川西深層須家河組氣藏儲(chǔ)層預(yù)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)

甘其剛 許 多 李 勇 李佳勝

（1.中國(guó)石化西南油氣分公司 勘探開發(fā)研究院 德陽(yáng)分院，德陽(yáng)618000；2.成都理工大學(xué) 地球物理學(xué)院，成都610059）

川西深層上三疊統(tǒng)須家河組氣藏埋藏深（2.9～5.6km）、巖性致密、非均質(zhì)性強(qiáng)、類型多樣（孔隙型、孔隙－裂縫型、裂縫－孔隙型等）、氣水關(guān)系復(fù)雜。以川西須家河組第二段（T3x2）為例，巖心分析、測(cè)井處理及儲(chǔ)層薄片顯微鏡下鑒定等表明，須二段有效儲(chǔ)層主要有3類：裂縫－孔隙型、孔隙型、裂縫型。其中裂縫型、裂縫－孔隙型儲(chǔ)層基質(zhì)孔隙度普遍＜4%，大部分樣品孔隙度＜3%，基質(zhì)滲透率＜0.1×10－3μm2（圖1）。但孔隙型儲(chǔ)層其孔隙度一般＞4%，且存在一些孔隙度＞6%的儲(chǔ)層，被認(rèn)為是致密環(huán)境中相對(duì)較好的儲(chǔ)層［1，2］。川西深層須家河組儲(chǔ)層的特點(diǎn)，決定了常規(guī)地震勘探技術(shù)難以取得好的勘探開發(fā)效果。由于多波多分量勘探兼?zhèn)淞丝v波和轉(zhuǎn)換波勘探的優(yōu)勢(shì)，因而有利于解決深層須家河組儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)難題。在川西新場(chǎng)氣田，針對(duì)須家河組氣藏的特點(diǎn)，在針對(duì)性的多波多分量地震采集和處理的基礎(chǔ)上，通過縱波、橫波聯(lián)合研究及綜合應(yīng)用，較好地解決了須家河組氣藏的預(yù)測(cè)問題，并在實(shí)際應(yīng)用中取得了顯著效果［3］。

圖1 須家河組第二段孔隙度和滲透率分布圖Fig.1 The distribution of the porosity and permeability of T3x2

1 優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)

川西深層須家河組氣藏儲(chǔ)層砂體發(fā)育，但致密化程度高，因此，盡管砂體發(fā)育，但并非均為有效儲(chǔ)層。只有當(dāng)砂體局部孔隙發(fā)育或裂縫發(fā)育時(shí)，才能成為有效儲(chǔ)層［4］。砂體預(yù)測(cè)只是須家河組氣藏儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)，有效儲(chǔ)層及相對(duì)高孔滲體預(yù)測(cè)才是須家河組氣藏儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的關(guān)鍵［5］。其基本思路是：首先根據(jù)已知測(cè)井資料和模型正演確定有效儲(chǔ)層的地震響應(yīng)特征，通過地震地層學(xué)研究預(yù)測(cè)有利沉積相帶，在此基礎(chǔ)上，利用AVO疊前同時(shí)反演預(yù)測(cè)相對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的分布。

1.1 有效儲(chǔ)層地震響應(yīng)特征

通過測(cè)井分析和地震模型正演驗(yàn)證，認(rèn)為有3種波組特征是較好的氣藏的反應(yīng)（圖2）。一是縱波“雜亂弱反射”橫波連續(xù)強(qiáng)反射，代表儲(chǔ)層裂縫發(fā)育，含氣豐度較高，但地層結(jié)構(gòu)未破裂（X851、X3）；二是縱波、橫波均為“雜亂弱反射”，反映地層結(jié)構(gòu)發(fā)生斷裂或破裂，儲(chǔ)層含氣性較好（X2、CX565）；三是縱橫波都是連續(xù)反射，反映儲(chǔ)層裂縫欠發(fā)育，具有一定含氣性（L150）。

1.2 有利沉積相帶預(yù)測(cè)

