碳酸盐岩缝洞型储层“弱反射”特征的地震多属性识别

李 弘,窦之林,王世星,唐金良,朱 童

(1.中国石油化工股份有限公司石油物探技术研究院,江苏南京211103;2.中国石油化工股份有限公司西北油田分公司,新疆乌鲁木齐830011;3.中国地质大学(武汉),湖北武汉430074)

油气勘探实践表明,世界上50%以上的油气赋存于碳酸盐岩储层中[1]。近年来,在我国鄂尔多斯盆地、塔里木盆地、渤海湾盆地、四川盆地的碳酸盐岩储层中相继发现了大、中型油气田,油气勘探开发取得重大进展[2-4]。

塔河油田位于塔里木盆地北部,其构造单元属沙雅隆起中段南翼阿克库勒凸起[5]。塔河油田的主要产层为中下奥陶统鹰山组碳酸盐岩储层,由于受到后期多期次强烈的构造运动、岩溶作用和成岩作用叠加改造,该段储层中形成了分布极不均匀、非均质性极强的缝洞型岩溶系统[6-7]。储集空间主要有洞穴、孔洞和裂缝,储集渗透空间几何形态多样,大小悬殊,分布不均[8]。据钻井、录井、岩心观察和测井、地震资料分析研究的认识,中下奥陶统鹰山组碳酸盐岩储层主要分为3种类型:大型溶洞型、裂缝-孔洞型和裂缝型[9]。

碳酸盐岩缝洞型储层的地震反射特征差异除了受地震资料质量的影响外,主要与缝洞体的形态、尺度范围、组合形式、充填程度、距不整合面距离以及其它地质因素(如地层产状、构造部位等)有关。储层段地震反射特征的统计分析结果表明,塔河油田缝洞型储层主要表现为3类地震反射特征:“串珠状”反射、杂乱强反射和弱反射特征。呈“串珠状”反射特征的缝洞储层作为塔河油田有利勘探目标早已成为共识,且研究也较为深入;对于呈杂乱强反射的缝洞储层前人也多有研究,亦有相应的识别方法;而对于“弱反射”特征以往多被忽视,对该类储层的识别研究尚不够深入。

分析塔河油田缝洞型储层段地震资料可知,“弱反射”特征主要可分为杂乱弱反射、均匀弱反射和“红波谷”反射3种类型。随着油田勘探开发的不断深入与拓展,尤其是THX1井、THX6H井等以“红波谷”为目标层的探井,以及THS8井、THX7井等以杂乱弱反射为目标层的探井相继见工业油流,证明了“弱反射”储层的油气勘探潜力。因此,亟需加强对塔河油田缝洞型储层“弱反射”特征的研究与认识,以指导后续的勘探工作。

1 缝洞型储层“弱反射”特征正演模拟

塔河油田THX1井位于10区东THT8和THT2井区南北向断裂带之间的斜坡部位,构造条件有利,2012年建产并表现出一定的产能。据成像测井解释,该井储层段广泛发育构造裂缝及溶蚀孔。地震资料显示该井储层段主要地震反射特征为相对弱反射能量,宽波谷平行于上层不整合面,表现为地震反射波的“红波谷”特征(图1),相对于邻区多口高产井的“串珠状”地震反射特征,其地震响应关系特殊。

图1 THX1井的“红波谷”反射特征

为探索“弱反射”特征与缝洞储层类型间的关系,建立了缝洞储层数值模型(图2,图3),通过正演模拟研究缝洞储层的“弱反射”与“红波谷”反射特征形成原因,为进一步的识别研究奠定理论基础。

