鄂爾多斯盆地中東部鹽下儲(chǔ)層預(yù)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)

蔡克漢 劉 峰 張 娜 高 改

(中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，陜西西安 710018)

1 引言

鄂爾多斯盆地下奧陶統(tǒng)馬家溝組發(fā)育馬一段、馬三段、馬五段等3套巨厚的膏鹽巖沉積，其中馬五段是馬家溝組最后一期的膏鹽巖沉積地層，其內(nèi)部又進(jìn)一步細(xì)分為4個(gè)膏鹽巖亞段(馬五10、馬五8、馬五6、馬五4)，馬五6的膏鹽巖沉積面積約為5×104km2的，主要分布在盆地中東部地區(qū)。因此，通常所指的馬家溝組鹽上和鹽下地層均以馬五6亞段為劃分界限[1]。近幾年來(lái)，長(zhǎng)慶油田在盆地奧陶系中組合(馬五5-10)的馬五5白云巖巖性圈閉氣藏勘探取得突破的同時(shí)，進(jìn)一步向深層勘探，在馬五6鹽下有多口井鉆穿馬五7-10，其中4口井在鹽下白云巖中相繼鉆獲高產(chǎn)氣流，顯示了馬五7-9良好的勘探前景，鹽下勘探將是下一步天然氣勘探的重點(diǎn)領(lǐng)域[2，3]。

然而，該區(qū)氣藏成藏控制因素復(fù)雜，馬五6膏鹽巖下伏地層馬五7-9發(fā)育膏鹽巖、灰?guī)r、白云巖、泥巖等4種巖性，且白云巖與膏鹽巖、灰?guī)r波阻抗差異小，導(dǎo)致地震反射系數(shù)小，目的層上、下地震反射能量弱，對(duì)地震反射模式認(rèn)識(shí)不清。主力儲(chǔ)層馬五7-9地層厚度變化非?？?20～85m)，白云巖有效儲(chǔ)層厚度一般小于6m，縱、橫向變化快，非均質(zhì)性強(qiáng)，致使利用地震方法預(yù)測(cè)儲(chǔ)層難度較大。

有關(guān)鹽下儲(chǔ)層地震預(yù)測(cè)的相關(guān)文獻(xiàn)甚少。李天蓀等[4]認(rèn)為，縱波阻抗不能有效區(qū)分黃驊坳陷的膏巖與下伏白云巖儲(chǔ)層，而利用密度或PE(光電截面指數(shù))曲線能較好地區(qū)分二者。但是由地震反演無(wú)法得到密度或PE參數(shù)，由擬合PE曲線的低頻部分與縱波阻抗的高頻部分得到的擬縱波阻抗曲線進(jìn)行約束地震反演，得到擬縱波阻抗數(shù)據(jù)體，可較好地區(qū)分膏巖與白云巖儲(chǔ)層。

含氣性檢測(cè)方面的研究較多。李凌高等[5]利用基于巖石物理分析敏感參數(shù)優(yōu)選的疊前反演方法檢測(cè)蘇里格氣田的含氣性。竇玉壇等[6]利用疊前分角度域吸收衰減分析、疊前NI-PR屬性彩色交會(huì)解釋、基于FOA構(gòu)建的虛擬井約束的縱波及多波疊前同時(shí)反演等技術(shù)對(duì)蘇里格地區(qū)進(jìn)行含氣性檢測(cè)和氣、水識(shí)別。

本文結(jié)合前人的研究成果，在高精度奧陶系碳酸鹽巖內(nèi)幕成像資料的基礎(chǔ)上，形成了模型正演、巖石物理建模、基于敏感參數(shù)的疊前彈性參數(shù)反演、含氣性檢測(cè)等針對(duì)性儲(chǔ)層預(yù)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)，在儲(chǔ)層預(yù)測(cè)和井位部署中獲得了較好的效果。

