氣云影響下淺水三角洲儲(chǔ)層描述關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用*

王少鵬 李 久 張 嵐 秦潤(rùn)森 張正龍

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司 天津 300459)

渤海油田是我國(guó)重要的原油產(chǎn)區(qū)，其新近系是主要的含油層系之一，探明原油地質(zhì)儲(chǔ)量已超過(guò)渤海總探明儲(chǔ)量的60%。近10年來(lái)，基于海上高品質(zhì)三維地震資料及儲(chǔ)層反演技術(shù)的不斷發(fā)展，在油田勘探開(kāi)發(fā)中形成了新近系砂體精細(xì)刻畫(huà)技術(shù)。該技術(shù)通過(guò)地震反演同相軸與砂體的匹配關(guān)系對(duì)砂體邊界、厚度、疊置關(guān)系、連通性等參數(shù)進(jìn)行描述，大幅提升了新近系油藏的勘探開(kāi)發(fā)效果[1-3]。然而，受斷裂帶活動(dòng)影響，渤海灣盆地氣云區(qū)廣泛發(fā)育，在地震剖面上出現(xiàn)成像模糊帶。由于氣云影響下地震同相軸的頻率、振幅、連續(xù)性均出現(xiàn)較大的變化[4-5]，往往導(dǎo)致其內(nèi)部?jī)?chǔ)層成像差且構(gòu)造產(chǎn)狀難以確定[6-7]，對(duì)油田開(kāi)發(fā)方案的編制、內(nèi)部挖潛均產(chǎn)生重要影響。因此，改善氣云區(qū)內(nèi)部地震資料的品質(zhì)，提高油氣藏描述的精度，一直是受氣云影響油田在勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中需要解決的難點(diǎn)。

本文以渤海海域南部渤中34地區(qū)為例開(kāi)展了氣云區(qū)內(nèi)儲(chǔ)層精細(xì)研究。該區(qū)域局部發(fā)育氣云區(qū)，生產(chǎn)動(dòng)態(tài)表明，受氣云影響的砂體具有較大的開(kāi)發(fā)潛力，是下一步挖潛的重點(diǎn)區(qū)域。氣云區(qū)內(nèi)部?jī)?chǔ)層研究涉及氣云區(qū)內(nèi)部地震資料成像、砂體描述等一系列技術(shù)難題，因此在渤中34地區(qū)首次以地震資料重新采集為突破口，通過(guò)儲(chǔ)層發(fā)育特征來(lái)設(shè)計(jì)采集參數(shù)以及開(kāi)展“提升道集信噪比、建立精細(xì)速度模型”針對(duì)性處理，在此基礎(chǔ)上通過(guò)非氣云區(qū)儲(chǔ)層發(fā)育參數(shù)來(lái)約束氣云區(qū)內(nèi)部的儲(chǔ)層反演，形成針對(duì)于氣云區(qū)地震采集、處理與儲(chǔ)層描述的關(guān)鍵技術(shù)序列，較大程度提高了氣云影響條件下水下分流河道描述精度。研究成果為渤海其他受氣云影響的油田開(kāi)發(fā)具有重要示范作用。

1 區(qū)域地質(zhì)概況及氣云區(qū)特征

渤中34地區(qū)位于渤海海域南部黃河口凹陷中央構(gòu)造脊上的一個(gè)復(fù)雜斷塊，受郯廬斷裂強(qiáng)烈右旋張扭活動(dòng)影響，發(fā)育近東西向—北東東向以及北西—南東向兩組斷裂系統(tǒng)[8]。該區(qū)域的主要含油層系是新近系明化鎮(zhèn)組下段，以淺水三角洲沉積為主，其中水下分流河道構(gòu)成了儲(chǔ)層的主體，儲(chǔ)層厚度為6～10 m。淺水三角洲向湖中心推進(jìn)過(guò)程中，其水下分流河道不斷遷移與切割，最終形成疊置連片的儲(chǔ)層分布樣式。與淺水三角洲相關(guān)的油藏一直是渤中34地區(qū)增儲(chǔ)上產(chǎn)的重要目標(biāo)，經(jīng)過(guò)10年的高效開(kāi)發(fā)，該地區(qū)已形成了300萬(wàn)噸的產(chǎn)能規(guī)模。

