川西深層碳酸鹽巖巖溶儲(chǔ)層預(yù)測(cè)

杜勁松, 蘭雪梅, 黃天俊, 張連進(jìn), 文 雯, 王天琪, 蘇世為, 溫夢(mèng)晗

(1.北京陽(yáng)光杰科科技股份有限公司, 北京 100192； 2.西南油氣田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院, 成都 610041)

碳酸鹽巖巖溶儲(chǔ)層是中外含油氣盆地中重要的油氣儲(chǔ)層之一,中國(guó)大型海相油氣田大都發(fā)現(xiàn)有巖溶型油氣藏,儲(chǔ)量大產(chǎn)量高,成為中國(guó)碳酸鹽巖油氣勘探的熱點(diǎn)領(lǐng)域。碳酸鹽巖巖溶儲(chǔ)層的發(fā)育及分布規(guī)律主要受構(gòu)造、古地貌、巖性和巖相等因素控制,其預(yù)測(cè)方法基本上以古地貌恢復(fù)、地震響應(yīng)模式、地震屬性等定性分析方法為主,定量預(yù)測(cè)處于探索階段。

川西地區(qū)深層下二疊統(tǒng)茅口組在多個(gè)地質(zhì)構(gòu)造中獲得勘探突破,多口井在巖溶體儲(chǔ)層中獲得高產(chǎn)工業(yè)天然氣氣流,揭示了川西茅口組良好的巖溶體儲(chǔ)層天然氣勘探前景。由于茅口組的勘探程度較低,資料有限同時(shí)巖溶體儲(chǔ)層埋深大,非均質(zhì)性強(qiáng),分布發(fā)育受控影響因素多等原因,增大了巖溶儲(chǔ)層地震預(yù)測(cè)和評(píng)估的工作難度[1-3],目前未能形成一套針對(duì)茅口組巖溶儲(chǔ)層進(jìn)行有效地震預(yù)測(cè)的方法,制約了下一步川西深層下二疊統(tǒng)油氣勘探的工作。川西九龍山地區(qū)雖然茅口組碳酸鹽巖儲(chǔ)層為復(fù)雜非均質(zhì)性強(qiáng)的巖溶性油氣儲(chǔ)層,但其沉積特征和地球物理響應(yīng)特征都具有一定的規(guī)律性[4]。在鉆井和地震資料分析的基礎(chǔ)上,綜合運(yùn)用層序地層學(xué)方法對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行地層構(gòu)造精細(xì)解釋,開(kāi)展巖溶體上覆地層反射結(jié)構(gòu)的分析,茅二段模糊波形聚類法地震相劃分,茅口組剝蝕后殘余地層厚度法微古地貌恢復(fù),茅二段巖溶體的地震屬性特征分析,對(duì)巖溶體進(jìn)行綜合定性分析,總結(jié)巖溶體的分布規(guī)律。定量預(yù)測(cè)采用兩步法,首先用伽馬反演方法預(yù)測(cè)茅二段生屑灰?guī)r,并在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步利用多屬性儲(chǔ)層孔隙度反演進(jìn)行巖溶體儲(chǔ)層的精細(xì)定量預(yù)測(cè),提高了預(yù)測(cè)精度。通過(guò)定性-定量預(yù)測(cè)相結(jié)合的巖溶體儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方法,并結(jié)合地震曲率裂縫預(yù)測(cè)的結(jié)果,綜合分析、劃分出巖溶體儲(chǔ)層有利的分布區(qū),預(yù)測(cè)結(jié)果經(jīng)實(shí)鉆驗(yàn)證吻合度高,對(duì)川西茅口組巖溶氣藏深化勘探開(kāi)發(fā)具有重要指導(dǎo)意義。

圖1 龍16井茅二段測(cè)井曲線及儲(chǔ)層FMI響應(yīng)特征Fig.1 Logging and reservoir FMI characteristics of P1m2 of L16

