基于OVT 域偏移数据的云质岩储层预测技术及应用<br/>——以玛湖凹陷乌夏地区风三段为例

基于OVT 域偏移数据的云质岩储层预测技术及应用
——以玛湖凹陷乌夏地区风三段为例

2021-12-07陈永波张虎权曾华会王洪求许多年马永平宗兆云

岩性油气藏 2021年6期

陈永波，张虎权，张寒，曾华会，王斌，王洪求，许多年，马永平，宗兆云

（1.中国石油勘探开发研究院西北分院，兰州 730020；2.中国石油大学（华东）地球科学与技术学院，山东青岛 266555）

0 引言

近年来，湖相云质岩储层油藏勘探在准噶尔盆地的吉木萨尔凹陷和玛湖凹陷乌夏地区获得重大突破。勘探证实，该类储层单层厚度小、横向变化快，局部发育“甜点”储层，埋深为4 000～4 500 m，厚度为15 m～25 m，岩性为云质粉砂岩、泥质白云岩，声波时差为192.5～199.5 μs/m，密度为2.61～2.63 g/cm3；围岩岩性为白云质泥岩，声波时差为217～224 μs/m，密度为2.58～2.60 g/cm3，储层与围岩的波阻抗值相差1 500 g/cm3·m/s左右，“甜点”储层与围岩地球物理响应差异小，叠后地震预测难度大；单井产量高的“甜点”发育区，受储层厚度，脆性（裂缝）发育区和异常高压区共同控制，单一的地球物理方法难以预测“甜点”储层平面分布。前人利用叠后三维地震资料对云质岩的“甜点”储层平面分布开展了定性的预测［1］，但受地震分辨率低、保幅性差等因素的影响，预测精度不够，钻井成功率低。

面对挑战，“两宽一高”三维地震勘探采集技术和OVT 域的叠前处理解释一体化技术是解决此难题的关键技术。新疆油田公司在乌夏地区重点区块实施了“两宽一高”的二次采集［2］，新采集的三维资料通过OVT（Offset Vector Tile）域偏移处理，在三维信息（线、道、时间）的基础上增加了偏移距和方位角信息，偏移后的道集近、中、远炮检距范围内能量趋于一致，有利于进行叠前储层预测［3］。目前，基于OVT 域叠前偏移数据在断裂、花岗岩裂缝［4］、河道砂体［5］和碳酸岩岩溶缝洞［6］预测方面取得了很大进展，但在云质岩“甜点”储层叠前方法上基本处于空白。在高产井的云质岩“甜点”储层油气富集主控藏因素分析基础之上，采用地质目标驱动下基于炮检距-方位角叠加模板的道集动态分析与叠加的方法，形成不同方位角的叠前偏移地震数据，进行合成地震记录标定，并选取相关系数高的数据体进行云质岩储层厚度预测；在优化处理后的OVT 域道集上开展叠前反演，利用杨氏模量（E）与泊松比（σ）比值增大的特征预测斜坡区云质岩储层脆性发育区；利用杨氏模量（E）和体积模量（K）加权法预测异常压力区，综合判定“甜点”发育区的储层厚度大、脆性发育和异常高压，以期为云质岩储层的勘探部署提供决策依据。

1 云质岩“甜点”储层主控因素

乌夏地区是准噶尔盆地玛湖凹陷重要的含油气有利区带，该区位于玛湖凹陷的东部，其西北部紧邻盆地边界克—乌断裂带，东南邻近玛湖凹陷沉积中心，处于断（褶）裂带与凹陷中心过渡的斜坡区，勘探面积约2 000 km2。三维工区内与二叠纪克—乌逆冲断裂伴生发育有近平行的F1，F2和F3等3条次级逆断裂（图1），将古鼻隆分割为风城断鼻、F7 井断鼻和风南断鼻，同时斜坡区伴生发育的断裂F4，F5与北西—南东向的F6次生逆断裂相交构成断阶带，为油气运移成藏提供了优质通道（图1）。

Fig.1 玛湖凹陷乌夏地区风三段勘探成果Fig.1 Exploration results of Feng 3 member in Wuxia area，Mahu Sag

