南海東部白云深水區(qū)復(fù)雜地層精細(xì)巖石物理分析

張振波，軒義華，劉賓，薛志剛，趙仁永，李東方，龍黎

（中海石油（中國(guó)）有限公司深圳分公司勘探部，廣東 深圳 518067）

南海東部白云深水區(qū)復(fù)雜地層精細(xì)巖石物理分析

張振波，軒義華，劉賓，薛志剛，趙仁永，李東方，龍黎

（中海石油（中國(guó)）有限公司深圳分公司勘探部，廣東 深圳 518067）

白云A探區(qū)位于南海東部深水區(qū)白云凹陷西南部，具有形成大型油氣田的地質(zhì)基礎(chǔ)，是珠江口盆地南海深水最重要的天然氣探區(qū)。該區(qū)白云A井鉆前預(yù)測(cè)將鉆遇極具價(jià)值的砂巖儲(chǔ)層,預(yù)測(cè)結(jié)果樂觀，實(shí)鉆結(jié)果與預(yù)期嚴(yán)重不符，為泥質(zhì)-粉砂質(zhì)濁積砂巖，這一結(jié)果使勘探該區(qū)的信心嚴(yán)重受挫。為探明該區(qū)勘探潛力，針對(duì)目的層開展精細(xì)巖石物理分析并研發(fā)相關(guān)技術(shù)，形成了以巖石物理分析、巖石物理建模、流體替換、巖性分類預(yù)測(cè)等組合技術(shù)系列，可客觀有效地認(rèn)識(shí)該區(qū)儲(chǔ)層巖石物理特征，為后續(xù)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)、烴類檢測(cè)及巖性預(yù)測(cè)工作指明了方向。

深水區(qū)；巖石物理分析；建模；流體替換；巖性分類；南海白云凹陷

0 引言

巖石物理學(xué)在近幾十年來發(fā)展迅速，國(guó)內(nèi)外有關(guān)研究成果很多［1-3］，但在應(yīng)用方面受重視程度不夠［4］。近年來利用交會(huì)圖進(jìn)行巖石物理分析僅是儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的一項(xiàng)流程化工作，分析欠精細(xì)且不到位，增加了勘探風(fēng)險(xiǎn)，逐漸喪失了它的重要性和意義。

珠江口盆地白云深水區(qū)是南海東部的一個(gè)重要含氣區(qū)［5-8］，具有與我國(guó)大多數(shù)含油氣盆地不同的地質(zhì)條件，與國(guó)外許多深水油氣區(qū)相比也有獨(dú)特之處［9］。研究區(qū)域內(nèi)的一口探井，鉆前對(duì)儲(chǔ)層復(fù)雜性和巖石物理性質(zhì)認(rèn)識(shí)不足，更多地依賴于地質(zhì)認(rèn)識(shí)，樂觀地預(yù)測(cè)目標(biāo)層為有利砂巖儲(chǔ)層，但實(shí)際鉆探表明，鉆遇儲(chǔ)層主要為低孔隙度（平均值為5%）、高泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)（平均值為55%）、物性較差、無商業(yè)價(jià)值的差氣層。為此，隨后開展了精細(xì)巖石物理分析，以提高該區(qū)儲(chǔ)層巖石物性的認(rèn)識(shí)，激活探區(qū)勘探潛力。

本文主要在精細(xì)巖石物理分析、巖石物理建模、流

1 巖石物理理論

1.1 巖石物理分析與建模

巖石物理模型見式（1）［10-11］，其對(duì)于剪切模量和體積模量是通用的。當(dāng)為剪切模量時(shí)，常規(guī)流體剪切模量Mfluid=0，該方程與高斯曼流體替換一致。體積模量和剪切模量刻度都是通過MO這個(gè)參數(shù)進(jìn)行的，礦物和流體點(diǎn)也是由MO參數(shù)計(jì)算得到的。

式中：MMOD為模擬模量，MPa；MO為回歸函數(shù)，［0，∞］；Mi為礦物的體積模量，MPa；Mfluid為流體體積模量，MPa；φ為孔隙度；Vi為礦物體積分?jǐn)?shù)。

MO可以為常數(shù)，也可以為回歸函數(shù)。MO的2個(gè)邊界條件是與Reuss和Voigt邊界對(duì)應(yīng)的。當(dāng)用正確的回歸函數(shù)后，相比傳統(tǒng)方法，巖石物理模型對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行更穩(wěn)健的外推。巖石物理建模的過程保證了利用測(cè)井曲線和巖心測(cè)量進(jìn)行刻度的準(zhǔn)確性。

