疊前彈性波阻抗反演在JZ25-1油田變質(zhì)巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

陳曉東，施澤進(jìn)，2，鄭旦珠

（1.成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川成都610059；2.成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610059；3.中國(guó)石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島266580）

疊前彈性波阻抗反演在JZ25-1油田變質(zhì)巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

陳曉東1，施澤進(jìn)1，2，鄭旦珠3

（1.成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川成都610059；2.成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610059；3.中國(guó)石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島266580）

JZ25-1油田發(fā)育古潛山變質(zhì)巖油氣藏，裂縫儲(chǔ)層是研究區(qū)最主要的儲(chǔ)集空間，孔隙度是裂縫儲(chǔ)層優(yōu)劣的重要評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，有效地預(yù)測(cè)孔隙度及裂縫發(fā)育帶是勘探開(kāi)發(fā)該類(lèi)油氣藏的關(guān)鍵。結(jié)合前人研究成果，綜合分析測(cè)井、地震資料，利用疊前彈性波阻抗反演對(duì)JZ25-1油田變質(zhì)巖儲(chǔ)層進(jìn)行預(yù)測(cè)。通過(guò)建立橫波波阻抗與裂縫儲(chǔ)層孔隙度的關(guān)系，確定研究區(qū)裂縫儲(chǔ)層的識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而分析其分布特征。研究結(jié)果表明，研究區(qū)古潛山地層發(fā)育風(fēng)化殼、裂縫破碎帶、相對(duì)致密帶以及上、下2套儲(chǔ)層，其中上儲(chǔ)層發(fā)育于風(fēng)化殼頂部，下儲(chǔ)層發(fā)育于裂縫破碎帶，下儲(chǔ)層的裂縫相對(duì)較為發(fā)育，為研究區(qū)主力裂縫儲(chǔ)層。研究區(qū)裂縫儲(chǔ)層分布特征在平面上表現(xiàn)為沿主要斷裂呈北東向塊狀展布，且主要分布于潛山構(gòu)造高部位；剖面上表現(xiàn)為儲(chǔ)層連續(xù)性相對(duì)較差，具有不明顯的近層狀特征。裂縫儲(chǔ)層發(fā)育帶主要集中于研究區(qū)中部和南部，南部孔隙度大于6.5%的局部構(gòu)造高部位以及斷裂發(fā)育帶附近應(yīng)為下部有利油氣勘探區(qū)。

古潛山 疊前彈性波阻抗反演 裂縫儲(chǔ)層 孔隙度預(yù)測(cè) 變質(zhì)巖 渤海灣盆地

隨著油氣勘探的不斷深化，常規(guī)油氣藏勘探目標(biāo)逐漸減少，勘探難度逐漸增大并已進(jìn)入高勘探程度階段，非常規(guī)變質(zhì)巖儲(chǔ)層已成為重要的勘探領(lǐng)域［1-4］。JZ25-1油田是以變質(zhì)巖為主要儲(chǔ)層的古潛山油田，其儲(chǔ)集空間復(fù)雜、非均質(zhì)性強(qiáng)，前人已對(duì)其油氣成藏模式、儲(chǔ)層地質(zhì)特征、裂縫檢測(cè)識(shí)別等方面進(jìn)行了研究［5-9］?？紫抖仁橇芽p儲(chǔ)層優(yōu)劣的重要評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)孔隙度和裂縫儲(chǔ)層發(fā)育帶是有效勘探開(kāi)發(fā)變質(zhì)巖油氣藏的關(guān)鍵和難點(diǎn)，為此，筆者在前人研究成果的基礎(chǔ)上，利用疊前彈性波阻抗反演對(duì)研究區(qū)孔隙度進(jìn)行預(yù)測(cè)，并據(jù)此分析裂縫儲(chǔ)層的平面和剖面分布特征，以期為研究區(qū)下步的勘探開(kāi)發(fā)部署提供指導(dǎo)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

