孤北洼陷沙三中亞段砂巖儲(chǔ)層地震預(yù)測(cè)方法

李　輝,畢俊鳳,孫　超,孫耀庭,2,烏洪翠

(1.中國(guó)石油化工股份有限公司勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院,山東東營(yíng)257015;2.中國(guó)石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,山東青島266580)

孤北洼陷沙三中亞段砂巖儲(chǔ)層地震預(yù)測(cè)方法

李輝1,畢俊鳳1,孫超1,孫耀庭1,2,烏洪翠1

(1.中國(guó)石油化工股份有限公司勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院,山東東營(yíng)257015;2.中國(guó)石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,山東青島266580)

摘要:孤北洼陷南部斜坡帶沙河街組三段廣泛發(fā)育灰質(zhì)泥巖,因其速度和密度與砂巖的速度和密度相當(dāng),導(dǎo)致該區(qū)砂巖儲(chǔ)層地震預(yù)測(cè)難度增大。為此,提出了一種綜合應(yīng)用地質(zhì)、地震和測(cè)井信息,進(jìn)行砂巖儲(chǔ)層地震預(yù)測(cè)的方法。首先,通過(guò)對(duì)研究區(qū)沉積類型和地層展布特征的分析,遵循等時(shí)地層切片的基本原理,按砂層組厚度建立等時(shí)地層格架;然后,在分析灰質(zhì)泥巖巖石物理學(xué)特征的基礎(chǔ)上,優(yōu)選出能夠有效區(qū)分灰質(zhì)泥巖和砂巖的泥質(zhì)含量曲線作為敏感曲線;最后,利用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演技術(shù),有效融合多尺度資料,實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層的精確預(yù)測(cè)。應(yīng)用結(jié)果表明,該方法通過(guò)多尺度資料的綜合應(yīng)用,能夠有效剔除灰質(zhì)泥巖影響,提高砂巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的精度。

關(guān)鍵詞：孤北洼陷;沙三中亞段;儲(chǔ)層預(yù)測(cè);敏感曲線;灰質(zhì)泥巖

已進(jìn)入高勘探程度階段的東部成熟探區(qū)對(duì)以描述砂體為主要內(nèi)容的巖性油氣藏勘探提出了更高要求。經(jīng)過(guò)幾十年的勘探開發(fā),目標(biāo)砂體已由地震可追蹤的大型砂體轉(zhuǎn)變?yōu)楦与[蔽的小型砂體,此類砂體巖相組合多樣，砂體精細(xì)描述困難。東部探區(qū)陸相斷陷盆地中沙三段多見(jiàn)泥巖和砂巖、油泥(頁(yè))巖和砂巖以及灰質(zhì)泥巖和砂巖等巖性組合類型。其中,泥巖、油泥(頁(yè))巖和砂巖的測(cè)井電性特征及地震響應(yīng)特征存在明顯差異,常用的地震屬性分析方法能夠較好地識(shí)別出砂巖儲(chǔ)層;而灰質(zhì)泥巖和砂巖的速度、地震響應(yīng)特征相似,如何在灰質(zhì)泥巖發(fā)育區(qū)識(shí)別砂巖儲(chǔ)層成為巖性預(yù)測(cè)的重要工作。

目前,在灰質(zhì)泥巖發(fā)育區(qū)識(shí)別砂巖儲(chǔ)層的方法中,地球物理方法單純利用地震資料,通過(guò)提取屬性、改善地震資料品質(zhì)等技術(shù)去除灰質(zhì)泥巖的影響[1-4],地質(zhì)背景只是作為前提認(rèn)識(shí)或校驗(yàn)條件參與儲(chǔ)層預(yù)測(cè);而地質(zhì)方法在分析沉積環(huán)境的基礎(chǔ)上,僅停留于對(duì)反射特征的描述方面[5]。與常規(guī)的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)相比,如何去除灰質(zhì)泥巖的影響是一個(gè)需要綜合利用地質(zhì)、地震、測(cè)井、錄井等多種資料信息的系統(tǒng)工程,使各種不同尺度的資料相互驗(yàn)證、互為補(bǔ)充,從而降低儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的多解性,提高儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的精度。我們通過(guò)對(duì)多尺度資料的綜合分析,形成了一套行之有效的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方法,為灰質(zhì)泥巖背景下的巖性油藏勘探提供了可以借鑒的技術(shù)思路和方法。