近年来该区针对二叠系风城组风三段先后钻探8 口井，在断裂带上相继发现了FG3 井断块油气藏和F7 井断鼻油气藏，探明了规模储量。位于风城断鼻的FC1 井在风三段获得日产百吨的高产工业油流，发现了云质岩“甜点”储层［7］，储层厚度累计达75 m，脆性（裂缝）发育，存在异常高压。FC1 井突破后，相继在风南断鼻上钻探的FN4 井和FN1井的风三段储层厚度累计40 m 左右，脆性和裂缝特征不太发育，欠异常高压，2 口井均获低产油流，证明风三段“甜点”储层非均质性严重。通过对已知井高产油气藏的解剖分析，认为风三段云质岩“甜点”发育区主要受储层厚度、脆性（裂缝）发育和异常高压三大因素共同作用。

1.1 “甜点”储层形成的物质基础

风城组云质岩储层为咸化湖泊准同生期云化作用混积岩，平面上云质岩与碎屑岩呈互补关系，主要分布于湖盆斜坡地带与中心区［8］，垂向上烃源岩大部分集中在风三段，云质岩储层段与烃源岩互层分布［9］。从FC1，F7，F19 和FG3 等井大量岩心观察、岩石薄片鉴定看，风三段云质岩岩性主要为云质粉砂岩、泥质白云岩、白云质泥岩等，储层段岩性主要为云质粉砂岩、泥质白云岩，简称云质岩，空间类型为微裂缝、晶间孔、溶蚀孔等，围岩岩性为白云质泥岩。由出油井岩性与含油性的统计分析可以看出，云质岩厚度越大，白云石及粉细砂含量越高，云质岩储层段物性就越好，油气显示越明显，取心见原油外渗，围岩含油性则较差［图2（a）］。测井参数分析表明风三段云质岩储层电阻率大于40 Ω·m，孔隙度大于6%，为较高成熟烃源岩（w（TOC）>0.8）。结合岩心薄片、测井资料和试油结果，对已钻井风三段储层厚度进行了解释，图2（b）为FC1 井风三段云质岩储层厚度解释成果图。图中储层单层厚度为15～25 m，烃源岩厚度为40～50 m，表现为源储一体、近源成藏、纵向上整体含油，具有“致密油”特征［10］。

图2 玛湖凹陷乌夏地区FC1 井风三段云质岩储层特征Fig.2 Characteristics of dolomitic reservoir of Feng 3 member of well FC1 in Wuxia area，Mahu Sag

1.2 “甜点”储层形成的关键因素

风城地区风三段云质岩油藏油质较轻且源储一体，具有致密油特征，基质孔、溶孔发育程度在横向上变化大。通过水平井钻探及储层压裂改造技术实现经济有效开采，而压裂造缝的成效与云质岩中脆性矿物含量的关系密切［11-12］。从斜坡区风三段探井的岩石矿物成分来看，“白云岩”应称为云质岩类（白云石体积分数为25%～60%）和云化岩类（白云石体积分数为10%～25%）［13］，以云质粉砂岩、泥质白云岩和白云质泥岩为主。白云岩和粉砂岩这2类岩脆性矿物的含量较高，其他凝灰质岩类约占15%，因此在斜坡区风三段储层脆性较高。工区邻近克—乌夏断裂带的转换带，该断裂带向盆地逆冲挤压形成F1，F2和F3等3 条控鼻断裂及斜坡区F4，F5和F6等3 条次级断裂。风三段云质岩储层中含有丰富的白云石、凝灰质岩类，缺少黏土矿物，地层刚性较强，构造挤压有利于发育裂缝，既改善储集空间，又为后期的溶蚀作用提供流体运移通道。

1.3 “甜点”储层形成的重要条件

风三段具有形成异常高压体系的有利条件。其上覆夏子街组岩性为白云质泥岩，粒级较细，渗透性差［图2（b）］，其侧向地层盐类矿物减少，物性变差，限制了压力的外泄［14］。二叠纪克—乌断裂带从北向南向盆地中心的逆冲挤压作用形成了F1，F4和F5等3 条高角度逆断裂并伴生有“叠瓦状”断鼻构造，因此，上覆地层对风三段产生巨大挤压应力作用。当构造挤压应力超过岩石静岩压力条件下的侧向应力时，地层受到侧向挤压而形成断鼻，孔隙趋于减小。当断鼻处于封闭条件下，其中流体无法排出或受阻，而在断鼻中形成了异常高压［15］。

