南海西部深水区潜山储层分带特征与有利储层预测*

2020-03-16宋爱学杨计海杨金海王丽君

中国海上油气 2020年6期

宋爱学杨计海杨金海胡斌王丽君卢昕

(中海石油(中国)有限公司湛江分公司广东湛江 524057)

近几年，在我国东部渤海湾盆地[1-2]、西部塔里木盆地[3]及准噶尔盆地[4]等都有潜山油气藏的发现，揭示出潜山领域巨大的勘探潜力。潜山主要储集空间为基岩遭受长期风化淋滤作用形成的风化壳和与构造活动相关的网格状裂缝。

南海西部琼东南盆地历经多年勘探，钻遇基岩潜山的井超过几十口，但尚未取得油气发现。2019年，中海油湛江分公司在深水区松南低凸起中生界花岗岩潜山喜获工业气流，日产天然气超百万立方米，测试产能创中国海域潜山气藏新纪录，实现琼东南盆地中生界潜山商业发现零的突破。琼东南盆地中生界基岩潜山领域圈闭成群成带分布，勘探潜力巨大，是下一步的重点油气勘探领域。潜山油气勘探的首要任务是落实其储集能力，由于深水钻探成本高昂，钻井资料少，因此通过地球物理手段精确预测有利储层发育区至关重要。

本文从已钻井岩电特征分析入手，结合正演模拟技术，开展潜山储集相带纵向划分与有利地震相分析。综合应用蚂蚁体、曲率体属性融合技术，精细刻画裂缝产状，有效提高了潜山裂缝型储层预测精度，在研究区取得了较好的应用效果。

1 区域地质概况

琼东南盆地深水区是南海西部天然气勘探的主战场[5-8]，自2014年陵水17-2千亿立方米大气田发现以来，日益引起国内外勘探界的重视。松南低凸起(图1)位于深水区中央坳陷带乐东-陵水凹陷与松南-宝岛凹陷结合部，多凹环抱，成藏条件较好；构造整体呈近东西向展布，面积达3 000 km2，基底岩性为中生界三叠系花岗岩。

图1 琼东南盆地构造区划图

区域构造演化研究表明，松南低凸起花岗岩形成以来主要遭受三期构造运动：印支期挤压成山阶段、燕山期走滑改造阶段、喜山期伸展翘倾抬升阶段[9-10]。多期构造运动叠加控制了松南低凸起花岗岩潜山发育(图2)。

图2 琼东南盆地松南低凸起基底构造演化剖面(剖面位置见图1)

印支期(250 Ma)，华南大陆不规则大陆边缘与琼东南盆地所属的印支板块碰撞，在盆地形成了一系列NW—NWW向的构造带[11-12]。岩浆沿断裂侵入上涌形成花岗岩侵入体，松南低凸起早期花岗岩基底形成。

燕山早期(195～135 Ma)，周缘板块从不同方向大致同时向东亚大陆汇聚，造山活动促使盆地抬升，印支期岩体暴露剥蚀。燕山晚期(100～72 Ma)太平洋板块俯冲转向，在南海北部形成弧后伸展,形成一系列NE向断裂，岩浆沿断裂侵入，在盆地北部形成松涛凸起。

喜山期(65～32 Ma)，受控于太平洋板块俯冲后撤和印度-欧亚板块碰撞，琼东南盆地发育一系列NE向断裂，盆地进入新生代古近纪伸展断陷阶段。

松南低凸起潜山岩性以二长花岗岩为主，少量正长花岗岩及二长-闪长花岗岩，长英质脆性矿物含量高，在三期构造运动叠加下，花岗岩潜山极易发育裂缝，具有较好的岩性基础。岩体抬升出露后，经历长期风化、剥蚀作用改造，形成大量风化淋滤孔隙和裂缝，大大改善了储集层的物性，为后期油气聚集提供了良好的储集场所。

