潜山储层定量预测技术研究与应用——以珠江口盆地惠州凹陷H潜山为例

陈人杰,刘 杰,徐乐意,刘徐敏,胡 坤

(中海石油(中国)有限公司深圳分公司,广东深圳518000)

随着油气勘探程度的不断深入,在组成盆地基底潜山的某些孔缝性岩石中,发现了工业性油气藏,甚至是大型高产油气藏。勘探实践表明,潜山是深层油气富集的重要领域,具有巨大的勘探潜力[1-3]。惠州凹陷是珠江口盆地油气勘探的主要区域,在过去的40年中,其探明石油地质储量约占珠江口盆地石油地质储量的一半,已建成惠州、西江两大油气生产群[4-5]。随着勘探程度的深入,浅层常规勘探目标不断减少,迫使勘探工作向深层新领域转型。惠州凹陷的西南部成熟区域存在多个富烃洼陷,潜山成藏条件十分优越,准确预测潜山储层的发育情况是勘探成功的关键。

潜山储层预测方法主要包括地质、测井及地震三大类。其中,地质法主要包括古地貌恢复、应力场反演等,该类方法分辨率较低[6];测井法主要通过成像测井、自然伽马、密度、声波等多种物性参数进行综合分析,但仅限于井筒周围区域,难以对储层的横向分布进行刻画[7];地震法主要是通过对潜山储层的地震响应特征进行分析,并提取地震数据的波形、振幅和频率等属性,预测裂缝的发育特征,具体方法包括相干分析、曲率分析、振幅属性、频率和吸收衰减属性、弹性反演以及各向异性分析等[8-10]。

惠州凹陷H潜山位于惠州26洼南部富烃洼陷内,是由两条北西西向断层共同控制的断块,主要目的层为基底潜山。潜山储层埋藏深度较深,非均质性强,储层发育和分布的制约因素复杂,常规弹性参数对“甜点”储层区分度低,弹性反演储层预测效果不理想。此外,研究区地震资料仅包含两个方位,无法开展基于方位各向异性的裂缝预测,叠后地震属性很难有效刻画潜山内幕复杂断裂体系,以上问题制约了该区的勘探评价进程。针对惠州凹陷H潜山储层预测面临的难题,本文在借鉴国内外类似潜山储层预测技术的基础上,结合研究区地震资料基础及地质特点,基于潜山风化裂缝带、内幕裂缝带储层主控因素的分析,对风化裂缝带“甜点因子”储层定量表征、基于正交双方位地震资料的潜山微断裂预测两项关键技术进行了深入研究,实现了潜山储层的预测,且预测结果得到探井和评价井的验证。

1 区域地质特征

珠江口盆地位于华南大陆边缘,面积约26.7×104km2,油气资源丰富。惠州凹陷位于珠江口盆地珠一坳陷中部,其周缘已经发现多个油田,是珠江口盆地已证实的富烃凹陷之一。H潜山位于惠州凹陷西南部的惠南断裂-背斜复合构造带,先存断裂共轭发育,具有典型的转换断裂活动特征,基底地层构造变形强烈(图1)。

图1 珠江口盆地惠州凹陷构造纲要

2 潜山储层特征及发育机制分析

结合惠州凹陷已钻井的潜山储层发育规律,对录井资料、测井资料、岩屑、壁心和岩心观察以及铸体薄片等多种资料进行综合分析,将潜山储层纵向分为风化裂缝带和内幕裂缝带(图2)。风化裂缝带的储集空间主要由裂缝和溶蚀孔洞组成,由于受到风化作用的影响,岩心上出现了大量与裂缝伴生的溶蚀孔洞,其直径为2～5mm,声波速度表现出高低变化,电阻率较低,伽马曲线(GR)变化幅度较小。内幕裂缝带的储集空间以裂缝为主,主要由构造运动形成的构造伴生缝组成,通过镜下薄片分析、岩心观察、成像测井,可以看到其储集空间是由多种尺度的裂缝组成的。内幕裂缝带表现为高声波速度,电阻率整体仍呈低值,伽马曲线波动较风化裂缝带频繁。因此,在潜山储层预测中,应该结合不同裂缝带的特点,采用不同的方法和技术来评价。

