滄東凹陷孔二段細(xì)粒沉積巖致密油甜點(diǎn)預(yù)測(cè)

李岳桐 盧宗盛 吳振東 李玉海 李冰玲 王仁康

(①中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地球科學(xué)學(xué)院，湖北武漢 430074； ②東方地球物理公司研究院大港分院，天津 300280)

1 引言

隨著中國東部富油氣區(qū)勘探開發(fā)程度的提高，細(xì)粒沉積巖致密油已成為重要的接替領(lǐng)域。傳統(tǒng)的細(xì)粒沉積巖包括黏土巖、泥巖、頁巖等。針對(duì)滄東凹陷孔二段實(shí)際情況，周立宏等[1]、鄢繼華等[2]認(rèn)為該區(qū)細(xì)粒沉積巖具有“三端元、四組分”的分類標(biāo)準(zhǔn)，以細(xì)粒沉積巖中含量普遍較高的碳酸鹽巖、長英質(zhì)及黏土等礦物為三端元，將細(xì)粒沉積巖劃分為細(xì)粒長英沉積巖類、碳酸鹽巖類、黏土巖類和細(xì)?；旌铣练e巖(各類礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)均不大于50%)等四種組分。在致密油研究中細(xì)粒沉積巖“甜點(diǎn)”是指能夠提供較高工業(yè)產(chǎn)能的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)[3]。

由于致密油具有巖性復(fù)雜、橫向變化快的特點(diǎn)，常規(guī)的地震預(yù)測(cè)方法難以識(shí)別巖性及預(yù)測(cè)甜點(diǎn)。宋效文等[4]通過零值剝離地層切片的方法預(yù)測(cè)甜點(diǎn)發(fā)育區(qū)，為滄東凹陷致密油甜點(diǎn)預(yù)測(cè)提供了借鑒。此外，缺乏利用地球物理技術(shù)預(yù)測(cè)滄東凹陷孔二段致密油甜點(diǎn)的應(yīng)用實(shí)例。目前針對(duì)致密油甜點(diǎn)的預(yù)測(cè)方法主要有：①基于疊前反演的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方法[5-9]。通過疊前反演，利用縱、橫波速度及泊松比等參數(shù)，建立致密油儲(chǔ)層的巖石物理模型。但是該方法需要工區(qū)的橫波資料，若有多波地震資料最好，至少要有橫波測(cè)井資料，在一般地區(qū)并不滿足。②基于疊后地震數(shù)據(jù)的反演方法[10，11]。目前主要為地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演以及相控儲(chǔ)層反演，這兩種方法是預(yù)測(cè)薄儲(chǔ)層及致密油甜點(diǎn)的有效反演方法。③基于多技術(shù)手段聯(lián)合、多屬性融合的甜點(diǎn)預(yù)測(cè)方法。董寧等[12]綜合應(yīng)用巖石物理分析、屬性優(yōu)化、分頻地震屬性以及隨機(jī)反演等多種技術(shù)手段提高預(yù)測(cè)精度；牛聰?shù)萚13]通過地震正演模擬、地震相分析、縱橫波聯(lián)合反演等方法減小甜點(diǎn)預(yù)測(cè)的誤差。

綜上所述，針對(duì)致密油儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)難點(diǎn)，需要井震結(jié)合以及多屬性融合才能達(dá)到較為理想的預(yù)測(cè)效果[14，15]。本文根據(jù)滄東凹陷的地質(zhì)特點(diǎn)以及缺乏針對(duì)性的地球物理技術(shù)預(yù)測(cè)甜點(diǎn)發(fā)育區(qū)的現(xiàn)狀，應(yīng)用“逐級(jí)剝離”思路，以常規(guī)疊后地震資料為基礎(chǔ)，通過取心井巖石地球物理分析和正演模擬，分析甜點(diǎn)儲(chǔ)層段地震響應(yīng)特征及敏感屬性，構(gòu)建融合屬性預(yù)測(cè)細(xì)粒沉積物分布，進(jìn)一步應(yīng)用敏感特征曲線反演精細(xì)預(yù)測(cè)甜點(diǎn)分布。經(jīng)鉆探證實(shí)，文中方法取得了很好的效果。

