川西深层碳酸盐岩岩溶储层预测

2021-03-07杜劲松兰雪梅黄天俊张连进王天琪苏世为温梦晗

科学技术与工程 2021年4期

杜劲松, 兰雪梅, 黄天俊, 张连进, 文雯, 王天琪, 苏世为, 温梦晗

(1.北京阳光杰科科技股份有限公司, 北京 100192； 2.西南油气田分公司勘探开发研究院, 成都 610041)

碳酸盐岩岩溶储层是中外含油气盆地中重要的油气储层之一,中国大型海相油气田大都发现有岩溶型油气藏,储量大产量高,成为中国碳酸盐岩油气勘探的热点领域。碳酸盐岩岩溶储层的发育及分布规律主要受构造、古地貌、岩性和岩相等因素控制,其预测方法基本上以古地貌恢复、地震响应模式、地震属性等定性分析方法为主,定量预测处于探索阶段。

川西地区深层下二叠统茅口组在多个地质构造中获得勘探突破,多口井在岩溶体储层中获得高产工业天然气气流,揭示了川西茅口组良好的岩溶体储层天然气勘探前景。由于茅口组的勘探程度较低,资料有限同时岩溶体储层埋深大,非均质性强,分布发育受控影响因素多等原因,增大了岩溶储层地震预测和评估的工作难度[1-3],目前未能形成一套针对茅口组岩溶储层进行有效地震预测的方法,制约了下一步川西深层下二叠统油气勘探的工作。川西九龙山地区虽然茅口组碳酸盐岩储层为复杂非均质性强的岩溶性油气储层,但其沉积特征和地球物理响应特征都具有一定的规律性[4]。在钻井和地震资料分析的基础上,综合运用层序地层学方法对研究区域进行地层构造精细解释,开展岩溶体上覆地层反射结构的分析,茅二段模糊波形聚类法地震相划分,茅口组剥蚀后残余地层厚度法微古地貌恢复,茅二段岩溶体的地震属性特征分析,对岩溶体进行综合定性分析,总结岩溶体的分布规律。定量预测采用两步法,首先用伽马反演方法预测茅二段生屑灰岩,并在此基础上,进一步利用多属性储层孔隙度反演进行岩溶体储层的精细定量预测,提高了预测精度。通过定性-定量预测相结合的岩溶体储层预测方法,并结合地震曲率裂缝预测的结果,综合分析、划分出岩溶体储层有利的分布区,预测结果经实钻验证吻合度高,对川西茅口组岩溶气藏深化勘探开发具有重要指导意义。

图1 龙16井茅二段测井曲线及储层FMI响应特征Fig.1 Logging and reservoir FMI characteristics of P1m2 of L16

1 茅口组古岩溶识别标志

目前九龙山地区下二叠统茅口组地层已钻井9口,获高产工业性气井3口,是天然气滚动勘探开发增储上产的重点层系。川西地区茅口组碳酸盐岩沉积期处于开阔台地海环境,地层由老到新可分为茅一段至茅四段。早二叠世末期,受东吴构造运动的影响,茅口组碳酸盐岩地层广泛抬升,出露的碳酸盐岩遭受长期的风化剥蚀和大气淡水的淋滤溶蚀作用,九龙山地区茅口组地层剥蚀至茅二段,发育有溶蚀残丘和岩溶体,其发育程度、分布规模和连通性主要受古地貌和裂缝的控制[5]。通常可以利用钻录井显示、测井响应特征、地震反射特征、动态资料分析等方法对茅口组是否存在岩溶体进行判别。

1.1 钻录井响应

茅口组碳酸盐岩遭受古风化岩溶作用,侵蚀后会产生大量的溶蚀缝洞。钻井过程中,若钻遇到缝洞发育区时,会直接产生井漏、放空等现象,这是判定岩溶体存在的重要标志之一[6]。据统计,川西北部地区钻井过程中,茅口组累计9口井有直接录井显,出现放空、井漏等现象,分布深度为茅二段上部至茅口组顶部,具有典型的岩溶型储层钻录井响应特征。

1.2 测井响应

茅口组岩溶储层在各种常规测井曲线上,主要表现为高声波差和较高中子孔隙度,低自然伽马、中低电阻和低密度的“两高三低”测井曲线响应特征[7],储层电性综合特征为:声波时差>49 μs/ft,中子>1.5%,自然伽马<20 API,密度<2.75 g/cm3,电阻率为高值背景上相对低值,一般100～10 000 Ω·m。

岩溶储层裂缝发育段,在常规曲线上显示为电阻率降低及双侧向正差异等特征,在成像测井(FMI)上表现呈不规则正弦曲线状且具高导特征。龙16井茅二段测井解释储层厚9.2 m,平均孔隙度2.1%,储层段常规曲线特征为声波时差为49.7～50.7 μs/ft,自然伽马为24.8～35 API, 中子为1.4～2.1%,电阻率为高阻背景上相对降低,FMI上显示有溶蚀孔洞且低角度裂缝发育,如图1所示。

