叠前密度反演技术在顺南地区碳酸盐岩储层预测中的应用

王保才，刘　军，陈　黎,贾晓静

(1.中国石化西北油田分公司 勘探开发研究院，新疆 乌鲁木齐 830011；2.中国石化西北油田分公司 塔河油田采油二厂，新疆 轮台 841604)



叠前密度反演技术在顺南地区碳酸盐岩储层预测中的应用

王保才1，刘军1，陈黎2,贾晓静1

(1.中国石化西北油田分公司 勘探开发研究院，新疆 乌鲁木齐 830011；2.中国石化西北油田分公司 塔河油田采油二厂，新疆 轮台 841604)

顺南地区是塔里木盆地天然气勘探有利区，为了提高油气勘探成效，利用叠前地震反演技术在该区开展碳酸盐岩储层预测的探索性研究。首先，利用工区钻井、测井、测试、岩芯等资料开展测井曲线质量分析及标准化工作，提高测井曲线的可靠性；然后，通过开展多井储层弹性参数的敏感性分析，认为密度参数对该区储层识别较为敏感；最后，进行叠前弹性参数反演剖面与已钻井储层信息的对比分析，确定叠前密度反演与钻井吻合度最高，提高了储层在纵向上的预测精度。

碳酸盐岩；叠前地震反演；弹性参数；储层预测

1　引　言

20世纪70年代Ostrander[1]在“亮点”型含油气砂岩识别中提出了反射系数随入射角变化的AVO(Amplitude Versus Offset)技术，经过几十年的发展，该技术已发展成为地震勘探中非常重要的烃类检测方法。国内外众多学者通过对Zoeppritz方程进行近似推导，将AVO属性与岩石物理特征联系起来，由弹性波阻抗反演数据体可获得纵、横波阻抗，纵、横波速度，纵、横波速度比，密度和泊松比等多种弹性参数，比叠后反演具有明显的优越性，能更可靠地揭示地下储层的展布情况和孔、渗物性及含油气性[2-7]。

顺南地区位于T盆地中部，邻近M生烃坳陷，现今的早古生界碳酸盐岩地层为向西北倾没的单斜构造形态。目前，W4井在鹰山组下段、W5井在蓬莱坝组分别获得了重大天然气突破，证实了顺南地区中下奥陶统层系天然气勘探的前景广阔。现有钻井、地震、地质资料揭示，该区储层具有类型复杂，地震响应特征不清，纵向位置预测不准的特点，常规叠后技术不能满足储层精细预测的需要。针对以上难点，本文利用叠前反演预测技术对碳酸盐岩缝洞型储层进行预测。

2　叠前弹性参数反演理论基础

叠前弹性参数反演技术是AVO反演方法的一种，它通过Zoeppritz方程近似式将叠前时间偏移的CRP道集数据和速度数据直接反演得到不同的弹性参数反射率。

Zoeppritz方程有许多不同的近似公式，它们可以反演出不同的弹性参数。如Zoeppritz方程的Gray F.D.公式[8]为

(1)

其中：VS(m/s)为横波速度；VP(m/s)为纵波速度；θ(°)为入射角；K(GPa)为体积模量；μ(GPa)为剪切模量；ρ(g/cm3)为密度。该公式可直接反演K、μ和ρ三个弹性参数反射率。Zoeppritz方程的Fatti波阻抗近似式[9]为

(2)

其中：IP(g/cc·m/s)为纵波阻抗；IS(g/cc·m/s)为横波阻抗。该公式可直接反演IP、IS和ρ三个弹性参数反射率。

叠前弹性直接反演技术具有以下特点：对CRP道集数据进行统计分析，自动剔出不合理的道集数据；利用所有正常的CRP道集数据参与反演；使用不同的Zoeppritz方程近似式直接反演不同的弹性参数组合；反演结果信噪比高、稳定性及可靠性强。

