朱 超,夏志遠(yuǎn),王傳武,宋光永,魏學(xué)斌,王 鵬, 王海峰, 王 波

1.中國石油集團(tuán)杭州地質(zhì)研究院，杭州 310023 2.中國石油青海油田公司勘探開發(fā)研究院，甘肅 敦煌 736202

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致密油儲層甜點(diǎn)地震預(yù)測

朱 超1,夏志遠(yuǎn)1,王傳武2,宋光永1,魏學(xué)斌2,王 鵬2, 王海峰2, 王 波2

1.中國石油集團(tuán)杭州地質(zhì)研究院，杭州 310023 2.中國石油青海油田公司勘探開發(fā)研究院，甘肅 敦煌 736202

致密油儲層物性差，非均質(zhì)性強(qiáng)，甜點(diǎn)儲層與圍巖波阻抗差異較小，常規(guī)儲層反演方法預(yù)測難度較大。筆者從致密油儲層成因的角度出發(fā)，以柴西紅柳泉地區(qū)為例，針對薄層致密泥灰?guī)r儲層，形成了一套有效的甜點(diǎn)儲層地震預(yù)測系列技術(shù)。通過巖石物理分析，建立致密儲層巖性識別圖版；在此基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)鉆井的正演模擬分析，明確致密儲層甜點(diǎn)在目的層段呈現(xiàn)中振幅、中頻率的地震響應(yīng)特征；進(jìn)而采用分頻成像、90°相位旋轉(zhuǎn)、分頻屬性優(yōu)化等技術(shù)，對該區(qū)致密油甜點(diǎn)儲層分布進(jìn)行了有效預(yù)測，認(rèn)為紅34井區(qū)為主要的致密油產(chǎn)油區(qū)，紅22井區(qū)西北部及紅38井區(qū)南部可以作為下步勘探的有利目標(biāo)區(qū)。預(yù)測結(jié)果與實(shí)鉆井吻合度高，證實(shí)了該方法的可行性。

巖石物理；正演模擬；分頻屬性；致密泥灰?guī)r；甜點(diǎn)預(yù)測;柴達(dá)木盆地

0 引言

隨著油氣勘探開發(fā)的不斷深入，致密油已經(jīng)成為了一個新的勘探方向及熱點(diǎn)。由于其成藏條件的特殊性，以及我國致密油勘探起步晚的原因，許多技術(shù)難題急需解決[1-3]。致密油儲層物性差，非均質(zhì)性強(qiáng)，“甜點(diǎn)”儲層與圍巖波阻抗差異較小，如何利用地震技術(shù)預(yù)測出相對高孔、高滲、高含油飽和度的“甜點(diǎn)”儲層成為了國內(nèi)外研究者關(guān)注的重點(diǎn)[4-5]。賈承造等[3]根據(jù)儲層成因?qū)⑽覈旅苡蛣澐譃?種類型：湖相碳酸鹽巖致密油、深湖水下三角洲砂巖致密油和深湖重力流砂巖致密油。其中前兩種類型致密油儲層分布大都具有縱向厚度薄、橫向分布廣的特征，也是最為常見的致密油類型。因此，針對這兩類薄層致密儲層的“甜點(diǎn)”預(yù)測，首先需要解決薄層的識別問題，然后才可能對“甜點(diǎn)”進(jìn)行較好的預(yù)測。

圖1 下干柴溝組下段I層組致密儲層物性統(tǒng)計(jì)Fig.1 Petrophysical statistics of tight reservoir in the Layer I in the Lower Member of the Lower Ganchaigou Formation

