叠前弹性参数反演及FFP分析技术在东海A气田开发中的应用

李炳颖，王伟，黄鑫，陈波，张锡楠

(中海石油(中国)有限公司上海分公司，上海 200335)

0 引言

基于三维地震资料的储层预测和油气检测技术在油气田勘探开发中发挥着重要作用。传统储层预测及烃检方法是建立在叠后地震属性分析[1]和叠后反演基础上的。20世纪70年代，基于地震振幅特征的“亮点”“暗点”“平点”技术开创了利用地震信息进行烃类检测的先河[2-3]。20世纪80年代，叠后波阻抗反演技术蓬勃发展[4-5]，反演能够将反映地层界面信息的地震数据转换为反映岩性变化的波阻抗信息，从而直接与地质、钻井信息对比，该技术广泛应用于储层预测和油藏描述中。随着地震勘探的深入和油气储集体越来越复杂,仅用少量或单一的叠后地震信息难以达到识别储层和油气的目的,因此数据信息更丰富的叠前地震资料应用及相关技术研究逐渐成为热门。基于叠前地震的振幅随偏移距的变化(Amplitude variation with offset,简写AVO)技术和弹性参数反演技术能更有效地实现对复杂储层的岩性和含油气性识别[6-8]。

本文针对东海油气田花港组储层横向变化快、砂泥岩波阻抗叠置导致无法准确刻画储层和检测油气的难题[9-10]，将叠前弹性参数反演和FFP分析技术相结合。首先通过反演岩性敏感弹性参数刻画储层展布，进而利用反演的多个流体敏感参数进行FFP分析求取含油气砂岩的空间概率，实现对储层含油气性的定量预测。这一“两步走”的技术思路能充分挖掘叠前反演结果中的岩性和流体信息，对储层和含油气性的有效预测具有重要意义。

1 研究区概况

A气田位于东海陆架盆地西湖凹陷中央反转构造带南部(图1)，为一完整的长轴背斜构造，东、西次凹多向供烃，供油气条件好。该气田构造形成于中新世末期的龙井运动，以反转挤压作用为主，断层少，断裂活动弱，形成了完整的背斜构造，后期冲绳海槽的扩张运动对气田构造的影响较小，圈闭保存条件好，晚期断层不发育，保证了花港组主要目的层圈闭的完整性，非常有利于油气的保存。

图1 研究区地理位置
Fig.1Geographicallocationofthestudyarea

该气田地层自下而上为古近系渐新统花港组，新近系中新统龙井组、玉泉组、柳浪组，新近系上新统三潭组和第四系东海群。本文研究目的层为渐新统花港组。从探井A1井单井相分析认为，研究区花港组上、下段为浅湖—三角洲相沉积，储层主要为分流河道、河口坝以及三角洲前缘砂体(图2)。

图2 A气田A1井单井柱状图Fig.2 Single well column of Well A1 in A gas field

取心显示主要岩性为细砂岩，主要发育H3、H5、H6砂岩，H1-H2盖、H3储的区域性储盖组合，H4-H5上部盖、H5下部储的区域性储盖组合，H6上部盖、H6下部储的局部储盖组合。铸体薄片显示主要为岩屑砂岩，储集空间主要为孔隙型，以粒间溶孔为主，分选中等—好，H6井壁取心储层孔隙度9.11%～14.53%，渗透率0.05×10-3～4.54×10-3μm2，属于中孔、中低渗储层。

A气田开发主力层为H6层，储层埋藏深度为3 260～3 400 m,主要为分流河道砂体，横向岩性及物性变化快，开发前在含气范围内只有一口探井，储层展布存在较大的不确定性，开发实施水平井有一定风险。因此，如何开展有效的储层预测和烃类检测是落实储层风险、寻求油气潜力的关键。