1 茅口組古巖溶識(shí)別標(biāo)志

目前九龍山地區(qū)下二疊統(tǒng)茅口組地層已鉆井9口,獲高產(chǎn)工業(yè)性氣井3口,是天然氣滾動(dòng)勘探開(kāi)發(fā)增儲(chǔ)上產(chǎn)的重點(diǎn)層系。川西地區(qū)茅口組碳酸鹽巖沉積期處于開(kāi)闊臺(tái)地海環(huán)境,地層由老到新可分為茅一段至茅四段。早二疊世末期,受東吳構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響,茅口組碳酸鹽巖地層廣泛抬升,出露的碳酸鹽巖遭受長(zhǎng)期的風(fēng)化剝蝕和大氣淡水的淋濾溶蝕作用,九龍山地區(qū)茅口組地層剝蝕至茅二段,發(fā)育有溶蝕殘丘和巖溶體,其發(fā)育程度、分布規(guī)模和連通性主要受古地貌和裂縫的控制[5]。通?？梢岳勉@錄井顯示、測(cè)井響應(yīng)特征、地震反射特征、動(dòng)態(tài)資料分析等方法對(duì)茅口組是否存在巖溶體進(jìn)行判別。

1.1 鉆錄井響應(yīng)

茅口組碳酸鹽巖遭受古風(fēng)化巖溶作用,侵蝕后會(huì)產(chǎn)生大量的溶蝕縫洞。鉆井過(guò)程中,若鉆遇到縫洞發(fā)育區(qū)時(shí),會(huì)直接產(chǎn)生井漏、放空等現(xiàn)象,這是判定巖溶體存在的重要標(biāo)志之一[6]。據(jù)統(tǒng)計(jì),川西北部地區(qū)鉆井過(guò)程中,茅口組累計(jì)9口井有直接錄井顯,出現(xiàn)放空、井漏等現(xiàn)象,分布深度為茅二段上部至茅口組頂部,具有典型的巖溶型儲(chǔ)層鉆錄井響應(yīng)特征。

1.2 測(cè)井響應(yīng)

茅口組巖溶儲(chǔ)層在各種常規(guī)測(cè)井曲線上,主要表現(xiàn)為高聲波差和較高中子孔隙度,低自然伽馬、中低電阻和低密度的“兩高三低”測(cè)井曲線響應(yīng)特征[7],儲(chǔ)層電性綜合特征為:聲波時(shí)差>49 μs/ft,中子>1.5%,自然伽馬<20 API,密度<2.75 g/cm3,電阻率為高值背景上相對(duì)低值,一般100～10 000 Ω·m。

巖溶儲(chǔ)層裂縫發(fā)育段,在常規(guī)曲線上顯示為電阻率降低及雙側(cè)向正差異等特征,在成像測(cè)井(FMI)上表現(xiàn)呈不規(guī)則正弦曲線狀且具高導(dǎo)特征。龍16井茅二段測(cè)井解釋儲(chǔ)層厚9.2 m,平均孔隙度2.1%,儲(chǔ)層段常規(guī)曲線特征為聲波時(shí)差為49.7～50.7 μs/ft,自然伽馬為24.8～35 API, 中子為1.4～2.1%,電阻率為高阻背景上相對(duì)降低,FMI上顯示有溶蝕孔洞且低角度裂縫發(fā)育,如圖1所示。

1.3 地震響應(yīng)

圖2 龍004-X1井茅口組巖溶儲(chǔ)層地震響應(yīng)特征Fig.2 Seismic reflection of Karst reservoir in Maokou Formation of L004-X1

