沧东凹陷孔二段细粒沉积岩致密油甜点预测

李岳桐 卢宗盛 吴振东 李玉海 李冰玲 王仁康

(①中国地质大学(武汉)地球科学学院，湖北武汉 430074； ②东方地球物理公司研究院大港分院，天津 300280)

1 引言

随着中国东部富油气区勘探开发程度的提高，细粒沉积岩致密油已成为重要的接替领域。传统的细粒沉积岩包括黏土岩、泥岩、页岩等。针对沧东凹陷孔二段实际情况，周立宏等[1]、鄢继华等[2]认为该区细粒沉积岩具有“三端元、四组分”的分类标准，以细粒沉积岩中含量普遍较高的碳酸盐岩、长英质及黏土等矿物为三端元，将细粒沉积岩划分为细粒长英沉积岩类、碳酸盐岩类、黏土岩类和细粒混合沉积岩(各类矿物质量分数均不大于50%)等四种组分。在致密油研究中细粒沉积岩“甜点”是指能够提供较高工业产能的优质储层发育区[3]。

由于致密油具有岩性复杂、横向变化快的特点，常规的地震预测方法难以识别岩性及预测甜点。宋效文等[4]通过零值剥离地层切片的方法预测甜点发育区，为沧东凹陷致密油甜点预测提供了借鉴。此外，缺乏利用地球物理技术预测沧东凹陷孔二段致密油甜点的应用实例。目前针对致密油甜点的预测方法主要有：①基于叠前反演的优质储层预测方法[5-9]。通过叠前反演，利用纵、横波速度及泊松比等参数，建立致密油储层的岩石物理模型。但是该方法需要工区的横波资料，若有多波地震资料最好，至少要有横波测井资料，在一般地区并不满足。②基于叠后地震数据的反演方法[10，11]。目前主要为地质统计学反演以及相控储层反演，这两种方法是预测薄储层及致密油甜点的有效反演方法。③基于多技术手段联合、多属性融合的甜点预测方法。董宁等[12]综合应用岩石物理分析、属性优化、分频地震属性以及随机反演等多种技术手段提高预测精度；牛聪等[13]通过地震正演模拟、地震相分析、纵横波联合反演等方法减小甜点预测的误差。

综上所述，针对致密油储层的预测难点，需要井震结合以及多属性融合才能达到较为理想的预测效果[14，15]。本文根据沧东凹陷的地质特点以及缺乏针对性的地球物理技术预测甜点发育区的现状，应用“逐级剥离”思路，以常规叠后地震资料为基础，通过取心井岩石地球物理分析和正演模拟，分析甜点储层段地震响应特征及敏感属性，构建融合属性预测细粒沉积物分布，进一步应用敏感特征曲线反演精细预测甜点分布。经钻探证实，文中方法取得了很好的效果。

2 研究区概况

沧东凹陷位于黄骅坳陷南部，夹持在沧东、徐西断层之间，主体勘探面积为1500km2。孔二段主要为湖泊和三角洲相沉积[16-18](图1)。受沧东与徐西两条边界断层的控制，湖盆呈近北东向狭长展布，自盆缘至湖心呈环带状依次发育沿岸的外环常规砂岩相带、内环的细粒沉积岩相带。孔二段自上而下划分为Ek21、Ek22、Ek23和Ek24四个油组，其中Ek21上部为高位期低电阻灰色泥岩沉积，Ek21下部至Ek23为湖扩期深灰色细粒沉积岩，末期发育远岸水下扇，Ek24为低位期中细砂岩(图2)。孔二段是沧东凹陷主力生烃层，有机质丰度高、生烃强度大，呈细粒沉积岩致密储层与优质烃源岩互层式大面积连片分布,形成典型的源—储共生型细粒沉积岩致密油。

从孔二段四级旋回格架对比图(图2)可以看出，该区孔二段储层较薄、岩性复杂，并且岩性横向变化快。G108-8井500m的系统取心井资料揭示，孔二段发育5套致密油甜点：Ek21中下部(图2的①)、Ek22、Ek23(图2的③、④)三个细粒沉积岩致密油储层集中段，Ek22顶部(图2的②)、Ek24(图2的⑤)两个致密砂岩集中段。试油结果表明：细粒沉积岩“甜点”的碳酸盐岩含量较高，岩性为白云岩、白云质粉砂岩与细粒混合沉积岩；物性差，孔隙度小于9%，渗透率小于1.2mD。

图1 沧东凹陷孔二段沉积体系图[4]