2 技术方法

2.1 叠前弹性参数反演技术原理

叠前弹性参数反演是基于Zoeppritz方程[11]描述的地震波反射系数、透射系数与界面两边的弹性参数以及入射角的关系(式(1))。不同入射角的反射系数与地震子波褶积得到的就是叠前不同入射角的地震振幅，在已知地震振幅、地震子波和角度信息的基础上，利用Zoeppritz方程或其近似公式就可以反演出纵横波速度、密度等弹性参数。与叠后反演的纵波阻抗参数相比，叠前反演的弹性参数包含横波信息，对储层物性和流体性质更加敏感，因此利用该技术能实现对复杂油气储层岩性和含油气性的识别，刻画储层的空间分布[12-13]。

,

(1)

式中：Rpp、Rps、Tpp、Tps分别为P波反射系数、S波反射系数、P波透射系数、S波透射系数；θ1、θ2、φ1、φ2为以上4种波的反射(透射)角,(°)；vp1、vs1、ρ1和vp2、vs2、ρ2为反射界面两侧的纵横波速度、密度。

叠前反演的技术流程如图3所示。其中关键环节包括地震和测井资料的质控和优化、岩石物理分析和建模、井震标定和子波提取、低频模型的建立和反演参数测试，及反演结果的综合解释应用等。

图3 叠前弹性参数反演技术流程Fig.3 Flow chart of pre-stack elastic parameters inversion technique

2.2 基于弹性参数的FFP分析技术原理

FFP分析是对地层空间岩相或流体存在可能性进行定量预测的一项技术。该技术对多种岩相或流体的多个弹性参数进行交汇分析，拟合各种岩相或流体的弹性参数的概率密度函数，再基于概率密度函数和反演弹性参数体进行贝叶斯模糊判别，从而计算空间每一点各种岩相或流体类型的概率[14-15]。与直接应用反演的弹性参数结果相比，基于FFP分析得到的岩相或流体类型数据体具有更加明确的地质含义，而且根据各种岩相的概率分布趋势，可定量评估岩相或流体预测风险。基于FFP分析的岩相或流体预测可分2步进行(图4)：①岩石物理分析确定对岩相或流体敏感的多个弹性参数(图4(a))，并反演出弹性参数体(图4(b))；②利用多个弹性参数体的FFP分析技术预测岩相或流体的空间概率分布(图4(c)、(d))。

(a) 纵横波速比 (b) 纵波阻抗

(c) FFP分析 (d) 岩相或流体概率

图4 基于弹性参数的FFP分析技术示意图
Fig.4FFPanalysistechniquesketchbasedonelasticparameters

3 应用效果

3.1 基于叠前弹性参数反演的储层预测应用

对A气田目的层段进行岩石物理分析，落实岩性敏感弹性参数(图5)。结果表明：该气田砂岩与泥岩的纵波阻抗(P-impedance)值域范围叠置，无法区分岩性，叠后纵波阻抗反演不可行；纵横波速比(vp/vs)对岩性敏感，能较好区分砂泥岩，vp/vs划分岩性的门槛值为1.75左右，低于1.75基本为砂岩，反之为泥岩，因此通过叠前反演得到的vp/vs弹性参数体能够有效预测该气田储层。

图5 A气田岩性敏感弹性参数分析Fig.5 Analysis of lithologic sensitive elastic parameters in A gas field

图6为A气田H6层沿层vp/vs反演结果，红、黄色低值代表砂岩。从图中可看到水下分流河道特征明显，河道边界清晰，有利储层位于河道主体部位。反演结果揭示H6层的开发井A2H井设计轨迹在主河道边缘，水平着陆段可能钻遇大段泥岩。针对这一风险，对A2H水平段进行了2次优化，如图7所示(图6中线框区域局部放大)，将轨迹往北偏移，确保高砂岩钻遇率。A2H井优化前后的过井vp/vs剖面如图8所示。从剖面分析可知原设计轨迹水平着陆段预计会钻遇约300 m长的泥岩段，砂岩钻遇率低，风险大；而优化后的最终轨迹路过的泥岩段大幅减短，储层风险较小。A2H井按照最终优化轨迹实施后实钻结果与预测完全一致，从中完点往前在vp/vs属性弱的部位钻遇40 m泥岩后成功着陆，后续轨迹一直控制在vp/vs属性强的砂岩里钻进，钻遇砂岩长度1 017 m，砂岩钻遇率高达95%，证实了叠前弹性参数反演技术对本区花港组储层预测的可靠性和准确性。