筆者從儲層成因的角度，針對這種縱向厚度薄、橫向分布穩(wěn)定的致密儲層，以柴達(dá)木盆地紅柳泉地區(qū)為例，從巖石物理分析入手，建立致密儲層巖性識別圖版；在此基礎(chǔ)上，開展實(shí)際鉆井資料的正演模擬研究，分析“甜點(diǎn)”儲層地震響應(yīng)特征及敏感屬性，進(jìn)而采用分頻成像技術(shù)[6-10]，改善地震資料的縱向分辨率；結(jié)合90°相位旋轉(zhuǎn)技術(shù)及分頻屬性優(yōu)化分析[11-14]，預(yù)測“甜點(diǎn)”儲層平面分布范圍，并用實(shí)際鉆井資料驗(yàn)證本方法的應(yīng)用效果。

1 儲層特征

2 技術(shù)方法

2.1 巖石物理分析

研究區(qū)致密儲層巖性主要為泥灰?guī)r。為了更好地進(jìn)行“甜點(diǎn)”預(yù)測，必須識別出泥灰?guī)r，明確其在測井曲線上的響應(yīng)特征。因此，研究時(shí)首先通過巖石物理分析來建立巖性識別圖版。圖3為I1--I2小層自然伽馬與聲波時(shí)差的交會圖?？梢钥闯?，泥灰?guī)r與泥巖基本可以區(qū)分開來：泥灰?guī)r對應(yīng)的自然伽馬(GR)為80～108 API，聲波時(shí)差(AC)為205～238 μs/m；泥巖對應(yīng)的GR為100～135 API，AC為235～280 μs/m。通過圖3建立的巖性識別圖版，對目的層段的巖性進(jìn)行了解釋，解釋的巖性與實(shí)際取心分析的巖性吻合度達(dá)80%以上。圖4為紅116井根據(jù)巖性圖版解釋的I1--I2小層段泥灰?guī)r縱向分布圖，其吻合度為89%，可以看出泥灰?guī)r與泥巖呈薄互層分布，厚度較薄(1～4 m)。

圖2 下干柴溝組下段I層組孔隙度與含油飽和度交會圖Fig.2 Crossplot of porosity and oil saturation in the Layer I in the Lower Member of Lower Ganchaigou Formation

圖3 I1--I2小層自然伽馬與聲波時(shí)差交會圖Fig.3 Crossplot ofgammaray and slowness in the Layer I1-I2

圖4 紅116井I1--I2小層解釋泥灰?guī)r與泥巖分布Fig.4 Interpretation marl and shale of well Hong116 in the Layer I1-I2

2.2 地震正演模擬

圖5 原始地震數(shù)據(jù)頻譜分析(a)與分頻數(shù)據(jù)頻譜分析(b)對比Fig.5 Spectrum analysis comparison between original seismic data (a) and spectral data (b)

根據(jù)巖石物理分析得到的巖性解釋結(jié)果，結(jié)合正演模擬，對“甜點(diǎn)”儲層地震響應(yīng)特征進(jìn)行分析。圖5為研究區(qū)原始地震資料與40 Hz分頻資料頻譜分析對比?？梢钥闯?，原始地震資料頻帶范圍為10～45 Hz，主頻為30 Hz左右，50 Hz以上頻率成分很少(圖5a)；分頻體的頻帶范圍為25～60 Hz，主頻提高到40 Hz(圖5b)。正演模擬時(shí)，選擇30 Hz主頻的雷克(Ricker)子波，并以實(shí)際井的測井曲線作為輸入，來建立地質(zhì)模型。正演結(jié)果如圖6所示。通過鉆井標(biāo)定，圖6綠色虛線內(nèi)部為I層組頂部目的層段。對比圖6a、b明顯分頻后的剖面縱向視分辨率提高了，目的層段多出一套黑色同向軸。通過井上分析，這套黑色同向軸就是I1--I2小層內(nèi)部“甜點(diǎn)”儲層段的共同響應(yīng)。為了進(jìn)一步分析該套同向軸的地震屬性特征，對圖6b的正演結(jié)果提取了瞬時(shí)頻率與瞬時(shí)振幅，如圖7所示，將頻率分為高頻、中頻、低頻3個頻段，振幅分為強(qiáng)振幅、中振幅、弱振幅三級?？梢钥闯觯琁1--I2小層內(nèi)部“甜點(diǎn)”儲層段的黑色同向軸對應(yīng)于中振幅、中頻率。因此，在預(yù)測I層組“甜點(diǎn)”儲層分布時(shí)，就可以有針對性地預(yù)測中振幅、中頻率段的平面展布范圍。