JZ25-1油田位于渤海遼東海域遼西低凸起中北段，其西鄰遼西大斷層，東向遼中凹陷延伸；受2條基底斷層控制，整體由2個(gè)北東向展布的斷背斜組成，位于油氣富集的有利位置。研究區(qū)發(fā)育太古界潛山，上覆地層為古近系沙河街組，缺失元古界、古生界和中生界，經(jīng)歷了印支期、燕山早期和晚期以及喜馬拉雅期等4次重要的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，且潛山表層均受到不同程度的風(fēng)化剝蝕，有利于潛山內(nèi)幕裂縫的形成。研究區(qū)古潛山發(fā)育以裂縫為主、沿裂縫發(fā)育的溶蝕孔隙為輔的孔隙-裂縫型儲(chǔ)層，其裂縫方向受斷裂控制，主要發(fā)育南北向和北東向裂縫，其次為北西向裂縫，以花崗片麻巖中發(fā)育的高角度構(gòu)造縫為最有效的裂縫類(lèi)型。

鉆井資料揭示，研究區(qū)古潛山變質(zhì)巖油氣藏在剖面上具有近層狀分布特征，平面上呈塊狀分布，連通性較差。潛山內(nèi)幕自下而上發(fā)育相對(duì)致密帶、裂縫破碎帶和風(fēng)化殼。單井剖面顯示，裂縫破碎帶的裂縫相對(duì)最為發(fā)育，也是研究區(qū)的主力裂縫儲(chǔ)層發(fā)育帶；其次是風(fēng)化殼，表現(xiàn)為化學(xué)風(fēng)化程度高、巖石較破碎、裂縫和溶蝕孔洞均比較發(fā)育的特征，但裂縫儲(chǔ)層的發(fā)育受風(fēng)化作用和后期充填作用的共同控制，因此風(fēng)化殼不一定發(fā)育裂縫儲(chǔ)層。雖然研究區(qū)古潛山內(nèi)幕地層分布具有明顯的分帶現(xiàn)象，但未發(fā)育層狀結(jié)構(gòu)；單井鉆探資料顯示，潛山內(nèi)幕地層受風(fēng)化程度、構(gòu)造位置等因素控制而表現(xiàn)出很強(qiáng)的非均質(zhì)性，因此利用常規(guī)地震預(yù)測(cè)方法難以對(duì)古潛山油氣藏的儲(chǔ)層進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2 疊前彈性波阻抗反演原理

Connolly于1999年首次提出了彈性波阻抗（Elastic Impedance，簡(jiǎn)稱(chēng)EI）的概念［9］，并由Zoeppritz線(xiàn)性方程［10］推導(dǎo)得到EI反演公式，將縱波反射系數(shù)隨炮檢距變化的概念應(yīng)用于疊后地震道的正、反演。彈性波阻抗隨著入射角度的變化而發(fā)生變化，因此不能與聲波波阻抗進(jìn)行對(duì)比，且在某些邊界區(qū)間求取的反射系數(shù)不穩(wěn)定。此后，Whitcombe 在2002年對(duì)Connolly公式進(jìn)行了歸一化修正，引入密度常數(shù)和縱橫波速度常數(shù)作為參考值，將彈性波阻抗歸一化至聲波波阻抗的尺度上［11］。

基于對(duì)彈性波阻抗理論的分析，筆者主要采用Whitcombe提出的EI反演公式對(duì)JZ25-1油田的古潛山變質(zhì)巖油氣藏進(jìn)行疊前彈性波阻抗反演。反演過(guò)程中采用分形建模算法，綜合疊前地震資料、測(cè)井資料和構(gòu)造、地質(zhì)認(rèn)識(shí)等，計(jì)算得到彈性參數(shù)數(shù)據(jù)體，進(jìn)而提高對(duì)有利目標(biāo)的識(shí)別精度，準(zhǔn)確確定彈性參數(shù)與目標(biāo)識(shí)別參數(shù)的關(guān)系，有效地克服線(xiàn)性反演結(jié)果的局限性［12-15］。

3 裂縫儲(chǔ)層預(yù)測(cè)

3.1 地震資料特征分析

研究區(qū)地震資料采集方位為120°，采集夾角約為20°，即地震資料采集方位的區(qū)間為100°～140°。相對(duì)于陸上全方位角地震資料來(lái)說(shuō)，研究區(qū)屬于窄方位角地震資料，因此常規(guī)的橢圓擬合裂縫預(yù)測(cè)方法在研究區(qū)具有局限性。通過(guò)地震剖面對(duì)比和正演模擬分析，確定研究區(qū)可檢測(cè)出的裂縫走向?yàn)?0°～110°和130°～200°，其地震資料采集方位與主要斷裂走向近垂直，因此地震數(shù)據(jù)包含豐富的與斷裂相關(guān)的信息，且其入射角滿(mǎn)足疊前彈性波阻抗反演的要求。