3　叠前地震反演技术应用实例

综合顺南地区已有的钻井资料、测井资料、测试资料及岩心、薄片资料进行分析，认为该区奥陶系碳酸盐岩地层垂向上主要发育三套储层，从上到下依次为：一间房组—鹰山组顶部灰岩储层的储集空间类型分为裂缝、弱溶蚀孔，储层整体上以未填充的或半充填的裂缝为主；鹰山组上段储层的储集空间类型分为裂缝—孔隙型、裂缝-孔洞型、裂缝型，W4井钻遇鹰山组上段大型缝洞体，孔洞及裂缝发育；鹰山组下段储层的储集空间类型主要为裂缝—孔隙型、裂缝—孔洞型[10]。

中—下奥陶统地层为高速的致密碳酸盐岩，上覆地层多为相对低速的泥岩、灰质泥岩，上下地层的速度差异引起较大的阻抗差，形成两谷夹一峰的连续强反射结构，一间房组储层引起的地震响应被淹没，不易识别；碳酸盐岩内幕储层地震响应特征多为串珠状、短板状等[11,12]，但储层的纵向位置不好预测。

3.1测井曲线质量分析及标准化

测井曲线的质量制约着岩石物理性质的分析精度，对反演结果也有着非常重要的影响，因此对测井曲线质量进行分析显得尤为重要。根据井分析来看，顺南地区已钻井G2井、W1井、W2井、W3井、W4井和W5井无明显扩径现象，密度及声波曲线变化稳定，曲线质量较高，满足岩石物理分析需求。G1井在鹰山组下段和蓬莱坝组有明显扩径现象，密度和声波速度变化范围较大，密度在1.8～2.8 g/cm3，测井曲线不能直接用于岩石物理分析。G2井纵、横波速度的相关性最差，相关系数为0.04；W5井纵、横波速度相关系数为0.6；W1井纵、横波速度相关系数为0.65，整体上W1井横波资料可靠性最高。

通常以研究区域内稳定的岩性段(通常取泥岩段)为标志层，选定标志层内测井曲线的平均值作为基准值对各井进行标准化处理[13]。本次研究选取的标志层为上奥陶统底部较纯的泥岩，全区稳定分布，从泥岩密度和声波值的分布范围可以看出各井的值域分布范围差异较大；经标准化处理之后，各井曲线明显分布在一个值域范围内，且多呈正态分布，标准化处理后的曲线满足岩石物理分析要求，如图1所示。

3.2储层弹性参数敏感性分析

通过对储层样本的弹性参数进行分析，识别对储层敏感的弹性参数。W5井的碳酸盐岩储层具有低密度、低速度和低波阻抗的特征，非储层致密层密度值高、波阻抗呈高值。图2为多口钻井不同弹性参数与深度交会图。由图2可知，密度参数对储层与非储层的识别最敏感，相互界限清楚，储层与非储层的界限槛值为2.67 g/cm3，密度小于槛值的碳酸盐岩为储层，密度大于槛值的碳酸盐岩为致密层。

基于上述储层弹性参数分析结论，进行了叠前密度反演试验，过W5井和W4井的叠前密度反演剖面如图3所示，图3中红—黄色标所指示的地层为低密度异常的范围。同一岩性下，密度值越低，代表储层越发育(钻井较少，暂不考虑充填因素)；锯齿状黑色线是根据测井资料、钻井资料、测试资料解释出的储层线，长线表示Ⅰ或Ⅱ类储层，短线代表Ⅲ类储层。对储层线及反演剖面进行标定，发现密度反演剖面中红黄色区对应优质储层区，绿色代表Ⅲ类储层区。结合储层精细标定确定碳酸盐岩优质储层与Ⅲ类储层的槛值为2.64 g/cm3。因碳酸盐岩储层受压实作用影响较小，且下部地层缺乏储层样本，所以对下部储层的预测采用与上部相同的槛值识别。

图1　G1、G2、G3、W1、W2、W3、W4、W5井泥岩段密度分布Fig.1　The density distribution map of shale segment of G1、G2、G3、W1、W2、W3、W4、W5 well

图2　多口钻井不同弹性参数与深度交会图Fig.2　Multi-port drilling crossplot of different elastic parameters and its depth

