川西侏羅系復(fù)雜河道精細(xì)刻畫及沉積相帶識別

劉興艷,李墨寒,葉泰然

(1.中國石油化工股份有限公司西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院,四川成都610041;2.西南大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院,重慶400715;3.中國石油化工股份有限公司西南油氣分公司,四川成都610041)

利用以地震技術(shù)為主的地球物理勘探技術(shù)實現(xiàn)地下地層成像是目前石油天然氣勘探開發(fā)重要技術(shù)手段,一方面可實現(xiàn)地下構(gòu)造、斷層等成像;另一方面,可實現(xiàn)不同巖層三維空間形態(tài)成像,目前已衍生了地震地層學(xué)、地震沉積學(xué)等多個分支學(xué)科[1]。就陸相地層中巖性油氣藏勘探開發(fā)而言,河流及三角洲相帶所沉積的砂巖是主要的儲集層,識別和精細(xì)刻畫地下埋深數(shù)千米的古河道砂巖儲層一直是石油天然氣勘探開發(fā)的重要研究內(nèi)容。

川西坳陷侏羅系巖性氣藏埋深1000～3000m,主力層系蓬萊鎮(zhèn)組(JP)、沙溪廟組(JS)砂巖儲層主要受三角洲平原-前緣分流河道控制。三維地震儲層預(yù)測技術(shù)在該區(qū)的應(yīng)用始于上世紀(jì)九十年代,是前期氣藏勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)[2-3]。2010年以前,主要在成都凹陷周邊正向構(gòu)造上建成新場、馬井、洛帶等氣田。2011年以來,勘探開發(fā)主要目標(biāo)逐漸轉(zhuǎn)向斜坡區(qū)及凹陷區(qū)河道砂巖氣藏[4-5],氣藏具有“深源淺聚、斷砂輸導(dǎo)、相帶控砂、河道控儲、物性控產(chǎn)”的總體特征,復(fù)雜致密薄窄河道砂巖儲層成為主要開發(fā)建產(chǎn)目標(biāo),儲層主要特征為:儲層致密,沙溪廟組及蓬萊鎮(zhèn)組孔隙度平均值分別為8.6%和9.3%,滲透率平均值分別為0.21mD(1mD≈0.987×10-3μm2)和0.55mD;河道寬度一般低于1000m,多為200～500m,較早期新場氣田沙溪廟組毯狀河道砂寬度明顯變窄[2];河道縱向多期次發(fā)育,橫向多河道交織,其中,蓬萊鎮(zhèn)組縱向劃分出29套砂組,沙溪廟組縱向劃分出11套砂組,各砂組由1～3層小層砂體組成,砂體厚度薄,一般低于20m,多為5～15m。河道相帶精細(xì)刻畫是困擾川西侏羅系氣藏勘探開發(fā)主要技術(shù)瓶頸之一,巖石物理分析表明,受儲層致密影響,儲層波阻抗高,與圍巖波阻抗差異小,儲層與圍巖波阻抗疊置較為嚴(yán)重,隱蔽性強,以前采用常規(guī)振幅、相干、分頻解釋等河道相帶技術(shù)刻畫的結(jié)果難以滿足生產(chǎn)需要[5-10];利用巖性反演方法識別河道相帶不理想,如:在已鉆井較少的情況下,目前普遍應(yīng)用的地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演方法精度受限[11]。此外,沉積相帶準(zhǔn)確識別亦是困擾復(fù)雜河道砂巖氣藏地質(zhì)認(rèn)識與評價的難題,尤其是鉆井分布密度小的斜坡及凹陷區(qū),地質(zhì)認(rèn)識程度低,地質(zhì)-地球物理結(jié)合不夠,對沉積相帶的劃分不準(zhǔn)確,制約了儲層預(yù)測的精度。

針對復(fù)雜致密河道砂巖儲層預(yù)測難點,形成了“相控找砂、砂中選優(yōu)”的研究思路和“宏觀-微觀、定性-定量、逐級約束、逐步逼近”的技術(shù)策略,以地震相帶及儲層刻畫與描述為技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)為重點,通過持續(xù)攻關(guān)與勘探開發(fā)實踐,形成了波形分類技術(shù)、體分頻像素成像技術(shù)、多河道分期剝離及三維空間刻畫等關(guān)鍵技術(shù),較為系統(tǒng)地解決了河道邊界及內(nèi)幕準(zhǔn)確刻畫、多河道分期、三維空間多河道描述等難題,河道邊界及內(nèi)幕刻畫效果較傳統(tǒng)單一屬性明顯提升,同一地震相位內(nèi)多條河道分期次剝離,為復(fù)雜河道砂巖氣藏單河道評價、多河道立體開發(fā)發(fā)揮了極為重要的支撐作用。在此基礎(chǔ)上,采用將今論古的研究思路,開展地震成像結(jié)果與現(xiàn)今地表典型地貌對比研究,結(jié)合沉積相劃分原則及沉積學(xué)規(guī)律,綜合利用少數(shù)鉆井資料即可準(zhǔn)確識別和劃分地下河道沉積相帶特征,有效圈定受優(yōu)勢河道相帶控制的優(yōu)質(zhì)儲層的分布,提升了有利沉積相帶預(yù)測精度。所部署的評價及開發(fā)井河道砂巖儲層鉆遇率明顯提高,應(yīng)用效果較好。

