于寶利，趙小輝，瞿建華，曹小璐，鄧　勇，王曉輝

（1.中國石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司研究院，烏魯木齊830016；2.中國石油新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆克拉瑪依834000）

巖石物理建模技術(shù)在瑪湖西斜坡儲(chǔ)集層預(yù)測中的應(yīng)用

于寶利1，趙小輝1，瞿建華2，曹小璐1，鄧勇1，王曉輝1

（1.中國石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司研究院，烏魯木齊830016；2.中國石油新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆克拉瑪依834000）

準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷西斜坡下三疊統(tǒng)百口泉組為一套扇三角洲前緣砂礫巖沉積，常規(guī)的疊后波阻抗反演不能區(qū)分有效儲(chǔ)集層和致密儲(chǔ)集層，制約了井位部署和儲(chǔ)量計(jì)算。通過已有測井資料彈性參數(shù)交會(huì)發(fā)現(xiàn)，縱橫波速度比是區(qū)分致密儲(chǔ)集層和有效儲(chǔ)集層的有效彈性敏感參數(shù)。通過準(zhǔn)確計(jì)算泥質(zhì)含量、有效孔隙度及含水飽和度等參數(shù)，選擇了合理的巖石物理模型，有效提高了橫波速度估算精度，為研究區(qū)疊前彈性敏感參數(shù)反演提供了基礎(chǔ)資料保障。在此基礎(chǔ)上，優(yōu)選縱橫波速度比參數(shù)有效落實(shí)了有效儲(chǔ)集層的分布，鉆井成功率達(dá)到80%，為研究區(qū)井位部署及儲(chǔ)量落實(shí)提供了依據(jù)。

準(zhǔn)噶爾盆地；瑪湖凹陷；百口泉組；巖石物理建模；橫波速度預(yù)測；縱橫波速度比；儲(chǔ)集層預(yù)測

準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷西斜坡下三疊統(tǒng)百口泉組為扇三角洲前緣亞相沉積，砂礫巖有效儲(chǔ)集層控制了油氣的分布。利用地震相雖然可以宏觀刻畫有利相帶分布，但有效儲(chǔ)集層的分布規(guī)律仍不清楚。致密儲(chǔ)集層和有效儲(chǔ)集層縱波阻抗值較為相近，利用常規(guī)阻抗反演無法區(qū)分這2類儲(chǔ)集層。因此，尋找一種更為有效的儲(chǔ)集層預(yù)測方法，對(duì)瑪湖地區(qū)三疊系百口泉組井位部署和儲(chǔ)量計(jì)算具有重要意義。

縱波速度包含了巖石骨架、孔隙及孔隙流體的信息，橫波速度一般只反映巖石骨架信息，而縱橫波速度比則用來描述孔隙流體或有效儲(chǔ)集層的分布。因此，可以通過疊前彈性敏感參數(shù)反演求取縱橫波速度比，實(shí)現(xiàn)有效儲(chǔ)集層的預(yù)測。然而，在缺少橫波速度測井資料的地區(qū)，首先要通過建立高精度的巖石物理模型，估算研究區(qū)內(nèi)所有井的橫波速度數(shù)據(jù)，再依托研究區(qū)高品質(zhì)的疊前道集數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)集層預(yù)測。

1　研究區(qū)概況

研究區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷西斜坡（圖1），目的層下三疊統(tǒng)百口泉組現(xiàn)今構(gòu)造形態(tài)為一南東傾的單斜構(gòu)造，埋深2 200～3 900 m，構(gòu)造圈閉不發(fā)育。百口泉組自下而上可分為百一段、百二段和百三段。前期鉆探證實(shí)，百口泉組為一套水進(jìn)體系域扇三角洲沉積，物源主要來自研究區(qū)北西方向，以灰色、褐灰色砂礫巖及泥質(zhì)粉砂巖為主。扇三角洲平原亞相砂礫巖孔隙度為4.3%～9.2%，滲透率為0.15～2.29 mD，為油氣藏的致密遮擋層；而扇三角洲前緣亞相砂礫巖孔隙度為6.5%～12.8%，滲透率為1.53～120.00 mD，為油氣藏的有效儲(chǔ)集層，屬于低孔低滲儲(chǔ)集層。