渤中34地區(qū)東側(cè)發(fā)育淺層氣云，拾取三維拖纜地震數(shù)據(jù)海底反射，提取海底反射以下600 ms沿層相干屬性可以得到，氣云區(qū)縱向(北東方向)長(zhǎng)度可達(dá)5 km、橫向?qū)挾? km，面積約15 km2(圖1a)。圖1b展示了過(guò)氣云區(qū)三維拖纜地震數(shù)據(jù)疊前時(shí)間偏移剖面，方框代表氣云模糊區(qū)范圍，整體表現(xiàn)為低頻、弱振幅、空白或斷續(xù)反射特征。

圖1 氣云區(qū)地球物理資料分析及儲(chǔ)層響應(yīng)

在氣云內(nèi)部地震成像影響了地震相的認(rèn)識(shí)，限制了砂體描述的精度，從圖1c地震反演剖面分析，氣云區(qū)邊部同相軸的錯(cuò)斷或空白導(dǎo)致對(duì)砂體發(fā)育范圍的不確定性，而低頻、弱振幅特征不能用于砂體特征描述(圖1c)。因此，如何正確認(rèn)識(shí)氣云區(qū)內(nèi)部水下分流河道砂體的發(fā)育范圍、厚度發(fā)育特征，實(shí)現(xiàn)砂體的精細(xì)描述是推動(dòng)氣云區(qū)下一步挖潛的關(guān)鍵。

2 氣云區(qū)地震資料采集處理關(guān)鍵技術(shù)

油氣藏精細(xì)描述的基礎(chǔ)是提高氣云區(qū)內(nèi)部的成像質(zhì)量。地震資料的采集需要根據(jù)氣云空間展布特征設(shè)計(jì)合理觀測(cè)系統(tǒng),規(guī)避氣云區(qū)對(duì)地震波傳播的影響，或開(kāi)展多波勘探及多波成像技術(shù)研究，譬如利用轉(zhuǎn)換波對(duì)氣云區(qū)成像已在全球多個(gè)油田獲得成功[9-12]。同時(shí)，通過(guò)不同處理方法來(lái)提高氣云區(qū)的成像效果也是重要途徑之一，常用基于Q吸收補(bǔ)償?shù)寞B前深度偏移成像來(lái)恢復(fù)受氣云屏蔽的成像[13-14]。近年來(lái)，對(duì)于復(fù)雜氣云區(qū)，渤海地區(qū)不斷開(kāi)展基于目標(biāo)地質(zhì)體二次三維地震采集探索，強(qiáng)調(diào)地震和目標(biāo)體的充分論證，形成基于地質(zhì)體的采集處理一體化技術(shù)，從而提高氣云區(qū)內(nèi)部地質(zhì)體的成像質(zhì)量[15-16]。

2.1 淺水三角洲儲(chǔ)層海底電纜高密度高覆蓋采集

本區(qū)主要目的層為新近系明化鎮(zhèn)組下段，主力油層埋藏深度在1 400 m至1 600 m范圍內(nèi)，儲(chǔ)層以淺水三角洲沉積為主，水下分流河道構(gòu)成了儲(chǔ)層的主體，單一河道平均厚度為6～12 m，寬度分布在200～400 m。在河道不斷遷移、拼接過(guò)程中，河道邊界附近儲(chǔ)層往往表現(xiàn)出快速尖滅的特點(diǎn)。為了更加精細(xì)的反映河道沉積特征，地震資料需要更高分辨率與信噪比[17-18]。采用波動(dòng)方程正演模擬，設(shè)計(jì)不同面元規(guī)格(25 m×25 m、25 m×12.5 m、12.5 m×12.5 m)論證砂體邊界的成像效果。在滿足海上作業(yè)條件下，采用12.5 m×12.5 m規(guī)格面元，能夠更加清晰地刻畫(huà)河道邊界快速變化的特點(diǎn)；覆蓋次數(shù)從84次提高到320次，水下分流河道邊部及內(nèi)部變化特征能夠得到較好的成像。高密度高覆蓋觀測(cè)參數(shù)的設(shè)定，更好地滿足淺水三角洲水下分流河道地震成像的需求。