1 河道相帶刻畫關(guān)鍵技術(shù)

1.1 波形分類技術(shù)

陸相沉積地層地震反射波形信息(振幅、頻率、相位及連續(xù)性等)與砂泥巖組合樣式、巖性、厚度、物性以及含油氣性等多種因素相關(guān)。地震模型正演及統(tǒng)計分析表明,儲層沉積微相、巖性組合的變化是引起地震反射波形變化的重要原因之一,這為利用地震波形變化信息預(yù)測沉積相帶、刻畫相帶內(nèi)地層的非均質(zhì)性提供了理論依據(jù)。三維地震波形分類技術(shù)是沉積相帶預(yù)測普遍采用的技術(shù),尤其對于地層厚度變化較小,地震反射結(jié)構(gòu)以平行-亞平行為主的地層應(yīng)用效果較好。該技術(shù)采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對地震波形進行分類處理,將不同的波形以相類形式反映出來,結(jié)合地質(zhì)、鉆井、測井分析,把代表同一類沉積相的地震反射波分為一類,以此來代表同一沉積相帶或微相,針對疊置河道發(fā)育區(qū),該技術(shù)還可描述河道相帶內(nèi)砂體疊置關(guān)系[12-13]。

圖1 成都凹陷什邡氣田砂組波形分類

1.2 體分頻像素成像技術(shù)

分頻屬性融合技術(shù)對沉積相帶及儲層的刻畫效果較常規(guī)單一屬性分析的效果改善明顯,該分頻解釋技術(shù)對三維地震資料進行特殊處理,產(chǎn)生具有單一頻率的一系列振幅調(diào)諧體和離散頻率能量體,人工篩選低、中、高單頻振幅屬性進行三原色平面融合[9],但刻畫結(jié)果差異性較大,影響預(yù)測精度,且操作不太方便。近年來發(fā)展的體分頻像素成像技術(shù)是頻變能量融合處理與體分頻處理兩項技術(shù)的聯(lián)合運用[12],針對河道砂巖厚度多變、陸相沉積圍巖多變、砂巖與泥巖組合方式多變、物性多變等非均質(zhì)性特點,在高保真去噪目標(biāo)處理基礎(chǔ)上,利用小時窗內(nèi)不同頻段對不同厚度地質(zhì)異常體邊界識別的敏感性,通過高低頻融合實現(xiàn)相帶的清晰成像。該方法是在像素去噪處理后的地震數(shù)據(jù)體上,開展基于小波變換的體分頻處理,即采用一系列不同的頻率和帶寬Gabor子波,對地震道進行分頻處理,得到各個不同頻率帶的振幅能量體和相位體,賦予每一單頻振幅能量體一種顏色(通常是紅、綠、藍(lán)色中的一種),單頻振幅能量體內(nèi)不同采樣點處依據(jù)能量差異賦予同種顏色不同的亮度和強度,最后將各單頻地震振幅能量體同一點處不同顏色的亮度和強度按照RGB混合方式融合形成一個頻率能量體。對地震數(shù)據(jù)進行全頻段掃描,用不同頻率的調(diào)諧振幅變化來研究河道砂體的橫向變化特征,調(diào)諧振幅的強弱與亮度對應(yīng),可觀察到厚度不同的同期沉積地質(zhì)體的分布范圍,實現(xiàn)地質(zhì)體外形的整體刻畫,使相帶連續(xù)性、相帶邊界刻畫能力提高,并以此來識別地質(zhì)體邊界、疊置關(guān)系及發(fā)育期次,其識別結(jié)果較常規(guī)地震振幅屬性縱橫向分辨率和清晰度明顯提升。

1.3 多河道分期剝離及三維空間刻畫技術(shù)

多河道交織是河流三角洲相的普遍特征之一,而復(fù)合相位或單相位內(nèi)疊置河道分期次刻畫是氣藏開發(fā)必須要解決的技術(shù)難點。在借鑒前人單河道識別方法的基礎(chǔ)上[14],基于不同埋深、走向、厚度、物性等河道地質(zhì)特征差異對地震反射時間、能量及頻率的影響,綜合應(yīng)用地震剖面河道沉積位置比較、三維可視化子體追蹤技術(shù)、體分頻像素成像技術(shù),通過井震一體化綜合分析,可實現(xiàn)同一相位內(nèi)疊置河道期次識別與劃分,在中江氣田沙溪廟組氣藏地震同一復(fù)合相位內(nèi),實現(xiàn)了3～4期河道分期剝離。

