柴达木盆地第四系疏松砂岩地层生物气含气检测方法探讨

田继先,曾　旭,王文卓,张绍胜,郭泽清,孔　骅

(1.中国地质科学研究院地质力学研究所,北京100081;2.中国石油天然气股份有限公司勘探开发研究院廊坊分院,河北廊坊065007;3.中国石油天然气股份有限公司青海油田分公司勘探开发研究院,甘肃敦煌736200)

柴达木盆地第四系疏松砂岩地层生物气含气检测方法探讨

田继先1,2,曾旭2,王文卓3,张绍胜2,郭泽清2,孔骅2

(1.中国地质科学研究院地质力学研究所,北京100081;2.中国石油天然气股份有限公司勘探开发研究院廊坊分院,河北廊坊065007;3.中国石油天然气股份有限公司青海油田分公司勘探开发研究院,甘肃敦煌736200)

摘要:柴达木盆地三湖地区第四系具有疏松及砂泥岩薄互层等特点,如何利用地震信息开展生物气含气检测一直是该地区研究的重点和难点问题。在梳理研究区含气检测现状的基础上,分析了影响生物气含气检测的两大主要因素,即地层特征和地震反射特征,指出疏松砂岩地层含气之后,地震频率变化最明显,利用频率信息可更好地预测生物气藏,地震资料需要做好保护低频处理。在此基础上提出利用瞬时频率包络加权法预测生物气藏的新方法,并取得了较好的应用效果。

关键词：第四系;生物气;含气检测;疏松砂岩;低频处理

柴达木盆地是我国西部中新生代压扭性盆地,第四系沉积物是在新近纪末期新构造运动作用下,柴达木盆地沉积中心由西向东整体迁移的产物,盆地属于典型陆相山间闭塞的坳陷型盆地,地表多为风蚀残丘、沙丘、沙包、盐碱地、硬碱壳地以及盐沼等。目前已发现台南,涩北一、二号等大型原生生物气田,并发现一批含气构造[1]。

柴达木盆地三湖地区已发现的生物气田在地震剖面上有明显的同相轴下拉异常现象。然而自20世纪90年代台南气田发现以来,无论是针对地面构造、地震异常还是非地震异常所钻探的一批探井都未获得工业气流。2007年，在台南气田和涩北一号之间的台东鼻隆钻探了TN9井获得工业气流,通过地层精细对比及区域地质认识,认为TN9井产气层段为发育于构造背景上的岩性气藏,证实了三湖地区第四系存在岩性气藏[2-3]。由于第四系地层疏松,成岩作用弱,砂层厚度薄且变化较大,砂体预测困难,因此利用地震资料开展含气检测成为目前三湖地区生物气研究的重点。

国际上对于疏松砂岩地层含气预测有一定的研究[4-6],主要集中在岩土工程、水合物及浅层气领域。国内近年来在该地区试验过多种含气检测方法,主要包括叠后地震属性分析、叠前AVO及叠前弹性反演等,这些方法在国内其它油田取得了一定的成功,但近年来多口井证实这些方法在三湖地区生物气藏预测中效果不理想。叠后属性分析技术在三大气田的勘探中曾经起到一定的作用[7-8],但对于岩性气藏,多种属性预测效果不明显;由于第四系地震资料道集品质差,薄互层调谐效应明显,AVO变化规律复杂[9-10],气层与围岩不易区分,检测结果多解性强,敏感性差,叠前AVO技术应用效果不佳;第四系疏松砂岩取心收获率低,常规岩石物理分析求取的各种弹性参数与实际地层之间存在较大偏差,加之地层压实作用弱,高、低饱和度气层之间振幅变化不明显,敏感参数求取困难,使得对含油气性较为敏感的叠前弹性反演技术在该地区适用性较差[11-12]。近年来该地区生物气勘探一直未取得大的突破,储量增长困难,因此开展疏松砂岩地层中的地震含气检测方法研究对于第四系生物气的勘探具有重要意义。本文在分析勘探现状和含气检测现状的基础上,分析了影响生物气含气检测的两大主要因素,指出了该地区地震处理方法和含气检测思路,提出了适合生物气藏的含气检测方法,取得了较好的应用效果,为该地区第四系生物气藏勘探提供了技术支持。