圖1　研究區(qū)構(gòu)造位置

在開展本次研究前，研究區(qū)內(nèi)有鉆井10口，其中4口為油井，6口為干井。從已鉆井的自然伽馬和縱波阻抗交會(huì)分析結(jié)果來看，縱波阻抗對(duì)有效儲(chǔ)集層敏感性較差，無法區(qū)分扇三角洲平原亞相和扇三角洲前緣亞相砂礫巖儲(chǔ)集層；而縱波阻抗和縱橫波速度比交會(huì)分析結(jié)果表明，縱橫波速度比可以有效區(qū)分致密儲(chǔ)集層和有效儲(chǔ)集層。因此，可以通過井震結(jié)合，應(yīng)用疊前彈性敏感參數(shù)反演來獲得縱橫波速度比這一敏感參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)扇三角洲前緣亞相有效儲(chǔ)集層的預(yù)測。然而，研究區(qū)內(nèi)只有2口井（AH2井和MX1井）有實(shí)測橫波速度數(shù)據(jù)，且有1口井位于研究區(qū)邊緣，不利于反演初始模型的建立及疊前彈性敏感參數(shù)反演工作的開展。因此，必須構(gòu)建合理的巖石物理模型，對(duì)研究區(qū)內(nèi)所有井開展橫波速度精細(xì)估算，以實(shí)現(xiàn)研究區(qū)儲(chǔ)集層的高精度預(yù)測。

2　巖石物理建模及參數(shù)優(yōu)選

巖石是由巖石骨架和孔隙流體組成的多相體，巖石的彈性表現(xiàn)為多相體的等效彈性，可以概括為4個(gè)分量：基質(zhì)模量、干巖骨架模量、孔隙流體模量和環(huán)境因素（包括壓力、溫度、聲波頻率等）。巖石物理建模是指在一定假設(shè)條件下，把實(shí)際巖石理想化，通過內(nèi)在的物理學(xué)原理建立巖石彈性模量與巖性、物性及含油氣性之間的關(guān)系。

依據(jù)等效介質(zhì)理論，巖石由礦物基質(zhì)和孔隙流體2種不同的物質(zhì)混合而成，其中礦物基質(zhì)組成巖石骨架，其彈性參數(shù)可以通過Voigt-Reuss-Hill公式，利用各礦物組分的模量求取[1-3]；而孔隙流體主要涉及孔隙類型和流體性質(zhì)，其等效體積模量可以通過Wood方程結(jié)合地層水礦化度、溫度、壓力、油氣的比重及流體飽和度等參數(shù)求取[4-5]。利用上述方法，建立適合研究區(qū)的巖石物理模型[6-7]，就可以得到合理的橫波速度。

影響巖石物理模型精度的參數(shù)主要包括3個(gè)：泥質(zhì)含量、有效孔隙度和含水飽和度。通過這3個(gè)參數(shù)的準(zhǔn)確計(jì)算，就可以模擬不同巖性、物性和流體性質(zhì)下的巖石彈性響應(yīng)特征，從而合理估算研究區(qū)所有井的巖石物理參數(shù)（如密度、縱波速度、橫波速度等）。

2.1泥質(zhì)含量計(jì)算

在巖石物理建模過程中，泥質(zhì)含量是影響有效孔隙度和含水飽和度等的最重要參數(shù)。為了獲得準(zhǔn)確的泥質(zhì)含量，要優(yōu)選能夠表征泥質(zhì)含量的測井曲線。通過對(duì)比研究區(qū)10口井的自然伽馬、電阻率和中子孔隙度等測井曲線與巖性的相關(guān)性，認(rèn)為自然伽馬曲線最能反映研究區(qū)的巖性變化，因此采用自然伽馬曲線完成研究區(qū)泥質(zhì)含量的計(jì)算：