基于地震地層解釋技術(shù)，利用P波資料儲(chǔ)層段的反射結(jié)構(gòu)特征很容易找到三角洲沉積的朵葉體。在新場(chǎng)氣田，地震剖面中能夠找到大量橫向切面表現(xiàn)為明顯的丘形反射的緩坡三角洲朵葉體，這一發(fā)現(xiàn)對(duì)預(yù)測(cè)儲(chǔ)層有利沉積相帶十分重要［6］。通過地震地層學(xué)解釋，發(fā)現(xiàn)新場(chǎng)氣田須二氣藏中沉積旋回有3個(gè)大的緩坡三角洲，分別是東朵葉體、中朵葉體、西朵葉體（圖3）。目前完鉆的高產(chǎn)井（X851、X856、X853、L150、X2）和儲(chǔ)層物性極好的產(chǎn)水井（CX565、CX560）都分布在三角洲朵葉體中，證明三角洲朵葉體是優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育的有利相帶。

1.3 優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)

川西須家河組氣藏特別是須二儲(chǔ)層埋藏深，再加上表層低降速帶厚，使得地震波高頻衰減強(qiáng)，地震剖面有效頻帶較窄，動(dòng)力學(xué)特征不明顯，因此，利用傳統(tǒng)的地震沿層屬性分析方法難以描述相對(duì)高孔隙砂巖的展布。通過測(cè)井分析及巖石物理彈性參數(shù)研究表明，縱波阻抗和縱橫波速度比值可以描述砂巖或含氣砂巖分布。對(duì)不同入射角或偏移距部分疊加體，依據(jù)Zoeppritz方程進(jìn)行P波AVO疊前同時(shí)反演，可獲得縱波阻抗、橫波阻抗、縱橫波速度比等數(shù)據(jù)體。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合已知井獲得的凈砂巖分布情況及巖石物理解釋模板進(jìn)行巖性模擬，可有效地提高縱波阻抗、縱橫波速度比數(shù)據(jù)體的分辨率。經(jīng)過地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)巖性模擬后，砂體頂?shù)卓梢栽谄拭嫔蠝?zhǔn)確標(biāo)定（圖4）。更為重要的是，根據(jù)反演體正演的合成記錄與實(shí)際地震剖面吻合程度高，保證了反演的精度（圖5）。利用AVO疊前同時(shí)反演和巖性模擬成果，通過綜合解釋獲得優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的分布、厚度、孔隙度、含氣飽和度等參數(shù)的平面及空間展布，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層及其儲(chǔ)集物性參數(shù)的預(yù)測(cè)。

圖2 過井縱波（A）與轉(zhuǎn)換波（B）剖面特征Fig.2 The features of P－wave and C－wave in well tie section

圖3 新場(chǎng)地區(qū)須二儲(chǔ)層中沉積旋回有利相帶分布圖Fig.3 The favorable facies belt distribution of T3x2 reservoir in Xinchang area

2 多波多尺度裂縫預(yù)測(cè)

裂縫預(yù)測(cè)是制約川西深層須家河組致密非均質(zhì)氣藏勘探開發(fā)的難點(diǎn)。對(duì)地球物理技術(shù)而言，裂縫預(yù)測(cè)本身難度大，單一方法具有多解性，因此，多方法、多尺度裂縫綜合預(yù)測(cè)是提高裂縫預(yù)測(cè)可靠性的重要手段［8］。在新場(chǎng)地區(qū)，采用縱橫波聯(lián)合的裂縫檢測(cè)方法，以多層裂縫介質(zhì)和薄互層裂縫介質(zhì)正演模擬為手段，以不同尺度裂縫引起的P波和C波運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征變化為基礎(chǔ)，建立了超大尺度、大尺度、中小尺度裂縫預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)配套技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了不同尺度裂縫的量化預(yù)測(cè)，有效地提高了裂縫預(yù)測(cè)精度和可靠性。

2.1 地震屬性大尺度裂縫和破裂系統(tǒng)預(yù)測(cè)技術(shù)

