厚层低渗气藏“甜点”预测——以东海陆架盆地西湖凹陷Z气田花港组为例

何贤科，娄敏*，涂齐催，李炳颖，蔡华

（1.中海石油（中国）有限公司上海分公司，上海 200335；2.中海石油（中国）研究总院有限责任公司，北京 100028）

0 引言

东海深层低渗气藏主要分布在3500 m 以下[1]，资源量巨大[2]。为了实现深层低渗气藏的高效开发，准确预测“甜点”具有重要的意义。

目前对“甜点”的预测主要集中在非常规储层方面，如页岩气[3]、页岩油[4]、煤层气[5]、致密油[6]、致密气[7-12]等。对于致密气的“甜点”预测，应用的地球物理方法主要包括：①地震资料优化处理，如保真、保幅宽频、高分辨率地震资料叠前成像等；②储层反演，如叠前AVO 反演、岩相约束的孔隙度(Φ)反演、密度反演等；③地震沉积学技术，如利用地层切片对岩相开展“甜点”垂向分布规律分析。总体上，不同地区“甜点”的地震响应特征不同，地球物理预测方法虽有差异，但研究思路相似。具体而言，“甜点”类型的划分是“甜点”预测的基础，岩石物理敏感参数的识别是“甜点”预测的关键，储层反演是“甜点”预测的核心。因此，在地质特征定性分析、划分“甜点”类型的基础上，寻找不同“甜点”的岩石物理敏感参数，应用合适的反演技术，可以预测“甜点”的空间展布特征。

西湖凹陷Z 气田是近期东海陆架盆地发现的大型低渗气田之一，储层非均质性强，“甜点”的空间展布规律直接影响开发井位的设计方案。前人研究主要集中在“甜点”的地质特征[13-16]、储层分类[17]、地质成因[18]、测井评价[19]等方面。在利用地球物理技术预测“甜点”方面[20-21]，尚未进一步开展不同类型“甜点”的精细预测。

为此，本文在划分“甜点”类型的基础上，分析不同类型“甜点”的岩石物理特征及变化规律；然后建立合适的地质—地球物理模型，模拟储层的地震反射特征；通过叠前弹性反演，实现厚储层内部“甜点”的精细表征，为大型低渗气田的有效开发提供地球物理技术支持。

1 甜点储层特征

Z 气田位于西湖凹陷中央反转构造带中北部，主要开发层系为H3(花港组三段)，发育河流—三角洲相沉积[22-23]。砂体储层厚度约为200 m，非均质性强，埋深大于3500 m，一般具有低孔、低渗特征。H3 进一步可以细分为H3a、H3b、H3c 三个小层[24]。其中，H3a 储层为特低孔、特低渗，H3b、H3c 储层均以中低孔、中低渗为主，但是在局部发育物性相对较好的“甜点”。

1.1 “甜点”分类及地质特征

在前人研究成果[25-30]的基础上，综合考虑产能、物性、孔隙结构等因素，同时将控制上述参数的沉积相和成岩相及相关参数纳入“甜点”评价标准。据此，研究区“甜点”可进一步划分为三类(表1)，即Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ 类。Ⅰ类和Ⅱ类“甜点”为高产层段，具有自然产能；Ⅲ 类需要进行储层压裂改造。

表1 Z 气田H3b“甜点”分类评价参数及特征表

由表1 可见，Ⅰ类和Ⅱ类“甜点”差异较大。Ⅰ类“甜点”孔隙度(Φ)大于11%，渗透率大于10 mD，孔隙结构以大孔喉道型为主；Ⅱ类“甜点”孔隙度为9%～11%，渗透率为3～10 mD，孔隙结构以中孔喉道型为主。

1.2 “甜点”敏感地球物理参数分析

通过岩石孔隙度Φ与岩石物理实验实测纵波模量(M)交会分析(图1a)、测井数据计算的纵波模量与杨氏模量(E)交会分析(图1b)，可以发现：相对于非“甜点”储层，“甜点”储层具有低M、低E的特征；Ⅰ类“甜点”的M低于45GPa，区分度较高，但是M较难用于区分Ⅱ类“甜点”。