2 OVT 道集叠前弹性参数反演

2.1 OVT 道集处理

OVT 域叠前道集数据不仅有空间三维坐标和炮检距信息，还有对应的方位角信息，而炮检距、方位角信息与地层中的储层厚度、脆性、裂缝和流体的发育特征有直接的相关性［16］。OVT 域道集优化处理中，重点是对道集进行与炮检距有关的吸收补偿（针对高保真）和大角度道集的剩余时差校正（针对宽方位）处理，而高保真和高分辨率处理是云质岩储层预测的关键［17］。基于云质岩的地质特征，本区岩性预测的叠前OVT 域道集优化处理流程是十字排列域近地表吸收补偿—OVT 域道集抽取—OVT域数据规则化—OVT 域叠前时间偏移—OVT 域叠前“蜗牛”道集方位各向异性校正。图3 为OVT 域叠前时间偏移与常规时间偏移的CRP 道集对比，可以看出OVT 域道集近、中、远偏移距能量更趋于一致，信噪比较常规叠前时间偏移CRP 道集得到明显提升，振幅的强弱关系与正演道集的一致性更好，井震吻合度更高，为后续的叠前反演打下了良好的资料基础。

图3 玛湖凹陷乌夏地区过FC1 井的常规偏移与OVT 域偏移处理CRP 道集对比Fig.3 Comparison between conventional migration and OVT domain migration processing CRP gathers across well FC1 in Wuxia area，Mahu Sag

2.2 基于地质目标驱动下模板法OVT 道集动态分析与叠加成像

常规三维剖面利用全道集叠加有效提高地震剖面信噪比，通过层位解释，恢复构造形态、古地貌，结合地震反演开展沉积微相研究，预测“甜点”储层的分布，但随着失利探井的增多，反映了“甜点”储层的非均质性。为此，提出采用地质目标驱动下的模板法OVT 道集动态分析与叠加成像方法，该方法同时克服原始OVT 道集不稳定的能量、不均衡的密度和较低的信噪比，可在提高识别地质目标精度的前提下，减小OVT 域道集的数据量，提高OVT 域道集地震属性分析的效率［18］。叠加模板是一种OVT 域道集炮检距（入射角）-方位角动态联合分析工具，包括3 个关键参数：炮检距范围、方位角范围和地震属性类型［图4（a）］。该方法采用地质目标驱动下的处理解释一体化思路，解释员根据常规地震解释成果如构造图、沉积微相图、波形分类图和储层特征等信息，配合处理人员选择不同区域的叠前道集叠加模板。结合工区风三段云质岩波形分类［图4（b）］和单井相，将工区沉积微相分为浅湖和半深湖，浅湖位于工区东北部，方位角大于120°；半深湖位于工区西部，近物源，沉积颗粒粗，方位角为60°～120°；西南部沉积颗粒细，方位角小于60°。综合前述分析，将工区分成3 个区域，实现在不同区域采用不同的叠加参数对地震道集做叠加处理［19］。

图4 玛湖凹陷乌夏地区CMP 地震道集叠加模板（a）和分区叠加示意图（b）Fig.4 Schematic diagram of CMP seismic trace set stacking template（a）and zoning stacking（b）in Wuxia area，Mahu Sag

分3个不同方位角叠加，当方位角大于120°叠加，叠前时间偏移剖面的地震主频为26 Hz，合成地震记录相关系数为71%［图5（a）］；当方位角为60°～120°叠加，叠前时间偏移剖面的地震主频为27 Hz，相关系数为82%［图5（b）］；当方位角小于60°叠加，叠前时间偏移剖面的地震主频29 Hz，相关系数为93%［图5（c）］。相关性越高，反映了钻井的岩性组合与地震剖面响应特征匹配程度越高。图5（c）显示：剖面背景干净，信噪比明显提高，波组强弱分明，连续性好，能更好地反映储层横向变化。

图5 玛湖凹陷乌夏地区不同方位角叠加的叠前时间偏移剖面对比Fig.5 Comparison of prestack time migration sections superimposed at different azimuth angles in Wuxia area，Mahu Sag

2.3 用OVT 域道集YPD 反演叠前弹性参数

杨氏模量和泊松比能够较好地表征岩石的脆性，评价云质岩储层的造缝能力［20-22］。宗兆云等［23］在平面纵波入射条件下，推导得到基于杨氏模量、泊松比和密度的Zoeppritz 近似公式（YPD 近似方程），奠定了叠前反演获取杨氏模量和泊松比的理论基础。可以直接反演杨氏模量、泊松比和密度等参数，以下为该方法的基本原理：