图2 孔二段四级旋回格架对比图

3 细粒沉积岩致密油甜点预测

针对孔二段细粒沉积岩致密油储层薄、岩性复杂、纵横向变化快、地震资料分辨率低、常规手段预测难度大的问题，总的预测思路是应用“逐级剥离”的方法预测甜点。首先运用模型指导下的融合属性预测岩性，剥离掉常规砂岩，然后进行敏感特征曲线反演，逐级剥离掉泥岩，得到细粒沉积岩致密油储层甜点分布。

3.1 属性融合岩相预测

3.1.1 岩—电特征分析

由于细粒沉积岩相区岩性复杂，首先利用大井段取心资料，开展岩性与电性特征分析，建立岩性识别模板(图3)。对于无岩心探井地区，根据岩性识别模板，充分利用薄片分析及其他地质资料重建岩性。通过分析多口井的岩电特征，明确了不同岩性的测井响应特征：Ek24砂岩具有低声波时差、高密度、低自然伽马、中电阻率的特征； Ek22顶部砂岩具有低声波时差、中等密度、高自然伽马、低电阻率的特征；Ek21-Ek23白云岩具有低声波时差、高密度、低自然伽马、高电阻率的特征；细粒混合沉积岩具有中等声波时差、中等密度、中等自然伽马、高电阻率的特征；泥岩具有高声波时差、高自然伽马、低密度的特征。

3.1.2 单井模型正演

根据岩电特征建立的地质模型及实测声波时差建立的速度模型进行模型正演(图4)，综合分析正演合成记录与实际地震资料，了解不同岩性组合的地震响应特征。研究表明，砂岩发育区为高频、弱反射，砂泥岩互层为高频、强反射，泥页岩与过渡岩互层为低频、中强反射。

图3 G108-8井声波时差与电阻率(a)、密度(b)交会图板

图4 单井正演模型

3.1.3 常规地震属性分析

利用常规三维地震资料开展孔二段各油组的常规地震属性分析，发现瞬时振幅和瞬时频率对岩性较敏感(图5、图6)。瞬时振幅和瞬时频率属性在平面上呈环形，与宏观的沉积规律有一定的耦合关系。单井正演模型和平面预测结果表明，细粒沉积物岩相区大都表现为低频、强振幅，但部分区域的单一属性预测结果与实钻结果有较大差异，具体表现为：①单一的振幅属性无法准确预测的区域。如在瞬时振幅属性图(图5)中的A区域，实钻结果为常规砂岩相区，但在该图上A区域与邻近的细粒沉积岩相区均表现为强振幅(红色)响应，利用井间关系无法解释；②单一的瞬时频率属性无法准确预测的区域。如在瞬时频率属性图(图6)中的B区域，实钻结果为常规砂岩相区，但在该图上B区域与邻近的细粒沉积岩相区均表现为低频(红色)响应。若能充分利用盆缘不同物源体系造成的振幅和频率变化，可更准确地反映岩性变化。尽管利用单一属性无法有效预测细粒沉积岩的分布，但利用振幅与频率的融合属性可区分细粒沉积岩相区与常规砂岩相区。为了进一步区分这三个区域，通过融合属性精细预测细粒沉积物。经过统计，该区孔二段频率为8～30Hz,振幅为5000～19000。为了在融合计算时使频率和振幅达到统一数量级，构建融合属性公式

(1)

调整两个属性的数量级，通过数值正演模拟选择最优参数。式中：AR为融合地震属性；Amp为振幅属性； Freq为频率属性；m、n为融合参数。属性融合结果表明，A区为强振幅、高频响应，B区为弱振幅、低频响应，细粒沉积岩相区为中强振幅、中低频响应。

图5 沧东凹陷Ek21瞬时振幅属性图

3.1.4 融合参数确定

为了合理地确定融合参数，在单井分析的基础上，选取不同相区5口井的数据进行二维正演，根据单井的岩性划分和测井曲线的旋回特征，确定岩性的横向变化，建立连井岩性对比模型(图7)。利用岩性对比模型进行约束，参考实际地震资料确定岩性横向变化点，建立精细的二维地质模型(图8a)；利用得到的地质模型进行约束，根据实测声波数据插值建立速度模型(图8b)，所建速度模型既能很好地反映岩性横向变化引起的速度差异，又能提高岩性纵向分辨率。选取主频与实际资料一致的地震子波，采用射线追踪法对地质模型进行正演，得到的合成地震记录(图8c)与实际剖面特征一致，表明模型设计方法可靠。