但是，由于各井的自然伽馬測井曲線存在系統(tǒng)誤差，值域跨度大，很難得到統(tǒng)一的泥質(zhì)含量計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，直接影響橫波速度估算結(jié)果。利用（2）式對(duì)自然伽馬測井曲線進(jìn)行校正，將10口井的自然伽馬測井曲線值統(tǒng)一到相同范圍，再用（3）式計(jì)算泥質(zhì)含量。

自然伽馬測井曲線校正前有2口井與其他井值域范圍差別較大，校正后的自然伽馬測井曲線值域分布呈明顯的雙峰特征（圖2），分別對(duì)應(yīng)砂巖峰值63 API與泥巖峰值88 API，故自然伽馬測井曲線校正后，有利于按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)區(qū)分巖性。

2.2有效孔隙度計(jì)算

有效孔隙度是指那些互相連通的，在一般壓力條件下流體能在其中流動(dòng)的孔隙體積之和與巖樣總體積的比值。要得到有效孔隙度，先要計(jì)算總孔隙度，總孔隙度可由聲波時(shí)差或密度通過Wyllie時(shí)間平均方程求得[8]。研究區(qū)測井曲線受井壁垮塌影響較為嚴(yán)重，因此，在計(jì)算總孔隙度前，要消除井壁垮塌對(duì)密度、聲波時(shí)差的影響。由于井壁垮塌對(duì)密度及聲波時(shí)差影響較大而對(duì)深側(cè)向電阻率等測井曲線影響較小，因此分別利用Faust公式[9]和Gardener公式[10]重構(gòu)垮塌井段的聲波時(shí)差和密度測井曲線。從合成記錄與實(shí)際地震資料對(duì)比可知（圖3），利用重構(gòu)后曲線制作的合成記錄與實(shí)際地震資料的波形匹配程度更高。

圖2　準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷西斜坡10口井自然伽馬測井曲線校正前（a）后（b）值域分布

圖3　準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷西斜坡B75井測井曲線重構(gòu)前后合成記錄對(duì)比

常規(guī)求取有效孔隙度時(shí)，主要采用泥質(zhì)含量與束縛水飽和度呈直線關(guān)系（圖4a）的模型，應(yīng)用以下計(jì)算公式：

圖4　準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷西斜坡B75井束縛水飽和度與泥質(zhì)含量關(guān)系（a）及計(jì)算有效孔隙度對(duì)比（b）

由于泥質(zhì)含量與束縛水飽和度直線關(guān)系的模型忽略了流體的黏性及流體對(duì)骨架的改造作用，當(dāng)泥質(zhì)含量較高時(shí)，計(jì)算的有效孔隙度往往偏大，而采用泥質(zhì)含量與束縛水飽和度呈“S”形關(guān)系的雙水模型（圖4a）計(jì)算的有效孔隙度和實(shí)際有效孔隙度比較接近[11-12]，其計(jì)算公式為：

當(dāng)C'sh＞50%時(shí)，

當(dāng)C'sh≤50%時(shí)，

式中

從2種方法計(jì)算的有效孔隙度來看（圖4b），用（6）式和（7）式計(jì)算避免了泥巖段有效孔隙度偏大的現(xiàn)象，提高了計(jì)算結(jié)果的精度。