图1 “甜点”岩石物理分析

Ⅱ类“甜点”主要为中粗砂岩，自然伽马(GR)较低(图1c)，对Ⅱ类“甜点”有一定区分度。当GR≤60 API 时，大部分为含砾砂岩和粗砂岩；当GR＞60 API 时，各粒度砂岩叠置，无法区分。为了实现Ⅱ类“甜点”可预测的目的，采用GR 划分储层类型，即当GR≤60 API时，为Ⅱ类“甜点”砂岩；当 60 API＜GR≤75 API 时，为各粒度叠置混合砂岩；当75 API＜GR≤100 API 时，为细砂岩；当GR＞100 API 时，为泥岩。因此，Ⅱ类“甜点”预测时只考虑 GR≤60 API的储层。

1.3 “甜点”地震响应特征

由图2 可见，对储层地震反射特征影响较大的两个因素分别是孔隙类型和孔隙度。随着泥质含量的增加，砂岩底面的地震反射AVO 曲线的截距为正且增加，但是梯度逐渐减小，曲线趋于平缓(图2a)。随着含气饱和度的增加，砂岩底面的地震反射AVO 曲线的截距为正且增加，但是当含气饱和度超过50%后，AVO 曲线无明显变化(图2b)。随着原生孔隙占比降低、砂岩孔隙连通性的变好，砂岩底面的地震反射AVO 曲线的截距逐渐减小，由正变负，但是梯度逐渐增大(图2c)。随着孔隙度的增加，砂岩底面的地震反射AVO 曲线的截距增加，由负变正，但是梯度逐渐减小，由正变负(图2d)。

为了对比“甜点”与非“甜点”的AVO 响应特征，分别将研究区Z1 井Ⅰ类和Ⅱ类“甜点”的速度、密度设置与围岩一致，实现非“甜点”储层替换，具体参数见表2。

表2 Z1 井简化地层模型的弹性参数

从图3 可以看出，Ⅰ 类“甜点”是引起AVO 异常的主要原因，Ⅰ类“甜点”替换为非“甜点”后反射振幅明显减弱。Ⅱ类“甜点”与非“甜点”的物性差异不大，所以替换前、后的AVO 响应没有明显的变化。由此可见，Ⅰ 类“甜点”在叠后地震资上表现为强振幅特征，而Ⅱ类“甜点”振幅无明显异常。

图3 Ⅰ类（a）和Ⅱ类（b）“甜点”替换前（左）、后（右）地震响应特征对比

影响“甜点”识别精度的因素主要为孔隙度和厚度。通过AVO 正演模拟不同孔隙度和不同厚度甜点的AVO 响应特征(图4)可以看到，Ⅰ类“甜点”在叠前地震正演中得到的纵波模量为异常低值，同时随着孔隙度的增大，纵波模量变小。

图4 不同孔隙度（a）和不同厚度（b）“甜点”储层特征

随着孔隙度的变化，地震反演方法对甜点的预测精度规律如下(图4a)：当孔隙度＜9%时，无法准确预测“甜点”的位置和厚度；当孔隙度＞15%时，“甜点”预测厚度要大于真实厚度；当孔隙度在10%～15%时，“甜点”预测厚度与真实厚度基本一致。

随着厚度的变化，地震反演对甜点的预测精度规律如下(图4b)：当厚度＜12 m 时，反演结果无法同时准确地确定“甜点”的位置和厚度；当厚度范围在12～35 m 时，“甜点”预测厚度与真实厚度基本吻合；当厚度＞35 m 时，可以确定“甜点”的位置但预测厚度存在一定偏差。因此，对于孔隙度＞10%、厚度＞12 m 的“甜点”，反演预测结果的可靠性较高，即采用叠前反演方法可较好地表征厚度＞12 m 的Ⅰ类“甜点”。

2 “甜点”地震预测方法

2.1 技术流程

图5 甜点预测的关键技术与流程

2.2 关键技术

2.2.1 Ⅰ类“甜点”纵波模量直接反演技术

由图6a 可见，随着泥质含量的增加，ν(纵横波模量比)增大，二者之间相关性较高，这表明ν可作为储层预测的敏感参数。

图6 泥质含量变化引起弹性参数的变化（左）及砂泥岩ν 直方图（右）

由图6b 可见，砂岩与泥岩ν范围存在一定的差异，砂岩ν≤1.4，泥岩ν＞1.4。

由图7a 可见，砂岩ν值低，泥岩ν值高，这表明利用ν可较好地区分砂岩与泥岩。由图7b 可见，砂岩区域Ⅰ类“甜点”存在低纵波模量值的特征，这更进一步验证了纵波模量用于区分Ⅰ类“甜点”的可行性。