3.2 橫波速度反演

研究區(qū)共有7口探井鉆至潛山內(nèi)幕地層，其中w-2，w-3，w-5，w-7和w-8共5口井具有疊前彈性波阻抗反演所需的橫波速度測(cè)井資料，而w-1和w-4井為老井，缺少橫波速度測(cè)井資料。首先，以Xu-White模型為基礎(chǔ)［16-17］，對(duì)7口探井的測(cè)井曲線(xiàn)進(jìn)行歸一化、去野值及標(biāo)準(zhǔn)化處理；然后，利用泥質(zhì)含量、孔隙度、含水飽和度和自然電位曲線(xiàn)進(jìn)行橫波速度反演，擬合出w-1井的橫波速度曲線(xiàn)；最后，對(duì)w-1井聲波時(shí)差和密度的擬合曲線(xiàn)與實(shí)測(cè)曲線(xiàn)進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)其相似度來(lái)判別橫波速度反演結(jié)果的質(zhì)量。從w-1井聲波時(shí)差和密度的擬合曲線(xiàn)與實(shí)測(cè)曲線(xiàn)的對(duì)比結(jié)果（圖1）可以看出，其相似度較高，表明基于Xu-White模型進(jìn)行的橫波速度反演結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確度。

圖1 JZ25-1油田w-1井聲波時(shí)差和密度的擬合曲線(xiàn)與實(shí)測(cè)曲線(xiàn)對(duì)比Fig.1 Comparison between model ling curves and original curves of acoustic and density of Wellw-1 in JZ25-1 oilfield

3.3 入射角道集劃分處理

通過(guò)保幅疊前特殊處理得到的CRP道集是疊前彈性波阻抗反演所必須的數(shù)據(jù)體。在進(jìn)行疊前特殊處理過(guò)程中，須盡可能地同時(shí)保證高信噪比和覆蓋次數(shù)的一致性，確保處理后入射角道集的真實(shí)性和一致性，這也是疊前特殊處理的關(guān)鍵。由于研究區(qū)地震資料入射角遠(yuǎn)偏移距地震道的部分區(qū)域動(dòng)校未平，因此，為了不影響最終疊前彈性波阻抗反演結(jié)果，未校平的地震道集將不參與反演。通過(guò)分析對(duì)比，將研究區(qū)入射角道集分為6°，15°和22°，平均目的層覆蓋次數(shù)達(dá)7次，最終得到入射角道集數(shù)據(jù)，同時(shí)確保每個(gè)入射角度地震數(shù)據(jù)均具有一定的覆蓋次數(shù)和信噪比。

3.4 疊前彈性波阻抗反演

為判別研究區(qū)疊前彈性波阻抗反演的效果，在反演過(guò)程中使用2口老井（其橫波速度由反演獲得）和4口新井（具有實(shí)測(cè)橫波速度），而具有實(shí)測(cè)橫波速度資料的w-2井未參與反演，僅用于對(duì)反演結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析以控制反演質(zhì)量。由過(guò)w-2井的疊前彈性波阻抗反演剖面（圖2）可以看出，雖然w-2井未參與反演，但與反演剖面的吻合度較高；反演剖面中的彈性波阻抗低值區(qū)（小于7×109g/（m2·s））為有利裂縫儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)，高值區(qū)為非儲(chǔ)層。根據(jù)反演結(jié)果，可以將研究區(qū)古潛山地層劃分為風(fēng)化殼、裂縫破碎帶、相對(duì)致密帶以及上、下2套儲(chǔ)層；其中，距古潛山頂面0～20ms（地層厚度約為60m）為風(fēng)化殼，風(fēng)化殼以下20～60ms（地層厚度約為110m）為裂縫破碎帶，距風(fēng)化殼底部60ms以下為相對(duì)致密帶；上儲(chǔ)層發(fā)育于風(fēng)化殼頂部，儲(chǔ)層厚度為34m，測(cè)試獲產(chǎn)油量為159.1m3/d；下儲(chǔ)層發(fā)育于裂縫破碎帶，儲(chǔ)層厚度為97m，測(cè)試獲產(chǎn)油量為250.1m3/d；2套儲(chǔ)層中間夾有厚度為17m的非儲(chǔ)層，儲(chǔ)層橫向不連續(xù)，非均質(zhì)性較強(qiáng)，與單井地質(zhì)認(rèn)識(shí)吻合。對(duì)研究區(qū)參與反演的6口探井和未參與反演的1口探井的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，通過(guò)疊前彈性波阻抗反演可以識(shí)別出85%的裂縫儲(chǔ)層，反演結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確度。