注:GR—自然伽马曲线;RD—电阻率曲线;AC—声波时差曲线。

3 潜山地震资料特征

研究区内有两个方向采集的三维地震资料,采集方向分别为18°和110°,原先的一次处理主要针对潜山上覆地层,而潜山顶面及内幕信噪比低、有效信号弱,因而地震资料成像质量差(图3a)。在开展潜山储层预测前从实际问题出发,分别采用高保真多域噪声衰减技术、并联多次波压制技术、双方位融合成像技术和潜山内幕优化成像技术等,对地震资料进行了优化重处理。对比潜山针对性处理前、后效果(图3a,图3b)可以看出,重处理后,剩余多次波得到去除,杂乱噪声得到有效压制,反射信号明显增强,断裂成像效果得到显著改善,反射更加连续。潜山有效频带宽度为6～30Hz,主频约为15Hz,为后续叠前反演及断裂预测提供了较好的资料基础。

图3 过惠州凹陷H潜山重处理前(a)、后(b)地震剖面

4 潜山储层定量表征技术

基于丰富的钻井、测井及双方位地震等多种资料,结合潜山储层的纵向分带性及储层发育主控因素的分析,开展了风化裂缝带“甜点因子”储层定量表征技术及基于正交双方位地震资料的微断裂预测技术研究,提高了潜山储层预测的精度,为研究区探井和评价井部署提供了有力支撑。

4.1 潜山风化裂缝带“甜点因子”构建技术

岩石物理分析表明,由于受风化作用改造,风化裂缝带储集空间以裂缝和溶蚀孔洞为主,孔隙度平均值约6%,渗透率平均值约2mD(1mD≈0.987×10-3μm2),为特低孔、特低渗储层,有较强的非均质性和复杂的孔隙结构。研究结果表明,当孔隙度较低时,传统统计回归法和测井多矿物解释法计算的储层渗透率精度很低,不满足“甜点”储层研究的要求[11]。因此,需要开展潜山岩石物理机理研究,深入到储层描述的具体细节。潜山储层是由矿物骨架、孔隙及充填其中的流体所形成的多相介质,对于低渗储层孔隙形状对渗透率的影响起到了非常重要的作用,其相关研究越来越受到重视。BERRYMAN[12]讨论了孔隙形状参数与介质模量之间的关系,KUSTER等[13]推导了孔隙形状与弹性模量的理论公式,KEYS等[14]提出了干岩石模量与孔隙度变化关系的经验模型(简称Keys-Xu模型),李小彬[15]研究了岩石孔隙结构表征及弹渗属性的关系。

本文对致密潜山储层弹性模量与孔隙结构的关系进行了研究,从Keys-Xu模型出发,推导了新的孔隙结构参数计算方法,得到了储层“甜点因子”属性,并应用到研究区“甜点”储层预测,取得了良好效果。

基于有效介质理论,KEYS等[14]建立了干岩石模量、孔隙度、矿物模量和孔隙空间结构之间的函数关系:

μdry=μm(1-φ)q

(1)

式中:μdry为干岩石剪切模量;μm为矿物剪切模量;φ为孔隙度;q为与孔隙空间结构相关的参数。

剪切模量不受流体影响,因此,饱和岩石的剪切模量等于干岩石剪切模量,即:

μsat=μdry

(2)

式中:μsat为饱和岩石的剪切模量。

将公式(1)代入公式(2),有:

μsat=μm(1-φ)q

(3)

对(3)式两侧同时除以μm:

μsat/μm=(1-φ)q

(4)