1含气检测影响因素

1.1地层特征

三湖地区第四系沉积地层具有弱成岩、地层普遍含生物气和砂泥岩薄互层三大地质特征。钻井证实北斜坡第四系地层中普遍含气,其成藏模式为:不断生气、循环向上运移、动态平衡过程,在适宜构造条件下,当长期不断生成的甲烷气浓度和压力达到或超过疏松饱和盐水泥质岩的突破压力后,便自下而上逐步进入多个储集层聚集,当达到上、下压力最终平衡后聚集成藏。三大气田的每个气藏没有统一的气水界面,说明气藏并非是单一的构造气藏,而是由若干个具有独立气水系统的单个气藏组成的气藏群[2]。三大气田在地震上具有上小下大的发散形下拉特征,无论什么含气检测方法,在三大气田都有明显的异常。但对于第四系岩性气藏,气层厚度大多为0.5～2.5m,气层薄,砂体预测困难。第四纪沉积时间短,沉积速度快,没有经过长期压实成岩作用,地层极为疏松(图1a),砂岩和泥岩都具有很高的孔隙度(图1b),且孔隙度差别不大。岩石比较疏松,以至于地层含气之后,对地震波能量吸收较强,使得不同岩性的速度变化小,气层的响应淹没在围岩当中,从而使得很多含气预测方法未能取得预期效果。

图1　第四系地层岩性和物性特征a 地层岩心; b 不同岩性孔渗统计结果

1.2地震反射特征

除特殊地质条件影响外,多种类型的地震反射异常对于含气检测同样存在较大影响。三湖地区主要存在3种成因类型的地震异常,包括复杂地表条件引起的异常、浅层气引起的异常和工业气流引起的异常。首先地震资料受复杂地表条件影响明显,三湖地区地表多为风蚀残丘、沙丘、沙包、盐碱地以及盐沼等,这些复杂地表条件对地震资料的采集及处理影响较大,比如地震测线经过河流、沼泽等地表条件时,地震剖面上有明显的低频异常特征,这种低频异常与地层含气异常非常相似,识别难度较大;另外在地震资料处理中复杂地表条件下的静校正量难以准确求取,特别是地形起伏变化快以及存在浅层低降速带的情况下,静校正问题更加突出,影响最终成像效果。第2种异常是由浅层气引起的异常,比如涩东地区的地震反射异常特征与台南气田的异常非常相似,但在涩东异常上钻探的井大多未获得工业气流,张绍胜等[13]研究认为,涩东异常主要是由浅层气造成的,由于生物气极易向构造高部位浅层运移,从而引起表层低速地震异常,这种表层低速异常与地层中由工业气流引起的异常非常相似,从而给含气检测带来多解性。第3种异常是由工业气流引起的地震异常,比如台南气田的异常。另外还存在多种异常叠合现象,比如工业气流与浅层气叠合造成的地震异常,由于表层低速异常与工业气流引起的异常都发育在有构造背景部位,所以这两种异常也经常是伴生的,含气检测难度大,曾富英等[14]研究认为,利用共炮检距剖面可以较好地识别浅层气引起的非工业气流异常。在以上3种地震异常中,由地表条件和浅层气引起的地震异常是主要的两种非含气异常,准确识别和消除非工业气流引起的地震异常是三湖地区含气检测的重要任务。

2含气检测方法

三湖地区特殊的地质条件需要寻找适合该地区的地震处理及含气检测方法。由于三湖地区第四系地层成岩作用弱以及砂泥岩薄互层特征,使得三湖地区第四系地层含气之后,地震波能量衰减明显,地层成为一个大的“滤波器”,因此对地层中含气变化最敏感的地震信息应该是频率信息,地震振幅及相位信息对地层岩性及流体变化敏感性差,频率的变化相对于振幅和相位更加明显,更适合于疏松砂岩地层中生物气的含气预测。目前发现的TN9井目的层(图2中黄色方框内)在地震剖面上并没有像三大气田那样存在下拉异常特征,但频率相对较低,与周围地层相比变化较为明显,而且多口钻井表明,相对于相位和振幅,频率信息对于生物气岩性气藏更加敏感。因此在三湖地区第四系生物气藏研究中需要围绕频率信息进行地震资料的处理与含气检测方法研究。

