基于电阻率约束的分频含气性预测技术

2019-11-12巫芙蓉张洞君张黎明赵振伟

天然气工业 2019年9期

罗晶巫芙蓉张洞君徐敏陈辉樊军张黎明赵振伟

1.中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司西南物探研究院 2.中国石油西南油气田公司页岩气研究院

0 引言

现有的叠后含气性预测技术一般都利用与频率相关的信息进行检测，比如主频、瞬时频率、频率衰减、单频信息、低频伴影、高低频能量比等等[1-7]，理论体系已较为成熟[8-9]，具有大量的时频分析研究成果，其中也不乏一些成功的预测经验[10-11]。

笔者对四川盆地非均质性强的碳酸盐岩储层（二叠系、三叠系礁滩）进行分析，发现其叠后含气性预测的实际应用效果并不理想，存在着多解性。仔细研究前人的预测思路，发现存在一些问题：①技术思路局限于应用时频分析技术开展方法试验，致力于改进高精度的时频算法，以求得到更高的单井吻合率；②采用某种单属性井点验证方式，吻合率达到75%就算不错的预测结果，虽然有部分学者开始利用多因素验证（比如高频能量与低频能量的比值），但本质上仍是单属性的后验作用（某一单属性针对某一特定地质异常体极为敏感、对其含油气性的指示作用例外）；③预测结果被物探技术人员所诟病，对井位部署和有利勘探区优选的支撑作用非常有限。造成上述问题的主要原因可能是理论研究未获突破、地质问题过于复杂和多样。

在生产应用中，叠后含气性预测技术目前已处于发展的瓶颈期，摆脱传统的思维模式，利用已钻井的气水分布情况，合理运用地震数据包含的频率信息，实现切实可行的含气性预测思路，建立合理的叠后含气性预测理论体系及方法流程迫在眉睫。为此，笔者利用深/浅电阻率对气层敏感的特点，提取其信息作为地震约束，结合地震分频信息和全频带相对波阻抗信息，以非线性算法为桥梁，建立多元频率数据体与深/浅电阻率对数差的映射关系，量化气层的值域范围，以期达到预测储层含气性的目的。

1 技术思路与方法原理

1.1 技术思路

基于对气层、水层较敏感的深/浅电阻率测井曲线，结合地震全频带相对波阻抗信息、地震分频信息和非线性算法，建立深/浅电阻率对数差曲线与地震数据体波形间的非线性映射关系，量化气层的值域范围，实现含气性预测（图1）。

1）有效地利用钻井信息，而非井点验证的方式，对气层、水层较敏感的深/浅电阻率曲线作为先验信息参与约束。

图1 技术路线图

2）合理运用地震数据包含的频率信息。已有大量的研究成果[1-11]显示，频率信息在气层、水层存在差异，而这种差异信息可能表现为高频衰减、低频伴影、敏感的单频信息等，故多元的地震频率信息是含气性预测的关键。

3）利用多元的频率信息与深/浅电阻率信息建立测井曲线与地震波形的非线性映射关系，得到气层敏感因子数据体，实现含气性预测。

1.2 方法原理

1.2.1 径向电阻率比较法

根据钻井液在储层中的侵入特征，可以利用径向电阻率变化来区分气、水层。若地层水矿化度比钻井液矿化度高，钻井液滤液侵入地层时，气层形成减阻侵入剖面，水层形成增阻侵入剖面，对比分析探测不同深度的电阻率曲线，深电阻率大于浅电阻率的地层为气层，反之为水层。

当然，深/浅电阻率还受到众多因素的影响[12]，但在实际应用中，深/浅电阻率作为先验信息，需要结合速度、自然伽马等曲线综合评价，需要时进行必要的校正。为了引入深/浅电阻率信息参与约束，定义深/浅电阻率对数差值（Rc）为：

式中Rc表示深/浅电阻率对数差值，无量纲；Rd表示深电阻率，Ω·m；Rs表示浅电阻率，Ω·m。

1.2.2 地震分频及振幅与频率的关系

地震的时频分析方法一般包括短时傅里叶变换、小波变换和S变换等[13]，而地震分频技术正是一种基于频谱分析的全新地震成像解释方法，它可以整体揭示地层的纵向变化规律、沉积相带的空间演变模式，并能指导人们进行储集层厚度展布的描绘与分析[14]，其实际应用中常采用快速便捷的离散傅立叶变换（DFT），将时间函数g(t)（地震时间记录）变换为频率函数G(f)，其数学表达式如式（3）。

式中i表示-1；f表示频率，Hz；t表示时间，ms；N表示时窗内的样点数；a(j)表示输入地震信号；j表示输入地震信号时间域序号，j=0…N-1；A(k)表示经过傅里叶变换后的振幅谱；k表示频率域序号。

