疊前反演在南海北部白云凹陷深水區(qū)域儲層預(yù)測中的應(yīng)用

汪瑞良，顏承志，胡璉，張衛(wèi)衛(wèi)，明治良，劉波

（1. 中海石油（中國）有限公司 深圳分公司，廣東 廣州，510240；2. 賽吉紀(jì)地球科技（北京）有限公司，北京，100027）

疊前反演在南海北部白云凹陷深水區(qū)域儲層預(yù)測中的應(yīng)用

汪瑞良1，顏承志1，胡璉1，張衛(wèi)衛(wèi)1，明治良2，劉波2

（1. 中海石油（中國）有限公司 深圳分公司，廣東 廣州，510240；2. 賽吉紀(jì)地球科技（北京）有限公司，北京，100027）

研究應(yīng)用巖石物理分析、正演和疊前同步反演的綜合方法，提高地震振幅預(yù)測儲層的準(zhǔn)確性。該方法首先分析目標(biāo)區(qū)地層壓實(shí)趨勢及巖石物理特征，制定目標(biāo)區(qū)彈性與巖性、物性之間的關(guān)系；再對CRP道集地震數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制處理并分析其特征，利用疊前同時(shí)反演進(jìn)行儲層預(yù)測研究；最后結(jié)合區(qū)域盆地沉積特點(diǎn)，采用巖相流體概率分析的方法將地震彈性信息轉(zhuǎn)化為易于理解和分析的巖性、物性等地質(zhì)信息。經(jīng)實(shí)際鉆井檢驗(yàn)，該技術(shù)提高了對白云深水區(qū)優(yōu)質(zhì)儲層預(yù)測的精度，可以解決復(fù)雜地質(zhì)條件下優(yōu)質(zhì)砂巖儲層的識別難題，降低深水勘探的風(fēng)險(xiǎn)。

南海；深水；巖石物理；疊前同時(shí)反演

海洋深水覆蓋區(qū)儲層研究是油氣勘探的前沿和熱點(diǎn)［1］?，F(xiàn)階段在中國南海北部白云深水區(qū)儲層研究方法主要是通過地震亮點(diǎn)和第3類AVO特征（3類AVO特征指反射P波近角度能量強(qiáng)，并隨入射角增加而明顯增強(qiáng)）搜索天然氣儲層［2］，在勘探初期取得了成功。2006年，中海油在南中國海珠江口盆地白云深水區(qū)發(fā)現(xiàn)了A3-1大型氣田。A3-1目標(biāo)4口鉆井鉆探結(jié)果與鉆前的儲層及流體預(yù)測一致，在SQ21ma層系（SQ21）鉆遇多套高孔、高滲砂巖儲層，單井測試日產(chǎn)百萬方以上。但在 A3-1氣田周邊滾動勘探的實(shí)踐過程中，發(fā)現(xiàn)對儲層的預(yù)測出現(xiàn)了嚴(yán)重的多解性。A3-1氣田南部A9-1目標(biāo)SQ23.8ma層系（SQ23.8）地震反射具有與A3-1氣層相似的亮點(diǎn)和3類AVO特征，實(shí)際卻鉆遇大量生物碎屑灰?guī)r，孔隙度在15%～30%之間，有效滲透率極低（小于1×10-4μm2），難以進(jìn)行商業(yè)開發(fā)。依據(jù)振幅屬性而導(dǎo)致的鉆探失利，使目標(biāo)區(qū)勘探?jīng)Q策陷入困境。前人的研究認(rèn)為通過巖石物理分析求取巖性和流體的敏感彈性參數(shù)，應(yīng)用疊前同時(shí)反演方法識別儲層和流體能夠提高精度［3-5］，對道集的優(yōu)化處理和測井?dāng)?shù)據(jù)校正能夠進(jìn)一步改善疊前反演的可靠性［6-10］。本文作者從成因上分析了研究區(qū)面臨的問題，應(yīng)用疊前反演方法，結(jié)合巖石物理的巖相概率分析將彈性數(shù)據(jù)體轉(zhuǎn)化為定量的概率體，嘗試解決該區(qū)優(yōu)質(zhì)含氣儲層預(yù)測的問題。