圖2 什邡氣田蓬萊鎮(zhèn)組砂組振幅屬性(a)與體分頻像素成像(b)

圖3 中江氣田沙溪廟組砂組體分頻像素成像

三維可視化技術(shù)、體分頻像素成像技術(shù)是河流三角洲沉積的多河道分期剝離與三維空間展布刻畫最為關(guān)鍵的地球物理技術(shù)。在地震剖面小層追蹤對比線的控制下,首先利用三維可視化子體追蹤技術(shù)自動進行河道砂巖的三維空間識別和追蹤,不同河道賦予不同顏色;基于沉積時限差異,還可實現(xiàn)不同埋深河道三維地震體中時間域差異識別。由于不同河道地質(zhì)特征的差異,可利用體分頻像素成像技術(shù),通過顏色與亮度的變化表征出各條河道的差異。兩種技術(shù)相互補充、結(jié)果相互印證,在多期多河道縱橫交織的情況下,結(jié)合橫切多河道的地震剖面上河道的發(fā)育位置差異,可以有效區(qū)分河道走向,從而劃分出河道期次,實現(xiàn)河道三維空間刻畫,這是常規(guī)單一屬性分析難以實現(xiàn)的。

圖4 中江氣田沙溪廟組砂組地震剖面(a)、三維可視化(b、c)與體分頻像素成像(d)

1.4 復(fù)雜河道三維解釋方法

圖5 中江氣田沙溪廟砂組河道三維刻畫

2 基于相似地貌的沉積相準(zhǔn)確識別

河道砂巖氣藏優(yōu)質(zhì)儲層往往發(fā)育于河道、河口壩等沉積相帶,將今論古是地質(zhì)研究的核心思路,地表地貌及露頭剖面結(jié)構(gòu)研究已成為識別沉積相特征極為重要的研究方法。但鉆井資料較少的區(qū)域,沉積相帶劃分精度是有限的,因此,基于地球物理河道相帶刻畫結(jié)果的沉積相解釋顯得尤為重要[15]。

根據(jù)區(qū)域沉積背景、鉆井沉積微相的劃分及河道刻畫結(jié)果,結(jié)合對國內(nèi)外河流地貌的系統(tǒng)調(diào)研,找到與地下河道特征極為相似的現(xiàn)今河流,可以準(zhǔn)確識別沉積相特征,編制沉積相圖,從而準(zhǔn)確圈定出有利于天然氣富集的河道砂巖儲層的分布。

利用體分頻像素成像技術(shù)得到的河道刻畫結(jié)果以及單河道或河道組系三維地震解釋結(jié)果,結(jié)合露頭和少量鉆井巖心、測井等資料可更為直觀和準(zhǔn)確地進行古地貌分析和沉積相劃分。根據(jù)陸相河流三角洲沉積亞相劃分原則,河道分叉或多河道的出現(xiàn)往往作為河流相演變?yōu)槿侵尴嗟臉?biāo)志,在三角洲相中,三角洲平原與前緣亞相的劃分依據(jù)主要就是古地貌及不同類型河道特有的相帶外形差異,即曲流河是三角洲平原的典型標(biāo)志,其前端的順直河是三角洲前緣的標(biāo)志。

圖6 中江氣田沙溪廟組砂組體分頻像素成像(a)與加拿大薩斯喀徹溫河航拍圖(b)對比

圖7 中江氣田沙溪廟組砂組沉積相(a)與砂組沉積相(b)

3 結(jié)束語

1) 以三維地震資料為基礎(chǔ),波形分析技術(shù)、體分頻像素成像技術(shù)、多河道分期剝離及三維空間刻畫技術(shù)等的綜合應(yīng)用,在刻畫不同期次單河道外形及內(nèi)幕等方面的預(yù)測效果均優(yōu)于常規(guī)屬性,刻畫效果得到明顯提高。

2) 針對多期疊置復(fù)雜河道,以單河道或河道沉積體系為目標(biāo)的三維地震解釋方法較傳統(tǒng)三維層位拾取與屬性提取方法更為適用,效果明顯,并可明顯提高三維地震資料解釋效率。

3) 地震成像結(jié)果與現(xiàn)今地表相似地貌對比研究,是預(yù)測和分析沉積相帶的有效方法,可準(zhǔn)確識別和劃分沉積相單元,大大提升有利沉積相帶預(yù)測精度。