2.3含水飽和度計(jì)算

含水飽和度的計(jì)算精度直接決定了對(duì)巖石孔隙中流體性質(zhì)的判斷。經(jīng)典的含水飽和度計(jì)算公式為：

通過對(duì)研究區(qū)下三疊統(tǒng)百口泉組巖電實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，可以得到：a=1.06，b=1.14，m=1.79，n=1.81.地層水電阻率是溫度和地層水礦化度的函數(shù)，由于研究區(qū)目的層埋深存在近1 500 m的深度差，溫度的變化對(duì)地層水電阻率的影響不容忽視。以地溫梯度2℃/hm計(jì)算，1 500 m的埋深差異會(huì)導(dǎo)致30℃的溫度差。在礦化度為8 000 mg/L的情況下，采用地下水等效氯化鈉礦化度計(jì)算方法，根據(jù)氯化鈉溶液電阻率與其礦化度及溫度的關(guān)系圖版[13]可以得到：地層溫度60℃與90℃分別對(duì)應(yīng)0.27 Ω·m與0.40 Ω·m的地層水電阻率，這一差異直接影響到含水飽和度計(jì)算結(jié)果及對(duì)油氣水層的判斷（圖5）。因此，與常規(guī)針對(duì)同一目的層采用同一套參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)不同，筆者通過求取研究區(qū)內(nèi)每口井的地層水電阻率、溫度、地層水礦化度等參數(shù)，使得含水飽和度的預(yù)測精度得到有效提高，為橫波速度估算提供了保障。

圖5　準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷西斜坡B75井2種地層水電阻率條件下計(jì)算的含水飽和度對(duì)比

圖6　準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷西斜坡AH1井不同巖石物理模型對(duì)應(yīng)的橫波速度估算結(jié)果對(duì)比

2.4巖石物理模型優(yōu)選

在巖石物理建模過程中，根據(jù)巖石基質(zhì)及顆粒間的接觸關(guān)系等不同假設(shè)，眾多學(xué)者創(chuàng)立了多種不同的巖石物理模型及對(duì)應(yīng)的橫波速度估算方法[14-17]。常見的巖石物理模型理論主要包括3種：有效介質(zhì)理論、自適應(yīng)理論和接觸理論。有效介質(zhì)理論認(rèn)為巖石總體的物性參數(shù)是由各組分的物性參數(shù)綜合而成，以Wyllie時(shí)間平均方程為例，此方程的孔隙度受各種物性參數(shù)的影響較大，只能應(yīng)用簡單的體積平均速度方法建模；自適應(yīng)理論則以Gassman方程為代表，假設(shè)是各向同性的巖石，其孔隙全部連通并充滿了無摩擦的流體，即在低頻波動(dòng)狀態(tài)下流體與固體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)忽略不計(jì)，由于假設(shè)條件太高，使得估算精度較低；接觸理論為了研究粒狀物質(zhì)的等效彈性，假設(shè)巖石顆粒由很多相同的彈性球體組成，這類模型適用于非固結(jié)儲(chǔ)集層。

研究區(qū)百口泉組埋藏深度為2 200～3 900 m，總體埋藏較深，儲(chǔ)集層孔隙度為7%～12%，屬于泥質(zhì)膠結(jié)的扇三角洲砂礫巖儲(chǔ)集層。根據(jù)不同巖石物理模型的適用條件及橫波速度估算方法對(duì)比，優(yōu)選出了4種適合低孔低滲砂礫巖儲(chǔ)集層的巖石物理模型估算橫波速度（圖6）。其中，臨界孔隙度模型把孔隙介質(zhì)分成2個(gè)不同的區(qū)域，當(dāng)孔隙度低于臨界孔隙度時(shí)為礦物承載，當(dāng)孔隙度大于臨界孔隙度時(shí)，巖石變成承載液體中的懸浮物；克里夫模型是與臨界孔隙度模型相似的橫波預(yù)測模型，并采用了Pickett和其他人的經(jīng)驗(yàn)結(jié)果；格林伯格模型是基于經(jīng)驗(yàn)公式在純礦物巖石中預(yù)測橫波速度，預(yù)測結(jié)果精度不高；而徐懷特提出了砂泥巖混合介質(zhì)模型，此模型綜合考慮巖石孔隙度和黏土含量，把黏土成分、壓力、膠結(jié)等因素對(duì)聲波的影響歸結(jié)為砂泥巖的孔隙形狀和孔隙度的差異應(yīng)用在模型中，適用于孔隙度較低的固結(jié)砂泥巖儲(chǔ)集層。從圖6可以看出，砂泥巖混合介質(zhì)模型估算的橫波速度與實(shí)測橫波速度的吻合度最高，相對(duì)誤差最小。