对(4)式两侧取对数:

ln(μsat/μm)=qln(1-φ)

(5)

q=ln(μsat/μm)/ln(1-φ)

(6)

因μsat=ISvS,故(6)式可进一步写为:

q=ln(ISvS/μm)/ln(1-φ)

(7)

其中,vS为横波速度,IS为横波阻抗。

设潜山矿物剪切模量μm为常数,孔隙度φ与纵波阻抗IP成线性关系,(7)式可进一步改写成:

q=ln(ISvS/a)/ln(1-bIP)

(8)

其中,a,b为常数,根据区域已钻井岩石物理规律统计获得。上述公式表明,孔隙空间结构与横波阻抗、横波速度、纵波阻抗等参数相关。通过叠前弹性反演,可以获得(8)式中的弹性参数,从而计算出孔隙空间结构参数。由于在公式推导中进行了近似,因此本文将该孔隙空间结构参数称为“甜点因子”属性。

采用公式(8)计算潜山A井的“甜点因子”,并将其与vP/vS属性进行了对比。分析结果表明,“甜点因子”对裂缝-孔隙型和孔隙裂缝型两种渗透率较高的储层具有较好的识别能力,两类储层集中在高值区域;vP/vS属性对裂缝-孔隙型和孔隙裂缝型两种储层的识别能力较低,不同类型的储层相互叠置在一起(如图4所示)。

图4 已钻井特征分析a A井测井特征; b 不同类型储层vP/vS直方图; c “甜点因子”直方图

本文采用叠前反演技术预测了研究区三维弹性参数体,利用公式(8)计算了风化裂缝带的“甜点因子”属性(图5),与常规纵横波速度比反演结果对比可以看出,新构建的“甜点因子”对优质储层的区分度更高,A井、C井风化带均较发育,B井区风化带不发育,该差异在纵横波速度比剖面上无法区分,但在“甜点因子”剖面上可以较好区分。

图5 常规纵横波速度比反演剖面(a)与“甜点因子”反演剖面(b)的对比

通过提取风化裂缝带“甜点因子”层间均方根属性,分析“甜点因子”平面展布特征,发现优质储层主要分布在构造高部位风化作用较强烈的区域,A井、C井位于风化裂缝带的“甜点”储层发育区域,B井处“甜点”储层不发育。在B井钻探失利后开展了该项研究,其预测结果为C井井位的选取提供了有力支撑,且与钻井结果吻合(图6)。

4.2 基于正交双方位地震资料的潜山微断裂预测技术

研究区域中生代受挤压构造背景影响,先存断裂体系发育。潜山内幕裂缝带储层以构造运动形成的构造伴生缝为主,因此,开展微断裂识别对于预测裂缝储层发育带具有重要指示意义。

地震断裂识别方法主要分为纵波、横波、多波及微震等几大类。其中,纵波断裂识别最为常用,具体包括蚂蚁体、相干体、曲率、纹理等叠后各相异性属性及叠前方位各向异性断裂预测[16-18]。受限于海上地震采集条件及采集成本,海上全方位采集尚未广泛开展和应用,目前海上断裂预测主要基于单方位采集地震资料。

为了克服传统单一方位地震断裂预测的局限性,结合研究区域双方位正交采集地震资料的优势,研究了基于正交双方位地震资料的潜山微断裂预测技术。该技术首先利用蚂蚁体技术对不同方位断裂进行识别,实现对正交双方位地震资料的优势方位断裂信息提取;再将提取出的不同方位的优势断裂信息进行等权融合,形成一个新的数据体。最终,实现对潜山内幕断裂的精细刻画。

蚂蚁体技术是一种在地球物理领域广泛应用的有效断裂识别技术,该技术的核心算法源于20世纪90年代中期提出的蚁群算法,通过模拟自然界中蚂蚁觅食行为,利用人工蚂蚁智能群体间的信息传递来达到全局寻优目的[19]。蚂蚁追踪裂缝识别方法是基于蚂蚁算法的原理,通过在地震数据体中播撒大量的虚拟蚂蚁,发现满足预设断裂条件的蚂蚁将释放信息素,召集其它蚂蚁集中在该断裂处对其进行追踪和识别。