1地質(zhì)概況

孤北洼陷構(gòu)造上位于濟(jì)陽(yáng)坳陷沾化凹陷東北部,西與埕東凸起相鄰,南與孤島凸起相接,東、北比鄰長(zhǎng)堤、樁西潛山。受古地貌及新生代斷陷作用的影響,形成了“兩洼一隆”的構(gòu)造格局(圖1)。該洼陷古近系地層埋藏深,是富生烴洼陷,同時(shí)也是油氣富集區(qū),發(fā)育多套有利儲(chǔ)蓋組合。目前,已發(fā)現(xiàn)了沙河街組、東營(yíng)組和館陶組等多套含油層系,其中,沙河街組為主力含油層系,油藏類型以構(gòu)造、巖性油藏為主,累計(jì)探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量超過(guò)5000×104t。

圖1　孤北洼陷構(gòu)造綱要

孤北洼陷沙三段總體為深湖—半深湖相,沙三中亞段發(fā)育湖侵體系的扇三角洲及其前緣滑塌濁積扇[6-8]。研究區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)以z394,z39,z397塊為代表的構(gòu)造—巖性油藏,上報(bào)探明儲(chǔ)量210×104t,而研究區(qū)靠近洼陷帶烴源巖條件更好的巖性油藏勘探尚未獲得突破,具有較大的勘探前景。

2砂巖儲(chǔ)層地震預(yù)測(cè)的主要問(wèn)題

常規(guī)地震預(yù)測(cè)方法主要是從地震數(shù)據(jù)出發(fā),通過(guò)提取不同的地震屬性來(lái)描述儲(chǔ)層。地震資料反映不同巖性地層之間的速度、密度差異。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)研究區(qū)沙三中亞段砂巖速度為3400～3900m/s,密度為2.25～2.45g/cm3,灰質(zhì)泥巖速度為3250～3900m/s,密度為2.0～2.6g/cm3;灰質(zhì)泥巖和砂巖速度、密度相似(圖2a和圖2b)。波阻抗值的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,砂巖的波阻抗值位于灰質(zhì)泥巖區(qū)間內(nèi),兩者間不存在明確的區(qū)分界線(圖2c)。

研究表明,灰質(zhì)泥巖與砂巖速度、密度的相似性與灰質(zhì)泥巖中灰質(zhì)含量有密切關(guān)系。灰?guī)r的速度和密度高于砂巖和泥巖,灰質(zhì)成份的增加造成灰質(zhì)泥巖速度、密度增大,使孤北洼陷灰質(zhì)泥巖和砂巖的差異性不明顯,從而影響了常規(guī)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的效果。

圖2　灰質(zhì)泥巖和砂巖測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)幅值統(tǒng)計(jì)(1ft≈0.3048m)a 聲波時(shí)差; b 密度; c 波阻抗

3砂巖儲(chǔ)層地震預(yù)測(cè)方法

針對(duì)上述問(wèn)題,結(jié)合前人相關(guān)研究成果[9-10],形成一套解決灰質(zhì)泥巖背景下砂巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的方法。主要流程包括:在精細(xì)建立等時(shí)地層格架的基礎(chǔ)上,通過(guò)優(yōu)選測(cè)井敏感曲線,利用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演技術(shù),達(dá)到剔除灰質(zhì)泥巖、預(yù)測(cè)砂巖儲(chǔ)層的目的。

3.1建立等時(shí)地層格架

建立等時(shí)、適合地質(zhì)體尺度的地層格架是儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的關(guān)鍵。只有在等時(shí)地層格架內(nèi)預(yù)測(cè)儲(chǔ)層才具準(zhǔn)確的地質(zhì)意義[11-12]。

孤北洼陷沙三中亞段地層較薄,總厚度100m左右,按照沉積旋回[13]劃分為5個(gè)砂組,自上而下依次為2+3,4,5,6+7,8砂組,其中4,5,6+7砂組為主力含油段。一方面,各砂組地層厚度較薄(20m左右),依據(jù)地震反射特征追蹤各砂組底界具有較大的不確定性且不可靠;另一方面,沙三中地層為連續(xù)沉積,底部無(wú)超覆、頂部無(wú)剝蝕,為原始沉積地層,各砂組占沙三中亞段總地層厚度比例橫向上相對(duì)穩(wěn)定。為此,利用地層切片的原理,通過(guò)鉆井統(tǒng)計(jì)各砂組占沙三中總地層厚度比例,縱向上在沙三中亞段頂(T4)、底(T5)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)反射層之間按比例確定各砂組底界(圖3),橫向上內(nèi)插外推,建立各砂組等時(shí)地層格架。通過(guò)該方法建立的等時(shí)地層格架,能夠最大限度避免地層切片等分所造成的穿時(shí)現(xiàn)象,使地層格架更接近真實(shí)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)[14-15]。

