孤北洼陷沙三中亚段砂岩储层地震预测方法

李　辉,毕俊凤,孙　超,孙耀庭,2,乌洪翠

(1.中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司勘探开发研究院,山东东营257015;2.中国石油大学(华东)地球科学与技术学院,山东青岛266580)

孤北洼陷沙三中亚段砂岩储层地震预测方法

李辉1,毕俊凤1,孙超1,孙耀庭1,2,乌洪翠1

(1.中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司勘探开发研究院,山东东营257015;2.中国石油大学(华东)地球科学与技术学院,山东青岛266580)

摘要:孤北洼陷南部斜坡带沙河街组三段广泛发育灰质泥岩,因其速度和密度与砂岩的速度和密度相当,导致该区砂岩储层地震预测难度增大。为此,提出了一种综合应用地质、地震和测井信息,进行砂岩储层地震预测的方法。首先,通过对研究区沉积类型和地层展布特征的分析,遵循等时地层切片的基本原理,按砂层组厚度建立等时地层格架;然后,在分析灰质泥岩岩石物理学特征的基础上,优选出能够有效区分灰质泥岩和砂岩的泥质含量曲线作为敏感曲线;最后,利用地质统计学反演技术,有效融合多尺度资料,实现储层的精确预测。应用结果表明,该方法通过多尺度资料的综合应用,能够有效剔除灰质泥岩影响,提高砂岩储层预测的精度。

关键词：孤北洼陷;沙三中亚段;储层预测;敏感曲线;灰质泥岩

已进入高勘探程度阶段的东部成熟探区对以描述砂体为主要内容的岩性油气藏勘探提出了更高要求。经过几十年的勘探开发,目标砂体已由地震可追踪的大型砂体转变为更加隐蔽的小型砂体,此类砂体岩相组合多样，砂体精细描述困难。东部探区陆相断陷盆地中沙三段多见泥岩和砂岩、油泥(页)岩和砂岩以及灰质泥岩和砂岩等岩性组合类型。其中,泥岩、油泥(页)岩和砂岩的测井电性特征及地震响应特征存在明显差异,常用的地震属性分析方法能够较好地识别出砂岩储层;而灰质泥岩和砂岩的速度、地震响应特征相似,如何在灰质泥岩发育区识别砂岩储层成为岩性预测的重要工作。

目前,在灰质泥岩发育区识别砂岩储层的方法中,地球物理方法单纯利用地震资料,通过提取属性、改善地震资料品质等技术去除灰质泥岩的影响[1-4],地质背景只是作为前提认识或校验条件参与储层预测;而地质方法在分析沉积环境的基础上,仅停留于对反射特征的描述方面[5]。与常规的储层预测技术相比,如何去除灰质泥岩的影响是一个需要综合利用地质、地震、测井、录井等多种资料信息的系统工程,使各种不同尺度的资料相互验证、互为补充,从而降低储层预测的多解性,提高储层预测的精度。我们通过对多尺度资料的综合分析,形成了一套行之有效的储层预测方法,为灰质泥岩背景下的岩性油藏勘探提供了可以借鉴的技术思路和方法。

1地质概况

孤北洼陷构造上位于济阳坳陷沾化凹陷东北部,西与埕东凸起相邻,南与孤岛凸起相接,东、北比邻长堤、桩西潜山。受古地貌及新生代断陷作用的影响,形成了“两洼一隆”的构造格局(图1)。该洼陷古近系地层埋藏深,是富生烃洼陷,同时也是油气富集区,发育多套有利储盖组合。目前,已发现了沙河街组、东营组和馆陶组等多套含油层系,其中,沙河街组为主力含油层系,油藏类型以构造、岩性油藏为主,累计探明石油地质储量超过5000×104t。

图1　孤北洼陷构造纲要

孤北洼陷沙三段总体为深湖—半深湖相,沙三中亚段发育湖侵体系的扇三角洲及其前缘滑塌浊积扇[6-8]。研究区内已发现以z394,z39,z397块为代表的构造—岩性油藏,上报探明储量210×104t,而研究区靠近洼陷带烃源岩条件更好的岩性油藏勘探尚未获得突破,具有较大的勘探前景。

