鄂尔多斯盆地中东部盐下储层预测关键技术

蔡克汉 刘 峰 张 娜 高 改

(中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院，陕西西安 710018)

1 引言

鄂尔多斯盆地下奥陶统马家沟组发育马一段、马三段、马五段等3套巨厚的膏盐岩沉积，其中马五段是马家沟组最后一期的膏盐岩沉积地层，其内部又进一步细分为4个膏盐岩亚段(马五10、马五8、马五6、马五4)，马五6的膏盐岩沉积面积约为5×104km2的，主要分布在盆地中东部地区。因此，通常所指的马家沟组盐上和盐下地层均以马五6亚段为划分界限[1]。近几年来，长庆油田在盆地奥陶系中组合(马五5-10)的马五5白云岩岩性圈闭气藏勘探取得突破的同时，进一步向深层勘探，在马五6盐下有多口井钻穿马五7-10，其中4口井在盐下白云岩中相继钻获高产气流，显示了马五7-9良好的勘探前景，盐下勘探将是下一步天然气勘探的重点领域[2，3]。

然而，该区气藏成藏控制因素复杂，马五6膏盐岩下伏地层马五7-9发育膏盐岩、灰岩、白云岩、泥岩等4种岩性，且白云岩与膏盐岩、灰岩波阻抗差异小，导致地震反射系数小，目的层上、下地震反射能量弱，对地震反射模式认识不清。主力储层马五7-9地层厚度变化非常快(20～85m)，白云岩有效储层厚度一般小于6m，纵、横向变化快，非均质性强，致使利用地震方法预测储层难度较大。

有关盐下储层地震预测的相关文献甚少。李天荪等[4]认为，纵波阻抗不能有效区分黄骅坳陷的膏岩与下伏白云岩储层，而利用密度或PE(光电截面指数)曲线能较好地区分二者。但是由地震反演无法得到密度或PE参数，由拟合PE曲线的低频部分与纵波阻抗的高频部分得到的拟纵波阻抗曲线进行约束地震反演，得到拟纵波阻抗数据体，可较好地区分膏岩与白云岩储层。

含气性检测方面的研究较多。李凌高等[5]利用基于岩石物理分析敏感参数优选的叠前反演方法检测苏里格气田的含气性。窦玉坛等[6]利用叠前分角度域吸收衰减分析、叠前NI-PR属性彩色交会解释、基于FOA构建的虚拟井约束的纵波及多波叠前同时反演等技术对苏里格地区进行含气性检测和气、水识别。

本文结合前人的研究成果，在高精度奥陶系碳酸盐岩内幕成像资料的基础上，形成了模型正演、岩石物理建模、基于敏感参数的叠前弹性参数反演、含气性检测等针对性储层预测关键技术，在储层预测和井位部署中获得了较好的效果。

2 储层预测关键技术

2.1 模型正演

以地震资料频谱分析为基础的模型正演对地震资料品质分析和地质解释具有指导作用，在地震资料真实、可靠的基础上，依据不同地质模型的正演结果与实际地震反射特征的匹配程度，赋予地震振幅及其与频率等参数组合的地质意义[7，8]，主要作用为：一是针对由储层横向变化及地震资料可分辨率的储层厚度差异引起的地震振幅强弱、连续性变化的地质解释，主要表现为地震反射由单波变复波、振幅由强变弱的地震、地质解释；二是针对地震波组的空间几何关系的地质解释，在明确地质背景和沉积体系的条件下，均可通过模型正演结果与实际地震资料的符合程度验证地质模型的准确性，从而指导下一步依托地震资料解释成果的岩性目标识别工作。目前对研究区的地质认识不成熟，对有利储层的地震反射模式认识不清。因此尝试采用地震模型正演技术探索盐下有利储层地震反射特征，指导地震储层预测和井位部署。