1.2 流體替換

孔隙流體隨流體組分、壓力、溫度的變化而變化，對(duì)巖石的地震屬性起著重要的作用。只有正確地評(píng)估儲(chǔ)層條件和孔隙流體組分，才能得到更加準(zhǔn)確的流體性質(zhì)?？紫读黧w的體積模量Mfluid是由Reuss公式計(jì)算得出：

式中：Mw為地層水的體積模量，MPa；Mhc為油氣的體積模量，MPa；Sw為含水飽和度。

流體替換利用Gassmann公式［12］，以確定流體對(duì)儲(chǔ)層的影響：

式中：Mdry為巖石骨架的有效體積模量，MPa；Msat為飽和巖石的有效體積模量，MPa；Msatb為飽和巖石的有效剪切模量，MPa；Mdryb為巖石骨架的有效剪切模量，MPa。

2 精細(xì)巖石物理分析

2.1 巖石物理分析

為了對(duì)研究目標(biāo)的巖性和流體成分進(jìn)行評(píng)估，更好地開展后續(xù)彈性參數(shù)反演，對(duì)目的層進(jìn)行了單獨(dú)的巖石物理分析、建模，對(duì)應(yīng)層位組合見圖1。

圖1 儲(chǔ)層測(cè)井組合

由圖1可以看出，由于巖性主要為粉砂巖，泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)較高（平均為55%）、孔隙度較低（平均為5%），密度、聲波曲線對(duì)砂巖和泥巖的響應(yīng)差別較小。整體而言，目的層粉砂巖儲(chǔ)層具高密度、高速度特點(diǎn)。

Avseth等人提出了經(jīng)典理論［13］，即利用縱橫波速度比和波阻抗交會(huì)圖識(shí)別含水砂巖、含油砂巖、含氣砂巖和泥巖。在研究區(qū)利用測(cè)井曲線進(jìn)行交會(huì)分析，進(jìn)行了波阻抗AI與縱橫波速比vp/vs的交會(huì)分析（見圖2）。

Greeberg-Castagna及Gardner針對(duì)不同巖性提出了理論線［14-15］，是以泥質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)作為顏色標(biāo)識(shí)的。圖2a與圖1中的藍(lán)色對(duì)應(yīng)的是粉砂巖儲(chǔ)層，暗紅色對(duì)應(yīng)的是砂質(zhì)泥巖，綠色對(duì)應(yīng)的是泥巖。對(duì)比圖2a與圖2b，粉砂巖儲(chǔ)層具有相對(duì)高AI與低vp/vs值的特征，利用vp/vs值可將儲(chǔ)層與非儲(chǔ)層較容易區(qū)分開，但利用AI區(qū)分會(huì)相對(duì)較難。

將泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)60%作為截止值進(jìn)行交會(huì)分析，由圖2c、圖2d可看出，儲(chǔ)層vp/vs值小于1.98，非儲(chǔ)層vp/vs值則大多大于1.98，且有一部分重疊，這會(huì)為接下來的巖性預(yù)測(cè)帶來一定的不確定性，所以將0.6作為泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)的截止值時(shí)存在一定誤差。

圖2 儲(chǔ)層AI與v p/v s關(guān)系

考慮到不同彈性參數(shù)的敏感程度不一致，又分析了λρ和λ/μ兩個(gè)參數(shù)（見圖3），以泥質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)作為顏色標(biāo)識(shí)。圖3a中藍(lán)色與圖1藍(lán)色一樣對(duì)應(yīng)的是儲(chǔ)層，暗紅色與圖1暗紅色對(duì)應(yīng)的是砂質(zhì)泥巖，綠色對(duì)應(yīng)的是泥巖。

由圖3a可看出，粉砂巖儲(chǔ)層具有相對(duì)較低λρ和較低λ/μ值特征，利用λ/μ可將儲(chǔ)層與非儲(chǔ)層區(qū)分開，但利用λρ區(qū)分儲(chǔ)層與非儲(chǔ)層相對(duì)較難。對(duì)比圖3b、圖3f，將0.5作為交會(huì)分析的色標(biāo)截止值（相較于0.6）能更精確地對(duì)應(yīng)儲(chǔ)層。

2.2 流體替換

流體替換可得到不同含水飽和度情況下的彈性參數(shù)曲線，從而分析不同飽和度流體對(duì)彈性參數(shù)的影響，進(jìn)而產(chǎn)生概率密度函數(shù)，用于巖性預(yù)測(cè)及后續(xù)AVO分析響應(yīng)。

流體體積模量、泥質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)、飽和度為巖石物理模型的輸入?yún)?shù)，這些參數(shù)的計(jì)算對(duì)于巖石物理模型是很重要的。白云A井利用Batzle和Wang公式［16］計(jì)算得到的儲(chǔ)層條件下的流體屬性參數(shù)，包括速度、密度和體積模量（見表1）。