2 研究區(qū)概況

滄東凹陷位于黃驊坳陷南部，夾持在滄東、徐西斷層之間，主體勘探面積為1500km2?？锥沃饕獮楹春腿侵尴喑练e[16-18](圖1)。受滄東與徐西兩條邊界斷層的控制，湖盆呈近北東向狹長展布，自盆緣至湖心呈環(huán)帶狀依次發(fā)育沿岸的外環(huán)常規(guī)砂巖相帶、內(nèi)環(huán)的細(xì)粒沉積巖相帶?？锥巫陨隙聞澐譃镋k21、Ek22、Ek23和Ek24四個(gè)油組，其中Ek21上部為高位期低電阻灰色泥巖沉積，Ek21下部至Ek23為湖擴(kuò)期深灰色細(xì)粒沉積巖，末期發(fā)育遠(yuǎn)岸水下扇，Ek24為低位期中細(xì)砂巖(圖2)。孔二段是滄東凹陷主力生烴層，有機(jī)質(zhì)豐度高、生烴強(qiáng)度大，呈細(xì)粒沉積巖致密儲(chǔ)層與優(yōu)質(zhì)烴源巖互層式大面積連片分布,形成典型的源—儲(chǔ)共生型細(xì)粒沉積巖致密油。

從孔二段四級(jí)旋回格架對(duì)比圖(圖2)可以看出，該區(qū)孔二段儲(chǔ)層較薄、巖性復(fù)雜，并且?guī)r性橫向變化快。G108-8井500m的系統(tǒng)取心井資料揭示，孔二段發(fā)育5套致密油甜點(diǎn)：Ek21中下部(圖2的①)、Ek22、Ek23(圖2的③、④)三個(gè)細(xì)粒沉積巖致密油儲(chǔ)層集中段，Ek22頂部(圖2的②)、Ek24(圖2的⑤)兩個(gè)致密砂巖集中段。試油結(jié)果表明：細(xì)粒沉積巖“甜點(diǎn)”的碳酸鹽巖含量較高，巖性為白云巖、白云質(zhì)粉砂巖與細(xì)?；旌铣练e巖；物性差，孔隙度小于9%，滲透率小于1.2mD。

圖1 滄東凹陷孔二段沉積體系圖[4]

圖2 孔二段四級(jí)旋回格架對(duì)比圖

3 細(xì)粒沉積巖致密油甜點(diǎn)預(yù)測(cè)

針對(duì)孔二段細(xì)粒沉積巖致密油儲(chǔ)層薄、巖性復(fù)雜、縱橫向變化快、地震資料分辨率低、常規(guī)手段預(yù)測(cè)難度大的問題，總的預(yù)測(cè)思路是應(yīng)用“逐級(jí)剝離”的方法預(yù)測(cè)甜點(diǎn)。首先運(yùn)用模型指導(dǎo)下的融合屬性預(yù)測(cè)巖性，剝離掉常規(guī)砂巖，然后進(jìn)行敏感特征曲線反演，逐級(jí)剝離掉泥巖，得到細(xì)粒沉積巖致密油儲(chǔ)層甜點(diǎn)分布。

3.1 屬性融合巖相預(yù)測(cè)

3.1.1 巖—電特征分析

由于細(xì)粒沉積巖相區(qū)巖性復(fù)雜，首先利用大井段取心資料，開展巖性與電性特征分析，建立巖性識(shí)別模板(圖3)。對(duì)于無巖心探井地區(qū)，根據(jù)巖性識(shí)別模板，充分利用薄片分析及其他地質(zhì)資料重建巖性。通過分析多口井的巖電特征，明確了不同巖性的測(cè)井響應(yīng)特征：Ek24砂巖具有低聲波時(shí)差、高密度、低自然伽馬、中電阻率的特征； Ek22頂部砂巖具有低聲波時(shí)差、中等密度、高自然伽馬、低電阻率的特征；Ek21-Ek23白云巖具有低聲波時(shí)差、高密度、低自然伽馬、高電阻率的特征；細(xì)?；旌铣练e巖具有中等聲波時(shí)差、中等密度、中等自然伽馬、高電阻率的特征；泥巖具有高聲波時(shí)差、高自然伽馬、低密度的特征。

