基于電阻率約束的分頻含氣性預(yù)測(cè)技術(shù)

羅 晶 巫芙蓉 張洞君 徐 敏 陳 輝 樊 軍 張黎明 趙振偉

1.中國(guó)石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司西南物探研究院 2.中國(guó)石油西南油氣田公司頁巖氣研究院

0 引言

現(xiàn)有的疊后含氣性預(yù)測(cè)技術(shù)一般都利用與頻率相關(guān)的信息進(jìn)行檢測(cè)，比如主頻、瞬時(shí)頻率、頻率衰減、單頻信息、低頻伴影、高低頻能量比等等[1-7]，理論體系已較為成熟[8-9]，具有大量的時(shí)頻分析研究成果，其中也不乏一些成功的預(yù)測(cè)經(jīng)驗(yàn)[10-11]。

筆者對(duì)四川盆地非均質(zhì)性強(qiáng)的碳酸鹽巖儲(chǔ)層（二疊系、三疊系礁灘）進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其疊后含氣性預(yù)測(cè)的實(shí)際應(yīng)用效果并不理想，存在著多解性。仔細(xì)研究前人的預(yù)測(cè)思路，發(fā)現(xiàn)存在一些問題：①技術(shù)思路局限于應(yīng)用時(shí)頻分析技術(shù)開展方法試驗(yàn)，致力于改進(jìn)高精度的時(shí)頻算法，以求得到更高的單井吻合率；②采用某種單屬性井點(diǎn)驗(yàn)證方式，吻合率達(dá)到75%就算不錯(cuò)的預(yù)測(cè)結(jié)果，雖然有部分學(xué)者開始利用多因素驗(yàn)證（比如高頻能量與低頻能量的比值），但本質(zhì)上仍是單屬性的后驗(yàn)作用（某一單屬性針對(duì)某一特定地質(zhì)異常體極為敏感、對(duì)其含油氣性的指示作用例外）；③預(yù)測(cè)結(jié)果被物探技術(shù)人員所詬病，對(duì)井位部署和有利勘探區(qū)優(yōu)選的支撐作用非常有限。造成上述問題的主要原因可能是理論研究未獲突破、地質(zhì)問題過于復(fù)雜和多樣。

在生產(chǎn)應(yīng)用中，疊后含氣性預(yù)測(cè)技術(shù)目前已處于發(fā)展的瓶頸期，擺脫傳統(tǒng)的思維模式，利用已鉆井的氣水分布情況，合理運(yùn)用地震數(shù)據(jù)包含的頻率信息，實(shí)現(xiàn)切實(shí)可行的含氣性預(yù)測(cè)思路，建立合理的疊后含氣性預(yù)測(cè)理論體系及方法流程迫在眉睫。為此，筆者利用深/淺電阻率對(duì)氣層敏感的特點(diǎn)，提取其信息作為地震約束，結(jié)合地震分頻信息和全頻帶相對(duì)波阻抗信息，以非線性算法為橋梁，建立多元頻率數(shù)據(jù)體與深/淺電阻率對(duì)數(shù)差的映射關(guān)系，量化氣層的值域范圍，以期達(dá)到預(yù)測(cè)儲(chǔ)層含氣性的目的。

1 技術(shù)思路與方法原理

1.1 技術(shù)思路

基于對(duì)氣層、水層較敏感的深/淺電阻率測(cè)井曲線，結(jié)合地震全頻帶相對(duì)波阻抗信息、地震分頻信息和非線性算法，建立深/淺電阻率對(duì)數(shù)差曲線與地震數(shù)據(jù)體波形間的非線性映射關(guān)系，量化氣層的值域范圍，實(shí)現(xiàn)含氣性預(yù)測(cè)（圖1）。

1）有效地利用鉆井信息，而非井點(diǎn)驗(yàn)證的方式，對(duì)氣層、水層較敏感的深/淺電阻率曲線作為先驗(yàn)信息參與約束。

圖1 技術(shù)路線圖

2）合理運(yùn)用地震數(shù)據(jù)包含的頻率信息。已有大量的研究成果[1-11]顯示，頻率信息在氣層、水層存在差異，而這種差異信息可能表現(xiàn)為高頻衰減、低頻伴影、敏感的單頻信息等，故多元的地震頻率信息是含氣性預(yù)測(cè)的關(guān)鍵。

3）利用多元的頻率信息與深/淺電阻率信息建立測(cè)井曲線與地震波形的非線性映射關(guān)系，得到氣層敏感因子數(shù)據(jù)體，實(shí)現(xiàn)含氣性預(yù)測(cè)。

1.2 方法原理

1.2.1 徑向電阻率比較法

根據(jù)鉆井液在儲(chǔ)層中的侵入特征，可以利用徑向電阻率變化來區(qū)分氣、水層。若地層水礦化度比鉆井液礦化度高，鉆井液濾液侵入地層時(shí)，氣層形成減阻侵入剖面，水層形成增阻侵入剖面，對(duì)比分析探測(cè)不同深度的電阻率曲線，深電阻率大于淺電阻率的地層為氣層，反之為水層。

