面积16km2,后钻评价井验证了预测结果的正确性和可靠性。
营子街地区;致密砂岩;含油性预测;弹性参数;叠前弹性阻抗反演
营子街地区处于惠民凹陷西部深洼区,是致密砂岩油藏有利发育区。致密储层主要集中在沙河街组三段中亚段,是三角洲向洼陷推进过程中在大断层下降盘形成的大面积深水浊积砂体。该类储层直接与生油岩接触,成藏条件优越,已上报预测储量近3000×104t。近年来,在营子街地区含油气构造上钻获多口油气发现井,其中J5井在沙三段钻遇油层厚度累计18.7m(有效厚度12.9m),测井解释孔隙度11%,渗透率5.6×10-3μm2,获得工业油流。但位于同一构造部位的J502井,累计油层厚度仅为6.0m,测井解释孔隙度3.6%,渗透率1.8×10-3μm2,试油结论为干层。分析认为,该区砂体单层厚度薄,且连通性差,纵向上叠置,横向上叠合,岩性、物性、含油性变化快,含油性判识难度大;同时,油层的地震响应特征不明显,叠后属性油气判识多解性强、精度低,制约了该区的勘探开发进程。提高油藏识别的准确性,是目前营子街地区致密油藏勘探开发工作的重点。
在油气藏勘探开发过程中,地球物理方法技术作为油气藏识别的核心技术已经得到了很好的发展与应用[1]。如刘传虎等[2]通过CX地区储层岩石物理和沉积相特征研究,建立了正确的油气检测标志;谢凤兰等[3]利用吸收系数并结合速度、振幅、频率等信息,提高了储层横向预测和油气检测的精度;李国林等[4]直接运用基于叠前地震资料的AVO属性技术进行油气检测。1999年,Connolly[5]利用Aki & Richards近似关系推导了弹性阻抗的定义式,说明利用弹性阻抗数据体能够定量提取纵横波速度、密度、泊松比等对储层特性(岩性、物性、含油气性)敏感的弹性参数。由此,叠前弹性阻抗反演技术得到了快速发展并取得了大量研究成果。如唐金良等[6]通过基于叠前反演的弹性参数流体检测技术研究,实现了对碳酸盐岩储层的流体检测;王玉梅等[7]采用叠前地震反演成功预测了气层分布范围;马中高等[8]利用叠前波阻抗同步反演获得含气性识别因子,有效识别出致密砂岩储层的含气性。然而,目前含油气性判识的成功实例大多是针对中浅层砂砾岩和碳酸盐岩储层,且主要是含气性识别,对深层致密砂岩的含油性检测相对较少。
营子街地区致密砂岩储层埋深大,岩性、物性横向变化快,油水关系复杂,采用传统的叠后油气检测方法进行含油性识别的可靠性差。本文针对该区致密砂岩储层开展较为系统的含油性预测研究,以探索深层致密砂岩油藏叠前综合预测方法的应用效果。
惠民凹陷营子街地区储层具有超深(3400~4000m)、常压(压力系数0.85~1.17)、致密(孔隙度0~13.2%,渗透率(0.358~7.258)×10-3μm2)、非均质性强等特征,含油性预测难度大。本文在综合分析地震、地质、钻井、测井等资料的基础上,结合区域地质情况及致密储层特点,建立合理的岩石物理模型,估算出井的横波速度;通过岩石物理分析,优选出敏感弹性参数并确定其区分油水层的门槛值;利用叠前CIP道集、层位解释数据及井资料等进行叠前弹性阻抗反演,得到弹性参数体,结合敏感参数优选结果,预测出致密砂岩油藏有利分布区,为该区下一步勘探开发提供可靠的依据[9]。具体技术流程见图1所示。
图1 营子街地区致密砂岩油藏含油性检测技术流程
纵、横波速度与密度及由此导出的岩石弹性参数是确定岩性和识别孔隙流体的重要依据,其中横波资料的品质直接关系到叠前油气检测结果的可靠程度。由于实际生产中往往缺乏横波速度信息,目前常用经验公式法、统计法、直接测定法和岩石物理模型法等估算横波速度。
经验公式法对于不同的地质条件都有这样的局限性,即每个经验公式只适用于相应样点采集区,不能应用于较大范围的横波速度预测。统计法是通过实测横波数据与其它测井曲线交会分析,拟合出横波速度估算公式,因此避免了很多岩石物理假设,但前提是有数量多且质量高的横波测井数据。研究区内仅有一口井(J403井)有横波测井数据,不满足该要求。直接测定法是根据岩石物理实验测量的砂泥岩纵、横波速度,对测井结果进行线性拟合,所得拟合公式在实际应用中受到很大限制,甚至与一般规律相矛盾,这主要是因为实验室测量结果往往是在假设其它条件不变的前提下根据单一参数变化得到的,与真实地下情况会存在较大差异[10]。而岩石物理模型法综合考虑了影响岩石速度的不同因素,如岩石基质、孔隙大小及形状和孔隙所含流体的性质等,在很大程度上保证了横波速度估算的准确性和合理性。因此,我们最终采用该方法对研究区进行横波速度估算,图2为岩石物理模型法横波速度估算流程。
图2 岩石物理模型法横波速度估算流程
