西湖凹陷低孔滲儲層巖石物理特征分析及疊前同步反演地震預(yù)測

張 雷 姜 勇 侯志強 鄒 瑋

（中海石油（中國）有限公司上海分公司）

低孔滲油氣藏勘探開發(fā)的核心是儲層預(yù)測，由于低孔滲儲層的巖石物性特征與常規(guī)儲層有較大差別，基于疊后反演的常規(guī)儲層預(yù)測技術(shù)已經(jīng)滿足不了勘探的實際需要。多年的勘探開發(fā)實踐表明，東海盆地西湖凹陷普遍發(fā)育低孔滲油氣藏，油氣資源潛力巨大，具有非常好的勘探前景。特別是近幾年，西湖凹陷低滲透油氣藏勘探能夠獲得重大突破，關(guān)鍵在于地震預(yù)測技術(shù)的進步。本文在綜合分析西湖凹陷地震、地質(zhì)等資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合該地區(qū)的沉積特征和儲層發(fā)育特征，通過分析低孔滲儲層的地震響應(yīng)特征，建立了一套有效的低孔滲儲層地震預(yù)測方法，并取得了良好的應(yīng)用效果，從而對西湖凹陷低孔滲儲層的勘探開發(fā)起到了重要的指導(dǎo)作用。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

西湖凹陷總體上具有“東西分帶、南北分塊”的構(gòu)造特征。根據(jù)構(gòu)造格局、沉積特點、斷裂發(fā)育及油氣賦存狀態(tài)等特征，西湖凹陷自西向東可以分為西部斜坡帶、西部次凹、中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶、東部次凹和東部斷階帶［1-3］。研究區(qū)位于中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶，為三維地震數(shù)據(jù)滿覆蓋區(qū)，主要目的層為花港組，發(fā)育河流—湖泊—三角洲沉積體系，其中花港組上段為三角洲前緣沉積，花港組下段為三角洲平原沉積［4-5］。鉆井揭示，研究區(qū)縱向上形成多套儲蓋組合，主要目的層埋藏深度普遍在3 800 m以下；花港組砂體以三角洲水下分流河道和河口壩砂體為主，具有厚度大、分選好的特點，厚度一般在10～45 m，但各井間砂層組砂體橫向變化較快（水下分流河道遷移造成）。從已鉆井儲層物性情況來看，隨著深度的增加，由于受到壓實作用的影響，導(dǎo)致儲層致密化，3 800 m以下基本上屬于低滲儲層，物性條件較差。以西部次凹的3口井為例，花港組儲層巖性以細(xì)—中粒巖屑長石砂巖為主，巖心平均孔隙度為9.44%，巖心平均滲透率為0.14 mD，屬于低滲砂巖儲層。研究區(qū)內(nèi)的低滲儲層具有埋藏深度大、致密化、橫向變化快等特征，這種獨特的巖石物理特征和地震響應(yīng)特征為該地區(qū)地震儲層預(yù)測帶來非常大的挑戰(zhàn)。

2 巖石物理特征分析

西湖凹陷砂巖儲層具有2個主要特征：一是以三角洲平原相水下分流河道為主，具有橫向變化快的特點；二是目的層埋藏深，具有低孔滲的特點。針對儲層的這2個特點，儲層預(yù)測需要解決2個問題：首先要精細(xì)刻畫砂體在縱向和橫向的分布特征；其次要在低滲儲層中尋找物性相對較好、具有商業(yè)開發(fā)價值的含氣儲層，本文稱之為有效儲層。巖石物理特征分析圍繞這2個問題，通過研究巖石彈性參數(shù)與巖性、物性和含氣性的關(guān)系展開。研究的主要思路為，首先通過巖性分析找到能夠識別儲層的彈性參數(shù)，然后分析該彈性參數(shù)與物性和含油氣性的關(guān)系，采用的方法主要為三參數(shù)交會圖法。

通過對多口井縱波阻抗、橫波阻抗、縱橫波速度比（vp／vs）、密度等參數(shù)與泥質(zhì)含量的交會分析，發(fā)現(xiàn)vp／vs是識別研究區(qū)花港組儲層穩(wěn)定性最好的參數(shù)。圖1為研究區(qū)花港組儲層vp／vs與縱波阻抗的交會圖，可以看出，花港組砂巖vp／vs表現(xiàn)為低值特征。圖2為研究區(qū)花港組儲層vp／vs與孔隙度的交會圖（紅色點代表氣層），可以看到：①隨著儲層孔隙度的減小，其vp／vs值逐漸降低，基本呈線性關(guān)系；②含氣砂巖的vp／vs值比同孔隙度含水砂巖低（見圖2矩形框內(nèi)），說明砂巖含氣后其vp／vs值降低；③低vp／vs值特征是砂巖的指示，但不能確定是物性較好的含氣砂巖還是致密砂巖（圖2橢圓內(nèi)砂巖具有相同的vp／vs值，但是分別為物性較好的含氣砂巖和致密砂巖）。

上述分析認(rèn)為，單參數(shù)vp／vs無法達到在低孔滲普遍發(fā)育的儲層中找到物性較好的含氣有效儲層的目標(biāo)。為此，筆者提出了多參數(shù)組合的方法，即在低vp／vs代表的砂巖區(qū)，低縱波阻抗代表了物性較好的含氣砂巖（圖3、4）。也就是說，低vp／vs和低縱波阻抗的組合是有效儲層的指示。