地震反射信号经傅立叶变换后，在频率域内都有一个与之相对应的特定频率成分，且这种频率成分在频率域是唯一的。经过分频后，每一个单一频率对应的振幅都是调谐振幅，对时间调谐厚度计算公式[式（4）]进行变换可得式（5）。

式中Δz表示调谐厚度，m；f表示频率，Hz；v表示速度，m/s。

如图2所示，对于不同厚度的地层，其调谐频率不同（图2-a）；经过转换，利用该关系式就可以得到在不同时间厚度下振幅与频率的关系（图2-b）。

振幅与频率的关系非常复杂。同样的地层在不同主频的地震子波下表现出不同的振幅特征，这种复杂的关系利用简单的函数很难表达出来，只有通过非线性映射关系，如支持向量机[15-16]或神经网络[17]等较成熟的非线性算法，才能较好地表达。

图2 振幅与时间厚度、频率关系图

2 应用实例

2.1 工区概况

T工区在晚二叠世位于开江—梁平海槽东侧（图3）。从2013年开始，研究区先后开展了多轮地震解释工作，然而工区中部区域（图3虚线圈）的台缘带及生物礁的分布均不能落实，多轮成果的台缘带及生物礁的刻画不一样，存在较大争议，井位部署一直未能落实。前期区内多口井钻遇上二叠统长兴组，其中，钻井A井及其侧钻井（A-1井）均钻遇生物礁，储层发育，但都产水。为了落实T工区的生物礁相带展布特征、储层分布及流体性质，笔者重点开展了该区域复杂的气水关系研究。

图3 T工区长兴组生物礁分布图

2.2 测井响应特征分析

图4为T工区内钻遇生物礁的B井测井曲线图。从图4可以看出，生物礁的储层段具有明显的速度降，以气层段和水层段尤为明显。相对于上下围岩的平均速度6 300 m/s，气层和水层的速度介于5 400～6 200 m/s，气层和水层的速度无明显差异；但深电阻率与浅电阻率的正差异在气层和水层之间区别明显，据此建立Rc曲线，并确定气层的Rc门槛值为0.5，Rc＞0.5则为气层。

图4 T工区典型生物礁测井曲线图（B井）

2.3 含气敏感频率信息优选

长兴组储层段多发育在飞仙关组底向下40 ms范围内。沿层向下提取该时窗范围内的频谱，主频为27.5 Hz，频带范围介于8～47 Hz（图5）；对获气井（C井、D井）进行单井频谱分析，在产气层段（图6中的红色虚线框），其敏感频率介于16～36 Hz。

图5 T工区长兴组频谱分析图

图6 T工区典型井频谱分析图

经参数试验，按照加密敏感频率带、增加高频的原则设计分频参数，按照12 Hz、22 Hz、27 Hz、32 Hz、37 Hz、42 Hz、52 Hz进行分频，既保证了敏感频率段的覆盖加密，又保证了项目的时效。

地震频带相对波阻抗信息选用有色反演结果。有色反演是一种频率域测井约束波阻抗反演方法[18]，其核心是用地震的频谱和井的波阻抗频谱相匹配来完成反演，有色反演分辨率同地震相当；而在褶积模型基础上的反演方法[19]，比如道积分反演获得的相对波阻抗信息，会减小地震高频，降低地震分辨率[20]。

2.4 应用效果分析

图7为过D井和E井的含气因子剖面图，红黄色表示含气性好，蓝色表示含气性差，Rc门槛值为0.5。气层发育在飞仙关组底向下约40 ms时窗范围内，含气条带清晰，横向展布特征明显（红色虚线圈）。图8为采用本方法预测的T工区长兴组含气性平面分布图，验证井11口，符合率为91%，与实际钻井吻合好，T工区含气有利区主要分布在工区南边DMP潜伏构造（图8下方黑色虚线框）以及中部HNT构造北东倾末端（红色虚线框）。

2.5 效果综合评价

T工区位于开江—梁平海槽的“箕形”末端（海槽东南部）[21-22]，台缘带不发育，生物礁隆起幅度小，发育点礁，礁体识别难度大。从图8已有钻井的区域（黑色虚线框）来看，预测结果与实钻结果吻合率高。分析前几轮地震工作的成果，礁体特征不明显、飞仙关组底对比的准确性影响了相带的划分及礁体的刻画，“相控”观点可能对研究区并不适用。目前，HNT构造北东倾末端（红色虚线框区域）未钻井，从该区域的L剖面可以看出，含气区域有小幅隆起，飞仙关组底存在细微的强弱变化，红黄色含气条带横向展布特征明显，处于飞仙关组底向下15～40 ms时窗范围内，是潜在的勘探有利区（图9）。