首先通过收集研究区岩石薄片、孔渗分析等化验资料,利用J403井测井资料质量相对较高、地层岩性和物性明确的层段,确定地层岩石各种骨架成分(纯砂岩、纯泥岩等)的纵、横波速度和密度,通过纵、横波速度公式求取该井段各骨架成分(纯砂岩、纯泥岩平均矿物值)的体积模量和剪切模量;接着进行骨架的混合。目前有以下几种骨架混合方法:Xu-White法(适用于孔隙度小于30%)、自洽法(Self-consistent,适用于孔隙度大于30%)、颗粒支撑法(Grain supported,适用于泥岩成分小于80%)、分散泥质法(Dispersive clay,适用于泥岩成分小于10%)、基质支撑法(Matrix supported,适用于泥岩成分大于10%)、Voigt-Ruess-Hill法(适用于泥岩成分小于30%)等。每种骨架混合方法都有各自的适用范围。由于研究区沙三中亚段为砂泥岩互层,埋深为3400~4000m,地层厚度220~240m,孔隙度0~13.2%,泥岩成分为76%左右,因此分别选择Xu-White法、颗粒支撑法和基质支撑法进行骨架的混合。通过温度、压力、油比重、水矿化度等参数得到流体的体积模量和密度;利用Biot-Gassmann方法将骨架与流体混合,计算出饱含流体岩石的体积模量和剪切模量,据此计算出纵波速度、横波速度和密度;再通过与实测数据对比,调整计算参数,循环迭代得到横波速度估算结果。图3为J403井实测横波速度分别与用Xu-White法(图3a)、颗粒支撑法(图3b)和基质支撑法(图3c)估算的横波速度交会结果对比,这3种骨架混合方法估算结果与实测结果的相关系数分别为0.79,0.70和0.86,可见基质支撑法估算结果的质量最好。因此,我们最终采用基质支撑法完成研究区内其它井的横波速度估算工作[11-14]。
图3 J403井实测横波速度与估算横波速度交会分析
根据研究区多口井估算的横波速度以及测量得到的密度、纵波速度等资料,计算出多种能够反映储层岩性或流体的弹性参数,如纵波阻抗(IP)、横波阻抗(IS)、纵横波速度比(γ)、泊松比(σ)、体积模量(K)、剪切模量(μ)、拉梅常数(λ)等[15]。通过分析弹性参数与储层特性(岩性、物性、含油气性)之间的关系,优选出对储层特性敏感的弹性参数,建立储层特性解释量版,为后续含油性检测提供有效的依据和刻度[16]。
对研究区多口井计算的弹性参数与泥质含量(图4)、孔隙度(图5)进行交会分析发现,识别储层岩性、物性的最佳敏感参数为纵横波速度比。从图4 可以看出,当γ<1.90时,泥质含量Vsh<38%,指示砂岩。从图5中可以看到,当γ<1.85时,孔隙度Φ>8%,表示高孔隙砂岩。多口井纵横波速度比与含水饱和度交会分析(图6)可见,当储层含油后,即含水饱和度降低时,纵横波速度比无明显变化,说明用纵横波速度比不能区分含水砂岩和含油砂岩。对其它弹性参数与含水饱和度进行交会分析也无法有效区分含油砂岩和含水砂岩。
分析认为,单参数纵横波速度比可以识别储层及储层物性,但无法有效区分油水层。多弹性参数组合分析方法,即纵横波速度比和纵波阻抗组合,是识别研究区储层含油气性稳定性最好的参数,可以有效指示含油砂岩。如图7所示,当γ<1.85,IP<9.25×106kg·m-3·m·s-1时,含水饱和度小于60%,指示油层。
图4 纵波阻抗-纵横波速度比-泥质含量交会分析
图5 纵波阻抗-纵横波速度比-孔隙度交会分析
图6 含水饱和度-纵横波速度比-孔隙度交会分析
图7 纵波阻抗-纵横波速度比-含水饱和度交会分析
营子街地区是惠民凹陷致密油藏勘探老区,2013年新采集的高精度三维覆盖了整个勘探区。高精度三维地震资料最大偏移距为5201m,覆盖次数为201~247次,致密储层埋深为3400~4000m,最大入射角可达30°。地震数据经过叠前保幅处理后信噪比高,能够达到叠前弹性阻抗反演的要求。
4.1 道集部分叠加
道集部分叠加是叠前弹性阻抗反演的基础和关键。要想得到稳定的反演结果,至少需要3个或3个以上的部分叠加数据体,且要保证每部分叠加数据都有足够的信号识别特征。依据上述原则和要求,分析营子街地区AVO特征[17],最终确定按角度区间3°~12°,12°~21°和21°~30°进行叠加,得到3个分角度叠加地震数据体。
4.2 井-震联合综合标定与多角度子波提取
接着对每个分角度叠加数据体进行井-震联合综合标定并提取地震子波。子波的好坏直接影响叠前反演的结果,尤其在地质条件复杂、储层横向变化快的地区,精细的井震标定和准确的地震子波提取是确保叠前反演效果的关键环节。与叠后反演相比,叠前反演除了需要在全角度叠加数据上进行标定外,还需要分别在小、中、大角度道集数据体上进行标定,并提取各自的混合相位子波[18]。井-震联合叠前弹性阻抗反演计算中,小、中、大角度道集地震数据体所用子波分别是各道集数据体所有标定井提取的多井综合子波,因此每口井提取的子波都会影响最终的反演效果,如果某口井无论如何都无法提取到一个好的子波,那么提取多井综合子波时应将该井舍弃。