地震屬性大尺度裂縫和破裂系統(tǒng)預(yù)測(cè)技術(shù)以多波波形連續(xù)性和形態(tài)學(xué)為基礎(chǔ)。當(dāng)?shù)卣鸩▊鞑ネㄟ^斷裂或裂縫發(fā)育帶時(shí)，其運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征均要發(fā)生變化，因此，通過提取多種地震屬性參數(shù)，可以對(duì)斷裂或相對(duì)大尺度裂縫系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)測(cè)［9］。地震屬性裂縫預(yù)測(cè)主要的方法有三維相干、三維曲率、三維方差體及多尺度邊緣檢測(cè)等，這些技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)沿層及體空間的裂縫預(yù)測(cè)。

2.2 基于P波方位各向異性AVAZ和VVAZ的中小尺度裂縫檢測(cè)技術(shù)

圖4 確定性反演縱波阻抗體（A）與地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演阻抗體（B）對(duì)比Fig.4 The comparison of P－wave impendance by certainty inversion（A）and geostatistics inversion impendance（B）

圖5 地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)巖性模擬波阻抗體的合成記錄（紅）與實(shí)際地震剖面（黑）對(duì)比Fig.5 The comparison of the synthetic P－wave impendance from geostatistics lithology simulation（red）and the seismic data（black）

深層須家河組儲(chǔ)層不僅致密，而且非均質(zhì)性極強(qiáng)，只有經(jīng)過裂縫的改造才能成為有效儲(chǔ)層。裂縫特別是高角度裂縫的發(fā)育程度與天然氣產(chǎn)能密切相關(guān)，因此，裂縫特別是高角度裂縫的預(yù)測(cè)是須家河組氣藏裂縫預(yù)測(cè)的關(guān)鍵。研究表明，須家河組裂縫型儲(chǔ)層為典型的HTI儲(chǔ)層，其地震振幅、速度和傳播時(shí)間等都存在隨方位變化的現(xiàn)象。P波方位各向異性裂縫預(yù)測(cè)技術(shù)就是利用這些地震信息隨方位變化的差異，來(lái)預(yù)測(cè)裂縫（特別是垂直縫或高角度縫）發(fā)育的方位和相對(duì)發(fā)育密度，從而實(shí)現(xiàn)中小尺度裂縫的定量預(yù)測(cè)［10］。目前，基于P波方位各向異性AVAZ和VVAZ的中小尺度裂縫檢測(cè)技術(shù)在川西深層應(yīng)用效果較好；同時(shí)，根據(jù)P波速度在網(wǎng)狀裂縫中傳播速度最低的特點(diǎn)，利用VVAZ實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)狀縫的預(yù)測(cè)。圖6為新場(chǎng)氣田須二中下亞段P波VVAZ裂縫結(jié)果。圖中線段長(zhǎng)度、方位分別代表快波速度的大小和裂縫走向的方位，顏色表示快慢波速度差。具體在圖中藍(lán)色短線段表示網(wǎng)狀縫發(fā)育，紅色長(zhǎng)線段表示單組裂縫發(fā)育。實(shí)鉆的X856井、X851井附近以藍(lán)色短線段為主，其預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際鉆井十分吻合（其中新856井4 820～4 830m井段成像測(cè)井網(wǎng)狀裂縫非常發(fā)育），與新2井、新101井吻合亦較好。

2.3 基于橫波分裂的中小尺度裂縫檢測(cè)技術(shù)

由于轉(zhuǎn)換橫波在裂縫介質(zhì)中傳播時(shí)會(huì)發(fā)生分裂現(xiàn)象，當(dāng)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與裂縫走向一致時(shí)傳播速度快，垂直裂縫走向時(shí)則傳播速度慢；因此，當(dāng)轉(zhuǎn)換橫波傳播通過裂縫介質(zhì)后就會(huì)分裂成快橫波和慢橫波，通過計(jì)算快橫波的方向及快、慢橫波的層間時(shí)差，就可以確定裂縫發(fā)育的走向和裂縫發(fā)育的密度［11］。目前，針對(duì)川西深層裂縫型氣藏，基于橫波分裂特征研發(fā)的相對(duì)時(shí)差梯度法（數(shù)據(jù)體上預(yù)測(cè)）和層剝離法（沿層面預(yù)測(cè)）裂縫檢測(cè)技術(shù)，通過方位和快慢波時(shí)差自動(dòng)掃描，實(shí)現(xiàn)了裂縫發(fā)育方位和發(fā)育密度的定量預(yù)測(cè)。圖7是新場(chǎng)地區(qū)橫波分裂層剝離法預(yù)測(cè)的裂縫發(fā)育方位及密度圖，X851井區(qū)裂縫發(fā)育的主要方位在東西向（方位角90°左右），時(shí)差達(dá)到了40～50ms，裂縫發(fā)育密度相當(dāng)高。其中X856井預(yù)測(cè)結(jié)果與FMI成像測(cè)井資料吻合較好，X2井裂縫發(fā)育密度高于X3井，與實(shí)鉆結(jié)果吻合。