3 疊前同步反演地震預(yù)測

根據(jù)巖石物理分析結(jié)論，常規(guī)疊后波阻抗反演不能滿足西湖凹陷低孔滲儲層的地震預(yù)測工作。筆者提出應(yīng)用疊前同步反演方法，即先從疊前地震道集中反演vp／vs和縱波阻抗數(shù)據(jù)體，并利用低vp／vs刻畫出砂體的分布范圍，然后利用低縱波阻抗在砂體中尋找儲層物性較好且含氣的“甜點”。

3.1 基本原理

疊前同步反演使用Zoeppritz方程［6］或其近似方程，利用疊前地震道集中不同偏移距地震道上豐富的振幅信息計算相關(guān)的彈性參數(shù)。本文采用的方法是Hampson等人在2005年提出的基于Zoeppritz方程的Fatti近似方程［7］，將Zoeppritz方程中縱波反射振幅簡化為與縱、橫波阻抗以及密度的關(guān)系，即

Hampson等［8］綜合Buland和 More的小反射近似理論［9］與Simmons等人的約束條件［10］，導(dǎo)出了疊前同步反演的關(guān)系式，即

式（1）、（2）中：α為地震波到達反射界面的入射角度，（°）；c1、c2、c3為與入射角相關(guān)的系數(shù)；Rp、Rs、RD分別為反射界面上、下由縱波速度、橫波速度、密度差異形成的反射系數(shù)；Wα是入射角為α的地震子波；D為微分矩陣；Lp、Ls、LD分別為反射界面上下縱波阻抗、橫波阻抗和密度的平均值的自然對數(shù)。

這樣，根據(jù)式（2）就可以用和疊后反演類似的方法同時反演出縱波阻抗、橫波阻抗和密度數(shù)據(jù)體。

3.2 技術(shù)流程

疊前同步反演主要利用不同偏移距地震道上的振幅信息，同時將測井資料和構(gòu)造信息相融合，因此資料的質(zhì)量、反演過程的控制、反演結(jié)果的合理解釋都是做好疊前同步反演的關(guān)鍵。針對研究區(qū)地質(zhì)條件和資料特點，制定了圖5所示的疊前同步反演的技術(shù)流程。

圖5 西湖凹陷低孔滲儲層疊前同步反演技術(shù)流程圖

在參數(shù)試驗的基礎(chǔ)上，最終反演計算了研究區(qū)多種屬性參數(shù)數(shù)據(jù)體，包括vp／vs、縱波阻抗等。圖6為西湖凹陷A構(gòu)造花港組儲層vp／vs反演結(jié)果連井剖面，圖中紅色的低vp／vs指示砂巖。通過對比分析，A-1～A-3等3口井鉆遇的砂體與低vp／vs都具有良好的對應(yīng)關(guān)系。

圖6 西湖凹陷A構(gòu)造花港組儲層vp／vs反演結(jié)果聯(lián)井剖面

3.3 應(yīng)用效果

利用疊前同步反演提供的vp／vs和縱波阻抗反演結(jié)果，對研究區(qū)B構(gòu)造的儲層特征進行了分析。圖7為西湖凹陷B構(gòu)造H3層vp／vs反演結(jié)果的沿層屬性，根據(jù)巖石物理分析結(jié)果，圖中vp／vs紅色低值指示砂體。從圖7可以看出，B構(gòu)造H3層砂體呈東西向帶狀分布；而在砂體的發(fā)育帶內(nèi)，同一層縱波阻抗沿層切片顯示帶狀砂體中部的阻抗較小，砂體物性好且含氣的可能性大。從圖7、8反演平面圖來看，vp／vs的低值部分與構(gòu)造疊合較好，預(yù)測B構(gòu)造雖然幅度較低，但油氣充滿度較高。綜合考慮構(gòu)造和反演信息后，將B-1井布置在圖8中所示位置。B-1井共鉆遇氣層106 m，其中分析層位測試獲得了商業(yè)發(fā)現(xiàn)，日產(chǎn)天然氣超過20萬m3。該井的成功鉆探，打開了西湖凹陷低孔滲儲層勘探的新局面。

4 結(jié)論

（1）通過對西湖凹陷多口井的巖石物理特征分析，厘清了低孔滲儲層彈性參數(shù)與巖性、物性和含油氣性的關(guān)系：①vp／vs能夠識別巖性，砂巖的vp／vs均為低值；②儲層孔隙度降低，砂巖vp／vs減小，砂巖含氣后，vp／vs也降低；③砂巖縱波阻抗隨孔隙度的增大而減小。

（2）根據(jù)巖石物理分析結(jié)論，認(rèn)為能夠識別西湖凹陷低孔滲有效儲層的參數(shù)組合為低vp／vs與低縱波阻抗。在此基礎(chǔ)上，提出了采用疊前同步反演進行儲層地震預(yù)測的技術(shù)方案，并根據(jù)反演結(jié)果刻畫出了西湖凹陷B構(gòu)造的儲層分布特征，對有效儲層帶進行了預(yù)測，并得到了鉆探的證實。

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