2 儲(chǔ)層預(yù)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 模型正演

以地震資料頻譜分析為基礎(chǔ)的模型正演對(duì)地震資料品質(zhì)分析和地質(zhì)解釋具有指導(dǎo)作用，在地震資料真實(shí)、可靠的基礎(chǔ)上，依據(jù)不同地質(zhì)模型的正演結(jié)果與實(shí)際地震反射特征的匹配程度，賦予地震振幅及其與頻率等參數(shù)組合的地質(zhì)意義[7，8]，主要作用為：一是針對(duì)由儲(chǔ)層橫向變化及地震資料可分辨率的儲(chǔ)層厚度差異引起的地震振幅強(qiáng)弱、連續(xù)性變化的地質(zhì)解釋，主要表現(xiàn)為地震反射由單波變復(fù)波、振幅由強(qiáng)變?nèi)醯牡卣稹⒌刭|(zhì)解釋；二是針對(duì)地震波組的空間幾何關(guān)系的地質(zhì)解釋，在明確地質(zhì)背景和沉積體系的條件下，均可通過(guò)模型正演結(jié)果與實(shí)際地震資料的符合程度驗(yàn)證地質(zhì)模型的準(zhǔn)確性，從而指導(dǎo)下一步依托地震資料解釋成果的巖性目標(biāo)識(shí)別工作。目前對(duì)研究區(qū)的地質(zhì)認(rèn)識(shí)不成熟，對(duì)有利儲(chǔ)層的地震反射模式認(rèn)識(shí)不清。因此嘗試采用地震模型正演技術(shù)探索鹽下有利儲(chǔ)層地震反射特征，指導(dǎo)地震儲(chǔ)層預(yù)測(cè)和井位部署。

所建鹽下模型參數(shù)來(lái)自二疊系(石千峰組、石盒子組、山西組)、石炭系(太原組、本溪組)、奧陶系(馬家溝組)，由7口井(Tao48、Tong57、Tong58、Tong74、Tong59、Shan41、Tong56)的測(cè)井曲線標(biāo)準(zhǔn)化后沿鉆井分層內(nèi)插、外推得到。馬家溝組從上到下依次為奧陶系頂?shù)今R五9以下地層，Tong74井在馬五6上部鉆遇厚度為43m的塊狀膏鹽巖，下部鉆遇薄互層膏鹽巖，在鹽下的馬五7-9鉆遇厚度為7.5m的白云巖儲(chǔ)層，含氣層厚度為5.5m，試氣獲得高產(chǎn)(日產(chǎn)氣百萬(wàn)方)。Tong58井在馬五6全段均鉆遇塊狀膏鹽巖，在馬五7-9鉆遇較薄儲(chǔ)層，試氣獲低產(chǎn)氣流。Tong57井在馬五7-9鉆遇厚度為3.5m的含氣層，水層厚度為2.4m(未試氣)。其他井在鹽下未鉆遇有效儲(chǔ)層。

基于完全彈性波波動(dòng)方程，采用有限差分法[9]對(duì)鹽下地質(zhì)地球物理模型(圖1上)正演模擬，經(jīng)過(guò)對(duì)單炮數(shù)據(jù)進(jìn)行靜校正、一致性等疊加成像處理得到正演剖面[10](圖1下)，為便于波形對(duì)比，將其沿馬五5底界拉平。由正演剖面(圖1下)可見(jiàn)：在Tong74井處馬五6內(nèi)部表現(xiàn)為中—強(qiáng)波峰反射，是由于上部的塊狀膏鹽巖和下部的薄互層膏鹽巖存在一定的波阻抗界面，對(duì)其下的氣層形成封堵作用所致；馬五7-9為弱復(fù)波(波峰)反射，是由于馬五7-9的氣層與上、下圍巖存在較弱的波阻抗差異所致。

圖1 過(guò)井鹽下地質(zhì)地球物理模型(上)及其正演剖面(下)

模型長(zhǎng)度為4400m，主要層系為馬五6、馬五7、馬五8、馬五9。模型網(wǎng)格尺寸為4m×2m。觀測(cè)系統(tǒng)基本參照該區(qū)野外實(shí)際地震采集參數(shù)布設(shè)。震源為爆炸震源，主頻為30Hz，中間放炮，兩邊接收。炮間距為20m，采樣間隔為1ms，排列長(zhǎng)度為4400m，道間距為10m，覆蓋次數(shù)為10次。