1　區(qū)域概況

研究區(qū)位于中國南海北部白云凹陷，水深1 500 m左右，主力勘探層系是珠江組深水扇砂巖和珠海組三角洲-深水扇砂巖。漸新世時(shí)期珠海組（32.0～23.8 Ma）發(fā)育了1套廣泛分布的淺海陸架三角洲沉積體系，自西北向東南延伸推進(jìn)到目標(biāo)區(qū)中部，目標(biāo)區(qū)東南部為陸坡-海盆的深水沉積環(huán)境。中新世時(shí)期（23.8～10.5 Ma），由于白云凹陷持續(xù)沉降作用，陸架坡折帶北遷，目標(biāo)區(qū)整體開始接受了以富砂的深水扇體和深海泥巖為主的珠江組沉積［1］。圖1所示為研究區(qū)珠江組SQ21的振幅異常分布圖，黑色代表振幅異常預(yù)測的砂體分布范圍，其中A3-1已經(jīng)鉆探證實(shí)為高孔滲砂巖儲層，A9-1目標(biāo)鉆探證實(shí)為低滲生物碎屑灰?guī)r儲層。二者振幅特征非常接近，但是鉆遇儲層巖石類型迥異。A3-1氣田北部斷塊下降盤發(fā)育的深水扇體雖然有構(gòu)造背景，但不具備亮點(diǎn)和3類AVO的地震反射特征，以往研究認(rèn)為很可能沒有儲層發(fā)育。

圖1　研究區(qū)振幅異常分布圖（黑色為異常）Fig. 1　Amplitude distribution in research area

2　白云深水區(qū)振幅多解性的成因分析

影響深水沉積砂巖壓實(shí)成巖過程的因素很多，包括膠結(jié)物類型、超壓、油氣充注［11-12］。A3-1區(qū)塊的巖石物理深度壓實(shí)趨勢與墨西哥灣深水區(qū)不同。圖2所示為研究區(qū)巖石彈性趨勢圖。從圖2可見：較平緩的趨勢線為墨西哥灣的壓實(shí)趨勢，而散點(diǎn)代表趨勢線為白云深水趨勢線，泥巖趨勢變化的幅度較墨西哥灣更劇烈。

圖2　研究區(qū)巖石彈性趨勢Fig. 2　Rock elastic trend in research area

圖3所示為研究區(qū)內(nèi)砂巖儲層與生物碎屑灰?guī)r儲層薄片照片和地震剖面圖。由圖3可見：A，B，C和D井為鉆探效果較好，儲層為高孔隙度含氣砂巖，而E和F井鉆探的儲層為高孔隙度低滲透率的生物鈣屑灰?guī)r，從薄片照片上看，這類儲層保留了非常完整生物體腔孔，整體孔隙度極高，密度和波阻抗都非常低，與砂巖類似，二者地震剖面振幅特征幾乎相同。

圖4所示為不同類型儲層地震響應(yīng)正演圖。利用研究區(qū)內(nèi)的壓實(shí)趨勢建立Trend-wedge模型，壓實(shí)趨勢以海底面為起始點(diǎn)，模型基于實(shí)測泥巖的壓實(shí)趨勢，建立縱波阻抗、縱橫波速度比、密度體背景趨勢，結(jié)合儲層特征進(jìn)行正演運(yùn)算。圖 4（a）中①，②和③分別為含氣砂巖和鈣屑灰?guī)r在不同埋深條件下反射特征。其中含氣砂巖儲層參數(shù)來源于A3-1-2，而生物鈣屑灰?guī)r儲層參數(shù)來源于A9-1-1。圖4（b）中①，②和③分別為含氣砂巖和鈣屑灰?guī)r儲層地震響應(yīng)正演結(jié)果。由圖4（b）可見：含氣砂巖都表現(xiàn)為亮點(diǎn)，而鈣屑灰?guī)r在上覆地層厚度較小時(shí)振幅特征表現(xiàn)與砂巖氣層相差較大，當(dāng)?shù)貙雍穸仍龃髸r(shí)的鈣屑灰?guī)r儲層在壓實(shí)趨勢的影響下的振幅特征與含氣砂巖幾乎相同。導(dǎo)致利用亮點(diǎn)技術(shù)或AVO屬性進(jìn)行儲層預(yù)測時(shí)，會出現(xiàn)誤判。

圖3　研究區(qū)內(nèi)砂巖儲層與生物碎屑灰?guī)r儲層薄片照片和地震剖面Fig. 3　Thin slice photo and seismic profile of sand reservoir and bioclastic limestone reservoir in research area