按砂組厚度建立等時(shí)地層格架是對(duì)地層切片技術(shù)的一種發(fā)展和改良,使儲(chǔ)層預(yù)測(cè)能在適當(dāng)?shù)?、相?duì)等時(shí)的時(shí)窗內(nèi)進(jìn)行,從而更具針對(duì)性。

圖3　沙三中亞段等時(shí)地層格架剖面

3.2測(cè)井敏感曲線優(yōu)選

研究表明,本研究區(qū)不能利用速度曲線和密度曲線來(lái)有效區(qū)分灰質(zhì)泥巖和砂巖。除速度曲線和密度曲線外,自然伽馬曲線和自然電位曲線通常也用來(lái)區(qū)分砂巖和泥巖[16-18]。自然伽馬曲線是通過(guò)測(cè)量巖石中鈾、釷、鉀等放射元素含量來(lái)表征不同的巖石。通常泥巖中吸附的放射性元素含量最高,砂巖次之,灰?guī)r最低。但研究區(qū)沙三中亞段灰質(zhì)泥巖因含有較高的灰質(zhì)成份而與砂巖的伽馬值相近。自然電位曲線易受到地層水礦化度、鉆井液電阻率、泥漿侵入、含油性等因素的影響。孤北洼陷位于海陸交互地帶,鉆井泥漿礦化度差異大,對(duì)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)特別是自然電位曲線影響較大。因此,在本研究區(qū)自然伽馬和自然電位曲線也不能有效區(qū)分灰質(zhì)泥巖和砂巖。在沒(méi)有優(yōu)選出敏感曲線的情況下,亟需尋找一種能表征灰質(zhì)泥巖和砂巖之間差異的曲線。

從巖石物理學(xué)特征考慮,灰質(zhì)泥巖作為泥巖的一種,必然在泥質(zhì)成分含量的高低方面與砂巖存在本質(zhì)的區(qū)別。通常用泥質(zhì)含量曲線(Vsh)來(lái)表征巖石的泥質(zhì)成分含量。泥質(zhì)是指顆粒直徑小于0.01mm的碎屑物質(zhì)[19],泥質(zhì)含量是定性、定量評(píng)價(jià)巖石屬性的一個(gè)重要參數(shù)。泥質(zhì)含量曲線并非由實(shí)測(cè)得到,通常由自然伽馬曲線通過(guò)公式計(jì)算得到。首先用自然伽馬相對(duì)幅度的變化計(jì)算泥質(zhì)含量指數(shù)IGR:

(1)

式中:γobj表示目的層自然伽馬幅度;γmax表示純泥巖層的自然伽馬幅度;γmin表示純砂巖層的自然伽馬幅度。

通常IGR值為0～1,則泥質(zhì)含量Vsh為:

(2)

式中:GCUR為希爾奇指數(shù),古近系和新近系取值3.7,前第三系取值2.0[20]。

泥質(zhì)含量曲線作為一種非實(shí)測(cè)曲線,需要驗(yàn)證其適用性和可靠性。首先,泥質(zhì)含量曲線由自然伽馬曲線計(jì)算得到,其計(jì)算數(shù)據(jù)源是實(shí)測(cè)的,真實(shí)可靠;其次,泥質(zhì)含量曲線通過(guò)經(jīng)典公式計(jì)算得到,計(jì)算過(guò)程中會(huì)考慮不同層段的泥巖基線值,泥巖基線及γmin和γmax的選擇需要參考錄井資料和地質(zhì)分層,錄井資料也會(huì)參與計(jì)算后的校驗(yàn);最終計(jì)算結(jié)果表明,z394井3067～3076m,3087～3099m,3117～3124m的砂巖與3135～3160m的灰質(zhì)泥巖自然伽馬值相近,無(wú)法區(qū)分;而泥質(zhì)含量幅值差異較大,能夠有效區(qū)分灰質(zhì)泥巖和砂巖,且效果明顯(圖4)。統(tǒng)計(jì)泥質(zhì)含量發(fā)現(xiàn),砂巖的泥質(zhì)含量低于30%,灰質(zhì)泥巖為66%～92%,泥巖高于79%;泥巖與灰質(zhì)泥巖存在重疊區(qū),但砂巖與灰質(zhì)泥巖、泥巖分界線明顯(圖5),因此泥質(zhì)含量曲線可以作為區(qū)分孤北洼陷沙三中亞段灰質(zhì)泥巖和砂巖的測(cè)井敏感曲線。