2.2 巖石物理建模和曲線正演

地層通常由巖石骨架和孔隙流體組成，地震波在地層中的傳播速度往往受巖石組分、埋深、地層壓力、非均質(zhì)性以及孔隙流體等各種因素的復(fù)雜影響，是彼此相互影響、綜合作用的結(jié)果[11，12]。通過(guò)模擬地下地層環(huán)境，可以建立不同的巖性和流體組合，以探索巖石物理彈性參數(shù)與儲(chǔ)層之間的關(guān)系。

巖石物理建模以Gassmann方程為基礎(chǔ)，第一步是利用已知井的測(cè)井資料和巖心實(shí)驗(yàn)分析等數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、確定砂、泥巖的速度、密度、體積模量、剪切模量，設(shè)定儲(chǔ)層段的地層水礦化度、氣比重、溫度和壓力，通過(guò)建立模型的方法求取巖石骨架的彈性模量。第二步是建立巖石—孔隙混合流體模型，在地層條件下利用流體替換等方法求取混合流體的彈性模量。第三步是將巖石骨架和孔隙流體進(jìn)行混合，利用Gassmann方程計(jì)算含流體巖石的體積模量、剪切模量和密度，并利用彈性模量與密度和速度的關(guān)系求得縱、橫波速度。其中第二步是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，在實(shí)際應(yīng)用中廣泛采用Wood方程[13]。但是已有的研究表明[14]，在致密砂巖儲(chǔ)層和碳酸鹽巖儲(chǔ)層中，由于存在非均勻充填現(xiàn)象，Wood方程不再適用。

Domenico[13]認(rèn)為，當(dāng)巖石孔隙較小、且孔隙尺度不均勻時(shí)，Wood模型不適合某些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，由此建立一種氣、液混合方法計(jì)算兩相混合流體的體積模量

Kfl=SwaterKwater+(1-Swater)Kgas

(1)

Brie等[15]將上式修正為

(2)

王大興[16]在研究蘇里格致密砂巖含氣儲(chǔ)層時(shí)發(fā)現(xiàn)，Brie模型較好地表征了儲(chǔ)層彈性參數(shù)與含氣飽和度的關(guān)系。為此，文中分別用Wood模型和式(2)(e=2、e=3)分別計(jì)算混合流體的體積模量，并求得相應(yīng)的縱波速度(圖2)。圖2為由Wood模型和式(2)得到的結(jié)果。由圖可見(jiàn)，在儲(chǔ)層段(測(cè)井解釋孔隙度不為零)由Brie(e=2)計(jì)算的縱波速度與實(shí)測(cè)縱波速度相關(guān)度最好，二者幾乎重合。因此，選取e=2時(shí)的Brie方程(式(2))計(jì)算該區(qū)混合流體的體積模量。

圖2 由Wood模型和式(2)得到的結(jié)果

得到巖石骨架和混合流體的體積模量后，將巖石骨架和孔隙流體混合，利用Gassmann方程

(3)

求取含流體巖石的體積模量、剪切模量及縱、橫波速度。式中：ρ為密度；Kdry為干巖石體積模量；Kma為基質(zhì)體積模量；μdry為干巖石剪切模量；φ為孔隙度。

圖3為Jintan1井實(shí)測(cè)曲線與正演曲線對(duì)比圖。由圖可見(jiàn)，由正演得到的縱、橫波速度和密度曲線與實(shí)測(cè)曲線吻合度較高，在儲(chǔ)層段幾乎重合。

2.3 敏感參數(shù)優(yōu)選和疊前反演

針對(duì)鹽下儲(chǔ)層與非儲(chǔ)層波阻抗差異小的特點(diǎn)，對(duì)具有獨(dú)立物理意義的彈性參數(shù)進(jìn)行兩兩交會(huì)分析，優(yōu)選區(qū)分效果最好的彈性參數(shù)作為儲(chǔ)層敏感參數(shù)反演疊前彈性參數(shù)，以識(shí)別儲(chǔ)層。圖4為鹽下馬五6-9泊松比—縱波阻抗交會(huì)圖。由圖可見(jiàn)，氣層的泊松比小于0.27，與縱波阻抗交會(huì)可以較好地圈定有效儲(chǔ)層。因此，利用反演的泊松比剖面識(shí)別白云巖，由泊松比與波阻抗交會(huì)圖預(yù)測(cè)含氣性。使用Jason軟件的稀疏脈沖反演方法[17，18]進(jìn)行反演，識(shí)別儲(chǔ)層的分辨率達(dá)到1/8地震波長(zhǎng)。