2 潜山储层地震特征分析

2.1 潜山储层纵向分带特征

潜山主要储集空间为风化壳及内幕网状裂缝，其储层纵向分带明显。按照潜山发育模式，多数专家将其自上而下划分为土壤带、砂砾质风化带、风化裂缝带、内幕裂缝带和原状基岩[13-14]。本文借鉴前人研究经验，综合储层的储集空间组合特征、储层类型及其岩石物理特征、储层地震响应特征，将研究区花岗岩潜山按储层孔隙类型归纳为风化带和裂缝带两大类。

风化带包括土壤带与砂砾质风化带，主要为孔隙型储层，结构疏松，厚度一般小于50 m，与常规碎屑岩在岩电参数上差异较小，录井上常与上覆砂砾岩混淆。裂缝带包含风化裂缝带与内幕裂缝带，为孔隙-裂缝型储层，井壁心及薄片上可见明显网状裂隙，声电成像测井见明显高角度裂缝、孔洞发育(图3)。实钻证实裂缝带厚度大，进山300 m左右仍见良好裂缝储层。裂缝带从成因上可分为构造缝和溶蚀缝，其中内幕裂缝带主要为深部构造裂缝，而风化裂缝带在前期构造成缝的基础上受大气淋滤改造而成，储层物性更优；裂缝纵向上多成枝状分布，相互切割连通。

图3 松南低凸起Y83井花岗岩壁心微观特征与声电成像测井

松南低凸起中生界潜山储层纵向分带性表现在地震纵波速度、岩石密度、孔隙发育程度等地球物理特征上也有很大的差别。已钻井统计表明研究区潜山风化带纵波速度为2 500～3 500 m/s，密度为2.2～2.4 g/cm3，孔隙度为10%～30%，厚度为10～50 m，地震相表现为平行—亚平行、低频、中—高连续、中—强振幅地震反射特征。风化裂缝带纵波速度为4 500～5 500 m/s，密度为2.55～2.65 g/cm3，储集空间为构造裂缝和溶蚀孔洞，孔隙度为7%～12%，厚度为80～120 m，地震上表现为网格状反射为主，中强—低频地震相特征。内幕裂缝带纵波速度为5 000～6 000 m/s，密度为2.55～2.65 g/cm3，储集空间为构造裂缝，孔隙度为7%～9%，与风化裂缝带界面难以确定，地震剖面上整体呈弱振幅、杂乱相(图4)。

图4 松南低凸起中生界潜山储集相带纵向划分

2.2 正演模拟分析

除了已钻井揭示的有利地震相外，研究区潜山还发育多种多样的地震反射特征。潜山由于横向非均质性强，储层物性变化快，因此如何确定优势地震相特征至关重要。结合精细井震标定分析，通过设计多种潜山储集相带组合模型，利用正演模拟技术模拟不同储集相带、不同物性条件下地震反射特征变化情况，确定研究区有利地震相。

图5为研究区潜山风化带正演模拟分析结果。

图5 研究区潜山风化带正演模拟

潜山上覆地层为泥岩，速度为2 700 m/s，密度为2.20 g/cm3，潜山原状基岩速度为5 500 m/s，密度为2.66 g/cm3。子波采用20 Hz雷克子波。图5a、b、c分别为50 m风化带、50 m风化带、10 m风化带厚度模型，其中图5a、c风化带速度取值为3 000 m/s，密度为2.35 g/cm3，图5b风化带速度取值为3 500 m/s，密度为2.40 g/cm3。图5d、e、f分别为对应的正演剖面。研究区水深1 700～1 800 m，潜山整体地层埋深(去水深)1 000～1 300 m，压实作用较弱，潜山风化带地层整体较疏松，与上覆泥岩盖层波阻抗差较小。风化带顶面表现为近似平行于基底强波峰的中强连续反射(图5d)，随着埋深增大，风化带速度增大，基底呈现为双中强振幅连续反射(图5e)。受地震分辨率影响，当风化带厚度小于15 m时，基本难以识别其顶界，地震剖面上单强波峰往往指示薄层风化带、甚至致密基岩(图5f)。