當(dāng)然，深/淺電阻率還受到眾多因素的影響[12]，但在實(shí)際應(yīng)用中，深/淺電阻率作為先驗(yàn)信息，需要結(jié)合速度、自然伽馬等曲線綜合評(píng)價(jià)，需要時(shí)進(jìn)行必要的校正。為了引入深/淺電阻率信息參與約束，定義深/淺電阻率對(duì)數(shù)差值（Rc）為：

式中Rc表示深/淺電阻率對(duì)數(shù)差值，無量綱；Rd表示深電阻率，Ω·m；Rs表示淺電阻率，Ω·m。

1.2.2 地震分頻及振幅與頻率的關(guān)系

地震的時(shí)頻分析方法一般包括短時(shí)傅里葉變換、小波變換和S變換等[13]，而地震分頻技術(shù)正是一種基于頻譜分析的全新地震成像解釋方法，它可以整體揭示地層的縱向變化規(guī)律、沉積相帶的空間演變模式，并能指導(dǎo)人們進(jìn)行儲(chǔ)集層厚度展布的描繪與分析[14]，其實(shí)際應(yīng)用中常采用快速便捷的離散傅立葉變換（DFT），將時(shí)間函數(shù)g(t)（地震時(shí)間記錄）變換為頻率函數(shù)G(f)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如式（3）。

式中i表示-1；f表示頻率，Hz；t表示時(shí)間，ms；N表示時(shí)窗內(nèi)的樣點(diǎn)數(shù)；a(j)表示輸入地震信號(hào)；j表示輸入地震信號(hào)時(shí)間域序號(hào)，j=0…N-1；A(k)表示經(jīng)過傅里葉變換后的振幅譜；k表示頻率域序號(hào)。

地震反射信號(hào)經(jīng)傅立葉變換后，在頻率域內(nèi)都有一個(gè)與之相對(duì)應(yīng)的特定頻率成分，且這種頻率成分在頻率域是唯一的。經(jīng)過分頻后，每一個(gè)單一頻率對(duì)應(yīng)的振幅都是調(diào)諧振幅，對(duì)時(shí)間調(diào)諧厚度計(jì)算公式[式（4）]進(jìn)行變換可得式（5）。

式中Δz表示調(diào)諧厚度，m；f表示頻率，Hz；v表示速度，m/s。

如圖2所示，對(duì)于不同厚度的地層，其調(diào)諧頻率不同（圖2-a）；經(jīng)過轉(zhuǎn)換，利用該關(guān)系式就可以得到在不同時(shí)間厚度下振幅與頻率的關(guān)系（圖2-b）。

振幅與頻率的關(guān)系非常復(fù)雜。同樣的地層在不同主頻的地震子波下表現(xiàn)出不同的振幅特征，這種復(fù)雜的關(guān)系利用簡(jiǎn)單的函數(shù)很難表達(dá)出來，只有通過非線性映射關(guān)系，如支持向量機(jī)[15-16]或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[17]等較成熟的非線性算法，才能較好地表達(dá)。

圖2 振幅與時(shí)間厚度、頻率關(guān)系圖

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 工區(qū)概況

T工區(qū)在晚二疊世位于開江—梁平海槽東側(cè)（圖3）。從2013年開始，研究區(qū)先后開展了多輪地震解釋工作，然而工區(qū)中部區(qū)域（圖3虛線圈）的臺(tái)緣帶及生物礁的分布均不能落實(shí)，多輪成果的臺(tái)緣帶及生物礁的刻畫不一樣，存在較大爭(zhēng)議，井位部署一直未能落實(shí)。前期區(qū)內(nèi)多口井鉆遇上二疊統(tǒng)長(zhǎng)興組，其中，鉆井A井及其側(cè)鉆井（A-1井）均鉆遇生物礁，儲(chǔ)層發(fā)育，但都產(chǎn)水。為了落實(shí)T工區(qū)的生物礁相帶展布特征、儲(chǔ)層分布及流體性質(zhì)，筆者重點(diǎn)開展了該區(qū)域復(fù)雜的氣水關(guān)系研究。

圖3 T工區(qū)長(zhǎng)興組生物礁分布圖

2.2 測(cè)井響應(yīng)特征分析

圖4為T工區(qū)內(nèi)鉆遇生物礁的B井測(cè)井曲線圖。從圖4可以看出，生物礁的儲(chǔ)層段具有明顯的速度降，以氣層段和水層段尤為明顯。相對(duì)于上下圍巖的平均速度6 300 m/s，氣層和水層的速度介于5 400～6 200 m/s，氣層和水層的速度無明顯差異；但深電阻率與淺電阻率的正差異在氣層和水層之間區(qū)別明顯，據(jù)此建立Rc曲線，并確定氣層的Rc門檻值為0.5，Rc＞0.5則為氣層。