2砂岩储层地震预测的主要问题

常规地震预测方法主要是从地震数据出发,通过提取不同的地震属性来描述储层。地震资料反映不同岩性地层之间的速度、密度差异。统计发现研究区沙三中亚段砂岩速度为3400～3900m/s,密度为2.25～2.45g/cm3,灰质泥岩速度为3250～3900m/s,密度为2.0～2.6g/cm3;灰质泥岩和砂岩速度、密度相似(图2a和图2b)。波阻抗值的统计结果表明,砂岩的波阻抗值位于灰质泥岩区间内,两者间不存在明确的区分界线(图2c)。

研究表明,灰质泥岩与砂岩速度、密度的相似性与灰质泥岩中灰质含量有密切关系。灰岩的速度和密度高于砂岩和泥岩,灰质成份的增加造成灰质泥岩速度、密度增大,使孤北洼陷灰质泥岩和砂岩的差异性不明显,从而影响了常规储层预测的效果。

图2　灰质泥岩和砂岩测井数据幅值统计(1ft≈0.3048m)a 声波时差; b 密度; c 波阻抗

3砂岩储层地震预测方法

针对上述问题,结合前人相关研究成果[9-10],形成一套解决灰质泥岩背景下砂岩储层预测的方法。主要流程包括:在精细建立等时地层格架的基础上,通过优选测井敏感曲线,利用地质统计学反演技术,达到剔除灰质泥岩、预测砂岩储层的目的。

3.1建立等时地层格架

建立等时、适合地质体尺度的地层格架是储层预测的关键。只有在等时地层格架内预测储层才具准确的地质意义[11-12]。

孤北洼陷沙三中亚段地层较薄,总厚度100m左右,按照沉积旋回[13]划分为5个砂组,自上而下依次为2+3,4,5,6+7,8砂组,其中4,5,6+7砂组为主力含油段。一方面,各砂组地层厚度较薄(20m左右),依据地震反射特征追踪各砂组底界具有较大的不确定性且不可靠;另一方面,沙三中地层为连续沉积,底部无超覆、顶部无剥蚀,为原始沉积地层,各砂组占沙三中亚段总地层厚度比例横向上相对稳定。为此,利用地层切片的原理,通过钻井统计各砂组占沙三中总地层厚度比例,纵向上在沙三中亚段顶(T4)、底(T5)两个标准反射层之间按比例确定各砂组底界(图3),横向上内插外推,建立各砂组等时地层格架。通过该方法建立的等时地层格架,能够最大限度避免地层切片等分所造成的穿时现象,使地层格架更接近真实的地质结构[14-15]。

按砂组厚度建立等时地层格架是对地层切片技术的一种发展和改良,使储层预测能在适当的、相对等时的时窗内进行,从而更具针对性。

图3　沙三中亚段等时地层格架剖面

3.2测井敏感曲线优选

研究表明,本研究区不能利用速度曲线和密度曲线来有效区分灰质泥岩和砂岩。除速度曲线和密度曲线外,自然伽马曲线和自然电位曲线通常也用来区分砂岩和泥岩[16-18]。自然伽马曲线是通过测量岩石中铀、钍、钾等放射元素含量来表征不同的岩石。通常泥岩中吸附的放射性元素含量最高,砂岩次之,灰岩最低。但研究区沙三中亚段灰质泥岩因含有较高的灰质成份而与砂岩的伽马值相近。自然电位曲线易受到地层水矿化度、钻井液电阻率、泥浆侵入、含油性等因素的影响。孤北洼陷位于海陆交互地带,钻井泥浆矿化度差异大,对测井数据特别是自然电位曲线影响较大。因此,在本研究区自然伽马和自然电位曲线也不能有效区分灰质泥岩和砂岩。在没有优选出敏感曲线的情况下,亟需寻找一种能表征灰质泥岩和砂岩之间差异的曲线。

从岩石物理学特征考虑,灰质泥岩作为泥岩的一种,必然在泥质成分含量的高低方面与砂岩存在本质的区别。通常用泥质含量曲线(Vsh)来表征岩石的泥质成分含量。泥质是指颗粒直径小于0.01mm的碎屑物质[19],泥质含量是定性、定量评价岩石属性的一个重要参数。泥质含量曲线并非由实测得到,通常由自然伽马曲线通过公式计算得到。首先用自然伽马相对幅度的变化计算泥质含量指数IGR:

(1)