3.1.2 單井模型正演

根據(jù)巖電特征建立的地質(zhì)模型及實(shí)測(cè)聲波時(shí)差建立的速度模型進(jìn)行模型正演(圖4)，綜合分析正演合成記錄與實(shí)際地震資料，了解不同巖性組合的地震響應(yīng)特征。研究表明，砂巖發(fā)育區(qū)為高頻、弱反射，砂泥巖互層為高頻、強(qiáng)反射，泥頁巖與過渡巖互層為低頻、中強(qiáng)反射。

圖3 G108-8井聲波時(shí)差與電阻率(a)、密度(b)交會(huì)圖板

圖4 單井正演模型

3.1.3 常規(guī)地震屬性分析

利用常規(guī)三維地震資料開展孔二段各油組的常規(guī)地震屬性分析，發(fā)現(xiàn)瞬時(shí)振幅和瞬時(shí)頻率對(duì)巖性較敏感(圖5、圖6)。瞬時(shí)振幅和瞬時(shí)頻率屬性在平面上呈環(huán)形，與宏觀的沉積規(guī)律有一定的耦合關(guān)系。單井正演模型和平面預(yù)測(cè)結(jié)果表明，細(xì)粒沉積物巖相區(qū)大都表現(xiàn)為低頻、強(qiáng)振幅，但部分區(qū)域的單一屬性預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)鉆結(jié)果有較大差異，具體表現(xiàn)為：①單一的振幅屬性無法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的區(qū)域。如在瞬時(shí)振幅屬性圖(圖5)中的A區(qū)域，實(shí)鉆結(jié)果為常規(guī)砂巖相區(qū)，但在該圖上A區(qū)域與鄰近的細(xì)粒沉積巖相區(qū)均表現(xiàn)為強(qiáng)振幅(紅色)響應(yīng)，利用井間關(guān)系無法解釋；②單一的瞬時(shí)頻率屬性無法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的區(qū)域。如在瞬時(shí)頻率屬性圖(圖6)中的B區(qū)域，實(shí)鉆結(jié)果為常規(guī)砂巖相區(qū)，但在該圖上B區(qū)域與鄰近的細(xì)粒沉積巖相區(qū)均表現(xiàn)為低頻(紅色)響應(yīng)。若能充分利用盆緣不同物源體系造成的振幅和頻率變化，可更準(zhǔn)確地反映巖性變化。盡管利用單一屬性無法有效預(yù)測(cè)細(xì)粒沉積巖的分布，但利用振幅與頻率的融合屬性可區(qū)分細(xì)粒沉積巖相區(qū)與常規(guī)砂巖相區(qū)。為了進(jìn)一步區(qū)分這三個(gè)區(qū)域，通過融合屬性精細(xì)預(yù)測(cè)細(xì)粒沉積物。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，該區(qū)孔二段頻率為8～30Hz,振幅為5000～19000。為了在融合計(jì)算時(shí)使頻率和振幅達(dá)到統(tǒng)一數(shù)量級(jí)，構(gòu)建融合屬性公式

(1)

調(diào)整兩個(gè)屬性的數(shù)量級(jí)，通過數(shù)值正演模擬選擇最優(yōu)參數(shù)。式中：AR為融合地震屬性；Amp為振幅屬性； Freq為頻率屬性；m、n為融合參數(shù)。屬性融合結(jié)果表明，A區(qū)為強(qiáng)振幅、高頻響應(yīng)，B區(qū)為弱振幅、低頻響應(yīng)，細(xì)粒沉積巖相區(qū)為中強(qiáng)振幅、中低頻響應(yīng)。