3　儲(chǔ)集層預(yù)測

從研究區(qū)下三疊統(tǒng)百口泉組縱橫波速度比和縱波阻抗的交會(huì)結(jié)果來看（圖7），縱橫波速度比對(duì)巖性具有較好的區(qū)分能力：泥巖大多落在縱橫波速度比大于1.82的區(qū)域，為非儲(chǔ)集層；扇三角洲平原與扇三角洲前緣過渡區(qū)域的砂礫巖縱橫波速度比為1.75～1.82，為Ⅱ類儲(chǔ)集層；扇三角洲前緣砂礫巖大多位于縱橫波速度比為1.65～1.75，為Ⅰ類儲(chǔ)集層。

圖7　準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷西斜坡MX1井縱橫波速度比與縱波阻抗交會(huì)圖

在明確測井彈性敏感參數(shù)為縱橫波速度比的基礎(chǔ)上，利用疊前部分角道集疊加數(shù)據(jù)體進(jìn)行儲(chǔ)集層預(yù)測。從研究區(qū)百一段和百二段縱橫波速度比平面分布來看（圖8a，圖8b），受水下溝谷地貌影響（圖9a），百一段有利砂體主要分布在M18井—AH1井一帶，AH2井—B65井一帶受沉積古地貌的影響，以泥巖沉積為主；百二段有利砂體與百一段分布規(guī)律基本一致，主要體現(xiàn)在受水進(jìn)體系的影響，在AH2井區(qū)有利砂體更為發(fā)育。從縱橫波速度比剖面來看（圖9b），AH1井和AH2井在百一段鉆遇的有效儲(chǔ)集層都表現(xiàn)為低縱橫波速度比（小于1.75）的特征，利用縱橫波速度比預(yù)測的有效儲(chǔ)集層與實(shí)鉆情況一致；同時(shí)，在剖面上砂體間疊置關(guān)系清晰，符合扇三角洲前緣水下分流河道的沉積規(guī)律。

圖8　準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷西斜坡百一段和百二段縱橫波速度比平面分布

結(jié)合實(shí)際鉆井試油結(jié)果認(rèn)為，縱橫波速度比小于1.75的區(qū)域?yàn)棰耦愑行?chǔ)集層區(qū)，1.75～1.82的區(qū)域?yàn)棰蝾愑行?chǔ)集層區(qū)。研究區(qū)百一段和百二段共落實(shí)Ⅰ類有效儲(chǔ)集層區(qū)面積270 km2，Ⅱ類有效儲(chǔ)集層區(qū)600 km2，并據(jù)此部署了M602井、M606井、AH6井、AH9井和AH013井5口井，其中M602井和M606井獲得高產(chǎn)工業(yè)油流，AH6井和AH013井獲得工業(yè)油流，AH9井獲得低產(chǎn)油流。

綜上所述，在巖石物理建?；A(chǔ)上進(jìn)行疊前彈性敏感參數(shù)反演，可以有效解決研究區(qū)扇三角洲平原亞相和前緣亞相儲(chǔ)集層區(qū)分困難的問題，為類似地區(qū)儲(chǔ)集層預(yù)測提供了可供參考的思路。

4　結(jié)論

（1）縱橫波速度比是對(duì)儲(chǔ)集層較為敏感的彈性參數(shù)，在縱波阻抗不能區(qū)分致密儲(chǔ)集層和有效儲(chǔ)集層的情況下，通過巖石物理建模獲得準(zhǔn)確的橫波速度，從而利用縱橫波速度比來預(yù)測有效儲(chǔ)集層分布是解決這一問題的有效途徑。