圖4　不同類型儲層地震響應(yīng)正演Fig. 4　Forward modeling of seismic response of different type reservoir

圖5　研究區(qū)內(nèi)含氣砂巖和含水砂巖在不同孔隙條件下的AVO響應(yīng)Fig. 5　AVO characteristic of brine sand and gas sand with different porosities in research area

砂巖隨壓實(shí)程度增加，地震AVO特征也發(fā)生變化。圖5所示為研究區(qū)內(nèi)含氣砂巖和含水砂巖在不同孔隙條件下的AVO響應(yīng)圖，儲層彈性計(jì)算方式參考經(jīng)典巖石物理模型［13］。由圖5可見：砂巖在不同壓實(shí)條件下的AVO特征。由于受壓實(shí)趨勢影響，埋深越大，孔隙度越低，砂巖的阻抗高，與圍巖的差異越小，反射系數(shù)降低。表明在孔隙度降低到14%～16%時(shí)，含氣砂巖也失去了亮點(diǎn)與3類AVO特征，其振幅量級與22%～24%的含水砂巖特征類似。這說明如果單純用亮點(diǎn)或AVO特征判斷含氣砂巖會漏過一些中等孔隙的含氣儲層。

3　白云深水區(qū)振幅多解性的解決方案

3.1測井巖石物理分析

測井巖石物理分析是地震儲層預(yù)測研究的基礎(chǔ)，通過巖石物理分析，可以判斷巖石彈性參數(shù)能否準(zhǔn)確區(qū)分目標(biāo)區(qū)的含烴儲層［14］。根據(jù)研究區(qū)測井相的解釋情況，將各井巖性定義為5類（泥巖，致密鈣質(zhì)砂巖，生物碎屑灰?guī)r，含水砂巖和含氣砂巖）。首先建立不同含氣飽和度與不同孔隙度條件下目的層的巖石物理定量解釋模板，重點(diǎn)分析泥巖、生物碎屑灰?guī)r和含氣砂巖。

圖 6所示為研究區(qū)巖石物理量版圖。模板（圖 6）下部由刻度線圍成近似三角形的區(qū)域是砂巖區(qū)，右下線簇交點(diǎn)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90%的石英骨架點(diǎn)的響應(yīng)，最上方 1條為純含水砂巖線，反映了黏土質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%情況下泥質(zhì)砂巖孔隙度增加后，縱波阻抗和縱橫波速度比的變化趨勢，孔隙度增加，縱波阻抗減小，縱橫波速度比增高。最下方的1條為100%飽含氣砂巖線，反映出飽含氣的巖孔隙度增加后，縱波阻抗減小，但縱橫波速度比變化不大。2條線之間按照含氣飽和度20%的遞增。泥質(zhì)砂巖的線簇中還包括了4條近垂直方向的等孔隙度變化線，從右到左分別代表了孔隙度為10%，20%，30%和35%時(shí)泥質(zhì)砂巖彈性響應(yīng)隨飽和度的變化規(guī)律。交會圖上散點(diǎn)都來自于實(shí)際測井?dāng)?shù)據(jù)，分別代表不同的巖性，其中深灰色代表飽和氣砂巖，黑色代表鈣屑灰?guī)r和水砂巖，淺灰色代表泥巖。從圖6可知：縱橫波速度比和縱波阻抗對優(yōu)質(zhì)含氣儲層的識別非常有效，氣砂巖分布在圖版的左下部，位于低縱波阻抗和低縱橫波速度比的區(qū)域。當(dāng)孔隙度降低時(shí)，氣砂分布區(qū)域會右移，但仍然與泥巖和含水砂巖有差異。從圖6可以看出：生物鈣屑灰?guī)r與含水砂巖與其有一定的疊置，但是通過雙參數(shù)圖版區(qū)分泥巖、生屑灰?guī)r以及含氣砂巖可行。巖石物理圖板為后續(xù)地震反演數(shù)據(jù)體巖相和流體解釋及解釋參數(shù)敏感性測試分析提供了指導(dǎo)和依據(jù)［15］。