3.3地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演

地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演是提供一個(gè)在某種概率條件下,既滿足數(shù)據(jù)的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)特征又滿足地質(zhì)、測(cè)井和地震信息的三維儲(chǔ)層參數(shù)概率模型[21]。它是以確定性反演為初始模型,從測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)出發(fā),用隨機(jī)模擬實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)。地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演中參數(shù)的選取是儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的技術(shù)關(guān)鍵,主要是通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和地質(zhì)認(rèn)識(shí),結(jié)合鉆井資料綜合優(yōu)化選取,如砂體的厚度,長(zhǎng)度和寬度等。

該方法以優(yōu)選的泥質(zhì)含量曲線參與反演,主要步驟為求取空間變差函數(shù),包含求取縱向變差函數(shù)和橫向變差函數(shù)。縱向變差函數(shù)主要通過(guò)分析測(cè)井敏感曲線得到,橫向變差函數(shù)從稀疏脈沖波阻抗中計(jì)算得到;縱向上測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)密集,求取的變差函數(shù)精度較高;再與橫向變差函數(shù)匹配,從而達(dá)到一定的橫向分辨率。

圖4　z394井泥質(zhì)含量曲線區(qū)分灰質(zhì)泥巖和砂巖效果

圖5　泥巖、砂巖、灰質(zhì)泥巖泥質(zhì)含量統(tǒng)計(jì)

變差函數(shù)的兩個(gè)主要參數(shù)為變程和基臺(tái)值。變程是變差函數(shù)達(dá)到基臺(tái)值時(shí),樣點(diǎn)間隔對(duì)應(yīng)的距離[22],在縱向變差函數(shù)中代表砂體的厚度,研究區(qū)內(nèi)單個(gè)砂體厚度在8m左右;基臺(tái)值是變差函數(shù)達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定時(shí)的常數(shù),它代表數(shù)據(jù)樣點(diǎn)在空間上的總變異程度,其數(shù)值越大,說(shuō)明數(shù)據(jù)的變化區(qū)間越大,參數(shù)變化的幅度越大。交互分析計(jì)算得到研究區(qū)內(nèi)基臺(tái)值為0.6,表明巖石的泥質(zhì)含量幅值變化區(qū)間較大。在計(jì)算出變差函數(shù)后,再擬合一個(gè)理論模型來(lái)定量表征儲(chǔ)層的空間結(jié)構(gòu)。通過(guò)擬合,認(rèn)為指數(shù)模型在研究區(qū)對(duì)砂體的外推效果和連續(xù)性表征方面效果較好。

4儲(chǔ)層預(yù)測(cè)效果分析

利用該方法對(duì)研究區(qū)沙三中亞段進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè),得到泥質(zhì)含量反演數(shù)據(jù)體(圖6)。預(yù)測(cè)結(jié)果中(圖6b)玫紅色代表泥質(zhì)含量低,黃色到藍(lán)色泥質(zhì)含量逐漸升高;統(tǒng)計(jì)認(rèn)為砂巖儲(chǔ)層泥質(zhì)含量門檻值為30%,故紅色為砂巖儲(chǔ)層的閾值區(qū)。判斷預(yù)測(cè)效果準(zhǔn)確與否,主要在地質(zhì)認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上對(duì)剖面、平面和未參與反演井進(jìn)行校驗(yàn)分析得出。

剖面分析認(rèn)為,預(yù)測(cè)結(jié)果較為準(zhǔn)確地反映了沙三中扇體自gb107井到bo993井橫向遷移,縱向疊置的特點(diǎn);未參與儲(chǔ)層預(yù)測(cè)單井(gb107井、bo993井)及井間砂體的變化與實(shí)鉆吻合度較高(圖6),達(dá)到85%以上,能夠滿足勘探部署要求。

圖6　沙三中亞段儲(chǔ)層預(yù)測(cè)結(jié)果剖面對(duì)比a 儲(chǔ)層對(duì)比剖面; b 地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演泥質(zhì)含量剖面