白云A井儲(chǔ)層流體替換成果見圖4。將原始狀態(tài)的流體，分別利用含水飽和度為100%，95%，90%，80%，70%，60%，50%，40%，30%，20%，10%及 0%（Sw100—Sw0）進(jìn)行流體替換。替換結(jié)果表明：含水飽和度越高，縱波速度越快，密度越高，橫波速度越慢；密度基本呈線性變化，波阻抗、縱橫波速度比及泊松比在Sw90與Sw0變化較小，μρ整體變化均較小，λ/μ與λρ在Sw90與Sw0之間呈非線性趨勢(shì)變化。因此，利用λ/μ與λρ進(jìn)行巖性預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率應(yīng)好于其他參數(shù)。

密度、波阻抗、縱橫波速度比、λρ及λ/μ，隨含水飽和度變化（在Sw0變化到Sw100時(shí)）的趨勢(shì)為：密度，增加了0.09 g/cm3，基本呈線性變換，變化量與Sw100值相比約為4%；波阻抗，增加了0.96MPa·s/m，整體變化量與Sw100值相比約為11%；縱橫波速度比值，增加了0.2，變化量與Sw100值相比約為10%；λρ值，增加了13.7 GPa·g/cm3，整體變化量與 Sw100值相比約為41%；λ/μ值，增加了0.7，整體變化量與Sw100值相比約為39%。

圖3 儲(chǔ)層λρ與λ/μ交會(huì)

圖4 白云A井流體替換成果

通過對(duì)比得知，λ/μ與λρ的變化量較AI與vp/vs大，說明λ/μ與λρ對(duì)于流體的敏感程度比AI與vp/vs更大。進(jìn)而證實(shí)，利用λ/μ與λρ進(jìn)行巖性預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率要好于其他參數(shù)。

表1 儲(chǔ)層地層流體彈性參數(shù)

2.3 巖石物理建模

資料有限時(shí)，巖石物理建模有著舉足輕重的作用。為尋找更優(yōu)儲(chǔ)層，需要知道不同情形下曲線的響應(yīng)特征，此時(shí)需要巖石物理模型作為橋梁，搭建起彈性參數(shù)曲線與測(cè)井成果曲線之間的關(guān)系。此次研究利用了多礦物巖石的Hashin上下邊界等［17-18］理論進(jìn)行巖石物理建模。

當(dāng)使用了正確的回歸函數(shù)后，與傳統(tǒng)方法相比，建立的巖石物理模型對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行更穩(wěn)健的外推。本研究目標(biāo)層段建立的巖石物理模型得出，模擬的體積模量和剪切模量與測(cè)量的體積模量和剪切模量匹配較好。

基于已建立的巖石物理模型，正演了不同孔隙度及不同泥質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)下的彈性參數(shù)。為更好地刻畫儲(chǔ)層類型的不均一性，將正演得到的彈性參數(shù)，應(yīng)用到貝葉斯巖性分類中。

2.4 巖性分類

基于巖石彈性特征，利用巖石物理分析和井?dāng)?shù)據(jù)，通過貝葉斯估算原理［19］產(chǎn)生巖性體。本次研究中，用不同類型砂巖和泥巖的巖石彈性屬性來劃分儲(chǔ)層地層巖性，在三維空間根據(jù)地震屬性λ/μ與λρ關(guān)系來確定巖石屬性分類單元。

通過分析井點(diǎn)處地層屬性的變化得到概率密度函數(shù)，輸入地震屬性縱波阻抗和泊松比，利用貝葉斯定理計(jì)算最大可能的分類單元。

根據(jù)不同泥質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)、孔隙度、含水飽和度等規(guī)則，對(duì)預(yù)測(cè)地層定義了不同巖性（見表2）。儲(chǔ)層地層巖性的概率密度函數(shù)見圖5—9。

對(duì)比圖5，6得出，砂巖與泥巖區(qū)分均較好，但對(duì)于含烴砂巖與含水砂巖則重疊部分較多；3ClassB中含烴砂巖與含水砂巖概率中心較3ClassA有一定程度分離，能更好地反映井點(diǎn)情況。

表2 巖性分類規(guī)則

圖5 3ClassA概率密度函數(shù)

圖6 3ClassB概率密度函數(shù)