圖2 JZ25-1油田過(guò)w-2井疊前彈性波阻抗反演剖面Fig.2 Pre-stack elastic impedance inversion section crossing Wellw-2 in JZ25-1 oilfield

3.5 裂縫儲(chǔ)層孔隙度定量預(yù)測(cè)

利用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)理論，綜合分析研究區(qū)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)其變質(zhì)巖裂縫儲(chǔ)層的孔隙度與縱波速度、橫波速度、縱波波阻抗、橫波波阻抗以及密度具有較明顯的反比關(guān)系，其中橫波波阻抗與孔隙度的相關(guān)性最好且呈線(xiàn)性關(guān)系（圖3），即橫波波阻抗越小，裂縫儲(chǔ)層的孔隙度越大、物性越好，據(jù)此得到橫波波阻抗與裂縫儲(chǔ)層孔隙度的關(guān)系式為

式中：Zs為橫波波阻抗，g/（m2·s）；φ為裂縫儲(chǔ)層孔隙度，%。

圖3 JZ25-1油田已鉆井疊前彈性波阻抗與裂縫儲(chǔ)層孔隙度的關(guān)系Fig.3 Relationship between pre-stack elastic impedance and reservoir porosity of the drilled well in JZ25-1 oilfield

根據(jù)橫波波阻抗與裂縫儲(chǔ)層孔隙度之間明顯的負(fù)相關(guān)線(xiàn)性關(guān)系，可以將疊前彈性波阻抗反演得到的橫波波阻抗換算為裂縫儲(chǔ)層孔隙度。由研究區(qū)已鉆井測(cè)井解釋孔隙度與疊前彈性波阻抗反演計(jì)算孔隙度的對(duì)比結(jié)果顯示，測(cè)井解釋孔隙度與反演計(jì)算孔隙度的數(shù)值大小及變化趨勢(shì)均具有非常高的吻合度，符合對(duì)變質(zhì)巖油氣藏裂縫儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的要求。JZ25-1油田已鉆井的標(biāo)定分析結(jié)果顯示，其裂縫儲(chǔ)層的平均孔隙度為6.8%，據(jù)此確定研究區(qū)裂縫儲(chǔ)層的識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)為：孔隙度小于2%為裂縫不發(fā)育，孔隙度為2%～6.5%為裂縫欠發(fā)育，孔隙度大于6.5%為裂縫發(fā)育，屬于有效儲(chǔ)層。

3.6 裂縫儲(chǔ)層分布特征

研究區(qū)疊前彈性波阻抗反演裂縫儲(chǔ)層預(yù)測(cè)結(jié)果（圖4）顯示，其古潛山變質(zhì)巖油氣藏裂縫儲(chǔ)層分布特征在平面上表現(xiàn)為沿主要斷裂呈北東向塊狀展布，且主要分布于潛山構(gòu)造高部位（圖4a），說(shuō)明其裂縫發(fā)育主要受構(gòu)造條件控制，后期受風(fēng)化、溶蝕等作用影響；剖面上表現(xiàn)為儲(chǔ)層連續(xù)性相對(duì)較差，具有不明顯的近層狀特征（圖4b）。綜合分析實(shí)鉆資料及裂縫儲(chǔ)層預(yù)測(cè)結(jié)果，認(rèn)為裂縫儲(chǔ)層發(fā)育帶主要集中于研究區(qū)的中部和南部，目前主要的生產(chǎn)井均位于研究區(qū)中部，因此研究區(qū)南部孔隙度大于6.5%的局部構(gòu)造高部位以及斷裂發(fā)育帶附近應(yīng)為下部有利油氣勘探區(qū)（圖4a）。

圖4 JZ25-1油田疊前彈性波阻抗反演預(yù)測(cè)裂縫儲(chǔ)層分布特征Fig.4 Distribution features of fractured reservoir predicted by pre-stack elastic impedance inversion in JZ25-1 oilfield