圖6 新場(chǎng)須二中下亞段P波VVAZ裂縫檢測(cè)平面圖Fig.6 The map of P－wave fracture detection by VVAZ mehod in the middle and lower members of Xujiahe Formation in the Xinchang area

圖7 新場(chǎng)地區(qū)橫波分裂檢測(cè)的T3x2－4裂縫發(fā)育方位及密度圖Fig.7 The map of developed fracture direction and density of T3x2－4 reservoir shear wave splitting method in the Xinchang area

2.4 基于離散裂縫網(wǎng)絡(luò)建模的裂縫表征技術(shù)

在不同尺度裂縫預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，通過裂縫網(wǎng)絡(luò)建模來(lái)進(jìn)一步表征儲(chǔ)層裂縫系統(tǒng)。裂縫建模是在儲(chǔ)層構(gòu)造建模的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，結(jié)合單井裂縫分析資料，并用前述方法取得的大尺度和小尺度裂縫預(yù)測(cè)成果作為約束，采用隨機(jī)模擬的方法，對(duì)裂縫類型、發(fā)育密度、走向等進(jìn)行模擬；在此基礎(chǔ)上，模擬和建立裂縫其他屬性（長(zhǎng)度、開度和傳導(dǎo)率等參數(shù)）的三維裂縫幾何模型［13］。在裂縫建模的基礎(chǔ)上，計(jì)算儲(chǔ)層孔隙度和等效滲透率，為氣藏的儲(chǔ)量計(jì)算及勘探開發(fā)提供依據(jù)。圖8是須二段裂縫滲透率模型和裂縫孔隙度模型。統(tǒng)計(jì)過井網(wǎng)格裂縫孔隙度和基質(zhì)孔隙度的均值，基質(zhì)孔隙度為2.3%，裂縫孔隙度為0.058%。與基質(zhì)孔隙度相比，裂縫孔隙度要低得多，可見在新場(chǎng)須家河組的砂巖儲(chǔ)層中雖然裂縫對(duì)儲(chǔ)層的滲透率貢獻(xiàn)很大，但對(duì)基質(zhì)的儲(chǔ)集空間貢獻(xiàn)有限。

3 須家河組氣藏含氣性預(yù)測(cè)

川西須家河組儲(chǔ)層由于埋藏深且超致密，再加上表層低降速帶厚度大，使得地震波的動(dòng)力學(xué)特征不明顯，導(dǎo)致儲(chǔ)層的含氣性檢測(cè)難度大。但多波多分量地震資料結(jié)合了縱波和轉(zhuǎn)換橫波的優(yōu)勢(shì)，可以利用更多的信息進(jìn)行含氣性檢測(cè)。因此，利用縱橫波聯(lián)合反演成果預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的含氣性，不僅具有更加堅(jiān)實(shí)的巖石物理學(xué)基礎(chǔ)，而且成果也更為可靠。

圖8 須二段裂縫滲透率模型（A）和裂縫孔隙度模型（B）Fig.8 The comparison of the permeability model（A）and the porosity model（B）of T3x2 fracture resvervoirs

