基于地震波形分类的三角洲储层刻画与应用<br/>——以西湖凹陷J气田为例

基于地震波形分类的三角洲储层刻画与应用
——以西湖凹陷J气田为例

2022-07-28黎祺陆嫣何贤科段冬平马恋胡伟

科学技术与工程 2022年17期

黎祺，陆嫣，何贤科，段冬平，马恋，胡伟

(中海石油(中国)有限公司上海分公司，上海 200020)

海上油气田的特点是钻井少、取心少、井距较大且分布不均，相对陆上油气田基础地质资料较少，仅依靠较少的单井资料研究沉积相，预测储层展布范围难度大。以井点资料作为约束条件，结合地震分析是海上储层预测研究的主要手段。近年来，较多学者利用地震沉积学技术对沉积体的平面展布特征进行了较好的刻画[1-6]，但地震沉积学主要是利用了地震资料对于平面地貌变化识别能力强的优势，在储层平面形态变化明显的“河道”类砂体取得了较好的应用效果[7-8]，对于平面地貌特征差异不明显、砂体展布相对稳定、储层范围广的“三角洲”类储层的应用效果不佳，近年来也有部分学者利用“波形分类”等地震相信息解决此类厚层储层的展布预测和砂体叠置问题，谷志猛等[9]利用地震波形分类技术圈定了厚储层发育去，定量预测了储层展布特征，实现了渤海油田厚储层的定量刻画。程彦等[10]应用地震波形分类技术对煤层赋存状态、岩浆岩侵入区进行了预测，解决了煤层等地质异常体解释，为煤矿安全开采提供地质依据。井涌泉等[11]分析了小于地震分辨率尺度下各构型地震响应特征规律和地震波形特征，解决了渤海潜水三角洲砂体构型预测。余为维等[12]提出一种地震相综合数字标注方法，从内部结构和外部特征角度对地震相进行了刻画，实现东营凹陷三角洲储层的地震相表征。王东坤等[13]利用波形聚类结果对叠前反演砂体边界进行约束，实现了鄂尔多斯盆地东缘致密砂岩储层“甜点”刻画。上述研究均取得了较好的应用效果，说明地震波形分类的相关技术逐渐成为解决相对厚层储层刻画难题的技术手段之一。

东海盆地西湖凹陷是中国东海油气勘探开发的主要区域，J气田是东海主要油气产量贡献的油气田之一，其主力油气层段平湖组是目前热点的研究对象，取得了一系列的重大突破和发现[14-16]，周心怀等[17-18]通过对西湖凹陷平湖组沉积环境再梳理，结合成盆背景、优势烃源岩再分析，创新平北斜坡带平湖组岩性油气藏发育模式，指导平北斜坡带平湖组岩性圈闭钻探取得重大突破。但随着J气田的开发生产，其主力气层P7层水体锥进，主力井E井见水后停喷，对气田正常生产带来了较大影响，前人对J气田的沉积微相方面研究较少，主要为宏观大尺度的“勘探尺度”沉积相研究，急需对储层展布形态进行“开发尺度”的精细刻画，用以判断水体锥进方向、预测水体能量大小等，对制定气田合理开发调整策略具有重要意义。由于研究区发育三角洲沉积，主力层储层展布相较于河流相储层更为稳定，应用地震沉积学等常规技术进行储层预测效果不佳，工区内剖面地震相波形存在一定特征，可分类识别追踪，可以从地震波形分类分析等方面入手进行研究。因此现主要在岩心、测录井等资料分析的基础上，开展基于地质成因的精细地震相解释，对研究区平湖组沉积环境及P7层储层精细展布形态进行研究，解决应用地震沉积学技术无法有效识别非河流相、地质形态变化不明显、相对稳定的三角洲储层展布精细刻画的问题，并明确P7层来水方向及水体倍数，有效指导出水井的生产历史拟合，起到较好的生产应用效果，为该井的出水治理与综合挖潜提供依据。

1 区域地质概况

西湖凹陷位于东海陆架盆地东北部，油气资源丰富，整体呈北北东向展布，其西侧为虎皮礁隆起、海礁隆起，东邻钓鱼岛隆褶带，南接钓北坳陷，北靠福江坳陷，总面积4.6×104km2。西湖凹陷构造上属于东海盆地浙东拗陷内的二级构造单元，具有东西分带、南北分块特征，是个东断西超的断陷盆地[17]。凹陷内部自西向东可以分为西部斜坡带、中央隆起带和东部陡坡带(图1)。