圖6　研究區(qū)巖石物理量版圖Fig. 6　Rock physics template in research area

3.2巖相概率密度分布

巖性流體概率分析是應(yīng)用地震反演結(jié)果進(jìn)行巖性定量解釋的工具，是基于貝葉斯判別準(zhǔn)則，分析巖性與彈性參數(shù)之間的相互關(guān)系，充分利用反演得到的彈性參數(shù)，得到巖性概率體的工具。針對白云深水區(qū)的儲層特點(diǎn)，采取具有針對性的巖性流體概率分析技術(shù)流程，其流程主要是：

依照白云深水研究區(qū)的構(gòu)造特征及沉積特點(diǎn)，確定儲層發(fā)育的地質(zhì)層段并按照地層年代將其劃分為 2個(gè)層段，從現(xiàn)階段地質(zhì)和鉆井分析來看，巖性發(fā)育與沉積環(huán)境相關(guān)聯(lián)，珠江組SQ21層段主要發(fā)育泥巖和含氣砂巖，SQ23.8層段主要發(fā)育泥巖和生物鈣屑灰?guī)r。

利用地球物理正演分析成果和測井解釋成果，采用層段內(nèi)縱波阻抗與縱橫波速度比交匯分析的方法，降低維度，減少巖性疊置的影響。結(jié)合測井巖石物理量版，分層段建立巖相流體概率密度函數(shù)，表征相應(yīng)沉積層段內(nèi)巖性彈性分布關(guān)系。

圖7所示為研究區(qū)3種巖相的概率密度分布圖。根據(jù)量版上不同巖相的分布，計(jì)算出的泥巖、含氣砂巖、鈣質(zhì)碎屑灰?guī)r在縱橫波速度比和P阻抗的交匯圖上的概率密度分布函數(shù)。從圖7可以看出：3種巖相的分布區(qū)域有差異，因此對目標(biāo)區(qū)應(yīng)用疊前反演得到縱橫波速度比和P波阻抗這2項(xiàng)彈性參數(shù)之后，就可以通過概率密度函數(shù)將反演數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為不同巖相的概率體，直接識別出含氣優(yōu)質(zhì)砂巖儲層。

4　應(yīng)用疊前同時(shí)反演對儲層的預(yù)測

針對研究區(qū)主力勘探層系進(jìn)行了多角度道集的疊前同時(shí)反演（AVO/AVA約束稀疏脈沖同時(shí)反演），最終得到穩(wěn)定可靠的縱波阻抗體，縱橫波速度比體，密度體等彈性數(shù)據(jù)體，并通過巖相概率密度函數(shù)轉(zhuǎn)換為巖相概率體。

4.1儲層預(yù)測結(jié)果

4.1.1A3-1北斷塊SQ21層系儲層預(yù)測

圖8所示為研究區(qū)疊前反演過井剖面圖。由圖8可見：箭頭所指處目的層SQ21位于A3-1北塊斷層下降盤，上覆地層厚度大于A3-1井區(qū)，由于區(qū)域內(nèi)砂巖受強(qiáng)烈壓實(shí)作用，孔隙度會降低，縱波阻抗受到的影響大，所以從縱波阻抗剖面上不能看到任何異常信息；而縱橫波速度比受壓實(shí)作用影響小，從縱橫波速度比數(shù)據(jù)體上可以看到明顯的低值異常體。圖9所示為研究區(qū)SQ21層系砂體波阻抗和縱橫波速度比平面屬性圖。由圖9（a）可見：原始振幅平面圖相比，振幅無亮點(diǎn)特征的A3-1北區(qū)在含氣概率分布圖上與A3-1氣田類似，是非常有利的勘探目標(biāo)。由圖9（b）可見：用疊前反演彈性屬性通過巖相概率密度分布函數(shù)計(jì)算得到SQ21層系優(yōu)質(zhì)含氣砂巖概率分布圖。

圖7　研究區(qū)3種巖相的概率密度分布Fig. 7　Probability distribution of the three type rock phase in research area

圖8　研究區(qū)疊前反演過井剖面Fig. 8　Pre-stack inversion Section across wells in research area

圖9　研究區(qū)SQ21層系砂體振幅平面屬性圖和縱橫波速度比平面屬性圖Fig. 9　P-impedance and vp/vsattribution map of SQ21 formation in research area