3.1 P波含氣性預(yù)測(cè)技術(shù)

利用P波AVO疊前同時(shí)反演可獲得P波阻抗、S波阻抗、vP／vS、砂巖厚度、孔隙度和含氣飽和度等成果。為突出儲(chǔ)層含氣特征，構(gòu)建凈烴指數(shù)（凈烴指數(shù)＝平均孔隙度×平均含氣飽和度×儲(chǔ)層有效厚度），來(lái)評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的含氣性，可以有效地排除泥巖對(duì)含氣性檢測(cè)的影響。圖9為新場(chǎng)地區(qū)T3x2－4儲(chǔ)層凈烴指數(shù)平面圖。新場(chǎng)地區(qū)的X851、X856、X2、X853、L150這5口工業(yè)氣井都落在凈烴指數(shù)的相對(duì)高值區(qū)。另外，對(duì)深層致密裂縫型氣藏含氣性檢測(cè)有一定效果的技術(shù)還有Prony濾波、AVD、DR、壓力梯度、AG、WEA及雙相介質(zhì)吸收預(yù)測(cè)等。其中基于雙相介質(zhì)理論的含氣性檢測(cè)效果最好，含氣層表現(xiàn)為“低頻放大、高頻衰減”特性。

圖9 新場(chǎng)地區(qū)須二儲(chǔ)層T3x2－4凈烴指數(shù)平面圖Fig.9 The map of net hydrocarbon index of T3x2－4 reservoir in the Xinchang area

3.2 縱橫波聯(lián)合含氣性預(yù)測(cè)技術(shù)

AVO疊前同時(shí)反演是根據(jù)疊前縱波的AVO特性，采用Zeoppritz方程近似求解出橫波信息。這種根據(jù)縱波反演得到的橫波信息往往與縱波具有耦合關(guān)系。而縱橫波聯(lián)合反演利用縱波和轉(zhuǎn)換波資料直接反演獲得橫波信息，其反演結(jié)果更加可靠?？v橫波聯(lián)合反演包括疊后聯(lián)合反演和疊前聯(lián)合反演2類方法。通常情況下，利用P波零偏移距剖面數(shù)據(jù)反演聲波阻抗，利用轉(zhuǎn)換波疊加剖面數(shù)據(jù)反演橫波阻抗，再利用大入射角資料進(jìn)行彈性阻抗的反演。在多參數(shù)綜合分析的基礎(chǔ)上，以阻抗的組合形式ZaZE27／ZS（Za為聲阻抗，ZE27為入射角為27°的彈性阻抗，ZS為橫波阻抗）作為含氣指標(biāo)來(lái)反映儲(chǔ)層的含氣性。圖10是新場(chǎng)T3x2－4含氣指標(biāo)平面圖。X851、X856、X2等高產(chǎn)井處在含氣指標(biāo)的高值區(qū)。

圖10 縱橫波聯(lián)合反演含氣指標(biāo)平面圖Fig.10 The map of gas index from the joint inversion by P－wave and C－wave

4 結(jié)束語(yǔ)

川西深層須家河組儲(chǔ)層砂體發(fā)育，但儲(chǔ)層致密化程度高，總體屬超致密儲(chǔ)層范疇，并非所有的砂體均為有效儲(chǔ)層，只有局部孔隙相對(duì)發(fā)育或有裂縫系統(tǒng)配置時(shí)，才具備儲(chǔ)集條件。因此，砂體預(yù)測(cè)只是須家河組儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)，相對(duì)高孔隙度儲(chǔ)層及裂縫發(fā)育帶的預(yù)測(cè)才是須家河組氣藏預(yù)測(cè)的關(guān)鍵。本文利用轉(zhuǎn)換波3D3C地震勘探的優(yōu)勢(shì)，在轉(zhuǎn)換波3D3C地震資料采集、處理的基礎(chǔ)上，通過縱橫波聯(lián)合研究，形成了具有針對(duì)性的氣藏優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)、裂縫檢測(cè)及含氣性識(shí)別等關(guān)鍵技術(shù)，通過應(yīng)用在川西新場(chǎng)地區(qū)須家河組氣藏優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)、裂縫發(fā)育帶及含氣性預(yù)測(cè)中取得了較好的效果。實(shí)際在新場(chǎng)地區(qū)論證上鉆25口深層須家河組勘探開發(fā)井，已完成測(cè)試14口，新增高產(chǎn)工業(yè)氣井12口，鉆井成功率從15%提高到89%，取得了良好的效果。

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