基于褶积地震正演技术在碳酸盐岩储层预测中的应用——以川中高磨地区灯影组为例

赵容容, 张 宇, 周星合, 伍 东, 朱卫星, 林 旺, 薛宏智, 高义兵

(1.中国石油 西南油气田公司 勘探事业部,成都 610094；2.中国石油集团 工程技术研究院有限公司，北京 100045；3.中油测井西南分公司，重庆 400021)

0 引言

川中高石梯-磨溪构造带处于乐山-龙女寺加里东古隆起轴部东部，属川中古隆平缓构造区向川东南高陡构造区的过渡地带，是古隆起背景上的一个大型潜伏构造，处于古今构造叠合相对较高的部位。研究区震旦系灯影组整体构造格局表现为一个发育在乐山～龙女寺古隆起背景上的北东东向鼻状隆起，由西向北东倾伏，南缓北陡，构造呈多排列、多高点的复式构造特征[1-3]。

多次构造运动造成地层整体抬升形成岩溶地貌，储层横向非均质性较强，部分地层白云化不彻底，在灯四顶部分区域还存在石灰岩地层。另外，高磨地区震旦系灯影组沉积储层属于超深层高温高压地层(超过5 000 m深度)，地震分辨率极低(分辨率大于30 m)，储层内致密层和优质储层在地震剖面上无法区分，地震反演储层预测存在多解性，严重影响了井位部署及后期工艺井水平段的储层钻遇率。利用地震正演模拟不同地层组合对应的地震响应，可直观有效预测优质储层位置，克服地震反演储层预测。地震正演方法通常包括褶积正演法、射线追踪法和波动方程，赵虎等[4]论述了三种正演算法对地震属性的影响，其中振幅类和频谱类属性在三种正演方法中变化不大，而在调谐厚度处，褶积正演法受到干扰较小，曲线拐点小；高非[5]使用褶积正演模拟技术预测碳酸盐谷古沟槽、裂缝和孔洞,效果显著；李纬洲[6]使用地震褶积正演法预测煤层气发育情况，预测结果精度和稳定性都比较高；何军等[7]利用褶积模型预测川东南茅口组碳酸盐储层，减少了碳酸盐储层预测的多解性，提高了预测结果的精确性。

为此，利用探井导眼井的声波测井数据，建立不同的地质模型，利用褶积正演方法，正演不同地层组合等条件下的地震响应记录，模拟优质储层的地震响应特征，识别优质储层在地震记录上的位置，为工艺井侧钻层位及水平段实施跟踪分析提供决策意见，以提高工艺井储层钻遇率，降低钻井工程风险，达到勘探评价的效果。

1 储层沉积特征

1.1 岩性特征

灯影组以浅海台地碳酸盐岩沉积为主，共分为灯一至灯四共四段,气层主要分布在灯二段、灯四段，灯三和灯一为主要生油岩。

灯四段储集岩主要发育在丘滩相中，以藻凝块云岩、藻叠层云岩、藻纹层云岩、砂屑云岩为主。灯二段的储集岩主要以丘滩复合体的藻砂屑云岩、藻凝块云岩、藻叠层云岩为主(图1)。

图1 灯影组储集岩石类型Fig.1 The reservoir lithology of Dengying formation(a)磨溪8,针孔砂屑云岩,灯二段, 5 425.77 m～5 425.87 m;(b)磨溪9,藻凝块云岩,灯二段, 5 442.91.77 m～5 443.09 m(c)高石2,藻叠层云岩,灯二, 5 389.09 m～5 389.19 m;(d)高石16，砂屑云岩，溶孔发育，灯四段，5 452.86 m～5 453.03 m

1.2 储集空间及物性特征

碳酸盐岩储层的储集空间类型多样，既有受组构控制的粒间溶孔、粒内溶孔(含铸模孔)、晶间溶孔等，又有不受组构控制的溶洞、溶缝和构造缝[13-15]。通过对灯四段野外、岩心和薄片等的详细观察，根据其成因、形态、大小及分布位置，将其储集空间划分为以下几种：①孔隙(包括粒内溶孔、粒间溶孔、晶间溶孔和格架孔);②溶洞;③裂缝。根据本区试油测试结果，高产井基本以缝洞型储层位置，中产井为孔洞或溶洞型储层，低产井为孔隙型储层，裂缝不发育。

震旦系灯影组储层，整体表现为低孔低渗油气藏。优质储层孔隙度在2.02%～10.32%之间，总体平均孔隙度为3.35%～3.73%。储层岩心分析渗透率分布在0.01 mD～1.0 mD之间，平均渗透率为0.445 mD～1.16 mD。

