李金磊,尹正武

(中國(guó)石油化工股份有限公司勘探分公司,四川成都610041)

四川盆地焦石壩地區(qū)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層地震定量預(yù)測(cè)方法

李金磊,尹正武

(中國(guó)石油化工股份有限公司勘探分公司,四川成都610041)

針對(duì)四川盆地東南部焦石壩地區(qū)五峰組-龍馬溪組頁(yè)巖氣儲(chǔ)層,提出了一種地震定量預(yù)測(cè)方法。首先在分析頁(yè)巖儲(chǔ)層地震響應(yīng)特征的基礎(chǔ)上,以波阻抗反演技術(shù)實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖層段的精細(xì)預(yù)測(cè);接著進(jìn)行頁(yè)巖的總有機(jī)碳(total organic carbon,TOC)敏感參數(shù)分析,發(fā)現(xiàn)研究區(qū)頁(yè)巖儲(chǔ)層的密度參數(shù)與測(cè)井解釋的TOC含量(CTOC)具有很好的相關(guān)性,由兩者的擬合關(guān)系得到基于密度的TOC計(jì)算模型;然后在波阻抗反演頁(yè)巖層段的空間約束下,采用疊前同時(shí)反演方法獲得疊前密度反演數(shù)據(jù)體;最后將密度反演數(shù)據(jù)體轉(zhuǎn)換為T(mén)OC數(shù)據(jù)體,精確預(yù)測(cè)出研究區(qū)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層(CTOC≥1%)的空間展布。與測(cè)井解釋結(jié)果的對(duì)比表明,地震定量預(yù)測(cè)的精度較高,研究區(qū)內(nèi)多個(gè)井點(diǎn)處頁(yè)巖氣儲(chǔ)層厚度預(yù)測(cè)結(jié)果的相對(duì)誤差小于2%。

焦石壩地區(qū);頁(yè)巖氣儲(chǔ)層;地震預(yù)測(cè);TOC;波阻抗反演;疊前密度反演

目前,頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)在北美已取得了巨大成功。近幾年,中國(guó)也加大了對(duì)頁(yè)巖氣的勘探開(kāi)發(fā)力度,尤其是針對(duì)四川盆地及周緣地區(qū)志留系龍馬溪組,開(kāi)展了沉積相[1-4]、儲(chǔ)集層[5-8]、保存條件[9]、頁(yè)巖氣富集因素[9]等方面的大量研究工作,取得了積極的進(jìn)展。2012年11月,中國(guó)石油化工股份有限公司勘探分公司針對(duì)涪陵焦石壩地區(qū)奧陶系五峰組-志留系龍馬溪組部署實(shí)施的JY1井,試獲產(chǎn)氣20.3×104m3/d,取得了中國(guó)石化在頁(yè)巖氣勘探領(lǐng)域的首次商業(yè)發(fā)現(xiàn)。隨后部署實(shí)施的JY2井、JY3井和JY4井均獲中—高產(chǎn)天然氣流,更加證實(shí)了該區(qū)海相頁(yè)巖氣良好的勘探前景。

焦石壩地區(qū)的勘探實(shí)踐發(fā)現(xiàn)：深水陸棚優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖的發(fā)育以及良好的保存條件控制了五峰組-龍馬溪組一段氣藏的富集高產(chǎn),其中富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的發(fā)育提供了關(guān)鍵的物質(zhì)基礎(chǔ)。但是,與常規(guī)油氣儲(chǔ)層相比,頁(yè)巖儲(chǔ)層具有低孔、低滲的特性,地質(zhì)、測(cè)井響應(yīng)以及地震預(yù)測(cè)結(jié)果的多解性更強(qiáng)[10-12]。因此,探索頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的地震定量預(yù)測(cè)方法,查明儲(chǔ)層的分布,對(duì)焦石壩頁(yè)巖氣田的勘探開(kāi)發(fā)具有重要意義。本文在明確目標(biāo)儲(chǔ)層響應(yīng)特征的基礎(chǔ)上,提出了一種頁(yè)巖氣儲(chǔ)層地震定量預(yù)測(cè)方法,實(shí)現(xiàn)了研究區(qū)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層空間展布的精細(xì)刻畫(huà),為勘探開(kāi)發(fā)井位部署提供了有力的技術(shù)支持。