在震源設(shè)計(jì)過(guò)程中，結(jié)合儲(chǔ)層厚度變化較大的特征，地震信號(hào)需要具有較高高頻能量的同時(shí)，也需要有豐富的低頻成分。這就要求震源系統(tǒng)能夠激發(fā)出寬頻帶、延續(xù)時(shí)間短、能量各方位分布一致的地震子波。針對(duì)這個(gè)難題，提出基于海上氣槍點(diǎn)震源陣列設(shè)計(jì)理念，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。由氣槍單元ABCD組成的氣槍陣列，在陣列幾何圖形中選取合適的中心點(diǎn)O，在圓上取任意一點(diǎn)X1，計(jì)算各能量點(diǎn)ABCD在X1點(diǎn)處的能量疊加。如果所有點(diǎn)的能量疊加值在允許的一定范圍誤差內(nèi)，接近某統(tǒng)一值即可認(rèn)為該氣槍陣列符合點(diǎn)震源陣列的設(shè)計(jì)(圖2)。設(shè)計(jì)的點(diǎn)震源陣列激發(fā)的遠(yuǎn)場(chǎng)子波能量分布特征接近點(diǎn)震源，子波和能譜質(zhì)量較好，能夠較好地消除震源非均質(zhì)性的影響，實(shí)際地震資料采集中取得了較好的效果。

圖2 基于能量分布的震源優(yōu)化技術(shù)

2.2 “氣云區(qū)”地震資料針對(duì)性處理技術(shù)

以海底電纜高密度高覆蓋地震采集數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，針對(duì)目標(biāo)區(qū)域受“氣云”影響地震資料成像差的特點(diǎn)，開(kāi)展“提升道集信噪比、建立精細(xì)速度模型”的關(guān)鍵處理技術(shù)攻關(guān)，有效改善了氣云區(qū)成像效果。針對(duì)“氣云區(qū)”地震資料信噪比低、波組特征差的問(wèn)題，在處理中創(chuàng)新引入優(yōu)勢(shì)道集模擬技術(shù)。依據(jù)AVO規(guī)律，利用疊前道集中受氣云影響比較小、成像質(zhì)量較高的道集模擬受氣云影響大、成像比較差的道集，從而改善氣云區(qū)成像質(zhì)量，減少了氣云對(duì)地震資料成像的影響范圍。該技術(shù)關(guān)鍵是根據(jù)原始地震道集的響應(yīng)特征，識(shí)別受氣云區(qū)影響范圍(圖3a)，從而可以有效切除受氣云區(qū)影響部分，保留不受氣云區(qū)影響的部分(圖3b)；對(duì)切除后的道集進(jìn)行處理，保證道集的品質(zhì)(圖3c)，然后擬合本區(qū)地震波的AVO規(guī)律，利用共中心點(diǎn)道集的部分道呈現(xiàn)的AVO規(guī)律去預(yù)測(cè)缺失部分進(jìn)行缺失道模擬(圖3d)。

