川西侏罗系复杂河道精细刻画及沉积相带识别

2019-09-26刘兴艳李墨寒叶泰然

石油物探 2019年5期

刘兴艳,李墨寒,叶泰然

(1.中国石油化工股份有限公司西南油气分公司勘探开发研究院,四川成都610041;2.西南大学地理科学学院,重庆400715;3.中国石油化工股份有限公司西南油气分公司,四川成都610041)

利用以地震技术为主的地球物理勘探技术实现地下地层成像是目前石油天然气勘探开发重要技术手段,一方面可实现地下构造、断层等成像;另一方面,可实现不同岩层三维空间形态成像,目前已衍生了地震地层学、地震沉积学等多个分支学科[1]。就陆相地层中岩性油气藏勘探开发而言,河流及三角洲相带所沉积的砂岩是主要的储集层,识别和精细刻画地下埋深数千米的古河道砂岩储层一直是石油天然气勘探开发的重要研究内容。

川西坳陷侏罗系岩性气藏埋深1000～3000m,主力层系蓬莱镇组(JP)、沙溪庙组(JS)砂岩储层主要受三角洲平原-前缘分流河道控制。三维地震储层预测技术在该区的应用始于上世纪九十年代,是前期气藏勘探开发关键技术[2-3]。2010年以前,主要在成都凹陷周边正向构造上建成新场、马井、洛带等气田。2011年以来,勘探开发主要目标逐渐转向斜坡区及凹陷区河道砂岩气藏[4-5],气藏具有“深源浅聚、断砂输导、相带控砂、河道控储、物性控产”的总体特征,复杂致密薄窄河道砂岩储层成为主要开发建产目标,储层主要特征为:储层致密,沙溪庙组及蓬莱镇组孔隙度平均值分别为8.6%和9.3%,渗透率平均值分别为0.21mD(1mD≈0.987×10-3μm2)和0.55mD;河道宽度一般低于1000m,多为200～500m,较早期新场气田沙溪庙组毯状河道砂宽度明显变窄[2];河道纵向多期次发育,横向多河道交织,其中,蓬莱镇组纵向划分出29套砂组,沙溪庙组纵向划分出11套砂组,各砂组由1～3层小层砂体组成,砂体厚度薄,一般低于20m,多为5～15m。河道相带精细刻画是困扰川西侏罗系气藏勘探开发主要技术瓶颈之一,岩石物理分析表明,受储层致密影响,储层波阻抗高,与围岩波阻抗差异小,储层与围岩波阻抗叠置较为严重,隐蔽性强,以前采用常规振幅、相干、分频解释等河道相带技术刻画的结果难以满足生产需要[5-10];利用岩性反演方法识别河道相带不理想,如:在已钻井较少的情况下,目前普遍应用的地质统计学反演方法精度受限[11]。此外,沉积相带准确识别亦是困扰复杂河道砂岩气藏地质认识与评价的难题,尤其是钻井分布密度小的斜坡及凹陷区,地质认识程度低,地质-地球物理结合不够,对沉积相带的划分不准确,制约了储层预测的精度。

针对复杂致密河道砂岩储层预测难点,形成了“相控找砂、砂中选优”的研究思路和“宏观-微观、定性-定量、逐级约束、逐步逼近”的技术策略,以地震相带及储层刻画与描述为技术创新研发为重点,通过持续攻关与勘探开发实践,形成了波形分类技术、体分频像素成像技术、多河道分期剥离及三维空间刻画等关键技术,较为系统地解决了河道边界及内幕准确刻画、多河道分期、三维空间多河道描述等难题,河道边界及内幕刻画效果较传统单一属性明显提升,同一地震相位内多条河道分期次剥离,为复杂河道砂岩气藏单河道评价、多河道立体开发发挥了极为重要的支撑作用。在此基础上,采用将今论古的研究思路,开展地震成像结果与现今地表典型地貌对比研究,结合沉积相划分原则及沉积学规律,综合利用少数钻井资料即可准确识别和划分地下河道沉积相带特征,有效圈定受优势河道相带控制的优质储层的分布,提升了有利沉积相带预测精度。所部署的评价及开发井河道砂岩储层钻遇率明显提高,应用效果较好。

1 河道相带刻画关键技术

1.1 波形分类技术

陆相沉积地层地震反射波形信息(振幅、频率、相位及连续性等)与砂泥岩组合样式、岩性、厚度、物性以及含油气性等多种因素相关。地震模型正演及统计分析表明,储层沉积微相、岩性组合的变化是引起地震反射波形变化的重要原因之一,这为利用地震波形变化信息预测沉积相带、刻画相带内地层的非均质性提供了理论依据。三维地震波形分类技术是沉积相带预测普遍采用的技术,尤其对于地层厚度变化较小,地震反射结构以平行-亚平行为主的地层应用效果较好。该技术采用神经网络方法对地震波形进行分类处理,将不同的波形以相类形式反映出来,结合地质、钻井、测井分析,把代表同一类沉积相的地震反射波分为一类,以此来代表同一沉积相带或微相,针对叠置河道发育区,该技术还可描述河道相带内砂体叠置关系[12-13]。