1.3 地震响应

图2 龙004-X1井茅口组岩溶储层地震响应特征Fig.2 Seismic reflection of Karst reservoir in Maokou Formation of L004-X1

九龙山地区茅口组溶蚀残丘在地震剖面上具有较为明显的响应特征,主要表现为孤立突起,突起部分振幅逐渐变弱,常与层间小断层伴生,平面上呈散点状分布。虽然岩溶体缝洞的地震响应特征不如溶蚀残丘特征明显,但也表现出一定的规律性,主要反射特征表现为“低频弱振幅较杂乱反射”、地层时差较大,平面上呈片状分布。当岩溶体储层缝洞发育时,由于波阻抗降低,与上覆地层的阻抗差下降,导致反射系数降低,从而形成相对较弱的地震反射特征。岩溶体储层缝洞中通常充满流体,特别是含气后,会使地震的高频成分被吸收,导致频率下降,从而形成“低频弱振幅”的反射特征[8]。通常茅口组岩溶体储层内部的缝洞分布是无序且形态杂乱的,当缝洞发育规模较大时,会出现“较杂乱反射”现象,同相轴表现为扭曲状。龙004-X1井,在钻至茅口组时出现井漏现象,测试获天然气111.65×104m3/d,岩溶体气层顶界为弱波峰,底界为弱波谷,同相轴存在扭动现象,如图2所示。

1.4 动态资料分析

与龙16和龙004-X1两井相邻的龙4井,曾经间断放喷528次,累计放喷量达2 171×104m3,每次放喷后关井压力恢复迅速而没有衰减,说明该井茅口组岩溶体连通范围内能量充足,储层分布范围较大,从另一角度佐证了九龙山主体构造高部位茅二段存在一个成规模缝洞系统的可能,茅口组顶部地震裂缝预测平面图上,龙4井位于团块状裂缝发育区内(图3)。

图3 九龙山构造茅口组顶部裂缝预测Fig.3 Prediction of fractures at the top of Maokou Formation in Jiulongshan structure

2 岩溶体上覆地层反射结构

通过精细标定,已钻井中,茅二段岩溶储层位于龙潭组底界波峰同相轴的下沿。联井飞一段底界层拉平地震剖面上,如图4所示,清楚显示出,当龙16井区茅口组顶部岩溶储层发育时,其上覆龙潭组地层多出一个波峰同相轴,且其振幅有强弱变化；而在龙17井区,其上覆龙潭组地层变薄,未出现波峰反射,龙17井钻井揭示,茅口组顶部岩溶储层不发育。岩溶体上覆地层反射结构的不同,也说明这两个井区在茅口组上部地层剥蚀后的沉积环境是不同的,从而间接反映出茅口组岩溶储层发育的相带。

图4 茅口组岩溶体上覆地层多出一个波峰反射轴(飞一段底界层拉平)Fig.4 An additional seismic event in the overlying strata of the Maokou karst (T1f1 flattened)

图5 龙潭组多出波峰同相轴分布Fig.5 Distribution of the additional seismic event of Longtan Formation

计算飞一段底界与龙潭组底界的时差,如图5所示,可以清楚地反映出龙潭组多出的波峰同相轴的分布,进而定性指示茅口组顶部的储层发育区。井标定表明,波峰同相轴尖灭线西部区域(绿色-红色-黄色区)上覆地层逐渐变厚,多出一个波峰反射轴,钻井揭示茅二段岩溶储层较发育；尖灭线东部区域(蓝色区)上覆地层厚度薄,无波峰同相轴,茅二段岩溶储层不发育。

图6 茅二段地震相图Fig.6 Seismic facies of P1m2 member

3 地震相划分岩溶体分布范围

利用模糊地震波形分类技术对茅二段地层进行地震相预测,得到该段地震相图,如图6所示,岩溶残丘呈孤立的黄色点状分布,主要位于研究区的西半部,岩溶体发育区位于研究区的西部,为黄色北西西向长条状连片分布。地震相图中岩溶残丘和岩溶体的分布位置也位于上覆地层有利反射结构分布区内。

4 微古地貌恢复

茅口组古地貌形态对于研究古岩溶储层的分布具有重要指导意义。古地貌形态恢复的方法较多,最简便易用的方法是印模法和残余厚度法,但须根据研究目标的具体地质特征,采用相应的方法。采用残余厚度法恢复茅口组地层剥蚀后的古地貌形态是适合的。残余厚度法的基本原理,是假定所研究地层剥蚀前的原始沉积厚度变化不大,且该地层之下存在一个等时的基准面,用该基准面与研究层顶界面之间的残余厚度来表征古地貌的高低变化,残余厚度越大,古地势越高[8]。下二叠统栖霞组地层沉积时,整个四川盆地为开阔台地沉积环境,沉积厚度相差不大,因此将栖霞组顶界面(即茅口组底界)作为一个相对等时基准面,栖霞组顶界与茅口组顶界之间的厚度差值,用于表征茅口组剥蚀后的古地貌形态。