3.3碳酸盐岩储层叠前反演预测

根据岩石物理分析和叠前密度反演质量分析得出的认识，本节将利用密度反演数据体预测研究区具有低密度异常的储层的分布范围。从图3可以看出，叠前密度反演剖面中奥陶系碳酸盐岩地层中存在3层储层，分别为一间房组底部—鹰山组顶部储层、鹰山组上段储层、鹰山组下段储层。

在一间房组—鹰山组顶部，W5井钻井结果显示储层发育，一间房组测井解释Ⅱ类储层17 m/3层，Ⅲ类储层96 m/7层，鹰山组顶部解释Ⅱ类储层21m/3层，Ⅲ类储层24m/5层，大致对应密度剖

面中T75地震反射波上15 ms～下30 ms的范围，如图4(a)所示。由图4(a)可知，W5井的测井、测试标定结果与密度反演的低密度段相对应，所以红黄色区代表的低密度为有利储层发育区，剖面上呈连续状、大范围分布。W4井在该段钻井及测井解释储层较差，与密度反演剖面预测的差储层结果一致。一间房组—鹰山组顶部储层分布面积广，储层发育带呈北北东向的条带状展布，与该区主要断裂构造带发育方向一致[14]，重点发育在研究区的西南部。并且研究区内储层发育区与小的褶曲变形区较为吻合，对应裂缝型储层及裂缝孔隙型储层，是较为有利的勘探层系。

在鹰山组上段，W4井钻遇大型缝洞体，发生放空漏失，大致对应密度剖面中T75-1地震反射波下0～50 ms范围，如图4(b)所示。由图4(b)可知，剖面中低密度区较少，呈断续的珠状或短板状分布，密度剖面中低密度区对应W4井钻探的优质储层。鹰山组上段储层主要呈星点状分布，有利储层较少且分布不均匀。W5井在鹰山组上段钻遇储层较差，与反演结果一致。研究区缝洞型储层发育区与加里东中期—海西早期活动的断裂带具有一定的较好的关系[15]，储层可能沿断裂带受热液溶蚀改造。

在鹰山组下段，W5井钻遇的“串珠状”响应特征储层获得了重大的天然气突破，大致对应密度剖面中T76地震反射波下20ms～下150ms范围，如图4(c)所示。由图4(c)可知，密度按剖面中红色、黄色对应的低密度区，对应W5井钻遇的好储层。鹰山组下段储层主要呈星点状分布，规模储层个数为12个(图中红黄色区域)。研究区缝洞型储层发育位置小断层及微裂缝较为发育，储层可能受加里东中期大气淡水岩溶控制，及后期热液溶蚀改造[16]。

与前期叠后储层预测结果进行对比之后认为，密度反演对“串珠状”响应特征的储层预测具有一定的优势。地震剖面中，“串珠状”反射一般由多个波峰与波谷组成[17]，储层的发育位置难以确定；而在密度反演剖面中，低密度区对应储层发育部位，提高了储层预测的纵向精度，W4井和W5井也验证了其准确性。最新部署的W7井和W401井在一间房组及鹰山组顶部也获得了良好的油气显示，点火成功，其中W7井中途测试获得了工业油气流，该区钻井成功率不断提高。

4　结　 语

研究区位于顺南地区，地表为高大沙丘，且地下碳酸盐岩目的层埋深大，该区地震资料信噪比较低，利用叠后储层预测方法在纵向上对储层识别精度低。通过开展多井储层弹性参数的敏感性分析，认为密度是识别该区储层的敏感参数，通过叠前密度反演发现结果与钻井吻合度最高，能识别一间房组薄储层和鹰山组‘串珠状’储层在纵向上发育的位置，虽然该区的叠前储层预测取得了较好的成果，但后续还需通过钻井进行验证及约束，不断提高叠前储层预测技术在该区的适用性。

[1]Ostrander W J. Plane-wave reflection coefficients for gas sands at normal angles of incidence [J].Geophysics, 1982, 49(10): 1 637-1 648.

[2]Aki K, Richards P G. Quantitative seismology, theory and methods[M]. San Francisco: Freeman WH & Co,1980.