式中：R为反射系数；θ表示入射角，°；K=v2p/v2s，vp为纵波速度，m/s；vs为横波速度，m/s；E和ΔE分别表示上下层介质的杨氏模量的均值和差值，GPa；σ和Δσ分别表示上下层介质泊松比的均值和差值；ρ和Δρ分别表示上下层介质密度的均值和差值，g/cm3。

利用式（1）的方法可获取稳定的杨氏模量、泊松比和密度，再结合云质岩的地质特征，对GeoFrac软件中的叠前反演方法进行了完善［24］。利用式（2）可以直接反演纵波速度和横波速度等参数，将式（1）—（2）联合可获得弹性体积模量（K）、拉梅常数（λ）和切变模量（μ）等多种的岩性参数［25-27］。图6 为利用FC1，F7，F19 和FG3 井风三段含油井段样点的纵、横速度计算得到的弹性参数交会图。通过弹性参数交会分析，图6（a）中体积模量K与泊松比σ，图6（b）中杨氏模量E与拉梅常数与切变模量之比λ/μ描述脆性发育的相关性差，图6（c）中杨氏模量与泊松比之比E/σ与拉梅常数与切变模量之比λ/μ描述脆性发育的相关性好，E/σ比值增大，云质岩脆性发育。

图6 玛湖凹陷乌夏地区风三段云质岩有效储层弹性参数E/σ 和λ/μ 的交会图Fig.6 Cross plots of effective elastic parameters E/σ and λ/μ ofdolomitic reservoir of Feng 3 member in Wuxia area，Mahu Sag

2.4 用OVT 域道集弹性参数法预测地层压力

王斌等［28］分别从杨氏模量和体积模量的定义出发，结合波动方程、虎克定律和初等弹性理论，推导出了有效应力与纵、横波速度之间的关系，开发了弹性参数联合法计算地层压力，该方法通过引入横波速度，降低了压力预测的多解性［29］。

以波动方程和初等弹性理论为基础，建立体积模量与纵、横波速度之间的关系

从虎克定律和弹性参数的定义出发，建立杨氏模量与纵、横波速度之间的关系

式中，ΔH/H为单位厚度压缩量。单位厚度压缩量ΔH/H受埋深控制，当埋深较浅时，ΔH/H随深度增大而增大；当达到一个极大值后，ΔH/H随深度增大反而逐渐减小。这个特征符合沉积岩地层一般压实规律，即浅层压实作用明显，到达一定深度后，压实作用逐渐减弱。因此，如果某个层位在埋深上起伏不大时，可以认为ΔH/H是常量。

由于通过体积模量和杨氏模量计算有效应力，均是在一定的假设条件下成立的，为了提高有效应力预测的精度，将式（3）和式（4）按照一定系数加权求和建立弹性参数联合法，即

式中：P为岩石骨架所承受的有效应力；PE为利用杨氏模量计算求得的有效应力；PK为利用体积模量计算求得的有效应力；f为加权系数，而杨氏模量和体积模量可以利用式（1）和式（2）联合反演法获得。

3 应用效果分析

3.1 云质岩“甜点”储层预测

3.1.1 乌夏地区风三段云质岩厚度预测

将FC1 井风三段云质岩储层厚度标定到OVT域叠前偏移时间数据体上［参见图5（c）］，储层地震响应特征为中频、强振幅。图7 为选取三种不同方位角参数叠加的数据体用地震沉积学方法提取的风三段最大波峰振幅属性平面图，结合区域地质规律、单井相和沉积相分析，认为图7（c）的属性图平面符合沉积微相展布特征。图7（c）中红色、黄色和绿色表征了云质岩储层厚度发育的分布范围，紫色和蓝色表征了储层不太发育的分布范围，同时利用正演模型验证云质含量与地震振幅值之间的关系。图8（a）显示：当云质岩体积分数为0 时，地震振幅较弱；随着云质含量增加（岩体积分数大于5%），地震振幅迅速增强；当云质岩体积分数增加到10%时，振幅变化幅度最大；当云质岩体积分数增加到10%以上时，地震振幅值变化梯度趋于平稳。图8（b）为均方根振幅值与云质岩体积分数的相关图，其相关系数为86.6%。正演结果表明随着储层云质含量增加，地震振幅值也增加，储层的含油性变好。

图7 玛湖凹陷乌夏地区风三段不同方位角最大波峰振幅属性Fig.7 Attribute of maximum peak amplitude of Feng 3 member at different azimuth angles in Wuxia area，Mahu Sag