圖3 基于部分偏移距截取的優(yōu)勢(shì)道集模擬關(guān)鍵步驟

“氣云區(qū)”處理中地震成像精度差的關(guān)鍵難點(diǎn)之一就是淺層速度橫向劇烈的變化，難以獲得精確的速度場(chǎng)。常規(guī)的反射波層析產(chǎn)生的速度模型具有較大不確定性，精度難以滿足“氣云區(qū)”成像要求，而潛波在地震記錄上以初至波的形式出現(xiàn)，表現(xiàn)特征相對(duì)來(lái)說(shuō)清晰可靠，容易識(shí)別，精度高[19]。因此，在“氣云區(qū)”速度建模過(guò)程中，采用潛波層析反演技術(shù)(DWT)，能夠有效地提高速度模型的精度，得到可靠的近地表速度模型，為提高地震成像精度奠定良好的基礎(chǔ)。圖4展示了氣云區(qū)反射波網(wǎng)格層析與潛波層析反演獲得淺層速度，采用潛波層析反演的速度在氣云區(qū)呈現(xiàn)明顯低速異常，反演精度遠(yuǎn)高于反射波層析。

圖4 速度模型精度對(duì)比圖

通過(guò)高密度、高覆蓋的地震數(shù)據(jù)采集，運(yùn)用“氣云區(qū)”地震資料并進(jìn)行優(yōu)勢(shì)道集模擬、潛波層析反演成像技術(shù)，較大改善了氣云區(qū)內(nèi)的成像質(zhì)量。相對(duì)于原地震資料(圖5a),新采集高密度、高覆蓋地震資料在氣云區(qū)內(nèi)砂體的連續(xù)性更好(圖5b)?；谝延械纳绑w描述、等時(shí)地層切片等技術(shù)即可以更好明確砂體的發(fā)育范圍，從而極大提高了氣云區(qū)內(nèi)部砂體邊界刻畫(huà)的精度。

圖5 渤中34地區(qū)氣云區(qū)新老地震資料對(duì)比

3 氣云區(qū)儲(chǔ)層精細(xì)刻畫(huà)

3.1 河道沉積參數(shù)

淺水三角洲儲(chǔ)層為不同期次分流河道不斷疊置、拼接而成，其內(nèi)部單一河道的識(shí)別是儲(chǔ)層進(jìn)一步精細(xì)解剖方向。在地震資料重新采集與針對(duì)性處理之后，通過(guò)等時(shí)地層切片儲(chǔ)層的邊界刻畫(huà)得到提升，但受氣云影響，氣云區(qū)內(nèi)河道砂體低頻率、弱振幅的地震相響應(yīng)與非氣云區(qū)差異較大(圖5b所示)，因此已不能通過(guò)氣云區(qū)內(nèi)部地震相來(lái)實(shí)現(xiàn)砂體解剖。針對(duì)這個(gè)難點(diǎn)，在高覆蓋高密度地震資料基礎(chǔ)上，除了通過(guò)等時(shí)地層切片明確砂體邊界之外，還需要運(yùn)用氣云區(qū)外儲(chǔ)層發(fā)育參數(shù)約束來(lái)提高氣云區(qū)內(nèi)部砂體刻畫(huà)的精度。

氣云區(qū)外參數(shù)的提取需要對(duì)分流河道砂體的沉積規(guī)律進(jìn)行總結(jié)，包括沉積方向、單一河道的疊置方式、單一河道的發(fā)育特征等。從區(qū)域上分析，基于對(duì)渤中34區(qū)域重礦物的分析，確定區(qū)域的物源來(lái)自東北方向[20-23]，此方向也代表單一期次河道沉積的主要走向。按照Miall構(gòu)型劃分方案，單一期次河道邊界對(duì)應(yīng)為四級(jí)構(gòu)型界面[24-26],國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)四級(jí)構(gòu)型界面的研究重點(diǎn)在于總結(jié)河道發(fā)育的地質(zhì)知識(shí)庫(kù),包括河道砂體的沉積厚度、寬度、砂體尖滅角等參數(shù)[27]。