九龍山地區(qū)茅口組溶蝕殘丘在地震剖面上具有較為明顯的響應(yīng)特征,主要表現(xiàn)為孤立突起,突起部分振幅逐漸變?nèi)?常與層間小斷層伴生,平面上呈散點(diǎn)狀分布。雖然巖溶體縫洞的地震響應(yīng)特征不如溶蝕殘丘特征明顯,但也表現(xiàn)出一定的規(guī)律性,主要反射特征表現(xiàn)為“低頻弱振幅較雜亂反射”、地層時(shí)差較大,平面上呈片狀分布。當(dāng)巖溶體儲(chǔ)層縫洞發(fā)育時(shí),由于波阻抗降低,與上覆地層的阻抗差下降,導(dǎo)致反射系數(shù)降低,從而形成相對(duì)較弱的地震反射特征。巖溶體儲(chǔ)層縫洞中通常充滿流體,特別是含氣后,會(huì)使地震的高頻成分被吸收,導(dǎo)致頻率下降,從而形成“低頻弱振幅”的反射特征[8]。通常茅口組巖溶體儲(chǔ)層內(nèi)部的縫洞分布是無(wú)序且形態(tài)雜亂的,當(dāng)縫洞發(fā)育規(guī)模較大時(shí),會(huì)出現(xiàn)“較雜亂反射”現(xiàn)象,同相軸表現(xiàn)為扭曲狀。龍004-X1井,在鉆至茅口組時(shí)出現(xiàn)井漏現(xiàn)象,測(cè)試獲天然氣111.65×104m3/d,巖溶體氣層頂界為弱波峰,底界為弱波谷,同相軸存在扭動(dòng)現(xiàn)象,如圖2所示。

1.4 動(dòng)態(tài)資料分析

與龍16和龍004-X1兩井相鄰的龍4井,曾經(jīng)間斷放噴528次,累計(jì)放噴量達(dá)2 171×104m3,每次放噴后關(guān)井壓力恢復(fù)迅速而沒(méi)有衰減,說(shuō)明該井茅口組巖溶體連通范圍內(nèi)能量充足,儲(chǔ)層分布范圍較大,從另一角度佐證了九龍山主體構(gòu)造高部位茅二段存在一個(gè)成規(guī)?？p洞系統(tǒng)的可能,茅口組頂部地震裂縫預(yù)測(cè)平面圖上,龍4井位于團(tuán)塊狀裂縫發(fā)育區(qū)內(nèi)(圖3)。

圖3 九龍山構(gòu)造茅口組頂部裂縫預(yù)測(cè)Fig.3 Prediction of fractures at the top of Maokou Formation in Jiulongshan structure

2 巖溶體上覆地層反射結(jié)構(gòu)

通過(guò)精細(xì)標(biāo)定,已鉆井中,茅二段巖溶儲(chǔ)層位于龍?zhí)督M底界波峰同相軸的下沿。聯(lián)井飛一段底界層拉平地震剖面上,如圖4所示,清楚顯示出,當(dāng)龍16井區(qū)茅口組頂部巖溶儲(chǔ)層發(fā)育時(shí),其上覆龍?zhí)督M地層多出一個(gè)波峰同相軸,且其振幅有強(qiáng)弱變化；而在龍17井區(qū),其上覆龍?zhí)督M地層變薄,未出現(xiàn)波峰反射,龍17井鉆井揭示,茅口組頂部巖溶儲(chǔ)層不發(fā)育。巖溶體上覆地層反射結(jié)構(gòu)的不同,也說(shuō)明這兩個(gè)井區(qū)在茅口組上部地層剝蝕后的沉積環(huán)境是不同的,從而間接反映出茅口組巖溶儲(chǔ)層發(fā)育的相帶。

圖4 茅口組巖溶體上覆地層多出一個(gè)波峰反射軸(飛一段底界層拉平)Fig.4 An additional seismic event in the overlying strata of the Maokou karst (T1f1 flattened)

圖5 龍?zhí)督M多出波峰同相軸分布Fig.5 Distribution of the additional seismic event of Longtan Formation

計(jì)算飛一段底界與龍?zhí)督M底界的時(shí)差,如圖5所示,可以清楚地反映出龍?zhí)督M多出的波峰同相軸的分布,進(jìn)而定性指示茅口組頂部的儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)。井標(biāo)定表明,波峰同相軸尖滅線西部區(qū)域(綠色-紅色-黃色區(qū))上覆地層逐漸變厚,多出一個(gè)波峰反射軸,鉆井揭示茅二段巖溶儲(chǔ)層較發(fā)育；尖滅線東部區(qū)域(藍(lán)色區(qū))上覆地層厚度薄,無(wú)波峰同相軸,茅二段巖溶儲(chǔ)層不發(fā)育。