4 結(jié)論

JZ25-1油田是以變質(zhì)巖為主要儲(chǔ)層的古潛山油氣田，其儲(chǔ)集空間復(fù)雜、非均質(zhì)性強(qiáng)；利用疊前彈性波阻抗反演對(duì)其裂縫儲(chǔ)層的孔隙度進(jìn)行預(yù)測(cè)，進(jìn)而分析裂縫儲(chǔ)層的分布特征。研究結(jié)果顯示，研究區(qū)古潛山內(nèi)幕自下而上近層狀發(fā)育相對(duì)致密帶、裂縫破碎帶和風(fēng)化殼，變質(zhì)巖裂縫儲(chǔ)層的橫向連續(xù)性差、非均質(zhì)性強(qiáng)。研究區(qū)裂縫發(fā)育主要受構(gòu)造條件控制，后期受風(fēng)化、溶蝕等作用影響；主要發(fā)育上、下2套裂縫儲(chǔ)層，其中上儲(chǔ)層發(fā)育于風(fēng)化殼頂部，化學(xué)風(fēng)化程度較高，巖石較破碎，裂縫和溶蝕孔洞均比較發(fā)育，其儲(chǔ)層裂縫的發(fā)育受風(fēng)化作用和后期充填作用的共同控制；下儲(chǔ)層發(fā)育于裂縫破碎帶，裂縫相對(duì)較為發(fā)育，為研究區(qū)主力裂縫儲(chǔ)層。綜合分析實(shí)鉆資料及裂縫儲(chǔ)層預(yù)測(cè)結(jié)果，認(rèn)為裂縫儲(chǔ)層發(fā)育帶主要集中于研究區(qū)的中部和南部，目前主要的生產(chǎn)井均位于研究區(qū)中部，因此研究區(qū)南部孔隙度大于6.5%的局部構(gòu)造高部位以及斷裂發(fā)育帶附近應(yīng)為下部有利油氣勘探區(qū)。

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編輯 鄒瀲滟

App lication of pre- stack elastic impedance inversion to metamorphic reservoir prediction in JZ25-1 oilfield

Chen Xiaodong1，Shi Zejin1，2，Zheng Danzhu3

（1.College of Energy Resources，Chengdu University of Technology，Chengdu City，Sichuan Province，610059，China；2.Sate Key Laboratory of Oiland Gas Reservoir Geology and Exploitation，Chengdu University of Technology，Chengdu City，Sichuan Province，610059，China；3.School of Geoscience，China University of Petroleum（East China），Qingdao City，Shandong Province，266580，China）

The metamorphic buried hill reservoir that bearing hydrocarbons develops in JZ25-1 oilfield，in which the main reservoir space is fracture in the study area.The porosity is an important standard for fracture reservoir evaluation，so the key factors of reservoir exploration and development are effective predictions on fracture development zone and porosity. Metamorphic rock reservoir in JZ25-1 oilfield was predicted using pre-stack elastic wave impedance inversion by integrating previous research results and making a comprehensive analysis of well logging and seismic data.The recognition criteria of fracture reservoir in the study areawere determined through establishing the relationship between S-wave impedance and fracture reservoir porosity，and then the characteristics of fracture reservoir distribution were analyzed.Research results show that weathering crust，fracture zone，tight zone and two sets of reservoirs develop in the buried hill formation in the study area.The upper reservoir develops on the top of the weathering crust，and the lower reservoir develops in the fracture zone which is the main fracture reservoirs in the study area.The fracture reservoir spreads along the NE faults，and mainly distributes at structural highs of the buried-hill horizontally，while in the profile，it is characterized by poor reflec-tion continuity and nearly layered formation.The better fractured reservoir develops mainly in the middle and the south of the study area.Regional structural highs in the southern part with porosity larger than 6.5%and parts near the fracture development zone should be favorable areas for the next oil and gas exploration.

paleo-buried hill；pre-stack elastic impedance inversion；fractured reservoir；porosity prediction；metamorphic rock；Bohai Bay Basin

P631.445

A

1009-9603（2015）04-0069-05

2015-05-11。

陳曉東（1985—），男，山東鄒平人，在讀博士研究生，從事儲(chǔ)層地質(zhì)及儲(chǔ)層預(yù)測(cè)研究。聯(lián)系電話(huà)：13881903277，E-mail：honinbodosaku@126.com。

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“薄互層油氣藏地震多波波場(chǎng)分析研究”（41204091）。