通過(guò)渤中34地區(qū)局部高密度井網(wǎng)砂體解剖，可以得到淺水三角洲不同疊置樣式砂體沉積地質(zhì)知識(shí)信息。同時(shí)基于高分辨率層序地層學(xué)原理，分析可容空間與沉積物供給比值(A/S)變化過(guò)程中導(dǎo)致砂體疊置類(lèi)型與單一河道沉積參數(shù)變化。渤中34地區(qū)淺水三角洲儲(chǔ)層發(fā)育特征主要表現(xiàn)為：在湖平面上升初期，由于可容空間較小，主要發(fā)育多期疊置的復(fù)合砂體，其河流作用強(qiáng)，單一河道寬度大致在200～400 m，由于河道的下切作用厚度一般可達(dá)10～12 m，寬厚度比在20～40；隨著湖平面的上升，可容空間開(kāi)始變大，分流河道向湖心推進(jìn)過(guò)程中，河流作用開(kāi)始減弱,多以同期拼接河道呈現(xiàn)，單一河道的厚度多在6～10 m，寬度達(dá)到300～500 m，寬厚比也隨之增大至30～90；在湖平面上升末期，可容空間最大，此時(shí)河流作用減弱、湖水改造作用增強(qiáng)，可以形成較大分布范圍、相對(duì)較小厚度、較大寬厚比的前緣席狀砂體[28]。從表1統(tǒng)計(jì)的結(jié)果可以看出，河道砂體發(fā)育的寬厚比是湖平面(基準(zhǔn)面)變化的函數(shù)，即隨著湖平面的上升，其寬厚比總體上是變大的趨勢(shì)。

表1 淺水三角洲不同疊置類(lèi)型單一河道發(fā)育參數(shù)Table 1 Development parameters of single channel of different superimposed types in shallow water delta

氣云區(qū)內(nèi)部?jī)?chǔ)層在精細(xì)刻畫(huà)過(guò)程中，首先需要對(duì)目的層位沉積規(guī)律總結(jié)，明確氣云區(qū)外相鄰砂體的沉積模式，即找到相應(yīng)的沉積參數(shù)來(lái)約束受氣云影響的砂體沉積特征，并將單一河道砂體發(fā)育的厚度、寬度、寬厚比等地質(zhì)信息延伸至氣云區(qū)內(nèi)部，從而提高其內(nèi)部單一河道的刻畫(huà)精度。

3.2 氣云區(qū)儲(chǔ)層精細(xì)研究應(yīng)用

以渤中34地區(qū)NmⅣ1砂體為例進(jìn)行說(shuō)明。首先，在海底電纜高覆蓋高密度采集與處理之后，通過(guò)等時(shí)地層切片對(duì)該砂體的分布邊界進(jìn)行分析。在氣云區(qū)外部，以地震屬性限定邊界作為河道邊界，NmⅣ1砂體平面上可識(shí)別出4條河道，從北向南逐漸拼接連片(圖6a)。同時(shí)，5井、E33井、6井所鉆遇的儲(chǔ)層厚度為8～10 m，以拼接模式預(yù)測(cè)單一河道發(fā)育寬度在400～500 m，與地震屬性限定邊界所刻畫(huà)的河道邊界寬度是接近的。因此，可以得到氣云區(qū)外部的5井、E33井、6井分屬于不同河道，而E33與E11、6井與E4分別屬于同一河道。在氣云區(qū)內(nèi)部，河道表現(xiàn)為弱振幅的地震屬性響應(yīng)，但河道的走向與發(fā)育參數(shù)與5井、E33井、6井所認(rèn)識(shí)的單一河道大致相同。因此基于沉積方向、沉積參數(shù)對(duì)區(qū)域內(nèi)所識(shí)別的分流河道向氣云區(qū)內(nèi)部延伸，從而刻畫(huà)出氣云區(qū)內(nèi)部河道分布模式，實(shí)現(xiàn)了弱響應(yīng)模式下、沉積參數(shù)約束條件下單一河道的精細(xì)刻畫(huà)(圖6b)。研究成果預(yù)測(cè)氣云區(qū)內(nèi)單一河道之間拼接連通，具備進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)潛力。