2.3 分頻成像

分頻成像技術(shù)采用小波變換提取不同主頻的子波剖面，選擇最佳成像頻帶對地質(zhì)體進(jìn)行成像分析，合理利用了地震低、中、高頻帶信息，能夠較好地排除時(shí)間域內(nèi)不同頻率成分的相互干擾，得到高于傳統(tǒng)分辨率的解釋結(jié)果。在實(shí)際應(yīng)用過程中，選擇合適的主頻時(shí)，既要考慮目標(biāo)地質(zhì)體的厚度，又要考慮實(shí)際地震資料的品質(zhì)。盡管從理論上講，主頻越高，頻帶越寬，其垂向分辨率越高，但實(shí)際上大多數(shù)地震數(shù)據(jù)體有效頻帶范圍有限，高頻成分并不是很多，難以將測井解釋的薄層逐一識別，因此可以利用薄層的調(diào)諧效應(yīng)，同時(shí)兼顧地震分辨率和測井分辨率之間的矛盾。

關(guān)于地震資料垂向分辨率問題，國內(nèi)外許多學(xué)者提出了不同的觀點(diǎn)，其中具有代表性的有Rayleigh準(zhǔn)則(分辨極限為λ/4，λ為波長)[15-17]、Ricker準(zhǔn)則(分辨極限為λ/4.6)[17-20]、Widess準(zhǔn)則(分辨極限為λ/4.6)[19,21]。通過巖石物理分析得知，研究區(qū)目的層平均速度為3 100～3 400 m/s，因此，若采用40 Hz的主頻，依據(jù)3種薄層分辨準(zhǔn)則，其垂向分辨薄層的厚度分別為19.40～21.25 m(Rayleigh準(zhǔn)則)，16.85～18.48 m(Ricker準(zhǔn)則)，9.69～10.63 m(Widess準(zhǔn)則)。根據(jù)實(shí)際地震資料頻譜分析結(jié)果(圖5a)，高于50 Hz的頻率已經(jīng)很少，所以單從地震資料的品質(zhì)上看，難以識別出每個薄層泥灰?guī)r。根據(jù)巖性解釋的結(jié)果，通過統(tǒng)計(jì)I層組中泥灰?guī)r厚度發(fā)現(xiàn)，各井泥灰?guī)r累計(jì)總厚度為13～22 m，總平均厚度約為20 m，其中I1--I2小層內(nèi)解釋“甜點(diǎn)”儲層累計(jì)厚度為6～10 m。因此，為了盡可能識別出薄層，同時(shí)確保地震資料的真實(shí)性，采用40 Hz主頻，對5條過井剖面進(jìn)行分頻處理實(shí)驗(yàn)。圖8為過紅116井原始地震剖面(圖8a)與40 Hz分頻剖面(圖8b)對比圖，可以看出，相對于原始地震剖面，分頻剖面I層組中多出一套黑色的同相軸。這與正演模型分頻剖面預(yù)測結(jié)果基本一致，這套黑色的同相軸就是I1--I2小層內(nèi)主力油層段的共同響應(yīng)特征。

