地震反演预测页岩有机质成熟度的研究

潘仁芳 (油气资源与勘探技术教育部重点实验室(长江大学),湖北荆州434023)

徐乾承 (长江大学地球科学学院,湖北荆州434023)

有机质成熟度是评价页岩气的主要参数之一。镜质体反射率(Ro)作为有机质成熟度指标是目前常用且最有效的方法,在盆地分析、油气资源预测和评价、煤质预测等方面得到广泛应用。由于页岩层在原先勘探开发中不作为目的层,相应的实测Ro数据有限,用现有资料和方法估算Ro又有很大困难,所以笔者通过地震反演获取鄂西渝东地区东岳庙段泥页岩段的速度场数据,再转化为泥页岩的孔隙度,进而预测Ro,从而获得页岩有机质成熟度。

1 地震速度场数据的获取

地震反演的主要功能是对井数据资料进行横向预测,得到井与井之间区域的相关信息,为页岩有机质成熟度预测提供相关研究区域的速度场数据。

1.1 层位标定和解释

层位的解释工作包括2部分:①层位标定。通过制作合成地震记录进行时深关系转换,在地震同相轴上确定解释目的层。②层位追踪。通过追踪目的层同相轴并达到闭合以得到层位解释数据,为后续的反演工作提供层位控制作用以及用于沿层切片的提取。

1.2 地震反演获取速度场

通过地震反演得到速度场,再沿目的层位提取速度切片,就可得到目的层的平均速度。在实际操作过程中,忽略目的层的平均速度与层速度之间的差异,并认为两者是近似相同的。基于模型反演方法的操作过程分为以下步骤:①获取声波和密度测井曲线。声波和密度测井曲线必须经过环境校正和井资料处理,尽可能地排除环境干扰和误差。②提取地震子波。使用合成地震记录所选的统计子波。③建立初始模型。所选用的声波和测井曲线最好是经过时深对比校正或通过合成地震记录制作所得,此外还可以通过剔除异常井来优选井组合,这样得到初始模型与实际地震剖面更接近。④迭代反演。由于反演过程中井资料还起到约束作用,因而约束条件应采用硬约束以保证反演过程的稳定性。

鄂西渝东地区东起湖北利川,西至重庆万县-丰都一带,位于四川盆地东部和方斗山地西部。研究区为鄂西渝东地区的建南构造,位于鄂西渝东的石柱复向斜上,目的层为东岳庙段,面积约2400km2。研究区内X1井的反演速度剖面如图1所示。在图1中,纵向曲线为X1井的声波曲线,从上到下分布有5个解释层位。从图 1可以看出,该工区目的层速度分布的最低值约为3000m/s、最大值约为6500m/s。

2 有机质成熟度的预测

根据层速度、孔隙度和Ro三者之间的关系,利用地震资料求取Ro值。

图1 X1井反演速度剖面

2.1 泥岩孔隙度转换

双相介质的孔隙度与层速度之间遵循怀利公式[1],即:

式中,Vint为层速度,m/s;Vf为流体速度,m/s;Vma为骨架颗粒速度,m/s;φ为孔隙度。

一般情况下Vf和Vma的变化远远小于Vint的变化,故可将其视为常数。通常Vma取5500m/s,Vf取1600m/s。

2.2 孔隙度与成熟度关系的确定

Schmoker研究指出,岩石孔隙度与其中有机质成熟度存在如下关系[2]:

式中,M为成熟度,包括Ro等;a、b为常数。

由式(2)可知,有机质成熟度与岩石孔隙度呈幂函数关系,并由此得出如下公式[3]:

式中 ,a′、b′为常数 。

图2 东岳庙段实测φ与实测Ro的拟合关系图

3 现场应用

将露头剖面样品分析化验得到的孔隙度和Ro进行交会分析,经对比选用拟合程度最高的幂函数关系(见图2)。由图2可知,对鄂西渝东地区东岳庙段,a′取 1.1332,b′取 -0.1051。在 a′、b′系数确定后, 即可求出Ro值。对所生成的成熟度数据体沿目的层位提取相应的切片就能最终得到目的层的Ro值。

将Ro的计算值与实测值进行对比 (见图3)。从图3可以看出,Ro的计算值与实测值的符合度较高,说明这种计算的Ro值的方法是有效的。经过以上预测过程,就可对得到的Ro值进行成图 (见图4)。从图4可以看出,鄂西渝东地区东岳庙段页岩的成熟度范围在0.8%～1.39%之间。且大部分区域为有利成熟带 (Ro值大于0.95%的区域)。通过上述分析,认为对该研究区Ro的预测是可行的。

图3 建南构造东岳庙段实测与计算Ro对比图

图4 建南构造东岳庙段Ro分布图

4 结 语

通过地震反演获取鄂西渝东地区东岳庙段泥页岩段的速度场数据,再转化为泥页岩的孔隙度,进而预测镜质体反射率,最终获得页岩有机质热成熟度。实践证明,通过地震反演速度场预测Ro值与实测Ro比较符合,说明在勘探早期利用地震手段来评价页岩有机质成熟度的方法是有效的。因此,该方法对于勘探程度较低尤其是钻井稀少的地区有着较高的实用价值。

[1]章成广,江万哲,潘和平.声波测井原理与应用[M].北京:石油工业出版社,2009.

[2]Schmoker J W.Sand porosity as a function of thermal maturity[J].Geology,1988,16(11):1007-1010.

[3]赵胜,刘磊,付东阳.基于地震资料的烃源岩早期评价研究[J].石油天然气学报,2007,29(5):76-79.