4.1.2A3-1氣田東南A4-1目標(biāo)SQ23.8層系儲層預(yù)測

圖10所示為珠海-珠江組SQ23.8-SQ21層系砂巖儲層（深黑色）與生物碎屑灰?guī)r儲層（淺黑色）分布剖面。如圖10可見：從A3-1到A4-1巖相概率體剖面，可以看出A4-1和A9-1在SQ23.8層系巖相都是生物碎屑灰?guī)r，是不利的鉆探目標(biāo)。圖11所示為研究區(qū)珠海組 SQ23.8層系生物碎屑灰?guī)r儲層平面分布圖。由圖11可見：A4-1處發(fā)育高孔隙度低滲透率的生物鈣屑灰?guī)r。

圖10　研究區(qū)珠海組SQ23.8層系生物碎屑灰?guī)r儲層平面分布Fig. 10 Plan of bioclastic limestone reservoir distribution in Zhuhai SQ23.8 formation

圖11　研究區(qū)珠海組SQ23.8層系生物碎屑灰?guī)r儲層平面分布Fig. 11 Plan of bioclastic limestone reservoir distribution in Zhuhai SQ23.8 formation

4.2鉆探結(jié)果檢驗(yàn)

2013年中國海洋石油深圳分公司對圖9標(biāo)記1處的A3-1構(gòu)造北斷塊實(shí)施鉆探，鉆遇厚度達(dá)20 m的中孔含氣砂巖儲層，與預(yù)測成果非常吻合，提高了A3-1氣田的探明儲量。研究成果不僅成功的預(yù)測了 A3-1北的含氣性，還表明目標(biāo)東側(cè) A3-2也有較好的含氣性，是下一步的滾動勘探目標(biāo)。

A4-1目標(biāo)鉆探結(jié)果揭示出SQ23.8層系儲層是含氣的生物碎屑灰?guī)r，與預(yù)測結(jié)果一致。

5　結(jié)論

1） 地震正演研究表明，南海北部白云深水區(qū)特殊的巖石物理壓實(shí)趨勢使通過振幅亮點(diǎn)或3類AVO特征識別優(yōu)質(zhì)砂巖氣層出現(xiàn)了多解性，容易將含氣生物碎屑灰?guī)r混淆進(jìn)來并忽略中-低孔隙的優(yōu)質(zhì)含氣砂巖儲層。

2） 通過建立研究區(qū)縱橫波速度比與縱波阻抗的巖石物理圖版和巖相概率密度分布函數(shù)，采用疊前同時(shí)反演和巖相流體概率分析的方法對區(qū)域內(nèi)的不同類儲層分布進(jìn)行刻畫，可以解決復(fù)雜地質(zhì)條件下優(yōu)質(zhì)砂巖儲層的識別難題，降低深水勘探的風(fēng)險(xiǎn)。該研究方法經(jīng)2個(gè)目標(biāo)實(shí)鉆地檢驗(yàn)，證實(shí)有效。

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（編輯 羅金花）

Application of prestack inversion in reservoir prediction in deep water area in baiyun sag of northern South China sea

WANG Ruiliang1， YAN Chengzhi1， HU Lian1， ZHANG Weiwei1， MING Zhiliang2， LIU Bo2

（1. Shenzhen Branch of CNOOC Ltd， Shenzhen， Guangzhou 510240， China；2. Compagnie Generale deGeophsique， Beijing 100027， China）

Application of petrophysical analysis and integrated approach of forward and pre-stack simultaneous inversion were studied to improve the prediction reservoir accuracy of seismic amplitude. First， by analyzing the compaction trends and rock-physics based on log data in target area， the relationship between elasticity， lithology phase and reservoir properties were figured out. Second， the reservoir prediction was applied by using pre-stack inversion after QC the CRP gather data and analyzing their characteristics. Finally， the seismic elasticity was converted into geological information by using fluid and lithology face probability analysis （FFP） under the guidance of local sedimentation phases. It has been proved by drilling practice that this technique can improve the precision in predicting high quality reservoir with very complex geology background in Baiyun deep water area， and reduce the risk of deep water area exploration.

the South China sea； deepwater； rockphysics； prestack inversion

T618.130.2+1

A

1672-7207（2016）04-1305-07

10.11817/j.issn.1672-7207.2016.04.029

2015-04-16；

2015-06-20

國家科技重大專項(xiàng)（2011ZX05025-003）（Project （2011ZX05025-003） supported by the National Science and Technology Major Program of China）

汪瑞良，高級工程師，從事地球物理方法在油氣勘探開發(fā)中的應(yīng)用研究；E-mail：wangrl@cnooc.com.cn