由于海上拖缆地震采集方位较窄的特殊性,垂直断裂采集方向,其成像效果最好。分析双方位地震属性切片特征(图7)可以看出,对于同一条断裂,垂直该断裂走向采集成像更好。同时,结合对应的蚂蚁体切片特征,可以进一步验证该数据方向地震数据对应的蚂蚁体特征更清晰。综上所述,在垂直断裂走向采集的地震上响应更敏感,这种断裂方位敏感信息就是不同方位地震对应的断裂优势信息,通过对正交双方位断裂优势信息等权融合最终可以提高潜山裂缝预测可靠性。

图7 目标区双方位2600ms属性切片对比a 垂直构造采集地震振幅; b 平行构造采集地震振幅; c 垂直构造采集地震蚂蚁体; d 平行构造采集地震蚂蚁体

由于不同采集方位地震资料所刻画的优势方位断裂信息不同,所以本文采用蚂蚁体技术对双方位地震资料进行优势方位断裂追踪,再将优势追踪出来的断裂进行信息融合。基于优势方位断裂蚂蚁追踪结果(图8),在垂直区域主干构造北东方向采集的地震资料上追踪出北西方位的敏感断裂,而在平行区域主干构造北西方向采集的地震资料上追踪出北东方位的敏感断裂,将双方位优势断裂信息融合后,可以实现目标区复杂断裂体系的全貌刻画。

图8 2600ms切片优势融合过程a 垂直构造采集地震蚂蚁体优势追踪; b 平行构造采集地震蚂蚁体优势追踪; c 优势方位融合蚂蚁体追踪

结合图9所示地震剖面与正交双方位断裂预测结果,分析表明,研究区域北东向、北西向两级断裂均较发育,倾角较大,以高陡断裂为主。北西向主要为边界断层的伴生次级断裂,与北东向断裂相互交切,为裂缝发育提供了良好的构造条件。

图9 地震剖面(a)与正交双方位断裂预测结果(b)

为验证本文方法预测潜山内幕裂缝的可靠性,进一步提取了正交双方位地震资料优势断裂融合结果的层间均方根属性。分析双方位融合属性结果可知,北东向、北西向两组共轭断层在研究区域交错发育,两组断层交切的区域即为裂缝密集区。在图10所示的A井、C井位置,可以观察到明显的断裂特征,而B井位置则没有明显的断裂特征。这一预测结果为评价井C井井位的选取提供了依据,并且与实际钻井结果相符。

图10 惠州凹陷H潜山正交双方位地震资料微断裂预测结果

5 结论

本文从潜山储层成因机理出发,基于潜山风化裂缝带、内幕裂缝带储层主控因素的分析,研究了潜山风化裂缝带“甜点因子”构建技术、基于正交双方位地震资料的潜山微断裂预测技术,并基于以上方法预测了潜山风化裂缝带“甜点”储层发育区和潜山内幕微断裂发育带,在惠州凹陷H潜山储层研究中进行了实际应用。结果表明:

1) 风化裂缝带“甜点因子”构建技术,相较于常规弹性参数,提高了“甜点”储层的识别能力,结合叠前弹性反演,可以预测“甜点”储层平面展布范围;

2) 正交双方位地震优势融合潜山裂缝预测技术有效弥补了单一方位资料对裂缝信息刻画的不足,挖掘了不同方位优势断裂信息,实现了潜山内幕微断裂的精细刻画。

针对日趋复杂的潜山储层预测难题,未来的发展方向是利用“两宽一高”地震资料来提高预测精度。为此,需要进行针对性的地震资料采集,并研究各向异性裂缝预测技术。