基于地震反演與陣列聲波測(cè)井的縫洞發(fā)育區(qū)預(yù)測(cè)

李杰，賀川航，彭才，吳戰(zhàn)培，李雯琪，鄧瑛，王通

（中國(guó)石油東方地球物理公司，河北 涿州 072050）

0 引言

四川盆地龍女寺地區(qū)龍王廟組氣藏成藏條件優(yōu)良，資源勘探開發(fā)潛力巨大。龍王廟組碳酸鹽巖儲(chǔ)層的基本特征為：1）原生孔隙、滲透率較低，有效儲(chǔ)層空間以巖溶產(chǎn)生的孔洞、裂縫為主；2）儲(chǔ)層孔洞長(zhǎng)軸直徑為0.2～20.0 mm，主要為 4.0～10.0 mm，屬于小尺度縫洞；3）儲(chǔ)層空間非均質(zhì)性較強(qiáng)，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層分布規(guī)律較復(fù)雜；4）儲(chǔ)層埋深均在5 000 m以上，且上覆地層巖性與儲(chǔ)層厚度、分布組合多樣，儲(chǔ)層地震響應(yīng)特征復(fù)雜，儲(chǔ)層預(yù)測(cè)難度較大［1-3］。

前人多利用常規(guī)波阻抗反演技術(shù)對(duì)縫洞型儲(chǔ)層開展預(yù)測(cè)工作［4-5］，通過(guò)井點(diǎn)儲(chǔ)層波阻抗信息引導(dǎo)井間儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)，尋找厚度較大區(qū)域?yàn)閮?chǔ)層發(fā)育有利區(qū)，該方法在儲(chǔ)層分布均勻的區(qū)域較適用。研究區(qū)深部碳酸鹽巖儲(chǔ)集空間為小尺度縫洞，非均質(zhì)性較強(qiáng)，因此，孔隙連通性是一個(gè)重要的儲(chǔ)層評(píng)價(jià)指標(biāo)。

陣列聲波測(cè)井是研究區(qū)應(yīng)用較為廣泛的測(cè)井信息，對(duì)地震縫洞連通性較為敏感［6-7］。因此，本文利用陣列聲波測(cè)井得到的聲波能量衰減信息來(lái)定量描述儲(chǔ)層連通性特征，并刻畫縫洞縱向分布位置。以此為約束，開展地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演，將縱向分辨率高的連通性曲線與橫向分辨率高的地震數(shù)據(jù)緊密結(jié)合，同時(shí)對(duì)測(cè)井資料校正等關(guān)鍵技術(shù)步驟進(jìn)行質(zhì)控，確保了反演結(jié)果具有較高的空間識(shí)別精度。

1 方法原理

陣列聲波測(cè)井可以采集在地層中傳播的縱波、橫波、斯通利波等能量信息。其中，斯通利波是一種管波，在井筒中以活塞運(yùn)動(dòng)形式傳播，垂直于井壁，產(chǎn)生交替的壓力和張力，使得井壁在垂向上發(fā)生膨脹和收縮。地層中的縫洞空間與井壁連通，斯通利波通過(guò)井壁傳播到縫洞空間，消耗了能量，降低了幅度［8］?？傊貙涌p洞連通性越強(qiáng)，地層滲透性也越強(qiáng)，聲波能量衰減也越強(qiáng)，因此，聲波能量衰減大小可以反推地層整體的縫洞發(fā)育情況與連通性。高產(chǎn)井M16井巖心圖片及試氣資料顯示孔洞、裂縫發(fā)育段的面孔率較高，聲波能量衰減量也表現(xiàn)較高值（見圖1）。

圖1 M16井測(cè)井解釋柱狀圖

聲波能量衰減曲線不僅能夠定性描述縫洞發(fā)育位置，還可以定量表征縫洞大小以及連通性，因此，優(yōu)選該曲線作為縫洞型儲(chǔ)層地震反演預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)?；诘卣鹋c陣列聲波地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的反演主要分為2個(gè)部分：隨機(jī)模擬，優(yōu)化模擬結(jié)果。

運(yùn)算過(guò)程中，可采用綜合不同尺度數(shù)據(jù)的隨機(jī)模擬技術(shù)。隨機(jī)反演不按固定路線進(jìn)行，不同的路線得到不一樣的結(jié)果，這樣的差異就代表地層空間分布的各向異性。差異越大，各向異性越強(qiáng)［9-10］。綜合不同井的聲波能量衰減值來(lái)評(píng)價(jià)反演結(jié)果的可靠性，這也是對(duì)反演結(jié)果的有效質(zhì)控。