圖6 茅二段地震相圖Fig.6 Seismic facies of P1m2 member

3 地震相劃分巖溶體分布范圍

利用模糊地震波形分類技術(shù)對(duì)茅二段地層進(jìn)行地震相預(yù)測(cè),得到該段地震相圖,如圖6所示,巖溶殘丘呈孤立的黃色點(diǎn)狀分布,主要位于研究區(qū)的西半部,巖溶體發(fā)育區(qū)位于研究區(qū)的西部,為黃色北西西向長(zhǎng)條狀連片分布。地震相圖中巖溶殘丘和巖溶體的分布位置也位于上覆地層有利反射結(jié)構(gòu)分布區(qū)內(nèi)。

4 微古地貌恢復(fù)

茅口組古地貌形態(tài)對(duì)于研究古巖溶儲(chǔ)層的分布具有重要指導(dǎo)意義。古地貌形態(tài)恢復(fù)的方法較多,最簡(jiǎn)便易用的方法是印模法和殘余厚度法,但須根據(jù)研究目標(biāo)的具體地質(zhì)特征,采用相應(yīng)的方法。采用殘余厚度法恢復(fù)茅口組地層剝蝕后的古地貌形態(tài)是適合的。殘余厚度法的基本原理,是假定所研究地層剝蝕前的原始沉積厚度變化不大,且該地層之下存在一個(gè)等時(shí)的基準(zhǔn)面,用該基準(zhǔn)面與研究層頂界面之間的殘余厚度來(lái)表征古地貌的高低變化,殘余厚度越大,古地勢(shì)越高[8]。下二疊統(tǒng)棲霞組地層沉積時(shí),整個(gè)四川盆地為開(kāi)闊臺(tái)地沉積環(huán)境,沉積厚度相差不大,因此將棲霞組頂界面(即茅口組底界)作為一個(gè)相對(duì)等時(shí)基準(zhǔn)面,棲霞組頂界與茅口組頂界之間的厚度差值,用于表征茅口組剝蝕后的古地貌形態(tài)。

實(shí)際研究中,在精細(xì)層位解釋的基礎(chǔ)上,用棲霞組頂界層位減去茅口組頂界層位,得到茅口組殘余厚度時(shí)差,用于茅口組剝蝕后的古地貌恢復(fù),如圖7所示。龍104、龍16、龍4、龍004-X1井在茅口組剝蝕之后,殘余地層厚度大,整體處于古地貌高部位,后期巖溶作用較為劇烈,為巖溶發(fā)育區(qū)。龍17井也位于古地貌高部位,由于茅口組剝蝕之后的沉積環(huán)境與龍16井區(qū)不同,巖溶作用較弱,巖溶儲(chǔ)層并不發(fā)育。

古地貌圖上,巖溶殘丘呈孤立的黃紅色點(diǎn)狀分布,龍16井區(qū)巖溶分布在古地貌高部位,形態(tài)呈片狀,分布范圍與地震相中的黃色條帶一致,但刻畫的較其精細(xì)。

5 巖溶體刻畫

已鉆井茅口組頂部巖溶儲(chǔ)層標(biāo)定在龍?zhí)督M底界波峰反射軸的下沿,高產(chǎn)氣井龍16、龍4、龍004-X1井巖溶儲(chǔ)層發(fā)育,地震剖面上,龍?zhí)督M底界波峰振幅較弱,龍?zhí)?井巖溶儲(chǔ)層不太發(fā)育,為強(qiáng)震幅。

針對(duì)巖溶體儲(chǔ)層的地震響應(yīng)特征,通過(guò)大量地震屬性提取和分析,優(yōu)選茅二段弧長(zhǎng)屬性對(duì)茅口組巖溶體進(jìn)行刻畫。

5.1 茅二段弧長(zhǎng)屬性刻畫巖溶體

弧長(zhǎng)(arc length)屬性是指時(shí)窗內(nèi)每個(gè)地震道的波形伸展后的總長(zhǎng)度,它是一種頻率與振幅的混合屬性,可用于區(qū)分具有相同振幅特征,但有高低頻變化的地層情況,對(duì)地層非均質(zhì)性、縫洞發(fā)育等反射特征反映較好。沿龍?zhí)督M底界層位,向上開(kāi)時(shí)窗10 ms,向下開(kāi)時(shí)窗20 ms,提取弧長(zhǎng)屬性,結(jié)合井點(diǎn)斷溶體的弧長(zhǎng)屬性值域范圍,截取低值域800～5 750用于刻畫斷溶體的分布,如圖8所示。茅二段弧長(zhǎng)屬性刻畫的斷溶體分布在地震相帶和古地貌指示的斷溶體發(fā)育區(qū)范圍內(nèi),與已鉆井揭示的斷溶體非常吻合,可信度高。