1.3 储层地球物理特征

灯影组为超深层碳酸盐岩储层，其上部寒武纪筇竹寺组地层岩性为泥岩，密度和速度较低，进入灯影组后，岩性变为灰岩或白云岩，速度和密度明显增加。灯四段顶部在局部区域发育灰岩地层，白云化不够彻底(图2)。

图2 灯影组地层对比图Fig.2 Dengying sedimentary formation comparison map(a)邻井1测井综合解释结果;(b)邻井2测井综合解释结果;(c)邻井3测井综合解释结果;(d)邻井4测井综合解释结果

石灰岩的骨架声波时差为156 us/m,骨架速度为6 410.25 m/s,白云岩的骨架声波时差为143 us/m,骨架速度为6 993 m/s，二者差别不大。从灯影组地层对比上看，白云岩速度明显大于灰岩，但差别不是很大。由于灯影组储层类型以缝洞型为主，当地层存在裂缝或孔洞时，密度和速度曲线会明显降低，而本区解释的优质储层对应密度和速度值较低。从研究区各井速度上看，优质储层的速度范围在6 000 m/s～6 350 m/s,致密层的速度通常大于6 350 m/s。而密度曲线以为井眼垮塌严重，出现了畸变，不能真实反映地层密度特征，因此在制作合成记录时，利用Gardnar公式转换即可。

灯影组属于超深地层，地震分辨率低(主频小于35 Hz)，储层与致密层基本无法从地震剖面上区分，优质储层可能处于波峰位置，也可能处于波谷位置(图3)。常规地震剖面很难用于探井工艺井侧钻层位设计及水平段地层横向预测，为此研究不同地质状况下的地震正演模拟，确定优质储层对应的地震记录，为勘探评价提供指导。

图3 连井地震剖面Fig.3 The seismic profile with cross well

2 灯影组地震正演模拟储层预测研究

地震正演模拟算法包括波动方法正演模拟、射线追踪正演模拟以及基于自激自收的褶积模拟算法[16-17]。通过研究高磨地区的储层情况及各种方法的对比，认为基于自激自收的褶积模型基本可以正演不同地质情况下的地震响应特征，简单高效，与叠后地震记录比较吻合，且经过钻井证实比较可靠，有利于工艺井快速决策。

基于自激自收的褶积模拟地震正演算法公式为式(1)。

s(t)=r(t)*w(t)

(1)

式中：s(t)是合成记录；r(t)是反射系数；w(t)是地震子波。

地震正演模拟时，利用导眼井声波测井信息，建立水平层状速度模型，计算地层反射系数，根据实际地震频带，提取标准雷克子波，然后用子波与反射系数褶积计算，生成合成记录，并测试不同速度模型对应的地震记录，与原始地震记录进行对比，确定优质储层对应的地震记录，并用于工艺井横向储层预测对比，做出钻井决策。

高磨区块灯影组地震频带在28 Hz～35 Hz范围内，如图4所示，MX130井储层靠近顶部，早上顶部波峰减弱且下拉。图5是采样30 Hz频率，对不同情况的地层进行褶积正演模拟结果，图5(a)是顶部不存在储层时，顶部波峰不变化；图5(b)顶部存在低速体时，顶部波峰减弱，且变宽；图5(c)存在两个靠近的薄低速体时，顶部波峰减弱，变宽且下拉，这与契状模型理论相吻合。此种特征与实际的地震响应一致，据此可以根据确定水平井所钻箱体，指导随钻，提高储层钻遇率。

图4 高磨区块灯影组频谱和地震响应Fig.4 The frequency and seismic respond in Gaomo Project(a)目标层频率;(b)目标层实际地震响应

图5 不同地层组合时地震响应Fig.5 The seismic respond of different layer group(a)顶部无储层;(b)顶部存在低速体;(c)存在两个连续低速

在地震频带范围内，设计契状模型，使用不同主频的雷克子波测试优质储层地震响应特征，如图6所示，当储层靠近顶部时，三种主频子波正演模拟结果显示顶部波峰能量都变弱，而20 Hz子波正演结果对应的气层底部的波峰反射因为调谐效应会减弱，相位变宽，25 Hz的子波和30 Hz子波模拟的气层底部波峰反射结果变化不大。当储层远离顶部时，三种主频的子波正演模拟结果对于顶部波峰都增强，且随着致密层的增加，波峰能量趋于稳定。对于两个波峰之间的波谷，三种主频子波模拟的结果都显示储层靠近顶部时，波谷能量增强，储层远离顶部时，波谷能量减弱。