通過分頻處理可以看出，雖然40 Hz主頻進(jìn)行分頻不能夠區(qū)分10 m以下的薄層，但是對I1--I2小層內(nèi)部主力油層的調(diào)諧響應(yīng)能夠識別；因此可以通過分頻處理獲得40 Hz主頻的地震分頻體，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行“甜點(diǎn)”識別預(yù)測。圖9為原始體與分頻體1 900 ms處時(shí)間切片對比圖?？梢钥闯?分頻體時(shí)間切片(圖9b)相對于原始體時(shí)間切片(圖9a)而言，振幅相對減弱，同相軸變細(xì)，相互之間的接觸關(guān)系更為清晰。

a.30 Hz；b.40 Hz。圖6 基于紅116井正演地震剖面Fig.6 Forward seismic profiles of well Hong116

a.瞬時(shí)頻率；b.瞬時(shí)振幅。圖7 基于紅116井分頻正演結(jié)果的瞬時(shí)屬性分析剖面Fig.7 Instantaneous attribute profiles of well Hong116 based on spectral forward results

對比圖5分頻前、后的頻譜分析結(jié)果可知，分頻后主頻提高到40 Hz，頻帶范圍變?yōu)?5～60 Hz。為了進(jìn)一步明確儲層及油層段在地震剖面上的響應(yīng)特征，采用40 Hz主頻的雷克子波，在分頻體上再次進(jìn)行合成記錄精細(xì)標(biāo)定(圖10)。圖10a上綠色虛線范圍內(nèi)部即為I1--I2小層，其厚度約為19 m；圖10b上紅、藍(lán)色虛線分別為油層對應(yīng)的頂、底界面。

圖8 過紅116井原始地震剖面(a)與40 Hz分頻剖面(b)對比Fig.8 Spectrum profile comparison of well Hong 116 between original seismic profile(a) and 40 Hz spectral profile (b)

圖9 1 900 ms原始體時(shí)間切片(a)與40 Hz分頻體時(shí)間切片(b)對比Fig.9 Time slice comparison at 1 900 ms between original data (a) and 40 Hz spectral data (b)

a.波阻抗曲線及合成道集；b.分頻標(biāo)定剖面；c.相位旋轉(zhuǎn)標(biāo)定剖面。圖10 紅116井基于40 Hz分頻體合成地震記錄標(biāo)定剖面Fig.10 Synthetic seismogram calibration profile of well Hong 116 based on 40 Hz spectral data

2.4 相位轉(zhuǎn)換

常規(guī)地震處理的最終成果是零相位地震數(shù)據(jù)，這種地震數(shù)據(jù)具有子波對稱、中心瓣(最大振幅)與反射界面一致、分辨率較高等優(yōu)點(diǎn)[22]。但是對于薄層儲集體而言，采用90°相位子波處理的地震數(shù)據(jù)可以克服零相位子波數(shù)據(jù)的不足，能較好地將地層界面直接轉(zhuǎn)換為巖性界面，為巖性預(yù)測提供直接的地震數(shù)據(jù)[11]。圖10c為相位旋轉(zhuǎn)后油層標(biāo)定剖面，其黑色虛線圈出的部分就是主力油層。對比旋轉(zhuǎn)前的剖面，旋轉(zhuǎn)后剖面其油層頂、底界面非常清晰，且其地質(zhì)意義更加明確。圖11為過紅116井原始地震分頻剖面(圖11a)與分頻相位旋轉(zhuǎn)剖面(圖11b)對比圖。可以看出，經(jīng)90°相位旋轉(zhuǎn)后的剖面與波阻抗曲線有更好的對應(yīng)性，黑色同向軸為波峰，對應(yīng)高波阻抗，紅色同向軸為波谷，對應(yīng)低波阻抗。

2.5 分頻屬性優(yōu)化

圖11 過紅116井分頻剖面 (a)與分頻相位旋轉(zhuǎn)剖面(b)對比Fig.11 Comparison of Spectrum profile (a) and spectrum phase-rotation profile (b) of well Hong 116

圖12 基于40 Hz分頻體的過紅116井瞬時(shí)頻率分析剖面(a)及瞬時(shí)振幅分析剖面(b)Fig.12 Instantaneous frequency profile (a) and instantaneous amplitude profile (b) of well Hong 116 based on 40 Hz spectral data