圖3 Jintan1井實(shí)測(cè)曲線與正演曲線對(duì)比圖

圖4 鹽下馬五6-9泊松比—縱波阻抗交會(huì)圖(取自Tao38、Jintan1、Tong74井的數(shù)據(jù))

2.4 流體活動(dòng)性屬性檢測(cè)流體

流體活動(dòng)性屬性技術(shù)是在研究低頻域流體飽和多孔介質(zhì)地震反射系數(shù)的簡(jiǎn)化近似表達(dá)式基礎(chǔ)上開發(fā)的一套儲(chǔ)層流體預(yù)測(cè)技術(shù)[19,20]。流體活動(dòng)性屬性定義為地震反射振幅對(duì)反射頻率偏導(dǎo)的絕對(duì)值，反映了滲透性儲(chǔ)層和非滲透性儲(chǔ)層頻譜的變化率，與儲(chǔ)層滲透率成正比。根據(jù)地震波在孔隙流體中發(fā)生高頻衰減、低頻共振的原理可知，在低頻段滲透性儲(chǔ)層與非滲透性儲(chǔ)層頻譜的變化率為正異常，在高頻段頻譜的變化率為負(fù)異常。即含氣儲(chǔ)層在低頻段振幅譜斜率為“大正異常”，在高頻段振幅譜斜率為“小負(fù)異常”。

圖5為由地震正演剖面提取的流體活動(dòng)性剖面。由圖可見(jiàn)，在7口井中只有Tong74、Tong58和Tong56井在馬五7-9呈負(fù)異常，即含氣較好，其中在Tong74、Tong58井處的結(jié)果得到鉆探證實(shí)。

圖5 由地震正演剖面提取的流體活動(dòng)性剖面

3 應(yīng)用效果

Tong74井在鹽下白云巖目的層試氣獲日產(chǎn)百萬(wàn)方高產(chǎn)氣流，勘探獲得重大突破。為進(jìn)一步深化勘探、圈定含氣面積，利用針對(duì)性儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)部署了Jin6井。首先，該井點(diǎn)在鹽下馬五7-9白云巖的反射特征與Tong74井一致，均呈弱復(fù)波反射(圖6)。其次，流體活動(dòng)性表現(xiàn)為高頻“小負(fù)異?！?圖7上)。其三，泊松比表現(xiàn)為低值，與縱波阻抗的交會(huì)結(jié)果(圖7下)指示存在有效儲(chǔ)層(黑色條帶處，在縱波阻抗與泊松比交會(huì)圖中圈定有利值域范圍，泊松比剖面上圈定的樣點(diǎn)被黑色覆蓋)。鉆探結(jié)果顯示，Jin6井在馬五7-9實(shí)鉆儲(chǔ)層厚度為46.1m，其中含氣層厚度為17.5m，試氣產(chǎn)率為4.73×104m3/d。鉆探結(jié)果進(jìn)一步佐證了鹽下儲(chǔ)層預(yù)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)的有效性，為深化勘探提供了有力的技術(shù)支撐。

圖6 展示Jin6井與Tong74井反射特征的地震剖面

圖7 X測(cè)線流體活動(dòng)性剖面(上)、縱波阻抗與泊松比交會(huì)剖面(下)

4 結(jié)論

(1)鹽下有利儲(chǔ)層的地震反射特征為弱復(fù)波反射。

(2)選取e=2時(shí)的Brie方程(式(2))計(jì)算研究區(qū)混合流體的體積模量，能較好地表征鹽下儲(chǔ)層彈性參數(shù)與含氣性的關(guān)系，可用于巖石物理建模和橫波預(yù)測(cè)。

(3)氣層的泊松比小于0.27，它與縱波阻抗交會(huì)可以較好地圈定有效儲(chǔ)層。流體活動(dòng)性屬性的高頻“小負(fù)異?！敝甘竞瑲庑詢?chǔ)層。