图6为研究区潜山裂缝带正演模拟分析结果。潜山上覆泥岩速度为2 700 m/s，密度为2.20 g/cm3，潜山原状基岩速度为5 500 m/s，密度为2.66 g/cm3。裂缝模型为多组300 m长高角度缝交叉分布。子波采用20 Hz雷克子波。正演结果表明裂缝对应潜山内部网格状地震反射，致密基岩段则无明显内幕反射，与实际地震记录一致。

图6 研究区潜山裂缝带正演模拟

综合潜山风化带与裂缝带正演模拟分析，研究区潜山有利地震相特征为基底双中强波峰连续相和内幕网格状反射时，指示厚层风化带与裂缝带发育。这两类地震相往往单一存在，出现叠合情况时往往指示潜山有利储集区发育。

3 裂缝型储层预测技术

3.1 叠后裂缝预测技术方法

潜山裂缝带包括风化裂缝带与内幕裂缝带，具有纵向厚度大、储层物性优、网状缝沟通好的特点，是本区基岩潜山的主要储集类型，因此裂缝型储层横向分布规律与有利储层预测是潜山储层油气勘探的重点工作。目前业内对于裂缝型储层预测，主要利用叠后相干体等技术研究裂隙平面分布规律，进而预测裂缝密集区。Marfurt等[15]利用三维相干属性体识别断层以及裂缝发育带，取得了不错的效果。Pedersen[16]首次提出了蚂蚁追踪裂缝识别方法，给出了蚂蚁追踪流程，并将其应用于实际数据；斯伦贝谢公司推出了基于Petrel平台的蚂蚁追踪裂缝识别模块，并很快在全球范围内得到推广和应用。Aqrawi[17]结合相干属性和曲率属性对裂缝型储层进行刻画，取得较好的效果。

对于潜山裂缝识别而言，蚂蚁体较常规相干体技术预测精度大幅提高。蚂蚁体基于蚂蚁追踪算法，可获得一个低噪音、具有清晰断裂痕迹的数据体，工作流程包括首先在原始地震数据体上运行构造平滑，接下来运行方差体，然后计算得到蚂蚁体。这种方法的特点是分辨率高、相对独立、运算速度快、结果较精确[18]。对于花岗岩等脆性岩石，裂缝发育程度与弯曲程度成正比，因此可以用曲率法进行断裂识别和裂缝预测。曲率体可有效反映线性特征和局部形状变化[19-20]，它是建立在形态而并非属性计算的基础上。与其他方法相比，曲率体能够反映地震分辨率无法分辨的精细断层和微小的裂缝特征，并且不需要预先解释层位，避免了解释偏差和偶然误差。

3.2 单一属性裂缝预测

裂缝特别是构造成因裂缝，通常与断层及微小断裂相伴生，微断裂发育密集区是裂缝发育的有利区带。从研究区蚂蚁体以及最大曲率地层切片(图7、8)对比可以看出，2种方法都指示研究区发育了2个裂缝发育带，分别为Y8井区、Y13井区北翼。蚂蚁体切片反映的微小断裂产状主要为NE向，与该区主要断层产状及构造应力场匹配，证实了这两种方法识别裂缝发育区的可行性和有效性。Y8井区多口钻井在潜山裂缝发育，裂缝带厚度200～300 m，与蚂蚁体预测结果吻合。同时Y13井区基岩致密，无明显裂缝显示，与属性预测情况吻合。

图7 研究区潜山蚂蚁体沿层切片

图8 研究区潜山最大曲率沿层切片

虽然蚂蚁体和曲率体在识别裂缝上都有一定的效果，但是也存在各自的缺点。蚂蚁体的缺点是通过断裂玫瑰花产状图来控制断裂的走向和倾角容易忽视一些断层的存在，同时容易受噪音干扰，产生大量的假象[21-22]。曲率体的缺点是只考虑了地层最后的构造形态[23-24]，虽然曲率发生变化的位置指示了地层发生变形的位置，但是很难直接落实断层的真实位置，而且很难识别小尺度裂缝。也就是说，蚂蚁体主要反映小尺度裂缝，而曲率体主要反映稍大尺度的裂缝和断层。