（2）針對(duì)扇三角洲砂礫巖儲(chǔ)集層，準(zhǔn)確計(jì)算泥質(zhì)含量、有效孔隙度及含水飽和度3個(gè)參數(shù)是構(gòu)建巖石物理模型的基礎(chǔ)，而選擇合適的巖石物理模型是準(zhǔn)確預(yù)測橫波速度的關(guān)鍵。

（3）縱橫波速度比是區(qū)分瑪湖西斜坡下三疊統(tǒng)百口泉組有效儲(chǔ)集層較為有效的彈性參數(shù)，在百口泉組預(yù)測的270 km2的Ⅰ類有效儲(chǔ)集層區(qū)和600 km2的Ⅱ類有效儲(chǔ)集層區(qū)是下步勘探部署的有利區(qū)帶。

圖9　準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷西斜坡百口泉組古地貌（a）和縱橫波速度比反演剖面（b）

符號(hào)注釋

a，b，m，n——巖電參數(shù)，常數(shù)；

GR——原始測井自然伽馬測井曲線值，API；

G'R——校正后的自然伽馬測井曲線值，API；

GRmax——原始自然伽馬測井曲線的最大值，API；

G'Rmax——校正后自然伽馬測井曲線的最大值，API；

GRmin——原始自然伽馬測井曲線的最小值，API；

G'Rmin——校正后自然伽馬測井曲線的最小值，API；

Rw——地層水電阻率，Ω·m；

Rt——原狀地層電阻率，Ω·m；

Sw——含水飽和度，f；

Sws——束縛水飽和度，f；

?——有效孔隙度，f；

?t——總孔隙度，f；

?max——砂巖孔隙度最大值，f.

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（編輯潘曉慧楊新玲）

Application of Petrophysical Modeling Technique in Favorable Reservoir Prediction in Western Slope of Mahu Sag,Junggar Basin

YU Baoli1,ZHAO Xiaohui1,QU Jianhua2,CAO Xiaolu1,DENG Yong1,WANG Xiaohui1
(1.Urumqi Branch of Geophysical Research Institute,BGP,CNPC,Urumqi,Xinjiang,830016,China; 2.Research Institute of Exploration and Development,Xinjiang Oilfield Company,PetroChina,Karamay,Xinjiang 834000,China)

The Triassic Baikouquan formation in the western slope of Mahu sag,Junggar basin is a set of fan?delta front sandy conglomerate deposits.Conventional post?stack wave impedance inversion can’t be used to distinguish effective reservoir and tight reservoir,which con?strains well placement and reserves calculation.Analysis on the available elastic parameter crossplots obtained from logging data shows that vp/vsratio is an effective elastic sensitive parameter to classify tight reservoir and effective reservoir.Based on accurate calculation of shale content,effective porosity,water saturation and other parameters,a reasonable petrophysical model is selected and the accuracy of S?wave velocity estimation is improved significantly,which could provide fundamental data for prestack inversion of elastic sensitive parame?ters in the study area.With the optimized parameters of vp/vsratio,effective reservoirs can be identified and exploratory well success rate can reach 80%,which provides basis for well placement and reserves confirmation in the study area.

Junggar basin;Mahu sag;Baikouquan formation;petrophysical modeling;S?wave velocity estimation;vp/vsratio;reservoir prediction

P631.445

A

1001-3873（2016）06-0720-06

10.7657/XJPG20160616

2016-05-23

2016-07-09

中石油“新疆大慶”重大專項(xiàng)（2012E-34-11）

于寶利（1975-），男，黑龍江綏化人，高級(jí)工程師，應(yīng)用地球物理，（Tel）13579970097（E-mail）yubaoli@cnpc.com.cn