图2　过TN9井地震剖面

2.1地震处理

长期以来三湖地区的地震资料处理以提高信噪比和提高分辨率为主,但这样会损害地震频率信息。对于三湖地区地震资料保护频率信息的处理方法前人研究较少。当前三湖地区第四系面临的主要勘探目标是寻找岩性气藏,岩性气藏相对于三大气田,地震下拉异常特征不太明显,因此处理过程中若按照常规思路(提高信噪比、分辨率),可能会损害薄气层的地震反射特征,因此需要保护频率的处理。大量试验认为,三湖地区地震资料处理需要做到“一个保护,三个不做”。“一个保护”就是5Hz以上的频率都应予以保护,叠前去噪及叠后修饰工作都要慎重,尽量保持叠加剖面原始的相对频率特征。因为修饰过重将破坏频率的相对关系,不利于含气检测。经过保护低频处理后的剖面视觉效果可能不是太好,分辨率、信噪比看起来不太高,但对生物气含气检测很有意义。“三个不做”就是首先不做修饰性处理,从而保持剖面横向的相对变化,特别是对于低饱和度岩性气藏,保持横向变化可以更加清晰地显示岩性气藏的变化。其次不做提高分辨率处理,提高分辨率在识别层序和断层方面有很重要的作用,但对于三湖地区第四系的生物气藏,提高分辨率会破坏岩性气藏的低频特征。最后不做长波长静校正,从而保持低速的原始特征,对于识别表层低速特征及气层的低频特征有重要意义。如图3所示,在常规处理剖面上S33井目的层低频异常不明显,但在保护低频处理剖面上,含气造成的低频特征比较明显。因此做好保护低频处理对于生物气岩性气藏的含气检测非常重要。

图3　过S33井的常规地震资料处理(a)和保护低频资料处理(b)剖面

2.2含气检测

利用地震波频率信息开展地下储层流体性质预测成为近年来含气检测研究的重要方向[15-16]。地震波在含气地层中传播具有波动能量衰减剧烈、波形变化大、横向连续性差等特点,反映在地震波频谱中为高频分量衰减迅速、主频向低频方向移动、频带宽度变窄等现象。对于非均质孔隙弹性介质中速度频散及频谱衰减研究方法,前人提出过许多模型,比如WHITE的气泡模型[17]、PRIDE等建立的双孔隙模型等[18]。对于疏松砂岩地层中含气之后的低频反射特征,刘兰峰等[19]做过理论及正演方面论述,认为疏松砂岩中地层含气之后会引起地震低频反射能量相对增强,表现为明显的低频速度频散和低频反射异常,低频地震能量异常现象可以作为识别储层含气的重要标志。

利用频率及衰减信息已被证实是一种较好的天然气预测方法[15-16],但地震频率属性类型比较多[20],寻找一种适合预测三湖地区生物气岩性气藏的属性显得尤为重要。TN9井在常规地震剖面上没有典型的同相轴下拉现象(图3a),经大量试验,我们提出利用瞬时频率包络加权方法来预测三湖地区第四系的生物气藏。瞬时频率包络加权方法是指在短时窗范围之内,每个时间点的包络值与频率相乘累加,再除以每个时间上的包络的累加值,用公式表示为:

(1)

式中:ϖ(t)为瞬时频率包络加权属性;E(t)为包络值;ω(t)表示瞬时频率;Τ表示时窗。

该方法可以有效地压制信号质量较差地区的假频率值,受短波长影响较小。地层含气后,地震波的传播特点会发生改变,可以明显的在瞬时频率包络加权属性上观察到。如图4所示,TN9井岩性气藏的目的层只有3m左右,在地震剖面上无法识别单一储层,但是当地层含气之后,在瞬时频率包络加权方法所提取的属性剖面上,在目的层段(图4中蓝色圈内)上有明显异常现象,而未获得工业气流的TN12井上异常不是很明显。根据最大相似性原则认为可以利用瞬时频率包络加权属性预测该地区第四系生物气岩性气藏。