1 頁(yè)巖儲(chǔ)層響應(yīng)特征

通過(guò)系統(tǒng)的錄井和目的層全井段取心揭示,焦石壩地區(qū)海相頁(yè)巖儲(chǔ)層發(fā)育于奧陶系五峰組(TO3w)—志留系龍馬溪組一段(TS1l2)。JY1井的精細(xì)標(biāo)定表明(圖1)：頁(yè)巖儲(chǔ)層發(fā)育段整體為高聲波時(shí)差、低密度、中—低波阻抗特征,與上、下圍巖存在較大的波阻抗差異。地震剖面上表現(xiàn)為“兩谷兩峰”的反射特征,儲(chǔ)層頂界為中低頻、中強(qiáng)振幅波谷、連續(xù)反射;儲(chǔ)層底界為低頻、強(qiáng)振幅波峰、連續(xù)反射。

圖1 JY1井頁(yè)巖儲(chǔ)層精細(xì)標(biāo)定

從五峰組—龍馬溪組一段的巖性組合來(lái)看,具有明顯的“三分性”,自下而上可進(jìn)一步劃分為3個(gè)亞段：下部一亞段為低密度、低速度的灰黑色含碳質(zhì)放射蟲(chóng)筆石頁(yè)巖及灰黑色含粉砂碳質(zhì)筆石頁(yè)巖;中部二亞段為速度、密度相對(duì)較高的黑灰色含粉砂含碳質(zhì)筆石頁(yè)巖;上部三亞段為低速度、相對(duì)高密度的灰黑色含粉砂泥巖和灰黑色含筆石碳質(zhì)頁(yè)巖。其中,高TOC含量的優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖發(fā)育在一亞段,其下伏地層為高速度、高密度的澗草溝組灰?guī)r。

為了進(jìn)一步識(shí)別龍一段3個(gè)亞段頁(yè)巖的變化對(duì)地震響應(yīng)特征的影響,據(jù)此巖性組合特征設(shè)計(jì)了一個(gè)二維地質(zhì)模型，如圖2所示,其中二亞段粉砂質(zhì)泥巖厚度由25m逐漸減為0,一亞段頁(yè)巖厚度由40m逐漸增厚為80m。模型正演結(jié)果表明,“兩谷兩峰”地震反射的第一個(gè)弱波峰為上部三亞段頁(yè)巖與中部二亞段粉砂質(zhì)泥巖交界面的響應(yīng),隨著中部二亞段變薄直至消失,波峰振幅逐漸變?nèi)踔料?當(dāng)下部一亞段優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖逐漸增厚,底部波谷表現(xiàn)為振幅增強(qiáng)、幅度變寬、頻率變低的遞變特征。

圖2 五峰組-龍馬溪組頁(yè)巖儲(chǔ)層地質(zhì)模型(a)及正演分析結(jié)果(b)

2 頁(yè)巖氣儲(chǔ)層地震定量預(yù)測(cè)

焦石壩地區(qū)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層定量預(yù)測(cè)的主要思路為：首先采用波阻抗反演技術(shù)實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖層段的空間展布預(yù)測(cè);在此基礎(chǔ)上進(jìn)行TOC敏感參數(shù)分析,明確TOC敏感參數(shù)并建立其與TOC含量之間的數(shù)學(xué)模型(擬合經(jīng)驗(yàn)關(guān)系);基于三維地震數(shù)據(jù),在波阻抗反演頁(yè)巖層段的空間約束下,采用疊前反演方法求得敏感參數(shù)體;根據(jù)擬合經(jīng)驗(yàn)關(guān)系,將敏感參數(shù)體轉(zhuǎn)換為T(mén)OC數(shù)據(jù)體,從而定量預(yù)測(cè)研究區(qū)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層(CTOC≥1%)的空間展布。

2.1 頁(yè)巖層段的空間展布預(yù)測(cè)