图8 玛湖凹陷乌夏地区云质岩含量与地震振幅值之间的关系Fig.8 Relationship between dolomite content and seismic amplitude in Wuxia area，Mahu Sag

采用相控神经网络的地震多属性融合计算方法［30］，将振幅属性、波阻抗反演成果、沉积相图和钻井储层厚度进行融合，定量化地预测储层厚度平面分布情况［图9（a）］。图中绿色、蓝色反映的储层厚度为50～90 m，红色和黄色反映的储层厚度为30～40 m。结合风三段沉积前古地貌［图9（b）］特征分析，云质岩储层主要发育在古地形低凹滨浅湖斜坡区，这也符合其沉积的规律［31］。

图9 玛湖凹陷乌夏地区风三段云质岩储层有效厚度（a）和沉积前古地貌（b）Fig.9 Effective thickness of dolomitic rock reservoir（a）and paleogeomorphology before dolomitic rock depositional period（b）of Feng 3 member in Wuxia area，Mahu Sag

3.1.2 乌夏地区风三段云质岩脆性发育区预测

图10 是利用式（1）和式（2）在方位角小于60°的OVT 域数据上联合反演，获得E/σ数据体上提取的风三段云质岩储层脆性预测平面分布图。图中棕色反映了储层脆性发育区，FC1—F7—F19 井区周围（F1，F2，F3断裂带）构造缝发育，脆性更发育；斜坡区脆性主要发育在FC1 井的西南部地区（F4，F5，F6断裂发育区）和F5断裂南部地区；已钻井FN4井区井点处FMI 测井裂缝不发育，脆性也不发育；FC1 井井点处FMI 测井裂缝发育，脆性更发育。

图10 玛湖凹陷乌夏地区风三段云质岩储层脆性预测Fig.10 Brittleness prediction of dolomitic reservoir of Feng 3 member in Wuxia area，Mahu Sag

3.1.3 储层压力预测

利用式（1）和式（2）联合反演获取的体积模量和杨氏模量，再结合公式（5）弹性参数联合法计算得到风城组风三段压力系数的平面分布（图11）。图中红、黄2 色为压力系数大于1.4 的区域，蓝、绿2 色为压力系数小于1.4 的区域。可见该区异常高压区主要集中在FC1 井区周围，由北向南的F1，F4，F5“叠瓦状”断裂将压力体系分割成3 个次级压力封存箱，结合风三段顶面构造图，圈定异常高压区域面积为48.6 km2。

图11 玛湖凹陷乌夏地区风三段云质岩储层压力系数预测Fig.11 Prediction of reservoir pressure coefficient of dolomite reservoir of Feng 3 member in Wuxia area，Mahu Sag

3.1.4 乌夏地区风三段云质岩“甜点”储层预测

根据风三段“甜点”储层油藏的主控因素，从储层厚度、脆性（裂缝）发育区和异常高压3 个方面，采用地质叠合分析法对“甜点”储层平面分布评价分类，评价分类标准为：Ⅰ类有利区，储层厚度为55～85 m，斜坡区脆性（裂缝）发育，异常压力系数大于1.4；Ⅱ类有利区，储层厚度为50～70 m，斜坡区脆性（裂缝）发育，异常压力为1.1～1.4；Ⅲ类有利区，储层厚度为30～40 m，斜坡区脆性（裂缝）不发育，异常压力小于1.1。图12 为风城组风三段“甜点”储层预测平面分布图，预测Ⅰ类有利区面积为46.03 km2；Ⅱ类有利区面积为112.27 km2；Ⅲ类有利区面积为184.43 km2。

图12 玛湖凹陷乌夏地区风三段云质岩“甜点”储层预测Fig.12 Prediction of dolomitic“sweet spot”reservoir of Feng 3 member in Wuxia area，Mahu Sag

3.2 钻后精度分析

根据风三段“甜点”储层平面分布评价结果，在Ⅰ类有利区相继钻探FN5，FN6 和FN7 井。3 口井钻遇有效储层累计厚度相对误差为5.8%～9.2%，钻遇岩性符合率为67%，脆性（裂缝）发育区符合率达100%，异常高压符合率达100%，3 口井均在风三段日产工业油流达55 t 以上，在Ⅰ类、Ⅱ类有利区预测石油地质储量亿吨级（表1）。