图4　过TN9井的瞬时频率包络加权属性剖面

3应用效果分析

三湖地区岩性气藏成藏条件优越,特别是三湖北斜坡地区,滩坝砂体分布面积大,岩性圈闭广泛发育,目前发现的岩性气藏主要集中在台东鼻隆地区,预测储量超3×1010m3,而整个北斜坡岩性气藏预测储量超过1×1011m3,具有较大的勘探潜力。从目前已发现的岩性气藏来看,气层单层厚度小,埋藏较深,横向变化大,砂体薄,叠合连片特征明显,因此薄层尖灭体或者透镜状砂体是勘探重点,鼻隆和背斜外围是岩性气藏有利发育区。在构造背景及高分辨率层序地层格架分析基础上,根据砂层精细对比寻找有利砂体展布区,通过保护低频处理及含气检测,寻找有利勘探区,确定有利勘探目标。

应用瞬时频率包络加权属性对该地区多口井进行了测试。台东2井是一口老井,位于台东鼻隆上,在常规地震剖面上有明显下拉地震异常(图5a),但是完井后首次试气未获得工业气流,经分析这种地震异常可能是由浅层气造成的。老井复查认为,台东2井所处构造位置优越,精细砂层对比认为发育岩性尖灭体,具备形成岩性气藏条件。在保护低频处理基础上,分析其瞬时频率包络加权属性剖面(图5b)后发现,在深层存在与TN9井非常相似的属性异常现象,经过重新试气,在属性异常部位获得了工业气流。同样利用该方法在三湖地区其它多口井岩性气藏勘探中取得了很好的应用效果,证实了利用瞬时频率包络加权属性可以预测该地区的生物气岩性气藏,也证明该方法同样适用于有叠合地震异常的部位,为三湖地区第四系生物气岩性气藏勘探提供了技术支持。

图5　过台东2井的常规地震剖面(a)和瞬时频率包络加权属性剖面(b)

4结束语

三湖地区已发现气田在地震上均有明显的下拉异常特征,但有异常不一定含气,第四系地层成岩作用弱、地层饱含生物气及砂泥岩薄互层的特殊地质特征和多种地震异常是影响生物气含气检测的主要因素。研究发现,相对于振幅和相位,频率信息更适合于疏松砂岩地层中生物气的含气预测,因此在地震资料处理中需要做好保护低频处理。利用瞬时频率包络加权方法可以较好地预测三湖地区第四系生物气藏,为疏松砂岩地层中生物气的地震含气预测提供了技术参考。

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(编辑：陈杰)

The detection of biogas in unconsolidated sandstone formation of the Quaternary in Qaidam Basin

TIAN Jixian1,2,ZENG Xu2,WANG Wenzhuo3,ZHANG Shaosheng2,GUO Zeqing2,KONG Hua2

(1.InstituteofGeomechanics,ChineseAcademyofGeologicalSciences,Beijing100081,China;2.LangfangBranch,ResearchInstituteofPetroleumExplorationandDevelopment,CNPC,Langfang065007,China;3.ExplorationandDevelopmentResearchInstitute,QinghaiOilfield,CNPC,Dunhuang736200,China)

Abstract:The Quaternary in Sanhu Area of Qaidam Basin is characterized by unconsolidated and thin sand & shale interbedded.The detection of biogas by seismic information is always the focus and difficulty.Based on the current situation of biogas detection,we analyze the two main factors which influence the detection of biogas reservoirs,such as stratigraphic features and seismic reflection characteristics.The results reveal the seismic frequency changed most obviously when gas was saturated in the unconsolidated sandstone formation,so biogas can be better predicted using frequency information and the low frequency protection is necessary for seismic data processing.The method for predicting the biogas reservoir by using the instantaneous frequency envelope is proposed and achieved better application effect,which provides a useful technical means for the exploration of the Quaternary biogas pools in this area.

Keywords:Quaternary,biogas,gas detection,unconsolidated sandstone,low frequency processing

收稿日期：2014-06-10;改回日期：2015-11-27。

作者简介：田继先(1981—),男,博士,主要从事油气地球物理研究工作。

中图分类号：P631

文献标识码：A

文章编号：1000-1441(2016)03-0408-06

DOI:10.3969/j.issn.1000-1441.2016.03.011