圖6 NmⅣ1砂體氣云區(qū)內(nèi)單一河道描述

開(kāi)發(fā)過(guò)程中證實(shí)了圖6氣云區(qū)內(nèi)部單一河道精細(xì)描述的成果。首先，調(diào)整井E12鉆遇了兩條水下分流河道拼接區(qū)域，鉆遇的河道最大厚度為8.9 m，在NmⅣ1砂體水下分流河道的沉積參數(shù)預(yù)測(cè)范圍之內(nèi)(圖7)。為了進(jìn)一步確定不同河道的連通關(guān)系，調(diào)整井E12井在鉆井過(guò)程中進(jìn)行了隨鉆地層壓力測(cè)試(表2)，共測(cè)試有4個(gè)壓力點(diǎn)，位于2個(gè)不同分流河道。4個(gè)測(cè)點(diǎn)的壓力系數(shù)均為0.53，說(shuō)明不同的水下分流河道砂體具有統(tǒng)一的壓力系統(tǒng)。同時(shí)，E12井井點(diǎn)處的NmⅣ1小層地層壓力已下降7 MPa，與早期開(kāi)發(fā)的E4、E11井測(cè)的壓力數(shù)據(jù)是一致的，說(shuō)明不同水下分流河道之間可以拼接連片，且具有較好的連通性。

開(kāi)展氣云區(qū)內(nèi)部?jī)?chǔ)層的精細(xì)描述有效推動(dòng)了渤中34地區(qū)受氣云區(qū)影響的淺水三角洲分流河道儲(chǔ)層評(píng)價(jià)與開(kāi)發(fā)。近年來(lái)，通過(guò)持續(xù)滾動(dòng)評(píng)價(jià)，對(duì)氣云區(qū)周邊的砂體邊界、沉積厚度、疊置關(guān)系進(jìn)行了重新認(rèn)識(shí)。在渤中34區(qū)域，利用評(píng)價(jià)井、調(diào)整井對(duì)受氣云影響的砂體不僅開(kāi)展?jié)L動(dòng)擴(kuò)邊評(píng)價(jià)，也致力于對(duì)砂體內(nèi)部單一河道潛力挖掘。在氣云區(qū)內(nèi)部新增探明儲(chǔ)量300萬(wàn)m3，新增開(kāi)發(fā)井10口，新增可采儲(chǔ)量82萬(wàn)m3，取得了很好的效果。氣云影響下淺水三角洲儲(chǔ)層描述關(guān)鍵技術(shù)序列為渤海地區(qū)類(lèi)似受氣云影響油田的精細(xì)開(kāi)發(fā)提供了很好的示范。

圖7 NmⅣ1砂體單一河道砂體的精細(xì)解剖(標(biāo)志層拉平)Fig .7 Fine anatomy of single channel sand NmⅣ1(marker leveling)

表2 渤中34地區(qū)NmⅣ1砂體隨鉆地層壓力數(shù)據(jù)表Table 2 Formation pressure data table of sand NmⅣ1 in Bozhong 34 area while drilling

4 結(jié)論

1) 基于淺水三角洲分流河道儲(chǔ)層發(fā)育特征，高覆蓋、高密度的地震資料采集能夠很好地提高河道邊界的成像精度；針對(duì)“氣云區(qū)”進(jìn)行優(yōu)勢(shì)道集模擬、潛波層析反演處理，有效改善了受氣云區(qū)影響下分流河道的成像效果。

2) 渤中34區(qū)域淺水三角洲發(fā)育疊置河道、拼接河道、席狀砂體三種沉積模式，提取不同沉積模式下的沉積參數(shù)來(lái)約束氣云影響下的分流河道展布，提高了氣云區(qū)內(nèi)部分流河道砂體的描述精度。

3) 開(kāi)發(fā)實(shí)踐表明，建立地震資料針對(duì)性采集、處理，沉積參數(shù)約束技術(shù)序列，有力指導(dǎo)了渤中34區(qū)域氣云區(qū)內(nèi)部挖潛，實(shí)現(xiàn)增儲(chǔ)。該技術(shù)序列為渤海地區(qū)類(lèi)似受氣云影響油田的開(kāi)發(fā)提供了示范。