式中:γobj表示目的层自然伽马幅度;γmax表示纯泥岩层的自然伽马幅度;γmin表示纯砂岩层的自然伽马幅度。

通常IGR值为0～1,则泥质含量Vsh为:

(2)

式中:GCUR为希尔奇指数,古近系和新近系取值3.7,前第三系取值2.0[20]。

泥质含量曲线作为一种非实测曲线,需要验证其适用性和可靠性。首先,泥质含量曲线由自然伽马曲线计算得到,其计算数据源是实测的,真实可靠;其次,泥质含量曲线通过经典公式计算得到,计算过程中会考虑不同层段的泥岩基线值,泥岩基线及γmin和γmax的选择需要参考录井资料和地质分层,录井资料也会参与计算后的校验;最终计算结果表明,z394井3067～3076m,3087～3099m,3117～3124m的砂岩与3135～3160m的灰质泥岩自然伽马值相近,无法区分;而泥质含量幅值差异较大,能够有效区分灰质泥岩和砂岩,且效果明显(图4)。统计泥质含量发现,砂岩的泥质含量低于30%,灰质泥岩为66%～92%,泥岩高于79%;泥岩与灰质泥岩存在重叠区,但砂岩与灰质泥岩、泥岩分界线明显(图5),因此泥质含量曲线可以作为区分孤北洼陷沙三中亚段灰质泥岩和砂岩的测井敏感曲线。

3.3地质统计学反演

地质统计学反演是提供一个在某种概率条件下,既满足数据的地质统计学特征又满足地质、测井和地震信息的三维储层参数概率模型[21]。它是以确定性反演为初始模型,从测井数据出发,用随机模拟实现储层预测。地质统计学反演中参数的选取是储层预测的技术关键,主要是通过数据统计和地质认识,结合钻井资料综合优化选取,如砂体的厚度,长度和宽度等。

该方法以优选的泥质含量曲线参与反演,主要步骤为求取空间变差函数,包含求取纵向变差函数和横向变差函数。纵向变差函数主要通过分析测井敏感曲线得到,横向变差函数从稀疏脉冲波阻抗中计算得到;纵向上测井数据密集,求取的变差函数精度较高;再与横向变差函数匹配,从而达到一定的横向分辨率。

图4　z394井泥质含量曲线区分灰质泥岩和砂岩效果

图5　泥岩、砂岩、灰质泥岩泥质含量统计

变差函数的两个主要参数为变程和基台值。变程是变差函数达到基台值时,样点间隔对应的距离[22],在纵向变差函数中代表砂体的厚度,研究区内单个砂体厚度在8m左右;基台值是变差函数达到相对稳定时的常数,它代表数据样点在空间上的总变异程度,其数值越大,说明数据的变化区间越大,参数变化的幅度越大。交互分析计算得到研究区内基台值为0.6,表明岩石的泥质含量幅值变化区间较大。在计算出变差函数后,再拟合一个理论模型来定量表征储层的空间结构。通过拟合,认为指数模型在研究区对砂体的外推效果和连续性表征方面效果较好。

4储层预测效果分析

利用该方法对研究区沙三中亚段进行储层预测,得到泥质含量反演数据体(图6)。预测结果中(图6b)玫红色代表泥质含量低,黄色到蓝色泥质含量逐渐升高;统计认为砂岩储层泥质含量门槛值为30%,故红色为砂岩储层的阈值区。判断预测效果准确与否,主要在地质认识的基础上对剖面、平面和未参与反演井进行校验分析得出。

剖面分析认为,预测结果较为准确地反映了沙三中扇体自gb107井到bo993井横向迁移,纵向叠置的特点;未参与储层预测单井(gb107井、bo993井)及井间砂体的变化与实钻吻合度较高(图6),达到85%以上,能够满足勘探部署要求。

图6　沙三中亚段储层预测结果剖面对比a 储层对比剖面; b 地质统计学反演泥质含量剖面

平面储层预测结果符合沉积规律,扇体主要发育在孤北断层下降盘,低隆起西翼,呈北西向展布,与先前认识相吻合(图7);沙三中亚段5砂组发育gb342,gb35,z393三个扇体,其中,以z393扇体规模最大,延伸距离最远,可延伸至z26到z331之间。与均方根振幅属性预测结果相比,分辨率明显提高,水道方向和扇体展布规律更加清晰,扇体前方可见浊积砂体发育,与西侧z331井区发育的近岸水下扇体界线明显(图7)。