图6 A气田H6层叠前vp/vs反演属性
Fig.6Pre-stackvp/vsattributeofreservoirH6inAgasfield

图7 A气田A2H井位优化调整平面
Fig.7OptimizationofWellA2HinAgasfield

(a) 过A2H井设计轨迹反演vp/vs剖面

(b) 过A2H井第二次优化轨迹反演vp/vs剖面图8 A气田A2H井第二次优化后过井vp/vs剖面Fig.8 vp/vs profile before and after optimization of Well A2H in A gas field

3.2 基于弹性参数FFP分析的油气检测应用

在储层预测基础上，为了进一步落实A气田油气分布，寻找潜力目标，对目的层段开展了基于弹性参数FFP分析的油气检测。基于vp/vs和纵波阻抗2个弹性参数的FFP分析(图9)，双参数联合对含不同流体的砂岩及泥岩有一定的区分度，其中含气砂岩主要位于低vp/vs、低纵波阻抗的区域。利用高斯函数拟合了不同流体砂岩、泥岩的二维概率密度函数，对应图9中不同颜色的椭圆，同一颜色的内圈和外圈为某一岩相的二维累加概率达到68%和99%所对应的弹性参数分布范围，越靠近圈心，表明该岩相发育的可能性越大。将概率密度函数应用到叠前反演的vp/vs、纵波阻抗数据体，就可计算出不同岩相或流体的概率体，概率越高代表该岩相或流体的可能性越大。

图9 A气田基于弹性参数的FFP交汇分析Fig.9 FFP intersection analysis based on elastic parameters in A gas field

基于FFP分析得到的含气砂岩概率体指示在H5层南部构造高部位存在2个含气高概率的潜力气层，该气田原开发主力层为H6层，若H5层潜力可靠，可设计一口调整井A4井对H5层潜力气层进行开发，实现气田的增储扩产。已知A1井和A2H井钻遇的H6气层都表现为含气高概率，而A1井钻遇的H5a、H5b这2个水层都为含气低概率，已钻井和FFP预测结果完全吻合，由此推断H5层2个潜力气层较可靠，最终在H5层高部位实施了调整井A4井(表1)。A4井实钻结果与FFP预测结果完全吻合(图10，图11)，在H5层成功钻遇2套气层，气层厚度预测准确率达到76%以上，从而实现了对潜力气层的成功挖潜，也证实了基于弹性参数的FFP分析技术在油气检测方面的可靠性和准确性。

表1 A气田A4井H5气层厚度预测Tab.1 Gas layer thickness prediction of reservoir H5 in Well A4 in A gas field

图10 A气田基于FFP分析的含气概率剖面Fig.10 Gas-bearing sands probability profile based on FFP analysis in A gas field

图11 A气田A4井钻后砂体对比Fig.11 Sand bodies contrast of Well A4 in A gas field after drilling

4 结论

(1)岩石物理分析表明，研究区砂岩具低vp/vs特征，含气砂岩具有低vp/vs和低纵波阻抗特征。通过叠前反演vp/vs清晰刻画出了主力储层展布特征，成功指导了井位优化；基于Vp/Vs和纵波阻抗双参数的FFP分析实现了含油气砂岩概率的定量预测，发现了潜力气层，并指导调整井成功挖潜。良好的应用成效证实了研究思路的合理性和研究成果的可靠性。

(2)本次研究将叠前弹性参数反演和FFP分析2项技术相结合，以先描述砂岩、后油气检测的“两步走”策略，充分挖掘了叠前反演结果中的岩性和流体信息，解决了本区花港组砂泥岩波阻抗叠置的储层预测难题，对于东海油气田开发阶段储层的精细描述、风险分析和油气潜力预测有着广阔的应用前景。

(3)本次研究主要从反演的角度、基于弹性参数来进行岩性和含油气性预测。反演会存在模型化和多解性等问题。后续研究将进一步结合叠前AVO属性和地质沉积相等信息从多个角度进行综合分析判别，降低反演预测的不确定性。