圖5 滄東凹陷Ek21瞬時(shí)振幅屬性圖

3.1.4 融合參數(shù)確定

為了合理地確定融合參數(shù)，在單井分析的基礎(chǔ)上，選取不同相區(qū)5口井的數(shù)據(jù)進(jìn)行二維正演，根據(jù)單井的巖性劃分和測(cè)井曲線的旋回特征，確定巖性的橫向變化，建立連井巖性對(duì)比模型(圖7)。利用巖性對(duì)比模型進(jìn)行約束，參考實(shí)際地震資料確定巖性橫向變化點(diǎn)，建立精細(xì)的二維地質(zhì)模型(圖8a)；利用得到的地質(zhì)模型進(jìn)行約束，根據(jù)實(shí)測(cè)聲波數(shù)據(jù)插值建立速度模型(圖8b)，所建速度模型既能很好地反映巖性橫向變化引起的速度差異，又能提高巖性縱向分辨率。選取主頻與實(shí)際資料一致的地震子波，采用射線追蹤法對(duì)地質(zhì)模型進(jìn)行正演，得到的合成地震記錄(圖8c)與實(shí)際剖面特征一致，表明模型設(shè)計(jì)方法可靠。

圖6 滄東凹陷Ek21瞬時(shí)頻率屬性圖

圖7 KN17井—GD2井孔二段巖性對(duì)比剖面

通過二維正演模擬實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為當(dāng)n=m=2時(shí)，提取的融合屬性曲線能較好地反映過渡巖邊界與地質(zhì)模型的對(duì)應(yīng)關(guān)系(圖8d),即

(2)

3.1.5 屬性融合

運(yùn)用融合算法在地震資料上提取融合屬性，計(jì)算出的融合屬性與鉆井?dāng)?shù)據(jù)具有較高的一致性，按其平面展布規(guī)律將凹陷劃分為外環(huán)(Ⅰ區(qū)，對(duì)應(yīng)常規(guī)砂巖相帶)、內(nèi)環(huán)(Ⅱ區(qū)，對(duì)應(yīng)細(xì)粒沉積巖相帶)兩類巖相帶(圖9)，這與滄東凹陷孔二段沉積體系相一致。

3.2 “甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)

3.2.1 敏感曲線優(yōu)選

測(cè)井資料統(tǒng)計(jì)證實(shí)，自然伽馬曲線在致密油發(fā)育區(qū)不能區(qū)分常規(guī)砂巖、細(xì)粒沉積巖變化。通過分析，優(yōu)選電阻率和聲波時(shí)差作為孔二段細(xì)粒沉積巖致密油甜點(diǎn)預(yù)測(cè)的敏感曲線。聲波時(shí)差與電阻率交會(huì)(圖10)分析結(jié)果表明，泥巖具有高、低電阻特征。取心資料熱解TOC分析認(rèn)為：高電阻泥巖是有機(jī)質(zhì)含量高所致，主要發(fā)育在細(xì)粒沉積巖區(qū)；砂巖、白云巖、富含云質(zhì)的細(xì)?；旌铣练e巖電阻率從高到低都有分布，作為細(xì)粒巖沉積相區(qū)的白云巖和含云質(zhì)的細(xì)粒沉積巖具有高電阻特征。

圖9 滄東凹陷Ek21融合屬性圖

圖10 滄東凹陷孔二段電阻率—聲波時(shí)差交會(huì)圖板

3.2.2 敏感特征曲線反演

優(yōu)選出敏感曲線后，制定了細(xì)粒沉積巖致密油甜點(diǎn)預(yù)測(cè)的技術(shù)流程。通過電阻率擬合聲波時(shí)差進(jìn)行疊后地震資料反演[19,20]，預(yù)測(cè)具有高電阻特征的致密油甜點(diǎn)段和泥巖的分布。利用高電阻泥巖與細(xì)粒沉積巖致密油甜點(diǎn)段在聲速上的差異進(jìn)行速度反演，區(qū)分低速的高電阻泥巖、高速細(xì)粒沉積巖甜點(diǎn)發(fā)育區(qū)。