JY1井的精細(xì)標(biāo)定結(jié)果表明：頁(yè)巖層段與上、下圍巖波阻抗差異明顯,因此,可利用波阻抗反演技術(shù)首先實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖層段的空間展布預(yù)測(cè)。波阻抗反演目前主要有遞歸法、稀疏脈沖法和以模型為基礎(chǔ)的一系列方法,在本次頁(yè)巖層段的空間展布預(yù)測(cè)中,采用了約束稀疏脈沖反演法[13]。該方法不僅具有一般遞推反演方法的特點(diǎn),反演結(jié)果忠實(shí)于地震資料,能反映儲(chǔ)層的橫向變化,而且在迭代過(guò)程中引入地質(zhì)和測(cè)井資料參與反演約束,增加了部分低頻和高頻成分,一定程度上拓寬了反演頻帶。圖3 為一條過(guò)JY4-JY2-JY1井的約束稀疏脈沖反演波阻抗剖面,奧陶系五峰組(TO3w)—志留系龍馬溪組一段(TS1l2)頁(yè)巖層段與上、下圍巖的波阻抗界面清晰,層段內(nèi)部相對(duì)較高的波阻抗變化也與鉆井揭示的巖性變化一致,整個(gè)頁(yè)巖層段的厚度較大且橫向上連續(xù)穩(wěn)定分布。

2.2 頁(yè)巖氣儲(chǔ)層定量預(yù)測(cè)

頁(yè)巖的總有機(jī)碳(TOC)含量是評(píng)價(jià)頁(yè)巖儲(chǔ)層生烴能力的重要指標(biāo)參數(shù),只有有機(jī)碳的平均含量達(dá)到一定門(mén)限值時(shí),才能獲得有工業(yè)價(jià)值的頁(yè)巖氣藏。對(duì)于頁(yè)巖氣藏形成的有機(jī)碳含量下限值,國(guó)土資源部頒布的頁(yè)巖氣資源/儲(chǔ)量計(jì)算與評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范[14]明確了儲(chǔ)量起算TOC下限標(biāo)準(zhǔn)為CTOC≥1%。焦石壩地區(qū)頁(yè)巖氣井奧陶系五峰組—志留系龍馬溪組一段巖心分析總有機(jī)碳含量為0.46%～6.79%,平均含量為2.66%,總體較高。

圖3 過(guò)JY4-JY2-JY1井約束稀疏脈沖反演波阻抗剖面

除實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)方法外,目前對(duì)TOC的評(píng)價(jià)主要以測(cè)井資料為主,評(píng)價(jià)方法很多,其中采用電阻率-孔隙度重疊法進(jìn)行單井TOC評(píng)價(jià)的方法應(yīng)用最為廣泛[15-16]。對(duì)于頁(yè)巖儲(chǔ)層TOC含量的橫向分布預(yù)測(cè),L?seth等[17]發(fā)現(xiàn)在巖心以及測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)得到的TOC與波阻抗交會(huì)圖上,兩者呈現(xiàn)一定的相關(guān)性,這種相關(guān)關(guān)系為利用反演技術(shù)計(jì)算TOC數(shù)據(jù)體提供了可能。但是在焦石壩地區(qū),兩者的相關(guān)性卻較差。不過(guò),利用測(cè)井信息建立TOC與地震參數(shù)之間的關(guān)系,仍是利用地震資料預(yù)測(cè)儲(chǔ)層TOC變化的一個(gè)重要途徑。

2.2.1 TOC敏感參數(shù)分析

圖4顯示了焦石壩地區(qū)聲波阻抗(IA)、伽馬(γ)、密度(ρ)、聲波時(shí)差(ΔtAC)等常規(guī)測(cè)井曲線以及泊松比(σ)、拉梅系數(shù)×密度(λρ)等彈性參數(shù)與測(cè)井解釋TOC含量的兩兩交會(huì)分析結(jié)果,可以發(fā)現(xiàn)TOC與密度曲線具有很好的相關(guān)性(圖4c),相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.88,整體呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,即TOC含量越高,密度越低。進(jìn)一步分析可知,當(dāng)密度小于2.68g/cm3時(shí),能有效地區(qū)分頁(yè)巖氣儲(chǔ)層(CTOC≥1%)和非頁(yè)巖氣儲(chǔ)層(CTOC<1%)(圖5)。因此,通過(guò)測(cè)井資料的交會(huì)以及直方圖統(tǒng)計(jì)分析認(rèn)為,利用密度反演以及TOC與密度之間的相關(guān)性來(lái)進(jìn)行研究區(qū)頁(yè)巖儲(chǔ)層TOC含量的地震預(yù)測(cè)是可行的。