图2a所示的缝洞模型1背景为均质块状碳酸盐岩,水平方向上高阻抗的孔洞发育带两侧分布有低阻抗的缝洞带,其详细参数见表1;图3a所示的缝洞模型2为层状碳酸盐岩围岩中发育相对较低阻抗的缝洞储层,其详细参数见表2;图4a是根据“红波谷”反射特征的成像测井结果设计的不同缝洞储集体模型,分别为致密岩性中的垂直裂缝发育带模型、水平裂缝发育带模型及孔洞发育带随机介质模型,其对应的详细参数见表3,其中孔洞发育带纵、横波速度及密度值呈随机分布,其值略小于围岩。

对图2a,图3a及图4a所示3个数值模型的正演计算采用35Hz的Ricker子波和基于波动方程的正演模拟算法,所获结果的地震叠加剖面分别见图2b、图3b及图4b所示。正演模拟结果重现了缝洞储层的“弱反射”特征:①由图2b可见,在块状致密碳酸盐岩地层中,低阻抗缝洞储层间的相对较高阻抗孔洞发育带会形成弱杂乱反射,而此时杂乱弱反射两侧储层的储集性能要优于弱反射位置;②由图3b可见,碳酸盐岩内幕存在弱的阻抗界面,在这些层状界面内发育较大型缝洞带,当缝洞带阻抗值亦较低时,会影响层状界面的同相轴成像,使得缝洞位置地震波场形成杂乱弱反射特征,指示较好的缝洞储集空间;③由图4b可见,在均一块状碳酸盐岩地层中发育水平方向延伸较长的缝孔发育带(相对围岩阻抗稍低)时,易于形成“红波谷”反射特征。

表1 缝洞模型1参数

图2 缝洞模型1(a)及其正演模拟叠加剖面(b)

图3 缝洞模型2(a)及其正演模拟叠加剖面(b)

图4 模拟“红波谷”反射特征的数值模型(a)及相应的正演模拟叠加剖面(b)

表2 缝洞模型2参数

表3 模拟“红波谷”反射特征的数值模型参数

2 “弱反射”特征的地震属性识别研究

地震属性是指地层中储层物性和充填流体性质的空间变化所造成地震波速度、振幅、频率等的相应变化在数学上的表现[10],它是利用地震资料描述、刻画地层结构、岩性以及物性等信息的可量化的地震特征量[11]。只要储层或流体性质变化的特征参数达到某一程度,地震数据就会有所反映,表现为波形、能量、频率、相位等一系列基于几何的、运动学的、动力学或统计特征的变化[12]。缝洞型储层“串珠状”反射特征的地震属性识别方法较多且相对成熟,如振幅变化率、强振幅聚类、衰减等等。针对“弱反射”特征,我们试图通过相应的测试寻找最优的地震属性,指导该类储层的识别与预测。

2.1 反射结构属性

从独立单道的角度来讲,地震振幅或波形是具有有限带宽的能量信号经大地滤波器延迟后的脉冲响应。而大地滤波器的作用对不同频率的信号响应特征各有差异,不同的响应信号同时也反映了不同的地下地质特征,即地下地质目标的存在或相互组合关系。从空间多道的角度来看,这种响应既有关联及相似的特征,又有突变及阶跃的性质。地下地质特征的多样性及波动响应的囊括特征,使得人们只凭视觉及感知难以胜任客观波场的复杂性分析。

通过资料处理去除对目标表征贡献率低、相关性小的信号成份,可以突出有效信息。如“三瞬”振幅、平均振幅、门槛值振幅提取,以及比例放大∕缩小、波形箱化、分频滤波、调幅载波等数学运算所生成的结果都能够突出溶洞反射特征。通过对地震资料开展反射特征及反射结构提取分析,弱反射缝洞储层异常不明显,如THX1井“红波谷”地震反射结构属性相比周围有一定的异常,但并不明显(图5)。

2.2 衰减属性

理论研究表明,与致密围岩相比,当储层中存在溶孔、断层/裂缝等以及含有流体时都会引起地震波的散射和地震能量的衰减。地震波在聚集了油气的储层中传播时,对高频成分的吸收能力更强[13]。基于储层含油气后对频率的敏感性,分析了THX1井点储层位置的地震资料频率及频率累计能量曲线(图6)。由图6可见,缝洞储层“红波谷”反射表现出明显的低频能量增强、高频能量衰减现象。