黑色虛線內(nèi)為泥灰?guī)r分布范圍。圖13 I層組基于分頻相位旋轉(zhuǎn)體的平均瞬時(shí)頻率屬性Fig.13 Average instantaneous frequency property of I layer group based on spectral phase-rotation data

圖例同圖13。圖14 I1-I2小層基于分頻相位旋轉(zhuǎn)體的“甜點(diǎn)”屬性預(yù)測圖Fig.14 “Sweet spot” property of I1-I2 layer based on spectral phase-rotation data

地震屬性是進(jìn)行儲層預(yù)測常用的手段之一，通過不同算法提取的地震屬性有上百種，不同的地震屬性所反映的地質(zhì)現(xiàn)象也不完全相同，如何有效識別出儲層敏感的地震屬性，需要進(jìn)行屬性優(yōu)化分析。通過前面的正演分析可知，研究區(qū)“甜點(diǎn)”儲層具有中振幅、中頻率的特征。因此，我們對研究區(qū)40 Hz分頻體也進(jìn)行了振幅、頻率分析，結(jié)果如圖12所示。對比單井巖性解釋，認(rèn)為該區(qū)泥灰?guī)r地震響應(yīng)特征主要表現(xiàn)為中--低頻率(黃-藍(lán)色)、中--弱振幅(黃-藍(lán)色)，主力油層段(圖12中白色虛線內(nèi)部)的地震響應(yīng)特征為中振幅、中頻率(黃色)。因此結(jié)合地震正演結(jié)果及分頻體剖面分析，認(rèn)為該區(qū)“甜點(diǎn)”儲層的地震響應(yīng)特征為相對中振幅、中頻率。

3 預(yù)測效果

通過以上處理分析，明確了“甜點(diǎn)”儲層在分頻剖面上的地震響應(yīng)特征，得到了分頻相位旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)體。在此基礎(chǔ)上，對I層組中泥灰?guī)r的平面分布進(jìn)行了預(yù)測，結(jié)果如圖13所示。以I層組頂、底界面為時(shí)窗，在分頻相位旋轉(zhuǎn)體上提取平均瞬時(shí)頻率屬性。圖13中黑色虛線圈出了I層組中泥灰?guī)r分布范圍，在虛線內(nèi)部，24口鉆穿I層組的井均見到了泥灰?guī)r，虛線外紅41井未鉆遇泥灰?guī)r?？傮w而言，與鉆井資料吻合較好。

在預(yù)測出I層組泥灰?guī)r平面分布范圍的基礎(chǔ)上，對其I1-I2小層內(nèi)部的主力油層進(jìn)行了“甜點(diǎn)”平面展布預(yù)測，以該油層的頂、底界面為時(shí)窗，提取“甜點(diǎn)”屬性(振幅與頻率的比值)，結(jié)果如圖14所示。對比單井的含油性分析及試采結(jié)果認(rèn)為，該中高值部分即為“甜點(diǎn)”儲層分布區(qū)，不僅儲層物性好，而且含油性高；其中紅31井、紅20井、紅34井、紅112井、紅108井、紅116井在I1--I2小層的主力油層段試油均獲工業(yè)油流，并在紅34井區(qū)提交探明含油面積15.92 km2(圖14中黑色虛線內(nèi)部)，尤其是紅平1水平井，其水平段通過壓裂改造，獲得高產(chǎn)。因此，通過實(shí)鉆井驗(yàn)證，證實(shí)該預(yù)測結(jié)果具有較高的可信度，并提出紅22井區(qū)西北部可以作為該區(qū)致密油近期勘探有利目標(biāo)區(qū)，紅38井區(qū)南部可以作為其致密油風(fēng)險(xiǎn)勘探區(qū)。