平面儲(chǔ)層預(yù)測(cè)結(jié)果符合沉積規(guī)律,扇體主要發(fā)育在孤北斷層下降盤,低隆起西翼,呈北西向展布,與先前認(rèn)識(shí)相吻合(圖7);沙三中亞段5砂組發(fā)育gb342,gb35,z393三個(gè)扇體,其中,以z393扇體規(guī)模最大,延伸距離最遠(yuǎn),可延伸至z26到z331之間。與均方根振幅屬性預(yù)測(cè)結(jié)果相比,分辨率明顯提高,水道方向和扇體展布規(guī)律更加清晰,扇體前方可見(jiàn)濁積砂體發(fā)育,與西側(cè)z331井區(qū)發(fā)育的近岸水下扇體界線明顯(圖7)。

圖7　沙三中亞段5砂組儲(chǔ)層預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)比a 泥質(zhì)含量平面分布; b 均方根振幅屬性平面分布

據(jù)此在z892低部位部署的z251井,在沙三中亞段5砂組(地層厚度15m)鉆遇一層厚度5.5m的砂巖,驗(yàn)證了該方法預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

5結(jié)論

1) 在地層厚度橫向變化相對(duì)均勻的情況下,經(jīng)過(guò)地震數(shù)據(jù)約束,依據(jù)各砂組厚度占沙三中亞段比例內(nèi)插外推,構(gòu)建等時(shí)地層格架。該方法構(gòu)建的地層格架,更具等時(shí)性,使儲(chǔ)層預(yù)測(cè)過(guò)程更適應(yīng)預(yù)測(cè)目標(biāo)體尺度。

2) 利用自然伽馬曲線計(jì)算得到的泥質(zhì)含量曲線具有明確的地質(zhì)意義,對(duì)區(qū)分灰質(zhì)泥巖和砂巖更敏感。

3) 基于泥質(zhì)含量曲線的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演適用于研究區(qū)灰質(zhì)泥巖灰質(zhì)成份含量高、砂巖儲(chǔ)層較薄的地質(zhì)現(xiàn)狀,實(shí)際資料的砂巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)鉆井和井間砂體的變化吻合度較高。

致謝:感謝勝利油田高級(jí)專家劉書會(huì)教授在論文寫作過(guò)程中給予的指導(dǎo)和幫助。

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(編輯：朱文杰)

Seismic prediction for sandstone reservoir in middle subsection of Sha_3 member,Gubei Subsag

LI Hui1,BI Junfeng1,SUN Chao1,SUN Yaoting1,2,WU Hongcui1

(1.ResearchInstituteofPetroleumExplorationandDevelopment,SinopecShengliOilfieldCompany,Dongying257015,China;2.SchoolofGeosciences,ChinaUniversityofPetroleum,Qingdao266580,China)

Abstract:The calcareous mudstone in middle subsection of Sha_3 member,in southern slope belt of Gubei subsag,are widely developed.Due to the similarity of the velocity and density between calcareous mudstone and sandstone,the difficulty in seismic prediction of sandstone reservoir was increased.A comprehensive method of geological,seismic and logging information was proposed to predict the sandstone reservoir.Firstly,based on the analysis of the sedimentation types and the stratigraphic distribution characteristics in target area,followed by the basic principle of stratigraphic section,the isochronous stratigraphic framework was set up according to sand groups thickness.Secondly,after the analysis on petrophysical property of the calcareous mudstone,the sensitive logs for effectively distinguishing between calcareous mudstone and sandstone were optimized.Finally,with geostatistics inversion of multi-scale data effective integration,accurate prediction of logging sensitive reservoir could be realized.It was shown that this method can effectively eliminate the influence of calcareous mudstone and improve the prediction accuracy of sandstone reservoir through the comprehensive application of multi-scale data.

Keywords:Gubei subsag,middle subsection of Sha_3 member,reservoir prediction,sensitive logs,calcareous mudstone

收稿日期：2015-11-03;改回日期：2016-02-10。

作者簡(jiǎn)介：李輝(1981—),男,碩士,工程師,現(xiàn)主要從事儲(chǔ)層描述與預(yù)測(cè)研究工作。

基金項(xiàng)目：國(guó)家科技重大專項(xiàng)“渤海灣盆地精細(xì)勘探關(guān)鍵技術(shù)”(2011ZX0506-003)資助。

中圖分類號(hào)：P631

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-1441(2016)03-0441-08

DOI:10.3969/j.issn.1000-1441.2016.03.015

This research is financially supported by the National Science and Technology Major Project of China(Grant No.2011ZX0506-003).