2 井震聯(lián)合地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演

2.1 反演流程

井震聯(lián)合地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演基本流程見圖2。一般根據(jù)地層地震響應(yīng)特征，基于巖性差異建立不同條件的概率分布函數(shù)和變差函數(shù)，得到儲(chǔ)層巖性初始地質(zhì)模型。利用初始地質(zhì)模型開展正演分析，反復(fù)與原始地震迭代以達(dá)到信噪比要求。

圖2 地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演基本流程

利用研究區(qū)內(nèi)單井測(cè)井結(jié)果開展反演結(jié)果質(zhì)控，最終得到的儲(chǔ)層反演三維數(shù)據(jù)體在井點(diǎn)與單井結(jié)論吻合［11-12］。為提高井震聯(lián)合地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演的質(zhì)量，在反演過(guò)程中還進(jìn)行的關(guān)鍵技術(shù)流程包括聲波能量曲線預(yù)處理、巖石物理分析和模型構(gòu)建等。

2.2 聲波能量曲線預(yù)處理

儲(chǔ)層反演過(guò)程中，測(cè)井曲線是基礎(chǔ)，所用井資料的準(zhǔn)確性尤為重要。測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)常存在以下問(wèn)題：?jiǎn)尉疁y(cè)井儀器系列不統(tǒng)一，測(cè)井時(shí)間間隔較大，不同井的測(cè)井資料存在取值范圍的差異，以及井眼垮塌導(dǎo)致測(cè)井值不符合地質(zhì)規(guī)律。

聲波能量衰減與儲(chǔ)層滲透性有著較密切的關(guān)系，為了更好地反映地層的滲透性，須進(jìn)行聲波能量值的預(yù)處理，以消除非地層因素的影響。單井斯通利波能量進(jìn)行直方圖統(tǒng)計(jì)分析，選取最大值作為斯通利波能量的基值，將目的層段的斯通利波能量值分別除以基值，將得到的數(shù)值作為歸一化后的斯通利波能量值。歸一化處理后的能量值基本上消除了測(cè)井儀器或測(cè)量方式不同造成的能量值的差別，從而將斯通利波能量值統(tǒng)一到0～1。同時(shí)，也進(jìn)行了井眼校正，消除了非地層因素的影響。準(zhǔn)確的聲波能量衰減曲線能夠?yàn)閮?chǔ)層巖石物理分析提供可靠的支撐［13］。

2.3 巖石物理分析

研究區(qū)為復(fù)雜碳酸鹽巖儲(chǔ)層，本次研究在測(cè)井資料分析的基礎(chǔ)上（見圖3），將巖心、成像測(cè)井資料獲得的單井縫洞發(fā)育區(qū)位置作為約束條件，對(duì)目的層開展了縱波波阻抗與聲波能量衰減曲線的巖石物理分析。

分析認(rèn)為，基于密度、聲波曲線計(jì)算出的縱波波阻抗曲線對(duì)縫洞型儲(chǔ)層的識(shí)別能力有限，且縫洞段與致密層段重疊區(qū)域達(dá)到25%，對(duì)于縫洞發(fā)育特征卻沒有明顯響應(yīng)；因此，單獨(dú)利用波阻抗曲線預(yù)測(cè)縫洞發(fā)育型儲(chǔ)層難以達(dá)到開發(fā)生產(chǎn)的要求（見圖3）。

縫洞段與致密層段聲波能量衰減曲線重疊區(qū)域只有6%，當(dāng)聲波能量衰減值大于20%時(shí)為縫洞發(fā)育有利區(qū)，提高了縫洞型儲(chǔ)層的分辨能力，因此，采用聲波能量衰減曲線開展地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演預(yù)測(cè)縫洞展布，有利于精細(xì)刻畫縫洞型儲(chǔ)層（見圖3）。

圖3 縱波波阻抗曲線與聲波能量衰減曲線巖石物理分析對(duì)比

聲波能量地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演基于常規(guī)縱波波阻抗反演，是利用聲波能量衰減曲線和縱波波阻抗曲線的相關(guān)性進(jìn)行的，所以較高的相關(guān)性是進(jìn)行聲波能量地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演的基礎(chǔ)。本次開展的聲波能量衰減曲線和縱波阻抗曲線的相關(guān)性分析結(jié)果見圖4。由圖4可知，相關(guān)系數(shù)為0.72，滿足本次研究需求。

圖4 聲波能量衰減曲線與縱波波阻抗相關(guān)性分析

2.4 模型構(gòu)建

地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演需要構(gòu)建針對(duì)目標(biāo)層段的高精度地質(zhì)模型，這是保證真實(shí)反演結(jié)果的重要步驟。模型構(gòu)建可以利用測(cè)井資料、井震標(biāo)定、巖心、錄井成果對(duì)研究區(qū)內(nèi)開展井震合成記錄精確標(biāo)定，以此為基礎(chǔ)，應(yīng)用地層地震資料響應(yīng)特征，在縱向上針對(duì)目標(biāo)層段開展加密網(wǎng)格精細(xì)解釋，再結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景、斷裂發(fā)育特征的研究成果，對(duì)地層模型進(jìn)行修正。這樣建立的模型，符合地質(zhì)規(guī)律，可以提高反演精度［14-15］。