5.2 巖溶體地震屬性特征

已鉆井茅口組頂部巖溶儲(chǔ)層標(biāo)定在龍?zhí)督M底界波峰反射軸的下沿,高產(chǎn)氣井龍16、龍4、龍004-X1井巖溶體發(fā)育,龍?zhí)督M底界波峰振幅較弱,龍?zhí)?井巖溶體不太發(fā)育,為強(qiáng)振幅。沿龍?zhí)督M底界層位,上下時(shí)窗各8 ms,提取最大波峰振幅屬性,如圖9所示。巖溶體地震屬性與茅二段弧長(zhǎng)屬性刻畫的巖溶體分布形態(tài)基本一致,巖溶體內(nèi)的地震屬性有強(qiáng)弱變化,可以用于指示巖溶體儲(chǔ)集性能的優(yōu)劣。

巖溶體最大波峰地震屬性圖上,龍16井區(qū)位巖溶體弱振幅分布區(qū)。巖溶體弱振幅區(qū)與茅口組頂部裂縫發(fā)育區(qū)吻合度較高,如圖10所示。

6 巖溶儲(chǔ)層定量預(yù)測(cè)

在茅口組巖溶體定性分析的基礎(chǔ)上,嘗試定量預(yù)測(cè)巖溶儲(chǔ)層的厚度。九龍山地區(qū)現(xiàn)有九口井鉆遇茅口組地層。井上揭示茅二段殘留生屑灘體厚度不大,最大厚度約30 m,自然伽馬(GR)一般低于28 API,波阻抗(IMP)在15 000～17 800 m/s*g/cm3,其中巖溶儲(chǔ)層波阻抗15 000～16 600,致密層波阻抗16 600～17 800。茅口組灘體中還夾雜一定厚度的泥灰?guī)r,其自然伽馬大于28 API,波阻抗在13 000～17 500,如圖11所示。巖溶儲(chǔ)層波阻抗與泥灰?guī)r波阻抗完全重疊,無(wú)法區(qū)分儲(chǔ)層和非儲(chǔ)層。

研究中,針對(duì)茅口組巖溶儲(chǔ)層的定量預(yù)測(cè)采用兩步法,首先通過(guò)伽馬反演預(yù)測(cè)茅二段灘體的分布,在此基礎(chǔ)上,再利用多屬性孔隙度反演來(lái)進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)。

采用特征反演法對(duì)茅二段灘體進(jìn)行伽馬反演。通過(guò)對(duì)比,伽馬反演剖面與井曲線吻合度較好,如圖12所示。提取茅二段滿足伽馬值小于28的采樣點(diǎn)數(shù),獲得灘體的時(shí)間厚度分布,再與井點(diǎn)灘體厚度回歸,得到茅二段灘體厚度分布。平面上生屑灘體厚度分布(圖13)符合地質(zhì)規(guī)律。

其次,在伽馬反演的基礎(chǔ)上,利用多屬性多權(quán)值孔隙度反演來(lái)對(duì)巖溶儲(chǔ)層進(jìn)行預(yù)測(cè)。原理是假設(shè)目標(biāo)曲線上某采樣點(diǎn)值是由地震屬性道上對(duì)應(yīng)點(diǎn)上下多個(gè)采樣點(diǎn)共同作用的結(jié)果,通過(guò)建立目標(biāo)曲線與多屬性多樣點(diǎn)的非線性方程來(lái)達(dá)到預(yù)測(cè)目的[9]。多屬性多權(quán)值孔隙度預(yù)測(cè)計(jì)算過(guò)程中,屬性個(gè)數(shù)、屬性組和算子長(zhǎng)度是關(guān)鍵參數(shù)。采用逐步回歸方法把相關(guān)系數(shù)最大且誤差最小的屬性形成屬性組各屬性之間是線性獨(dú)立的[10]。