所建盐下模型参数来自二叠系(石千峰组、石盒子组、山西组)、石炭系(太原组、本溪组)、奥陶系(马家沟组)，由7口井(Tao48、Tong57、Tong58、Tong74、Tong59、Shan41、Tong56)的测井曲线标准化后沿钻井分层内插、外推得到。马家沟组从上到下依次为奥陶系顶到马五9以下地层，Tong74井在马五6上部钻遇厚度为43m的块状膏盐岩，下部钻遇薄互层膏盐岩，在盐下的马五7-9钻遇厚度为7.5m的白云岩储层，含气层厚度为5.5m，试气获得高产(日产气百万方)。Tong58井在马五6全段均钻遇块状膏盐岩，在马五7-9钻遇较薄储层，试气获低产气流。Tong57井在马五7-9钻遇厚度为3.5m的含气层，水层厚度为2.4m(未试气)。其他井在盐下未钻遇有效储层。

基于完全弹性波波动方程，采用有限差分法[9]对盐下地质地球物理模型(图1上)正演模拟，经过对单炮数据进行静校正、一致性等叠加成像处理得到正演剖面[10](图1下)，为便于波形对比，将其沿马五5底界拉平。由正演剖面(图1下)可见：在Tong74井处马五6内部表现为中—强波峰反射，是由于上部的块状膏盐岩和下部的薄互层膏盐岩存在一定的波阻抗界面，对其下的气层形成封堵作用所致；马五7-9为弱复波(波峰)反射，是由于马五7-9的气层与上、下围岩存在较弱的波阻抗差异所致。

图1 过井盐下地质地球物理模型(上)及其正演剖面(下)

模型长度为4400m，主要层系为马五6、马五7、马五8、马五9。模型网格尺寸为4m×2m。观测系统基本参照该区野外实际地震采集参数布设。震源为爆炸震源，主频为30Hz，中间放炮，两边接收。炮间距为20m，采样间隔为1ms，排列长度为4400m，道间距为10m，覆盖次数为10次。

2.2 岩石物理建模和曲线正演

地层通常由岩石骨架和孔隙流体组成，地震波在地层中的传播速度往往受岩石组分、埋深、地层压力、非均质性以及孔隙流体等各种因素的复杂影响，是彼此相互影响、综合作用的结果[11，12]。通过模拟地下地层环境，可以建立不同的岩性和流体组合，以探索岩石物理弹性参数与储层之间的关系。

岩石物理建模以Gassmann方程为基础，第一步是利用已知井的测井资料和岩心实验分析等数据统计、确定砂、泥岩的速度、密度、体积模量、剪切模量，设定储层段的地层水矿化度、气比重、温度和压力，通过建立模型的方法求取岩石骨架的弹性模量。第二步是建立岩石—孔隙混合流体模型，在地层条件下利用流体替换等方法求取混合流体的弹性模量。第三步是将岩石骨架和孔隙流体进行混合，利用Gassmann方程计算含流体岩石的体积模量、剪切模量和密度，并利用弹性模量与密度和速度的关系求得纵、横波速度。其中第二步是一个重要的环节，在实际应用中广泛采用Wood方程[13]。但是已有的研究表明[14]，在致密砂岩储层和碳酸盐岩储层中，由于存在非均匀充填现象，Wood方程不再适用。

Domenico[13]认为，当岩石孔隙较小、且孔隙尺度不均匀时，Wood模型不适合某些实验数据，由此建立一种气、液混合方法计算两相混合流体的体积模量

Kfl=SwaterKwater+(1-Swater)Kgas

(1)

Brie等[15]将上式修正为

(2)

王大兴[16]在研究苏里格致密砂岩含气储层时发现，Brie模型较好地表征了储层弹性参数与含气饱和度的关系。为此，文中分别用Wood模型和式(2)(e=2、e=3)分别计算混合流体的体积模量，并求得相应的纵波速度(图2)。图2为由Wood模型和式(2)得到的结果。由图可见，在储层段(测井解释孔隙度不为零)由Brie(e=2)计算的纵波速度与实测纵波速度相关度最好，二者几乎重合。因此，选取e=2时的Brie方程(式(2))计算该区混合流体的体积模量。