圖4 T工區(qū)典型生物礁測(cè)井曲線圖（B井）

2.3 含氣敏感頻率信息優(yōu)選

長(zhǎng)興組儲(chǔ)層段多發(fā)育在飛仙關(guān)組底向下40 ms范圍內(nèi)。沿層向下提取該時(shí)窗范圍內(nèi)的頻譜，主頻為27.5 Hz，頻帶范圍介于8～47 Hz（圖5）；對(duì)獲氣井（C井、D井）進(jìn)行單井頻譜分析，在產(chǎn)氣層段（圖6中的紅色虛線框），其敏感頻率介于16～36 Hz。

圖5 T工區(qū)長(zhǎng)興組頻譜分析圖

圖6 T工區(qū)典型井頻譜分析圖

經(jīng)參數(shù)試驗(yàn)，按照加密敏感頻率帶、增加高頻的原則設(shè)計(jì)分頻參數(shù)，按照12 Hz、22 Hz、27 Hz、32 Hz、37 Hz、42 Hz、52 Hz進(jìn)行分頻，既保證了敏感頻率段的覆蓋加密，又保證了項(xiàng)目的時(shí)效。

地震頻帶相對(duì)波阻抗信息選用有色反演結(jié)果。有色反演是一種頻率域測(cè)井約束波阻抗反演方法[18]，其核心是用地震的頻譜和井的波阻抗頻譜相匹配來完成反演，有色反演分辨率同地震相當(dāng)；而在褶積模型基礎(chǔ)上的反演方法[19]，比如道積分反演獲得的相對(duì)波阻抗信息，會(huì)減小地震高頻，降低地震分辨率[20]。

2.4 應(yīng)用效果分析

圖7為過D井和E井的含氣因子剖面圖，紅黃色表示含氣性好，藍(lán)色表示含氣性差，Rc門檻值為0.5。氣層發(fā)育在飛仙關(guān)組底向下約40 ms時(shí)窗范圍內(nèi)，含氣條帶清晰，橫向展布特征明顯（紅色虛線圈）。圖8為采用本方法預(yù)測(cè)的T工區(qū)長(zhǎng)興組含氣性平面分布圖，驗(yàn)證井11口，符合率為91%，與實(shí)際鉆井吻合好，T工區(qū)含氣有利區(qū)主要分布在工區(qū)南邊DMP潛伏構(gòu)造（圖8下方黑色虛線框）以及中部HNT構(gòu)造北東傾末端（紅色虛線框）。

2.5 效果綜合評(píng)價(jià)

T工區(qū)位于開江—梁平海槽的“箕形”末端（海槽東南部）[21-22]，臺(tái)緣帶不發(fā)育，生物礁隆起幅度小，發(fā)育點(diǎn)礁，礁體識(shí)別難度大。從圖8已有鉆井的區(qū)域（黑色虛線框）來看，預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)鉆結(jié)果吻合率高。分析前幾輪地震工作的成果，礁體特征不明顯、飛仙關(guān)組底對(duì)比的準(zhǔn)確性影響了相帶的劃分及礁體的刻畫，“相控”觀點(diǎn)可能對(duì)研究區(qū)并不適用。目前，HNT構(gòu)造北東傾末端（紅色虛線框區(qū)域）未鉆井，從該區(qū)域的L剖面可以看出，含氣區(qū)域有小幅隆起，飛仙關(guān)組底存在細(xì)微的強(qiáng)弱變化，紅黃色含氣條帶橫向展布特征明顯，處于飛仙關(guān)組底向下15～40 ms時(shí)窗范圍內(nèi)，是潛在的勘探有利區(qū)（圖9）。

圖7 T工區(qū)典型井含氣因子剖面圖

圖8 T工區(qū)長(zhǎng)興組含氣性預(yù)測(cè)分布圖

3 結(jié)論

1）深/淺電阻率曲線可以指示氣層，該信息可以被提取出來作為先驗(yàn)信息用于地震資料的約束，而非簡(jiǎn)單地起驗(yàn)證井作用。

2）分頻信息增大了多元頻率數(shù)據(jù)體與Rc曲線的映射關(guān)系，有色反演為更加合理的全頻帶相對(duì)波阻抗地震數(shù)據(jù)，更有利于氣水識(shí)別。

3）利用已鉆井的氣水測(cè)試信息，結(jié)合地震數(shù)據(jù)包含的頻率信息開展含氣性預(yù)測(cè)是一種切實(shí)可行且有效的疊后含氣性預(yù)測(cè)方法，具有極大的推廣應(yīng)用價(jià)值。

圖9 T工區(qū)L線沿上二疊統(tǒng)底拉平偏移剖面及含氣因子剖面圖