圖11 KN17-GD2井電阻率擬聲波反演剖面

首先，利用波阻抗與電阻率交會(huì)圖擬合經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出擬合阻抗，新的合成數(shù)據(jù)對(duì)甜點(diǎn)的識(shí)別能力得到加強(qiáng)。圖11為KN17—GD2井的電阻率擬聲波反演剖面。由圖可見，KN26x1—GD2井間Ek21、Ek22為高阻區(qū)，向KN17一側(cè)和GD2井區(qū)一側(cè)電阻率逐漸變低，鉆井資料證實(shí)細(xì)粒沉積巖高電阻發(fā)育區(qū)集中在GD6X1—GD13井區(qū)。圖12為滄東凹陷Ek21電阻率擬聲波反演平面圖，預(yù)測(cè)出三個(gè)高電阻發(fā)育區(qū)，總面積達(dá)270km2。

其次，在高電阻巖性發(fā)育區(qū)內(nèi)進(jìn)行速度反演，利用高電阻泥巖與高電阻甜點(diǎn)段速度的差異剝離高電阻、低速泥巖，得到的高阻抗區(qū)為細(xì)粒沉積巖致密油甜點(diǎn)區(qū)。圖13為滄東凹陷Ek21速度反演平面圖。由圖可見，存在三個(gè)細(xì)粒沉積巖致密油甜點(diǎn)區(qū)，總面積達(dá)185km2，預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)鉆結(jié)果吻合率較高，有效指導(dǎo)了細(xì)粒沉積巖致密油甜點(diǎn)鉆探。

圖12 滄東凹陷Ek21電阻率擬聲波反演平面圖

圖13 滄東凹陷Ek21速度反演平面圖

4 應(yīng)用效果分析

通過逐級(jí)剝離的方法預(yù)測(cè)出小集地區(qū)(面積為105km2)、官西高斜坡區(qū)(面積為30km2)、孔西低斜坡區(qū)(面積為50km2)等三個(gè)Ek21細(xì)粒沉積巖致密油甜點(diǎn)區(qū)，合計(jì)面積達(dá)185km2(圖14)。近期對(duì)小集—孔西斜坡區(qū)致密油鉆探取得了較好效果，其中官東地區(qū)的GD6x1井壓裂后在Ek21日產(chǎn)油32t，G1608井在Ek21日產(chǎn)油47t； 孔西斜坡的GX1x1井壓裂后在Ek22日產(chǎn)油21.3t。展示了滄東凹陷孔二段致密油勘探的良好前景，同時(shí)證實(shí)了文中的致密油甜點(diǎn)預(yù)測(cè)方法具有一定的實(shí)用性。

圖14 滄東凹陷Ek21綜合評(píng)價(jià)圖

5 結(jié)束語

(1)基于巖心資料及測(cè)井資料的巖電特征分析可以準(zhǔn)確地描述不同巖性的電性特征，從而有針對(duì)性的建立地質(zhì)模型進(jìn)行數(shù)值正演模擬以分析不同巖性組合的地震響應(yīng)，這是細(xì)粒沉積巖致密油甜點(diǎn)研究的基礎(chǔ)；

(2)優(yōu)選敏感地震屬性并進(jìn)行合理的多屬性融合計(jì)算，可較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)滄東凹陷孔二段細(xì)粒沉積巖的分布，證實(shí)該技術(shù)適用于疊后地震數(shù)據(jù)體的細(xì)粒沉積巖致密油甜點(diǎn)預(yù)測(cè)；

(3)在滄東凹陷細(xì)粒沉積巖相區(qū)，電阻率曲線和聲波曲線識(shí)別巖性最為敏感，通過電阻率擬合聲波時(shí)差進(jìn)行疊后地震資料反演可有效地預(yù)測(cè)細(xì)粒沉積巖致密油“甜點(diǎn)”的空間分布，為致密油勘探部署提供依據(jù)。