图7　沙三中亚段5砂组储层预测结果对比a 泥质含量平面分布; b 均方根振幅属性平面分布

据此在z892低部位部署的z251井,在沙三中亚段5砂组(地层厚度15m)钻遇一层厚度5.5m的砂岩,验证了该方法预测结果的准确性。

5结论

1) 在地层厚度横向变化相对均匀的情况下,经过地震数据约束,依据各砂组厚度占沙三中亚段比例内插外推,构建等时地层格架。该方法构建的地层格架,更具等时性,使储层预测过程更适应预测目标体尺度。

2) 利用自然伽马曲线计算得到的泥质含量曲线具有明确的地质意义,对区分灰质泥岩和砂岩更敏感。

3) 基于泥质含量曲线的地质统计学反演适用于研究区灰质泥岩灰质成份含量高、砂岩储层较薄的地质现状,实际资料的砂岩储层预测结果与实钻井和井间砂体的变化吻合度较高。

致谢:感谢胜利油田高级专家刘书会教授在论文写作过程中给予的指导和帮助。

参考文献

[1]林中凯,姜蕾.临南洼陷沙三段浊积砂体地震特征与精细描述[J].石油天然气学报,2012,34(4):73-77

LIN Z K,JIANG L.Seismic characteristics and fine description of turbidite sandbody in the third member of Shahejie formation in Linnan sag[J].Journal of Oil and Gas Technology,2012,34(4):73-77

[2]张营革.能量半衰时属性在浊积岩储层预测中的应用研究[J].石油物探,2013,52(6):662-668

ZHANG Y G.The applicaion of energy half-time attribute to turbidite reservoir prediction[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2013,52(6):662-668

[3]于正军.灰质背景下浊积岩储层地震响应特征及识别方法[J].油气地质与采收率,2014,21(2):95-97

YU Z J.Seismic response characteristics and recognition method of turbidity under carbonate depositional environment [J].Petroleum Geology and Recovery Efficiency,2014,21(2):95-97

[4]王鑫.地震属性技术在王73地区储层预测中的应用[J].石油物探,2007,46(3):272-277

WANG X.Application of seismic attribute technology in predction the reservoir in Wang73 area[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2007,46(3):272-277

[5]袁红军,高振平,刘民,等.东营凹陷博兴洼陷浊积岩特征及油气藏类型[J].石油地球物理勘探,2010,45(增刊):167-171

YUAN H J,GAO Z P,LIU M,et al.Turbidite characteristics and reservoir type in Boxin Sag of Dongying Depression[J].Oil Geophysical Prospecting,2010,45(S1):167-171

[6]秦永霞,尚延安,方旭庆,等.孤北洼陷西斜坡沙三段中亚段储集体特征[J].油气地质及采收率,2003,10(增刊):10-11

QIN Y X,SHANG Y A,FANG X Q,et al.Reservoir characteristics of Sha-3 central Member in GuBei Sag west slope[J].Petroleum Geology and Recovery Efficiency,2003,10(S1):10-11

[7]王永诗,庄文山.孤北洼陷沙三、四段沉积体系分析[J].油气地质与采收率,2003,10(3):7-10

WANG Y S,ZHUANG W S.Analysis on sedimentary system in Es3 and Es4 of Gubei subsag[J].Petroleum Geology and Recovery Efficiency,2003,10 (3):7-10

[8]杨剑萍,赵卫卫,姜在兴.沾化凹陷孤北油田古近系沙三段扇三角洲沉积特征及油气储层意义[J].石油与天然气地质,2003,24(2):157-161

YANG J P,ZHAO W W,JIANG Z X.Sedimentary characteristics and reservoir significance of eogene Es3 fan delta in GuBei Oilfield,ZhanHua Depression[J].Oil & Gas Geology,2003,24(2):157-161

[9]张卫华,刘忠群.沉积背景控制下的储层预测方法—以大牛地气田TGM地区的应用为例[J].石油物探,2009,48(4):377-382

ZHANG W H,LIU Z Q.Reservoir prediction methods under the control of sedimentary background:case study on the TGM area in Daniudi gas field[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2009,48(4):377-382