3 應(yīng)用效果

四川盆地深部碳酸鹽巖巖性致密，波阻抗值較高，儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間以縫洞為主。當(dāng)縫洞溝通氣源、連通性較好時(shí)，波阻抗值會(huì)降低，更會(huì)影響聲波能量的變化?；谘芯繀^(qū)沉積特點(diǎn)和小尺度縫洞預(yù)測(cè)要求，在地震資料分辨率不高的背景下，本文利用碳酸鹽巖儲(chǔ)層低聲波能量層段開展縫洞發(fā)育區(qū)的精細(xì)解釋，以獲得的高精度縫洞識(shí)別模板為約束，開展基于聲波能量衰減的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演，實(shí)現(xiàn)了對(duì)小尺度縫洞有利區(qū)的預(yù)測(cè)。

本次研究中，在參與反演運(yùn)算的28口井中，預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)鉆解釋吻合較高的占85.3%，在作為論證井的5口井中，吻合度較高的占75%。本次研究認(rèn)為，斯通利波測(cè)井可以定量描述縫洞發(fā)育尺度，應(yīng)用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)模擬得到的聲波能量衰減反演數(shù)據(jù)體，可精細(xì)刻畫縫洞發(fā)育空間展布特征。

川中龍王廟組氣田開發(fā)井井型以大斜度井和水平井為主。地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演較好地刻畫了縫洞的空間展布，有效地指導(dǎo)了開發(fā)井位部署，準(zhǔn)確定位鉆井軌跡，提高了儲(chǔ)層鉆遇率和鉆井成功率。X29井為一口新開發(fā)井（見圖5），鉆前聲波能量衰減反演預(yù)測(cè)：該區(qū)域縫洞較發(fā)育，儲(chǔ)層連通性較好，在儲(chǔ)層中部有縫洞發(fā)育有利區(qū)，頂部?jī)?chǔ)層縫洞較發(fā)育。實(shí)鉆后測(cè)井解釋儲(chǔ)層厚度389.1 m（斜厚），顯示產(chǎn)氣段為中部，與預(yù)測(cè)結(jié)果相吻合。最終獲得高產(chǎn)，日產(chǎn)氣量為141×104m3。

圖5 過(guò)X29井軌跡聲波能量反演剖面

X206井的聲波能量衰減反演預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)鉆解釋結(jié)論一致（見圖6）。

圖6 反演預(yù)測(cè)結(jié)果過(guò)井剖面

X41井為驗(yàn)證井，反演結(jié)果顯示該區(qū)域縫洞不發(fā)育、地層連通性較差。實(shí)鉆解釋為干井，縫洞不發(fā)育，反演結(jié)果與實(shí)鉆解釋結(jié)論一致。在縫洞預(yù)測(cè)成果的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了X23井，實(shí)鉆結(jié)果表明，頂部?jī)?chǔ)層裂縫發(fā)育，預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)鉆成果一致。X206，X41，X23井縫洞與聲波能量衰減曲線的情況為：X206井縫洞較發(fā)育，聲波能量衰減值為18.2%；X41井縫洞不發(fā)育，聲波能量衰減值為3.8%；X23井縫洞發(fā)育，聲波能量衰減值為28.0%。試氣結(jié)果，X23井、X206井日產(chǎn)氣量分別為114×104，20×104m3，X23 井儲(chǔ)層優(yōu)于 X206 井，單井縫洞發(fā)育情況與聲波能量衰減預(yù)測(cè)值吻合度較好。

4 結(jié)論

1）通過(guò)測(cè)井曲線預(yù)處理、多井一致性處理、歸一化處理以突出地層縫洞特征的研究，準(zhǔn)確地提取聲波能量衰減曲線上的縫洞信息，形成了統(tǒng)一的縫洞解釋圖版，提高了研究區(qū)縫洞解釋精度。

2）基于測(cè)井縫洞解釋模型為約束的聲波能量地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演預(yù)測(cè)技術(shù)，能較好地把井資料的高分辨率與隨機(jī)模擬理論、反演方法緊密結(jié)合起來(lái)，明顯提高了對(duì)小尺度縫洞的縱向識(shí)別能力，對(duì)四川盆地碳酸鹽巖小尺度縫洞預(yù)測(cè)有較好的推廣價(jià)值。