4.3 低频模型的建立
由于实际地震资料的频带是有限的,常常缺失低频成分,无法直接反演出正确的低频信息,因此需要利用测井、地震资料解释结果等信息建立低频模型,从而给出叠前反演的低频趋势。推算低频模型要以地质、沉积规律为依据,以地震精细解释层位为约束,用已知井点的测井资料内插、外推任意点的信息。低频成分构建过程中不仅要考虑工区内构造起伏、地层岩性等变化,还要考虑内插、外推的数学算法,即针对不同地区的构造和沉积特征采用不同的算法[19]。
研究区沙三中亚段沉积期为强烈断陷高峰期,湖盆扩张最大,深湖-半深湖广泛分布,西南部发育三角洲体系,与其伴生的滑塌浊积扇在J4-J5井区发育,如图8所示。利用该区测井曲线和精细解释的层位数据,运用简单克里金(Global-Kriging)、不规则三角网(Triangulation)、局部加权(Locally-Weighted)、普通克里金(Local-Kriging)、反距离加权(Inverse-Distance-Weighted)和自然邻域(Natural-Neighbor)等6种内插、外推算法得到低频模型,通过对比6种低频模型的沿层属性图(图9),可见自然邻域算法内插得到的低频模型(图9f)最符合研究区的地质沉积规律,因此,最终采用该算法建立低频模型。
图8 营子街地区沙三中亚段沉积相
图9 6种内插外推算法所建低频模型的沿层属性图对比
4.4 反演参数试验
叠前弹性阻抗反演算法所涉及的参数较多,实验发现对反演结果影响明显的参数有:地震信噪比、稀疏性约束因子、奇异值分解、密度约束因子、子波刻度因子和合并频率等。分别对这些反演参数进行QC测试,依据综合误差小、信噪比高及井震相关性高等,反复试验确定反演参数[20],最终反演出纵波阻抗和纵横波速度比数据体。
营子街地区是致密油藏勘探的重点地区,已钻井8口。其中J4,J401,J403,J5井在沙三中亚段试油获得工业油流或综合解释为油层;J3,J301,J501,J502等井仅见到油气显示,试油为干层或水层。针对研究区致密储层的油气检测,以往主要利用吸收系数等方法,其基本原理是根据油气层对地震波存在吸收作用,通过分析油气层高、低频能量变化来判识油气[21]。对J4,J301等多口井含油层段与不含油层段进行频谱分析,确定含油和不含油层段的频率变化规律,即含油后高频衰减大。图10 为计算的高频吸收系数属性图,可以看出,J4,J401,J502,J501井位于高频吸收异常带上,J5,J403,J3,J301井处于高频吸收异常区外,仅J4,J401,J3,J301井预测结果与实钻井吻合,吻合率为50%。分析认为,由于叠后地震资料是全角度多次叠加,丢失了振幅、频率随偏移距变化等信息,降低了复杂储层油气检测的能力。
图10 营子街地区沙三中亚段致密砂岩储层叠后高频吸收系数
对叠前弹性阻抗反演得到的纵横波速度比和纵波阻抗数据体[22]进行融合,定义纵横波速度比γ<1.85,纵波阻抗IP<9.25×106kg·m-3·m·s-1时为油层,得到研究区沙三中亚段储层含油性的叠前综合预测图(图11)。从图11可以看出,J5,J403,J401井预测含油,J3,J4,J501,J502,J301井预测不含油。预测结果除J4井外,其它井均与实际试油结论吻合,吻合率达到了87%。同时图11中还清晰地指示出了J401,J403,J5等油气富集块,共预测有利含油面积16km2。在此基础上,建议部署评价井J503井。后经钻探证实,J503井在沙三中亚段钻遇一套十余米厚的油层,验证了本文方法的正确性和可靠性。
图11 营子街地区沙三中亚段致密砂岩储层含油性叠前综合预测
1) 采用岩石物理模型法估算横波速度时,要充分考虑地层岩性、物性等,优选适用的骨架混合方法。
2) 多弹性参数组合交会分析是寻找油气敏感参数的有效方法,纵横波速度比对研究区致密储层岩性、物性响应敏感,与纵波阻抗组合能准确区分油水层。
3) 叠前反演低频模型的建立没有固定的模式,需根据地震、地质和测井资料,依据研究区构造和沉积特征选择合适的内插、外推算法。
致谢:本文研究过程中得到中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司物探研究院韩宏伟教授级高级工程师和崔世凌高级工程师的悉心指导,以及陈海云、李国栋高级工程师的大力支持和帮助,在此一并表示感谢!
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(编辑:戴春秋)