图6 沧东凹陷Ek21瞬时频率属性图

图7 KN17井—GD2井孔二段岩性对比剖面

通过二维正演模拟实验，认为当n=m=2时，提取的融合属性曲线能较好地反映过渡岩边界与地质模型的对应关系(图8d),即

(2)

3.1.5 属性融合

运用融合算法在地震资料上提取融合属性，计算出的融合属性与钻井数据具有较高的一致性，按其平面展布规律将凹陷划分为外环(Ⅰ区，对应常规砂岩相带)、内环(Ⅱ区，对应细粒沉积岩相带)两类岩相带(图9)，这与沧东凹陷孔二段沉积体系相一致。

3.2 “甜点”预测

3.2.1 敏感曲线优选

测井资料统计证实，自然伽马曲线在致密油发育区不能区分常规砂岩、细粒沉积岩变化。通过分析，优选电阻率和声波时差作为孔二段细粒沉积岩致密油甜点预测的敏感曲线。声波时差与电阻率交会(图10)分析结果表明，泥岩具有高、低电阻特征。取心资料热解TOC分析认为：高电阻泥岩是有机质含量高所致，主要发育在细粒沉积岩区；砂岩、白云岩、富含云质的细粒混合沉积岩电阻率从高到低都有分布，作为细粒岩沉积相区的白云岩和含云质的细粒沉积岩具有高电阻特征。

图9 沧东凹陷Ek21融合属性图

图10 沧东凹陷孔二段电阻率—声波时差交会图板

3.2.2 敏感特征曲线反演

优选出敏感曲线后，制定了细粒沉积岩致密油甜点预测的技术流程。通过电阻率拟合声波时差进行叠后地震资料反演[19,20]，预测具有高电阻特征的致密油甜点段和泥岩的分布。利用高电阻泥岩与细粒沉积岩致密油甜点段在声速上的差异进行速度反演，区分低速的高电阻泥岩、高速细粒沉积岩甜点发育区。

图11 KN17-GD2井电阻率拟声波反演剖面

首先，利用波阻抗与电阻率交会图拟合经验公式计算出拟合阻抗，新的合成数据对甜点的识别能力得到加强。图11为KN17—GD2井的电阻率拟声波反演剖面。由图可见，KN26x1—GD2井间Ek21、Ek22为高阻区，向KN17一侧和GD2井区一侧电阻率逐渐变低，钻井资料证实细粒沉积岩高电阻发育区集中在GD6X1—GD13井区。图12为沧东凹陷Ek21电阻率拟声波反演平面图，预测出三个高电阻发育区，总面积达270km2。

其次，在高电阻岩性发育区内进行速度反演，利用高电阻泥岩与高电阻甜点段速度的差异剥离高电阻、低速泥岩，得到的高阻抗区为细粒沉积岩致密油甜点区。图13为沧东凹陷Ek21速度反演平面图。由图可见，存在三个细粒沉积岩致密油甜点区，总面积达185km2，预测结果与实钻结果吻合率较高，有效指导了细粒沉积岩致密油甜点钻探。

图12 沧东凹陷Ek21电阻率拟声波反演平面图

图13 沧东凹陷Ek21速度反演平面图

4 应用效果分析

通过逐级剥离的方法预测出小集地区(面积为105km2)、官西高斜坡区(面积为30km2)、孔西低斜坡区(面积为50km2)等三个Ek21细粒沉积岩致密油甜点区，合计面积达185km2(图14)。近期对小集—孔西斜坡区致密油钻探取得了较好效果，其中官东地区的GD6x1井压裂后在Ek21日产油32t，G1608井在Ek21日产油47t； 孔西斜坡的GX1x1井压裂后在Ek22日产油21.3t。展示了沧东凹陷孔二段致密油勘探的良好前景，同时证实了文中的致密油甜点预测方法具有一定的实用性。

图14 沧东凹陷Ek21综合评价图

5 结束语

(1)基于岩心资料及测井资料的岩电特征分析可以准确地描述不同岩性的电性特征，从而有针对性的建立地质模型进行数值正演模拟以分析不同岩性组合的地震响应，这是细粒沉积岩致密油甜点研究的基础；

(2)优选敏感地震属性并进行合理的多属性融合计算，可较准确地预测沧东凹陷孔二段细粒沉积岩的分布，证实该技术适用于叠后地震数据体的细粒沉积岩致密油甜点预测；

(3)在沧东凹陷细粒沉积岩相区，电阻率曲线和声波曲线识别岩性最为敏感，通过电阻率拟合声波时差进行叠后地震资料反演可有效地预测细粒沉积岩致密油“甜点”的空间分布，为致密油勘探部署提供依据。