3.3 属性融合体裂缝预测

松南低凸起为深水区常规拖缆单方位采集三维地震资料所覆盖，处理方法为克希霍夫叠前深度偏移[25-26]。由于基底附近速度变化大，道集有效角度小，导致基底附近信噪比整体较低，因此单一属性分析结果多解性强，潜山内幕信号容易产生假象。如图7单一蚂蚁体属性切片在研究区Y82井点东侧存在明显的裂缝发育区，但裂缝近平行展布，裂缝分布方向与主要断裂垂直；而图8最大曲率属性上该区构造上整体较平坦，大断裂也较少，两者存在矛盾。由于蚂蚁体更容易受到噪音的干扰，分析其为资料边界成像品质差导致的假象。

针对单一属性分析的多解性问题，引入基于曲率体属性融合的蚂蚁体地层切片，大幅提高了潜山裂缝预测精度，可以精细刻画裂隙展布，取得较好的应用效果。属性融合技术[27-31]综合考虑不同属性的物理意义，通过选取表征不同储层特征的属性，将多个属性经过一定的数学运算融合在一起，使融合属性能同时考虑每一种属性对储层的影响，达到属性融合的目的。利用融合属性可充分挖潜数据内含信息，去除重复冗杂信息，降低储层预测的多解性，进一步提高储层预测精度。

研究区基岩潜山目的层时窗约为3.6～4.2 s，基底附近信噪比较低，因此计算流程是首先对原始地震数据做大尺度构造平滑滤波，降低潜山内幕杂乱信号的干扰，尽量提高潜山层段信噪比。在滤波之后对数据体进行连续倾角扫描，结合区域断裂走向及主应力场分析，研究区潜山主曲率k1方向为NE向，次之为NW向。图9为潜山主曲率k1、k2属性切片对比，主曲率分析结果表明潜山裂隙走向以NE向最为清晰，反映中小尺度裂隙展布；NW向呈团状，相对模糊，主要反映内幕隐伏大断裂产状，综合指示该区裂隙主应力方向为NW向为主。主曲率属性计算之后，分别进行蚂蚁追踪，得到两个方向的蚂蚁体。最后将其归一化处理后再对两者进行加权平均得到属性融合体。属性融合体可以反映研究区的裂缝展布特征，可以大幅度提高裂缝预测的精度，有效减少多解性。

4 应用效果分析

从研究区潜山顶界构造与属性融合体三维立体显示(图10)可以看出，研究区潜山可以划分为三排NE向展布的长轴背斜构造，其中Y8井区、Y13井区所在潜山规模较大。潜山顶面构造起伏较大，内部含多个高点。裂缝发育区表现为多组裂缝相交网状分布，裂缝的主要方向为北东向，次要方向为北西向、近南北向，北东向裂缝延伸较长，横向上延伸长度为200～600 m不等。

图10 研究区属性融合预测潜山裂缝三维显示

研究表明，基岩潜山在被沉积地层覆盖前的古构造位置对于潜山储层的发育程度具有较大的影响[32-33]。古构造位置高低决定了潜山经历风化时间的长短，古构造位置越高，风化时间越长，反之则越短。研究区裂缝密集区整体呈现典型的古构造控制的格局，其中Y8井区所在长轴背斜整体裂缝密集区与构造匹配较好；而Y13井所在的山头裂缝分布变化较大，在山头西北翼及鞍部裂缝较发育，而山头南部及东部裂缝分布较为稀疏。

受断层和裂缝几何特征的控制[34-35]，花岗岩潜山裂缝型储层裂缝的发育强度与走向方位有助于更好地识别储层甜点位置，辅助评价井的设计。根据裂缝预测结果，在Y8井区局部高点部署一口钻井Y84，实钻裂缝带厚度超过300 m，钻井过程中伴随多处钻井液漏失，完钻井底附近仍有裂缝显示，证实该区潜山内部缝洞高度发育，有效指导了下步的勘探部署工作。