图5 THX1井“红波谷”反射特征(a)及反射结构属性(b)

图6 THX1井储层位置的地震频谱曲线(a)及频率累计能量曲线(b)

根据储层段地震资料频率所表现出的这一变化特征,开展了频率衰减属性计算,结果见图7所示。由图7可以看出,“弱反射”储层具有明显的频率衰减属性异常,THX1井区的缝洞油气富集带明显分布于频率衰减高值区,从剖面和平面中均能准确地将这种“红波谷”储层识别出来。由此证实了运用频率衰减属性寻找“红波谷”反射特征储层的可行性。

图7 频率衰减属性识别THX1井区“红波谷”反射特征的缝洞储层a 原始地震剖面及频率衰减属性剖面; b 频率衰减属性平面切片

2.3 反射强度调谐累计频率衰减属性

Taner等提出了反射强度和瞬时频率的概念[14]。反射强度是独立于相位的绝对振幅;瞬时频率是相位变化的次数,取决于地震资料的带宽和地层的厚度。Radovich等利用反射强度与瞬时频率的均方根比值发现了碎屑岩地层中的孤立砂体[15]。根据塔河油田缝洞型储层“红波谷”反射特点,在频率衰减属性分析的基础上,基于反射能量强度和频率累计能量曲线低频敏感段的高端频率(图6b中右边的A点),实现了反射强度调谐累计频率衰减属性提取,其具体计算是采用反射强度N与频率累计能量曲线低频敏感段高端频率衰减QfA相乘来实现。利用地震资料的反射强度调谐累计频率衰减属性不但能够较好地刻画储层发育位置的“红波谷”反射特征,同时也突出了“弱反射”周围的“串珠状”反射特征(图8)。

对塔河油田具有相同反射特征的地震资料进行反射强度调谐累计频率衰减属性计算与分析,证明了该属性对于THX1井区之外“红波谷”特征的缝洞储层识别同样具有有效性(图9);THX7井区“弱反射”特征缝洞储层的识别结果(图10)表明,该属性对于其他“弱反射”特征的缝洞储层类型亦具有较好的识别能力。

图8 THX1井区“红波谷”反射特征的反射强度调谐累计频率衰减属性a 原始地震剖面及反射强度调谐累计频率衰减属性剖面; b 反射强度调谐累计频率衰减属性平面切片

图9 其它井区“红波谷”反射特征储层段原始地震剖面及反射强度调谐累计频率衰减属性剖面(井轨迹中的绿色段表示测井解释储层位置)

图10 THX7井区“弱反射”特征储层段原始地震剖面及反射强度调谐累计频率衰减属性剖面

3 结论与认识

常规的振幅类地震属性对呈“串珠状”反射特征的缝洞型储层预测具有明显的效果,但对呈“弱反射”特征的缝洞储层却难以有效识别。为研究地震“弱反射”特征与碳酸盐岩缝洞储层的相关性,建立了几种不同类型的缝洞储层数值模型。正演模拟结果表明,在块状致密碳酸盐岩地层中,当缝洞发育带在水平方向有较长延伸时,不同阻抗的缝洞储层发育带是形成弱反射的主要因素;而层状地层内发育的较大型缝洞发育带亦能形成地震弱反射特征。“弱反射”特征缝洞储层段的频谱分析结果呈现出明显的低频增强、高频衰减现象。实钻井结果约束下的地震资料测试研究证实,采用反射强度属性与频率衰减属性相结合的思路构建的反射强度调谐累计频率衰减属性,能够同时实现对“串珠状”和“弱反射”特征的缝洞储层进行有效识别,且可以在全区推广应用,为塔河油田“弱反射”特征的缝洞型储层预测和勘探开发部署提供参考依据。

参 考 文 献

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