圖4 研究區(qū)TOC敏感參數(shù)交會(huì)分析結(jié)果

圖5 JY1,JY2,JY3,JY4井頁(yè)巖層段密度統(tǒng)計(jì)直方圖

2.2.2 疊前密度反演

基于以上TOC敏感參數(shù)的分析可知,密度反演是進(jìn)行TOC預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)。前期的對(duì)比測(cè)試分析表明,相比于疊后多屬性密度反演,疊前密度反演在該區(qū)具有更高的精度。疊前密度反演采用疊前同時(shí)反演方法,首先對(duì)優(yōu)化后的地震道集資料進(jìn)行分角度疊加,然后對(duì)各角度疊加數(shù)據(jù)體分別進(jìn)行井震標(biāo)定并提取子波,以地震解釋層位為橫向約束建立低頻模型,將分角度疊加數(shù)據(jù)體、子波、低頻模型作為數(shù)據(jù)輸入,對(duì)這些變量加以約束同時(shí)反演得到縱波阻抗、橫波阻抗以及密度。圖6為測(cè)井密度曲線(藍(lán)色曲線)與井旁道疊前密度反演結(jié)果(紅色曲線)對(duì)比,吻合程度較高,并且合成記錄道與井旁道相關(guān)系數(shù)達(dá)0.96,反演結(jié)果可靠。圖7為利用疊前密度反演得到的過(guò)JY4-JY2-JY1井的密度反演剖面,測(cè)井密度曲線(黑色曲線)與井旁疊前密度反演結(jié)果對(duì)比,吻合程度較高,奧陶系五峰組(TO3w)—志留系龍馬溪組一段(TS1l2)頁(yè)巖層段密度整體較小,具有從上到下逐漸減小的趨勢(shì)。

2.2.3 TOC反演

通過(guò)TOC與密度交會(huì)分析(圖4c),由兩者的擬合關(guān)系得到基于密度的TOC計(jì)算模型(經(jīng)驗(yàn)公式)：CTOC=-15.49ρ+42.71,由此將疊前反演密度數(shù)據(jù)體轉(zhuǎn)換成TOC數(shù)據(jù)體。圖8為過(guò)JY4-JY2-JY1井TOC反演剖面,可見(jiàn)五峰組(TO3w)—龍馬溪組一段(TS1l2)頁(yè)巖儲(chǔ)層段TOC含量在縱向上的變化表現(xiàn)為“三分性”,這與實(shí)測(cè)的巖心TOC變化特征一致(圖8中所附小圖),其中位于底部的一亞段TOC含量最高,平均值達(dá)3.62%,且橫向分布穩(wěn)定,可作為勘探開(kāi)發(fā)的首選層段;中間的二亞段TOC含量相對(duì)較低,平均值為2.20%;上部的三亞段段又表現(xiàn)為“兩分性”,上段TOC含量較低,下段TOC含量較高,整體平均值為2.23%。

圖6 測(cè)井曲線與井旁道反演結(jié)果對(duì)比

圖7 過(guò)JY4-JY2-JY1井疊前密度反演剖面

圖8 過(guò)JY4-JY2-JY1井TOC反演剖面

2.2.4 頁(yè)巖氣儲(chǔ)層展布預(yù)測(cè)

以CTOC≥1%為下限標(biāo)準(zhǔn),由TOC反演數(shù)據(jù)體即可獲得研究區(qū)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層空間展布的預(yù)測(cè)結(jié)果。圖9為焦石壩三維區(qū)五峰組—龍馬溪組一段頁(yè)巖氣儲(chǔ)層厚度預(yù)測(cè)結(jié)果,可見(jiàn)，頁(yè)巖氣儲(chǔ)層厚度較厚,一般在70.0～90.0m,其中JY2-JY3井區(qū)儲(chǔ)層最厚,向JY4井方向略有減薄,但橫向上整體分布穩(wěn)定。區(qū)內(nèi)已有4口實(shí)鉆井揭示,JY3井頁(yè)巖氣儲(chǔ)層厚度最大,達(dá)到86.6m,其后依次為JY2井、JY1井、JY4井。表1給出了地震定量預(yù)測(cè)儲(chǔ)層厚度與測(cè)井解釋儲(chǔ)層厚度對(duì)比結(jié)果,可以看出，地震預(yù)測(cè)的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層厚度與測(cè)井解釋結(jié)果基本一致,預(yù)測(cè)精度較高,相對(duì)誤差小于2%,說(shuō)明地震定量預(yù)測(cè)技術(shù)在焦石壩地區(qū)的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中取得了很好的應(yīng)用效果。