图2 由Wood模型和式(2)得到的结果

得到岩石骨架和混合流体的体积模量后，将岩石骨架和孔隙流体混合，利用Gassmann方程

(3)

求取含流体岩石的体积模量、剪切模量及纵、横波速度。式中：ρ为密度；Kdry为干岩石体积模量；Kma为基质体积模量；μdry为干岩石剪切模量；φ为孔隙度。

图3为Jintan1井实测曲线与正演曲线对比图。由图可见，由正演得到的纵、横波速度和密度曲线与实测曲线吻合度较高，在储层段几乎重合。

2.3 敏感参数优选和叠前反演

针对盐下储层与非储层波阻抗差异小的特点，对具有独立物理意义的弹性参数进行两两交会分析，优选区分效果最好的弹性参数作为储层敏感参数反演叠前弹性参数，以识别储层。图4为盐下马五6-9泊松比—纵波阻抗交会图。由图可见，气层的泊松比小于0.27，与纵波阻抗交会可以较好地圈定有效储层。因此，利用反演的泊松比剖面识别白云岩，由泊松比与波阻抗交会图预测含气性。使用Jason软件的稀疏脉冲反演方法[17，18]进行反演，识别储层的分辨率达到1/8地震波长。

图3 Jintan1井实测曲线与正演曲线对比图

图4 盐下马五6-9泊松比—纵波阻抗交会图(取自Tao38、Jintan1、Tong74井的数据)

2.4 流体活动性属性检测流体

流体活动性属性技术是在研究低频域流体饱和多孔介质地震反射系数的简化近似表达式基础上开发的一套储层流体预测技术[19,20]。流体活动性属性定义为地震反射振幅对反射频率偏导的绝对值，反映了渗透性储层和非渗透性储层频谱的变化率，与储层渗透率成正比。根据地震波在孔隙流体中发生高频衰减、低频共振的原理可知，在低频段渗透性储层与非渗透性储层频谱的变化率为正异常，在高频段频谱的变化率为负异常。即含气储层在低频段振幅谱斜率为“大正异常”，在高频段振幅谱斜率为“小负异常”。

图5为由地震正演剖面提取的流体活动性剖面。由图可见，在7口井中只有Tong74、Tong58和Tong56井在马五7-9呈负异常，即含气较好，其中在Tong74、Tong58井处的结果得到钻探证实。

图5 由地震正演剖面提取的流体活动性剖面

3 应用效果

Tong74井在盐下白云岩目的层试气获日产百万方高产气流，勘探获得重大突破。为进一步深化勘探、圈定含气面积，利用针对性储层预测技术部署了Jin6井。首先，该井点在盐下马五7-9白云岩的反射特征与Tong74井一致，均呈弱复波反射(图6)。其次，流体活动性表现为高频“小负异常”(图7上)。其三，泊松比表现为低值，与纵波阻抗的交会结果(图7下)指示存在有效储层(黑色条带处，在纵波阻抗与泊松比交会图中圈定有利值域范围，泊松比剖面上圈定的样点被黑色覆盖)。钻探结果显示，Jin6井在马五7-9实钻储层厚度为46.1m，其中含气层厚度为17.5m，试气产率为4.73×104m3/d。钻探结果进一步佐证了盐下储层预测关键技术的有效性，为深化勘探提供了有力的技术支撑。

图6 展示Jin6井与Tong74井反射特征的地震剖面

图7 X测线流体活动性剖面(上)、纵波阻抗与泊松比交会剖面(下)

4 结论

(1)盐下有利储层的地震反射特征为弱复波反射。

(2)选取e=2时的Brie方程(式(2))计算研究区混合流体的体积模量，能较好地表征盐下储层弹性参数与含气性的关系，可用于岩石物理建模和横波预测。

(3)气层的泊松比小于0.27，它与纵波阻抗交会可以较好地圈定有效储层。流体活动性属性的高频“小负异常”指示含气性储层。