4 認(rèn)識與討論

1)實(shí)際上，利用地震資料，井震結(jié)合對薄層泥灰?guī)r儲層及“甜點(diǎn)”預(yù)測一直是一個沒有解決的技術(shù)難題，尤其是對致密油“甜點(diǎn)”的預(yù)測具有很大的難度，筆者嘗試性地將巖石物理分析、正演模擬、分頻成像、90°相位旋轉(zhuǎn)、分頻屬性等多種技術(shù)方法有效結(jié)合，針對紅柳泉地區(qū)致密泥灰?guī)r及“甜點(diǎn)”儲層分布進(jìn)行了有效的預(yù)測，取得了一定的應(yīng)用效果，證實(shí)了該方法的可行性。

2)不同地區(qū)致密油儲層成因不同，其“甜點(diǎn)”儲層的物性標(biāo)準(zhǔn)也各異，因此在進(jìn)行地震“甜點(diǎn)”預(yù)測前，必須結(jié)合儲層物性分析資料，明確其物性下限，然后在井上進(jìn)行“甜點(diǎn)”識別解釋，最后在地震上進(jìn)行標(biāo)定，分析其對應(yīng)的地震響應(yīng)特征，從而盡可能地減少預(yù)測結(jié)果的不確定性。

3)地震正演是儲層預(yù)測中常用的分析手段，為了減少正演結(jié)果的不確定性，地質(zhì)模型的建立要盡量與實(shí)際地質(zhì)情況相近，筆者通過實(shí)際井的測井曲線來建立地質(zhì)模型，在此基礎(chǔ)上對正演結(jié)果進(jìn)行分析，明確其儲層敏感屬性，從而為屬性優(yōu)化提供了指導(dǎo)。

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Seismic Prediction for Sweet Spot Reservoir of Tight Oil

Zhu Chao1, Xia Zhiyuan1, Wang Chuanwu2, Song Guangyong1,Wei Xuebin2, Wang Peng2, Wang Haifeng2, Wang Bo2

1.PetroChinaHangzhouResearchInstituteofGeology,Hangzhou310023,China2.QinghaiOilFieldCompany,CNPC,Dunhuang736202,Gansu,China

As tight oil reservoir has the characters of poor physical property, strong heterogeneity, smaller difference of wave-impedance between and surrounding rock, the conventional reservoir inversion method is difficult to predict. From the perspective of reservoir genesis, the authors take the Hongliuquan area of Qaidam basin as an example, aims at thin layers of tight marlite reservoir, explores a set of effective technology series to predict sweet spot distribution. Through rock physics analysis, we establish a lithology identification chart, on this basis, combine forward simulation of drilling wells, clear that the sweet spot reservoir has the respose characters of medium amplitude and frequency values in objective intervals, and use frequency division imaging, 90°phase rotation, spectral attribute-optimization technology, predict the sweet spot distribution of tight oil effectively, confirm that the Hong 34 well block is the main of the tight oil producting zone, and the northwest Hong 22, the southern Hong38 well block can be used as the favorable targets for further exploration. The prediction result has a high agreement with the real drillings, confirms the feasibility of this method.

rock physics; forward simulation; spectral attribute; tight marl; sweet-spot prediction;Qaidam basin

10.13278/j.cnki.jjuese.201502302.

2014-06-28

中國石油天然氣股份公司重大科技專項(xiàng)(2011E-0301-02)

朱超(1983--)，男，工程師，主要從事地震解釋、儲層預(yù)測及油氣成藏研究工作，E-mail:zhuc_hz@petrochina.com。

10.13278/j.cnki.jjuese.201502302

P631.81

A

朱超，夏志遠(yuǎn)，王傳武，等. 致密油儲層甜點(diǎn)地震預(yù)測.吉林大學(xué)學(xué)報(bào):地球科學(xué)版,2015,45(2):602-610.

Zhu Chao, Xia Zhiyuan, Wang Chuanwu, et al. Seismic Prediction for Sweet Spot Reservoir of Tight Oil.Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2015,45(2):602-610.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201502302.