图7 Gr、ν 对岩性（a）和孔隙度、纵波模量对甜点（b）的区分

Ⅰ类“甜点”的敏感弹性参数为M，而储层敏感参数为ν。为消除间接反演所导致的累计误差，需要构建M、ν的平面波反射特征方程。

Zeoppritz方程的近似公式为

将式(2)、式(3)代入式(1)，可得到基于M、ν、ρ的平面波反射特征方程，具体形式为

相比于叠前AVO 反演及叠后反演，叠前弹性阻抗反演利用了叠前部分叠加道集资料，综合利用了叠后反演与叠前反演的优点，不仅可以反演对储层较为敏感的弹性参数和物性参数，而且具有较强的抗噪能力。因此，本文在Connolly 弹性阻抗方程的基础上，提出了基于M、ν及ρ的弹性阻抗公式

由式(5)可知，为了获得纵波模量、ν及密度，必须从反演中得到至少三个不同角度的弹性阻抗体，即EI(θ1)、EI(θ2)、EI(θ3)。

为了简化计算，可将式(5)模型进行线性变换，方程两边取对数，可以得到模型

方程组(7)表达成矩阵的形式为

式（8）是一个线性方程组，只需知道三个相互独立的弹性阻抗数据体，用常规的求解方法便可以求得M、ν和ρ。与基于纵波速度、横波速度及密度弹性阻抗方程反演的间接计算相比，该方法误差更小。

图8 为纵波模量直接提取与间接提取的反演结果对比，可以发现直接提取的反演结果误差更小、更加准确。

图8 不同参数直接提取（a）与间接提取（b）反演结果对比

2.2.2 Ⅱ类“甜点”拟纵横波速度比反演技术

式中：G为反演参数的样点数；f为地震正演算子；d为实际地震记录。因此，反演参数的后验概率分布为

式中Gk是当前甜点的反演参数样点数。反演的目标函数为

在反演过程中，针对反演参数值，可利用以下概率公式进行反演值的优选，即

式中：π为平稳后验概率分布；m*为更新解；m´为原有解。

将式(11)代入式(14)并简化常数项，即可得到接受概率表达式

式中：T2是指Ⅱ类“甜点”;T1是指 Ⅰ 类“甜点”。利用式(17)即可计算得到 Ⅱ类“甜点”的概率体。

在 Ⅰ 类“甜点”和 Ⅱ类“甜点”分布特征预测的基础上，采用 FFP 技术，定义各类“甜点”的概率密度函数(PDFs)；然后对反演结果的每一样本点应用贝叶斯模糊判别分析(Bayesian Inference)计算各种“甜点”类型的空间分布概率(图9b、图9c)，最后叠加就可以形成各类“甜点”的概率体(图9d)。

图9 过开发井剖面

3 应用效果

应用本文方法预测H3b“甜点”分布特征(图9),发现Ⅰ 类“甜点”主要分布在中下部(H3b3、H3b4 小层)，Ⅱ类“甜点”主要分布中部(H3b2小层)。

钻井资料揭示：“甜点”垂向分布主要受控于沉积环境，H3b 早期以高能辫状水道沉积为主，在单期水道中部的中—粗砂岩发育Ⅰ类“甜点”；H3b 中晚期以中低能水道沉积为主，Ⅱ类“甜点”主要发育在单期水道下部的中粗砂岩，少量发育在水道中部的中细砂岩 。

由图10 可见，Ⅰ 类“甜点”主要分布在研究区中南部和西南部，多发育在高能辫状水道中；Ⅱ类“甜点”主要从东北方向沿着南部方向广泛分布，主要发育在中低能辫状水道中。据此，设计、部署井位11口，目前已完钻4 口(A1～A4 井)。新钻井结果表明本文研究预测的“甜点”是可靠的,Ⅰ类“甜点”厚度吻合率高达80%以上，Ⅱ类达70%以上(表3)。该成果指导了气田井位的部署，实现了高效开发。

图10 研究区I 类（a）和II 类（b）“甜点”平面展布特征

表3 预测 “甜点”厚度吻合率

4 结论

(1)针对东海厚层低渗气藏不同类型“甜点”，采用不同地球物理预测方法，即：Ⅰ 类“甜点”采用纵波模量直接反演；Ⅱ类“甜点”采用拟纵横波速度比反演。

(2)本文方法“甜点”预测厚度结果准确率高，Ⅰ类“甜点”吻合率达80%以上，Ⅱ类“甜点”吻合率70%以上。该方法可对其他类似低渗气藏的勘探具有参考价值。