[10]孙素琴,杨玉杰.塔里木盆地顺西区块地震反演及储层预测[J].石油物探,2012,51(3):304-311

SUN S Q,YANG Y J.Seismic inversion and reservoir prediction of Shunxi block in Tarim basin[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2012,51(3):304-311

[11]ZENG H L,HENTZ T F.High-frequency sequence stratigraphy from seismic sedimentology:applied to Miocene,Vermilion Block 50,Tiger Shoal area,offshore Louisiana[J].AAPG Bulletin,2004,88(2):153-174

[12]张义娜,朱筱敏,刘长利.地震沉积学及其在中亚南部地区的应用[J].石油勘探与开发,2009,36(1):74-79

ZHANG Y N,ZHU X M,LIU C L.Seismicsedimentology and its application in south of Central Asia[J].Petroleum Exploration and Development,2009,36(1):74-79

[13]张永华,杨道庆,孙耀华,等.高精度层序地层学在隐蔽油藏预测中的应用[J].石油物探,2007,46(4):378-383

ZHANG Y H,YANG D Q,SUN Y H,et al.Application of high-resolution sequence stratigraphy in subtle oil pool prediction [J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2007,46(4):378-383

[14]刘赐团,肖玲,周杰,等.储层预测技术在东濮凹陷前8地区的应用[J].石油物探,2005,44(1):29-32

LIU C T,XIAO L,ZHOU J,et al.The application of reservoir prediction technologies in Qian 8 area of Dongpu depression[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2005,44(1):29-32

[15]尹兵祥,杨剑萍,尹克敏.东营凹陷民丰断裂带地区地震反演及储层预测[J].石油物探,2007,46(5):484-487

YIN B X,YANG J P,YIN K M.Seismic data inversion and reservoir prediction in Minfeng fault zone of Dongying sag[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2007,46(5):484-487

[16]白斌,周立发,丁国栋,等.储层综合预测技术在太康地区上古生界的应用[J].石油物探,2007,46(3):261-266

BAI B,ZHOU L F,DING G D,et al.Application of comprehensive reservoir prediction technology for Neopaleozoic formation in Taikang area[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2007,46(3):261-266

[17]张世鑫,张繁昌,李少鹏,等.泌阳凹陷安店区块薄储层精细预测[J].石油物探,2010,49(1):34-41

ZHANG S X,ZHANG F C,LI S P,et al.Detailed prediction of thin reservoir in Andian area of Biyang Depression[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2010,49(1):34-41

[18]方雪芹,刘德菊,田军,等.测井资料在松辽盆地岩性储层预测中的应用[J].石油物探,2007,46(5):496-500

FANG X Q,LIU D J,TIAN J,et al.Application of logging data in synthetically predicting lithologic reservoir of northern Songliao basin[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2007,46(5):496-500

[19]赵澄林,朱筱敏.沉积岩石学[M].北京:石油工业出版社,2001:346-352

ZHAO C L,ZHU X M.Sedimentary petrography[M].Beijing:Petroleum Industry Press,2000:346-352

[20]王贵文,郭荣坤.测井地质学[M].北京:石油工业出版社,2000:1-225

WANG G W,GUO R K.Logging Geology[M].Beijing:Petroleum Industry Press,2001:1-225

[21]林承焰,候连华,董春梅,等.应用地质统计学方法识别隔夹层——以辽河西部凹陷沙三段为例[J].石油实验地质,1997,19(3):245-251

LIN C Y,HOU L H,DONG C M,et al.Geostatistics applied to the identification of interbeds,with Sha-3 member of Western LiaoHe depression taken as an Example[J].Experiment Petroleum Geology,1997,19(3):245-251

[22]刘占族,张雷,霍丽娜,等.地质统计学反演在煤层气薄储层识别中的应用[J].石油地球物理勘探,2012,47(增刊):30-34

LIU Z Z,ZHANG L,HUO L N,et al.Tin coalbed methane reservoir identification by geostatistics inversion [J].Oil Geophysical Prospecting,2012,47(S1):30-34

(编辑：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。

作者简介：李辉(1981—),男,硕士,工程师,现主要从事储层描述与预测研究工作。

基金项目：国家科技重大专项“渤海湾盆地精细勘探关键技术”(2011ZX0506-003)资助。

中图分类号：P631

文献标识码：A

文章编号：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).