[3]王丽萍,顾汉明,李宗杰.塔中奥陶系碳酸盐岩缝洞型储层贝叶斯叠前反演预测研究[J].石油物探,2014，53(6):720-726.

[4]徐文静.叠前弹性波阻抗反演应用研究[D].北京：中国地质大学,2010:34-54.

[5]曹孟起，王九拴，邵林海.叠前弹性波阻抗反演技术及应用[J].石油地球物理勘探，2006，41(3)：323-326.

[6]许多,李正文.非均质气藏AVO反演及应用研究[J].矿物岩石,2001,21(1)：86-90.

[7]姜勇,李键,宋传会.AVO流体反演技术在低孔渗砂岩气藏预测中的应用[J].工程地球物理学报,2014,11(5)：673-677.

[8]Gray D. Bridging the gap:Using AVO to detect changes in fundamental elastic constants[C]//Society of Exploration Geophysicists. SEG Technical Program Expanded Abstracts, 1999:2 061.

[9]Fatti J,Smith G,Vail P,et al. Detection of gas in sandstone reservoirs using AVO analysis: A 3-D seismic case history using the geostack technique[J].Geophysics,1994,59(9):1 362-1 376.

[10]刘忠宝,李慧莉,钱一雄,等.塔中古城墟隆起下古生界碳酸盐岩沉积与储层特征[J].地质科学，2012,47(3):640-652.

[11]李宗杰.正演模拟验证叠前弹性阻抗反演在碳酸盐储层预测中的应用[J].石油物探,2013，52(3):323-328.

[12]宋桂桥,马灵伟,李宗杰.基于随机介质正演模拟的塔中顺南地区风化壳储层地震响应特征分析[J].石油物探,2013,52(3):307-312.

[13]黄超,兰明杰,秦贞超.多种测井曲线校正方法在塔中顺9井区的应用[J].工程地球物理学报,2014,11(4):493-497.

[14]杨圣彬,刘 军,李慧莉,等.塔中北围斜区北东向走滑断裂特征及其控油作用[J].石油与天然气地质，2013，34(6):797-802.

[15]钱一雄,陈跃,陈强路,等.塔中西北部奥陶系碳酸盐岩埋藏溶蚀作用[J].石油学报，2006，47(3)：47-53.

[16]漆立新,云露.塔河油田奥陶系碳酸盐岩岩溶发育特征与主控因素[J].石油与天然气地质，2010,31(1):1-12.

[17]李宗杰.塔河油田碳酸盐岩缝洞型储层模型与预测技术研究[D].成都：成都理工大学,2008:110-111.

The Application of Pre-stack Seismic Inversion Technology to the Carbonate Reservoir Prediction in the Shunnan Area

Wang Baocai1，Liu Jun1， Chen Li2，Jia Xiaojing1

(1.ResearchInstituteofExploration&Development,NorthwestOilfieldCompanyofSinopec,UrumqiXinjiang830011,China；2.No.2TaheProductionPlant，NorthwestOilfieldCompanyofSinopec,LuntaiXinjiang841604,China)

Shunnan is the favorable area for gas exploration of Tarim basin. To improve the efficiency of oil and gas exploration, we use pre-stack seismic inversion technique in the region to carry out exploratory research on carbonate reservoir prediction. First of all, working area drilling, logging, testing and core data are used for logging curve analysis and quality standardization work, which can improve the reliability of logging curve. Secondly, by conducting multiple well reservoir elastic parameter sensitivity analysis, the density parameters are thought to be rather sensitive to the reservoir identification. Pre-stack elastic parameters inversion profiles and drilling reservoir have been analyzed comparatively, which proves the density of pre-stack inversion is highly consistent with actual drilling and improves the vertical accuracy of reservoir prediction.

carbonate rock; pre-stack seismic inversion; elastic parameter; reservoir prediction

1672—7940(2016)04—0508—05

10.3969/j.issn.1672-7940.2016.04.018

王保才(1965-)，男，高级工程师，主要从事油气勘探、地震资料综合解释等方面的工作。E-mail:wbc3721@163.com

P631.4

A

2015-12-05