Study on tight sandstone reservoir prediction in Yingzijie area,Huiming Sag
Dun Zongping
(GeophysicalResearchInstitute,ShengliOilfieldBranchCompany,SINOPEC,Dongying257022,China)
The burial depth of tight sandstone reservoir is large in the Yingzijie area of Huiming Sag.Lateral variation of lithology and physical property is sharp and oil-water relation is complicate.Therefore,the oil-bearing detecting based on the ordinary poststack hydrocarbon detection method in this area is of low accuracy and poor reliability.In this paper,we propose a comprehensive prestack method to detect the oil-bearing properties of tight reservoir in this area.According to the actual geological conditions in the study area,we build rational petrophysics model and estimate S-wave velocity of wells by optimized rock matrix hybrid approach.Based on the petrophysics analysis,the elastic parameters that are sensitive to tight sandstone reservoir are selected as the ratio of P-wave velocity to S-wave velocity and the P-wave impedance.The thresholds that is to distinguish oil-water layers is determined.Comprehensive utilization of CIP gathers from 3D high-precion prestack seismic data,horizon interpretation data and well data,prestack elastic impedance inversion is conducted and as a result integrated data volume of elastic parameters sensitive to tight sandstone reservoir is derived.We predict the oil-bearing properties of tight reservoir in the study area by integrating the thresholds of oil and water layer.The matching rate of predition results to the real drilling reaches 87% and potential tight sandstone reservoir can range up to 16km2.The posteriori drilling results prove this prediction result is accurate and effective relatively.
Yingzijie area,tight sandstone,oil-bearing detection,elastic parameters,prestack elastic impedance inversion
2014-08-08;改回日期:2014-10-30。
顿宗萍(1984—),女,工程师,硕士,现从事地震资料解释与地震、地质综合研究工作。
P631
A
1000-1441(2015)02-0241-08
10.3969/j.issn.1000-1441.2015.02.017