按上述方法進(jìn)行孔隙度反演,所得到的反演剖面與井曲線吻合較好,如圖14所示,通過(guò)計(jì)算茅二段滿足孔隙度>1.8%的數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)的累加時(shí)間厚度,與井點(diǎn)儲(chǔ)層厚度進(jìn)行變差函數(shù)回歸[11],得到茅二段儲(chǔ)層厚度分布(圖15),儲(chǔ)層分布與定性儲(chǔ)層預(yù)測(cè)結(jié)果匹配度較高。

圖11 多井茅二段波阻抗-伽馬交會(huì)圖Fig.11 IMP-GR crossplot of P1m2 member of multiple wells

研究區(qū)茅二段儲(chǔ)層厚度可達(dá)26 m,溶蝕殘丘儲(chǔ)層呈孤立點(diǎn)狀分布,巖溶體儲(chǔ)層呈北西西向條帶狀展布,主要分布在龍16井區(qū)及其西北部,龍17井區(qū)巖溶儲(chǔ)層不太發(fā)育。

7 有利開(kāi)發(fā)區(qū)綜合預(yù)測(cè)

通過(guò)對(duì)茅口組的構(gòu)造解釋,古地貌恢復(fù)、地震屬性分析、儲(chǔ)層及裂縫預(yù)測(cè)等定性、定量成果的相互匹配,劃分出開(kāi)發(fā)有利區(qū)。茅口組巖溶儲(chǔ)層有利開(kāi)發(fā)區(qū)主要分布在九龍山構(gòu)造的南翼。龍?zhí)督M底部波峰振幅屬性、裂縫發(fā)育區(qū)、構(gòu)造位置是部署井位的關(guān)鍵參數(shù)。

圖12 聯(lián)井伽馬反演剖面Fig.12 Cross-well Gamma inversion section

圖13 茅二段灘體厚度Fig.13 Biological beach thickness of P1m2 member

圖14 聯(lián)井孔隙度反演剖面Fig.14 Cross-well porosity inversion section

圖15 茅二段儲(chǔ)層厚度Fig.15 Reservoir thickness of P1m2 member

8 結(jié)論

(1)九龍山地區(qū)茅口組發(fā)育巖溶儲(chǔ)層,鉆錄井中出現(xiàn)明顯的放空、漏失現(xiàn)象,測(cè)井曲線表現(xiàn)為“兩高三低”特征,地震剖面上具有低頻、弱振幅、較雜亂、同相軸扭動(dòng)、時(shí)差變大的反射特征。

(2)茅口組上覆龍?zhí)督M地層多出一個(gè)波峰反射軸,指示該區(qū)域茅二段可能有巖溶儲(chǔ)層發(fā)育,未出現(xiàn)波峰反射軸區(qū)域,茅二段巖溶儲(chǔ)層不發(fā)育。

(3)茅口組生屑灘相是巖溶儲(chǔ)層發(fā)育的基礎(chǔ),受巖溶作用改造后的有利古地貌區(qū)是控制巖溶儲(chǔ)層分布的主要因素。殘余厚度法適于茅口組剝蝕后的古地貌恢復(fù),能很好指示巖溶儲(chǔ)層的分布范圍,巖溶儲(chǔ)層分布在古地貌高部位。

(4)龍?zhí)督M底界最大波峰振幅屬性對(duì)茅二段巖溶儲(chǔ)層反應(yīng)靈敏,古地貌高部位且弱振幅區(qū)是巖溶儲(chǔ)層發(fā)育的有利區(qū)。

(5)采用兩步法進(jìn)行巖溶儲(chǔ)層定量預(yù)測(cè),巖溶儲(chǔ)層分布特征與巖溶體定性預(yù)測(cè)結(jié)果匹配度較高。

(6)定性-定量預(yù)測(cè)相結(jié)合的巖溶儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方法,對(duì)茅二段巖溶體儲(chǔ)層的刻畫更可靠、更精細(xì)。