实际研究中,在精细层位解释的基础上,用栖霞组顶界层位减去茅口组顶界层位,得到茅口组残余厚度时差,用于茅口组剥蚀后的古地貌恢复,如图7所示。龙104、龙16、龙4、龙004-X1井在茅口组剥蚀之后,残余地层厚度大,整体处于古地貌高部位,后期岩溶作用较为剧烈,为岩溶发育区。龙17井也位于古地貌高部位,由于茅口组剥蚀之后的沉积环境与龙16井区不同,岩溶作用较弱,岩溶储层并不发育。

古地貌图上,岩溶残丘呈孤立的黄红色点状分布,龙16井区岩溶分布在古地貌高部位,形态呈片状,分布范围与地震相中的黄色条带一致,但刻画的较其精细。

5 岩溶体刻画

已钻井茅口组顶部岩溶储层标定在龙潭组底界波峰反射轴的下沿,高产气井龙16、龙4、龙004-X1井岩溶储层发育,地震剖面上,龙潭组底界波峰振幅较弱,龙探1井岩溶储层不太发育,为强震幅。

针对岩溶体储层的地震响应特征,通过大量地震属性提取和分析,优选茅二段弧长属性对茅口组岩溶体进行刻画。

5.1 茅二段弧长属性刻画岩溶体

弧长(arc length)属性是指时窗内每个地震道的波形伸展后的总长度,它是一种频率与振幅的混合属性,可用于区分具有相同振幅特征,但有高低频变化的地层情况,对地层非均质性、缝洞发育等反射特征反映较好。沿龙潭组底界层位,向上开时窗10 ms,向下开时窗20 ms,提取弧长属性,结合井点断溶体的弧长属性值域范围,截取低值域800～5 750用于刻画断溶体的分布,如图8所示。茅二段弧长属性刻画的断溶体分布在地震相带和古地貌指示的断溶体发育区范围内,与已钻井揭示的断溶体非常吻合,可信度高。

5.2 岩溶体地震属性特征

已钻井茅口组顶部岩溶储层标定在龙潭组底界波峰反射轴的下沿,高产气井龙16、龙4、龙004-X1井岩溶体发育,龙潭组底界波峰振幅较弱,龙探1井岩溶体不太发育,为强振幅。沿龙潭组底界层位,上下时窗各8 ms,提取最大波峰振幅属性,如图9所示。岩溶体地震属性与茅二段弧长属性刻画的岩溶体分布形态基本一致,岩溶体内的地震属性有强弱变化,可以用于指示岩溶体储集性能的优劣。

岩溶体最大波峰地震属性图上,龙16井区位岩溶体弱振幅分布区。岩溶体弱振幅区与茅口组顶部裂缝发育区吻合度较高,如图10所示。

6 岩溶储层定量预测

在茅口组岩溶体定性分析的基础上,尝试定量预测岩溶储层的厚度。九龙山地区现有九口井钻遇茅口组地层。井上揭示茅二段残留生屑滩体厚度不大,最大厚度约30 m,自然伽马(GR)一般低于28 API,波阻抗(IMP)在15 000～17 800 m/s*g/cm3,其中岩溶储层波阻抗15 000～16 600,致密层波阻抗16 600～17 800。茅口组滩体中还夹杂一定厚度的泥灰岩,其自然伽马大于28 API,波阻抗在13 000～17 500,如图11所示。岩溶储层波阻抗与泥灰岩波阻抗完全重叠,无法区分储层和非储层。

研究中,针对茅口组岩溶储层的定量预测采用两步法,首先通过伽马反演预测茅二段滩体的分布,在此基础上,再利用多属性孔隙度反演来进行储层预测。

采用特征反演法对茅二段滩体进行伽马反演。通过对比,伽马反演剖面与井曲线吻合度较好,如图12所示。提取茅二段满足伽马值小于28的采样点数,获得滩体的时间厚度分布,再与井点滩体厚度回归,得到茅二段滩体厚度分布。平面上生屑滩体厚度分布(图13)符合地质规律。

其次,在伽马反演的基础上,利用多属性多权值孔隙度反演来对岩溶储层进行预测。原理是假设目标曲线上某采样点值是由地震属性道上对应点上下多个采样点共同作用的结果,通过建立目标曲线与多属性多样点的非线性方程来达到预测目的[9]。多属性多权值孔隙度预测计算过程中,属性个数、属性组和算子长度是关键参数。采用逐步回归方法把相关系数最大且误差最小的属性形成属性组各属性之间是线性独立的[10]。

按上述方法进行孔隙度反演,所得到的反演剖面与井曲线吻合较好,如图14所示,通过计算茅二段满足孔隙度>1.8%的数据采样点的累加时间厚度,与井点储层厚度进行变差函数回归[11],得到茅二段储层厚度分布(图15),储层分布与定性储层预测结果匹配度较高。