图6 不同雷克子波主频对应的正演模拟Fig.6 The seismic modeling with different Ricker Frequence(a)雷克子波主频20 Hz正演模拟;(b)雷克子波主频25 Hz正演模拟;(c)雷克子波主频30 Hz正演模拟

3 实例应用

以川中高石梯地区灯影组灯四段为例，该区块灯影组上部筇竹寺组稳定分布一套泥岩地层，速度较低(图7)，大概5 400 m/s。灯四段优质储层速度范围是6 100 m/s ～6 400 m/s,差气层的速度范围是6 350 m/s ～6 600 m/s,致密层速度范围是6 600 m/s ～7 000 m/s。图8是过井地震剖面，灯四段顶部地震反射为一个强波峰，而灯四段速度比筇竹寺组速度大，因此该分界面出的反射系数为正，推测地震子波为正相位子波。

图7 高石梯灯影组地层对比Fig.7 GaoShiti sedimentary formation comparison map of Dengying layer(a)临1综测图;(b)临2综测图;(c)临3综测图

图8 过井地震剖面Fig.8 The seismic profile with cross well

以高石梯区块某口井为例，建立层状速度模型，进行正演模拟，并与真实地震记录对比，找准优质储层位置，为后续工艺井侧钻及水平段实时跟踪提供依据。

根据导眼井，建立筇竹寺组和灯影组地层速度模型(图9)。目标箱体位于灯四顶部，正演模拟的结果显示灯四顶为相对弱波峰振幅；当目标箱体速度降低至6 100 m/s时，振幅变弱且变宽，如图10所示，说明地层发育裂缝或者缝洞，导致速度变低；图11是目标箱体在横向上充填裂缝或者孔隙时，并且横向上速度逐渐降低，对应的地震波峰逐渐变弱、变宽且出现下拉现象，说明缝洞越发育、速度越低，对应的振幅能量越弱，波峰变宽。

图9 导眼井及速度模型Fig.9 Pilot well and its velocity model(a)导眼井测井综合解释图;(b)导眼井地质模型;(c)导眼井地震正演

图10 目标箱体速度降低(6 200 m/s)对应的合成记录Fig.10 Decreasing the velocity of goal box to manufacture the synthetic seismogram(a)地质模型;(b)地震正演

图11 目标箱体内存在不同速度时对应的合成记录Fig.11 The synthetic seismogram of goal box with different velocity(a)地质模型;(b)地震正演

对比过该井的地震剖面(图12)，导眼井刚进灯四段时，储层物性较好，速度较低，解释为优质储层，对应的地震波振幅变弱，且有变宽、下拉现象，与正演模拟的结果一致。因此确定该井侧钻箱体为波峰减弱变宽处，井眼轨迹设计时，重点追踪波峰减弱处，垂向上为波峰至波谷处。

图12 过导眼井地震剖面Fig.12 The seismic profile crossing the pilot well(a)导眼井测井综合解释图;(b)过导眼井地震剖面

根据地震正演结果，设计探井工艺井侧钻方位，本井选择240°方位，如图13所示，在该方向上地震波峰较弱，只有中部波峰较强，说明在工艺井水平段优质储层较发育，部分层段非均质性较强，根据正演模拟结果，优质储层位于波峰至波谷之间(90°相位～150°相位处)。本工艺井在钻井过程中，利用地震正演模拟结果识别储层在地震记录上的位置，并利用随钻测井曲线调整模型(图14)，弥补地震横向分辨率不足的问题，实时调整井眼轨迹，最终储层钻遇率达到了90%，高出平均钻遇率约5%，后期试油测试结果为35*104m3/d，远高于设计预期，实现了勘探评价目标。

图13 过导眼井和工艺水平井地震剖面Fig.13 The seismic profile crossing the the pilot well and technological well

图14 工艺井地质导向模型Fig.14 The geosteering model of technological well

4 结论

基于地震正演识别优质储层在地震记录上的位置，进行储层预测，有效克服了地震纯波数据的多解性，提高了探井工艺井储层钻遇率。地震正演技术在高磨地区灯影组的应用，得到以下结论。

1)灯影组顶部是一套强波峰反射波，优质储层因发育有裂缝或孔隙时，会造成波峰强度减弱。

2)当优质储层较薄时，会造成波峰相位变宽，并伴有下拉现象。优质储层较厚时，波峰相位下拉现象减弱。当优质储层缝洞较发育时(速度会进一步降低)，波峰相位也会变宽，并伴有下拉现象。

3)利用正演结果标识优质储层在地震记录上的位置，据此调整井眼轨迹，可有效提高储层钻遇率，降低钻井风险。