從圖7可看出，好砂巖與差砂巖及泥巖區(qū)分較明顯，這與交會(huì)圖分析一致。從圖8可看出，較好砂巖與差砂巖及泥巖區(qū)分也較明顯。

從圖9可看出，優(yōu)質(zhì)/含烴砂巖、次優(yōu)砂巖區(qū)分較明顯，但砂質(zhì)泥巖和泥巖仍有部分重疊，這主要是因?yàn)樯百|(zhì)泥巖的泥質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高（50%～70%）、孔隙度較?。ㄐ∮?%）、接近泥巖特征，但這并不阻礙發(fā)現(xiàn)好的砂巖儲(chǔ)層。

圖7 3ClassC概率密度函數(shù)

圖8 3ClassD概率密度函數(shù)

圖9 4ClassA概率密度函數(shù)

綜上所述，本地區(qū)4ClassA描述的地層及地層特征能有效用于下步三維疊前反演、預(yù)測(cè)儲(chǔ)層砂巖孔隙度的預(yù)測(cè)及泥巖體積分?jǐn)?shù)的巖石物性反演中。

3 結(jié)論

1）巖石物理交會(huì)分析研究表明，目的層的λ/μ與λρ屬性比AI與vp/vs屬性能更好地將好砂巖、較好砂巖、差砂巖與泥巖區(qū)分開，且好含氣砂巖具有相對(duì)較低密度、低AI和vp/vs、低λ/μ和λρ的特點(diǎn)。

2）只考慮流體的影響，目的層含水飽和度越高，縱波速度越快，密度越高，橫波速度越慢，密度基本呈線性變化；Sw90與Sw0之間,波阻抗、縱橫波速度比及泊松比變化較小，λ/μ與λρ呈非線性趨勢(shì)變化，μρ整體變化不大。

3）利用貝葉斯理論產(chǎn)生了相對(duì)應(yīng)的概率密度函數(shù)，目的層基于λ/μ和λρ產(chǎn)生的概率密度函數(shù)預(yù)測(cè)的巖性，與實(shí)際吻合較好。

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（編輯 楊會(huì)朋）

Fine petrophysicalanalysison complex formation in Baiyun deep water area of eastern South China Sea

Zhang Zhenbo,Xuan Yihua，Liu Bin，Xue Zhigang,Zhao Renyong,Li Dongfang,Long Li
(Shenzhen Branch of CNOOC Ltd.,Shenzhen 518067,China)

Baiyun A exploration area is located at the southwestofdeepwater Baiyun Sag in eastern South China Sea.Thisexploration areahas thegeology basis forming largeoiland gas field and is themostimportantnaturalgasexploration area in the South China Sea deepwater region of PearlRiverMouth Basin.In thisarea,the Baiyun Awellwasbe predicted to be the valuable sandstone reservoirs before drilling.However,actualdrilling resultsgreatly deduce the confidence of thisexploration areaand the reservoir isshale to silty turbidite sandstones.In order to prove the exploration potential in the area,the fine rock physics analysis technology is used for the targetzone.The technique seriescomposed ofpetrophysicalanalysis,rock physicsmodeling,fluid substitution,lithology classification and predicting techniques are determined,which can recognize objectively and effectively the reservoir petrophysical characteristics of thisarea.Thisstudy pointsoutthedirection for thenextexploration step.

deepwater region;petrophysical analysis;modeling;fluid substitution;lithology classification;Baiyun Sag in South China Sea

國(guó)家油氣重大專項(xiàng)“近海大中型油氣田形成條件及勘探技術(shù)（二期）”子課題“近海大中型油氣田地震勘探技術(shù)”（2011ZX05023-005）

TE132.1

A

張振波，軒義華，劉賓，等.南海東部白云深水區(qū)復(fù)雜地層精細(xì)巖石物理分析［J］.斷塊油氣田，2014，21（1）：43-48.

Zhang Zhenbo，Xuan Yihua，Liu Bin，et al.Fine petrophysical analysis on complex formation in Baiyun deep water area of eastern South China

Sea［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2014，21（1）：43-48.體替換、巖性分類識(shí)別等方面入手并開展研究。首先，通過巖石物理交會(huì)分析，得到對(duì)該區(qū)儲(chǔ)層巖石物性敏感的彈性參數(shù)，通過流體替換，分析不同含水飽和度流體對(duì)彈性參數(shù)的影響；然后，建立巖石物理模型，以巖石物理模型正演擬合不同孔隙度、泥質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)下彈性模量的變化；最后，基于巖石的彈性特征，用巖石物理分析和井?dāng)?shù)據(jù)，采用貝葉斯估算原理生成巖性體。

10.6056/dkyqt201401010

2013-08-11；改回日期：2013-11-22。

張振波，男，1973年生，高級(jí)工程師，主要從事地震采集處理方面的工作。E-mail：zzb.sz@139.com。