圖9 焦石壩三維區(qū)五峰組—龍馬溪組一段頁(yè)巖氣儲(chǔ)層厚度預(yù)測(cè)結(jié)果

表1 JY1,JY2,JY3,JY4井頁(yè)巖氣儲(chǔ)層地震定量預(yù)測(cè)厚度與測(cè)井解釋厚度對(duì)比

井名地震定量預(yù)測(cè)厚度/m測(cè)井解釋厚度/m絕對(duì)誤差/m相對(duì)誤差，%JY178．076．51．51．96JY281．079．61．41．75JY385．086．6-1．61．85JY471．070．10．91．28

3 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1) 焦石壩地區(qū)奧陶系五峰組(TO3w)—志留系龍馬溪組一段(TS1l2)海相頁(yè)巖儲(chǔ)層平均厚度70.0～90.0m,橫向整體分布穩(wěn)定;測(cè)井顯示為低速度、低密度、中—低波阻抗特征,地震上表現(xiàn)為“兩谷兩峰”的反射特征;其內(nèi)部巖性組合具有明顯的“三分性”,底部一亞段平均TOC含量最高。

2) 由于頁(yè)巖層段與上、下圍巖波阻抗差異明顯,波阻抗反演技術(shù)可實(shí)現(xiàn)研究區(qū)頁(yè)巖層段的精細(xì)預(yù)測(cè),并作為頁(yè)巖氣儲(chǔ)層展布預(yù)測(cè)的空間約束。

3) 密度參數(shù)是研究區(qū)頁(yè)巖儲(chǔ)層的TOC敏感參數(shù),根據(jù)TOC與密度之間的數(shù)學(xué)模型(擬合公式)可實(shí)現(xiàn)研究區(qū)頁(yè)巖儲(chǔ)層的TOC含量預(yù)測(cè)。

4) 通過(guò)疊前同時(shí)反演獲得密度數(shù)據(jù)體并轉(zhuǎn)換為T(mén)OC數(shù)據(jù)體,預(yù)測(cè)了研究區(qū)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層(CTOC≥1%)的空間展布,并精細(xì)刻畫(huà)了頁(yè)巖氣儲(chǔ)層段TOC含量縱向上的“三分性”特征。

5) 焦石壩三維區(qū)地震定量預(yù)測(cè)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層厚度相對(duì)誤差小(小于2%),吻合程度高,證實(shí)了頁(yè)巖氣儲(chǔ)層地震定量預(yù)測(cè)技術(shù)的有效性和適用性。

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(編輯：顧石慶)

Seismic quantitative prediction method of shale gas reservoirs in the Jiaoshiba Area,Sichuan Basin

Li Jinlei,Yin Zhengwu

(SinopecExplorationBranchCompany,Chengdu610041,China)

Aiming at the shale gas reservoirs of the Wufeng-Longmaxi Formation,Jiaoshiba Area,Southeastern Sichuan Basin,a quantitative seismic prediction method is proposed.First of all,based on the analysis of seismic response characteristics of shale reservoirs,impedance inversion is used to realize fine prediction of the shale section.Secondly,different parameters are analyzed in order to find out the parameters that are sensitive to TOC(CTOC).As a result,density is revealed to have good correlation to TOC,and a template for calculating TOC is generated based on the correlation.Thirdly,constrained by the distribution of the shale section,density is obtained by using pre-stack simultaneous inversion.Finally,TOC data volume is transferred from the density data volume to finely delineate the spatial distribution of the shale gas reservoirs (CTOC≥1%) within this region.Comparing to the interpretation of well logs,it is showed that the seismic prediction of shale gas reservoir thickness has a higher accuracy,since the relative error are less than 2% according to the drilling results in this region.

Jiaoshiba Area,shale gas reservoirs,seismic prediction,TOC,impedance inversion,pre-stack density inversion

2014-12-01;改回日期：2015-02-26。

李金磊(1982—),男,工程師,主要從事地震資料綜合解釋、油氣勘探研究工作。

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心油氣專項(xiàng)(12120114020201)資助。

P631

A

1000-1441(2015)03-0324-07

10.3969/j.issn.1000-1441.2015.03.011