图1 成都凹陷什邡气田砂组波形分类

1.2 体分频像素成像技术

分频属性融合技术对沉积相带及储层的刻画效果较常规单一属性分析的效果改善明显,该分频解释技术对三维地震资料进行特殊处理,产生具有单一频率的一系列振幅调谐体和离散频率能量体,人工筛选低、中、高单频振幅属性进行三原色平面融合[9],但刻画结果差异性较大,影响预测精度,且操作不太方便。近年来发展的体分频像素成像技术是频变能量融合处理与体分频处理两项技术的联合运用[12],针对河道砂岩厚度多变、陆相沉积围岩多变、砂岩与泥岩组合方式多变、物性多变等非均质性特点,在高保真去噪目标处理基础上,利用小时窗内不同频段对不同厚度地质异常体边界识别的敏感性,通过高低频融合实现相带的清晰成像。该方法是在像素去噪处理后的地震数据体上,开展基于小波变换的体分频处理,即采用一系列不同的频率和带宽Gabor子波,对地震道进行分频处理,得到各个不同频率带的振幅能量体和相位体,赋予每一单频振幅能量体一种颜色(通常是红、绿、蓝色中的一种),单频振幅能量体内不同采样点处依据能量差异赋予同种颜色不同的亮度和强度,最后将各单频地震振幅能量体同一点处不同颜色的亮度和强度按照RGB混合方式融合形成一个频率能量体。对地震数据进行全频段扫描,用不同频率的调谐振幅变化来研究河道砂体的横向变化特征,调谐振幅的强弱与亮度对应,可观察到厚度不同的同期沉积地质体的分布范围,实现地质体外形的整体刻画,使相带连续性、相带边界刻画能力提高,并以此来识别地质体边界、叠置关系及发育期次,其识别结果较常规地震振幅属性纵横向分辨率和清晰度明显提升。

1.3 多河道分期剥离及三维空间刻画技术

多河道交织是河流三角洲相的普遍特征之一,而复合相位或单相位内叠置河道分期次刻画是气藏开发必须要解决的技术难点。在借鉴前人单河道识别方法的基础上[14],基于不同埋深、走向、厚度、物性等河道地质特征差异对地震反射时间、能量及频率的影响,综合应用地震剖面河道沉积位置比较、三维可视化子体追踪技术、体分频像素成像技术,通过井震一体化综合分析,可实现同一相位内叠置河道期次识别与划分,在中江气田沙溪庙组气藏地震同一复合相位内,实现了3～4期河道分期剥离。

图2 什邡气田蓬莱镇组砂组振幅属性(a)与体分频像素成像(b)

图3 中江气田沙溪庙组砂组体分频像素成像

三维可视化技术、体分频像素成像技术是河流三角洲沉积的多河道分期剥离与三维空间展布刻画最为关键的地球物理技术。在地震剖面小层追踪对比线的控制下,首先利用三维可视化子体追踪技术自动进行河道砂岩的三维空间识别和追踪,不同河道赋予不同颜色;基于沉积时限差异,还可实现不同埋深河道三维地震体中时间域差异识别。由于不同河道地质特征的差异,可利用体分频像素成像技术,通过颜色与亮度的变化表征出各条河道的差异。两种技术相互补充、结果相互印证,在多期多河道纵横交织的情况下,结合横切多河道的地震剖面上河道的发育位置差异,可以有效区分河道走向,从而划分出河道期次,实现河道三维空间刻画,这是常规单一属性分析难以实现的。

图4 中江气田沙溪庙组砂组地震剖面(a)、三维可视化(b、c)与体分频像素成像(d)

1.4 复杂河道三维解释方法

图5 中江气田沙溪庙砂组河道三维刻画

2 基于相似地貌的沉积相准确识别

河道砂岩气藏优质储层往往发育于河道、河口坝等沉积相带,将今论古是地质研究的核心思路,地表地貌及露头剖面结构研究已成为识别沉积相特征极为重要的研究方法。但钻井资料较少的区域,沉积相带划分精度是有限的,因此,基于地球物理河道相带刻画结果的沉积相解释显得尤为重要[15]。

根据区域沉积背景、钻井沉积微相的划分及河道刻画结果,结合对国内外河流地貌的系统调研,找到与地下河道特征极为相似的现今河流,可以准确识别沉积相特征,编制沉积相图,从而准确圈定出有利于天然气富集的河道砂岩储层的分布。

利用体分频像素成像技术得到的河道刻画结果以及单河道或河道组系三维地震解释结果,结合露头和少量钻井岩心、测井等资料可更为直观和准确地进行古地貌分析和沉积相划分。根据陆相河流三角洲沉积亚相划分原则,河道分叉或多河道的出现往往作为河流相演变为三角洲相的标志,在三角洲相中,三角洲平原与前缘亚相的划分依据主要就是古地貌及不同类型河道特有的相带外形差异,即曲流河是三角洲平原的典型标志,其前端的顺直河是三角洲前缘的标志。