图1 研究区构造位置Fig.1 The structural location of the study area

研究区J气田位于西部斜坡带上，平湖组是该气田主要含油气层系，构造上位于平湖主断裂的下降盘，内部发育3条断层，断层基本呈北北东、北东向，为受拉张作用形成的东倾正断层，将J气田分为3个断块：J1、J2、J3。前人研究成果表明[19-23]，研究区平湖组主要发育潮坪-三角洲沉积体系，平湖组划分为上、中、下3个段，进一步细分为12个层。其中P7、P8和P10共3个小层是J气田的主力产层，位于平湖组中后期，随着地形逐渐被填平补齐，呈现出宽缓斜坡面貌，在宽缓斜坡背景下发育受潮汐影响的三角洲和潮坪沉积相。工区内共有5口井，工区三维地震资料具有较高品质，为精细地震相解释与分析及砂体展布预测提供了坚实的基础。

2 沉积相标志与分析

通过研究区内大量岩心观察描述，结合录井和测井资料，依据岩性、沉积构造、旋回序列等相标志对J气田平湖组重点含气层段P2～P11层沉积相进行了分析研究，认为研究区平湖组主要发育潮坪及受潮汐影响的三角洲沉积体系。其中，P2～P8层发育三角洲前缘沉积，P9～P11层发育潮坪沉积。

2.1 岩心相标志

通过对研究区两口取心井的岩心观察，在J气田平湖组可见复合层理、生物钻孔、生物遗迹等典型相标志。对岩心的特征分析如下。

(1)生物扰动构造。研究区平湖组深层生物扰动构造较为发育[图2(a)、图2(b)]，分别表现为深灰色泥岩中强烈的生物钻孔和砂岩表层的生物扰动构造，整体呈近垂直状，指示为相对高能的潮间带沉积环境。

图2 研究区平湖组典型沉积构造岩心照片Fig.2 Core photos of typical sedimentary structure model in the section of Pinghu Formation in the study area

(2)交错层理。交错层理的特点是单个层系内厚度变化快，各层系底界下凹，具明显的槽状侵蚀底界。研究区交错层理较为少见，仅在D井平湖组深层见1处小型交错层理[图2(c)]，反应水动力作用相对较强，分析认为属于潮间带潮道沉积。

(3)复合层理。研究区平湖组地层中复合层理较为发育[图2(d)、图2(e)、图2(f)]，主要发育透镜状和脉状，波状层理较为少见，可见部分沙纹层理[图2(g)]。在水动力作用相对较强时，泥质沉积往往悬浮在水中，此时砂质易于沉积，砂多泥少，形成脉状层理或沙纹层理；当沉积期水动力条件较弱时，物源供应不足，泥质沉积比砂质有利，泥多砂少，形成透镜状层理。

(4)变形层理。研究区变形层理也较为发育，主要见泄水构造和包卷层理等，泄水构造[图2(e)]在平湖组地层中都可以见到。它主要是指迅速堆积的松散沉积物内由于孔隙水的泄出而形成的同生变形构造，主要见于潮坪及三角洲前缘沉积环境中。

(5)泥砾与底冲刷构造。在研究区2口井岩心中部分砂岩中部发育块状构造，局部含有泥砾，底部可见明显的冲刷面[(图2(h)、图2(i)、图2(j)]。代表古河道改道时形成的冲刷面或是沉积间断面，主要发育于平湖组不同期次的水下分流河道沉积。

2.2 测井相标志

测井相标志是判断沉积相类型的重要标志之一，主要指测井曲线的异常幅度、形状、顶底接触关系、锯齿状曲线形态等，用这些特征可以反映岩性及岩性在纵向上的变化，可辅助判断沉积环境。

选取研究区5口井平湖组自然伽马曲线。结果显示砂岩测井相主要以箱形、钟形、漏斗形为主，占比约75%，其中箱形测井相对应砂体厚度最厚，单期砂厚23～58 m，平均厚度为34 m；指状测井相相对较少，占比约25%，单期砂厚仅1～2 m，反映研究区砂体以河道、坝体沉积为主。

2.3 沉积相分析

该剖面沿近南北向分布于研究区中部，依次经过研究5口钻井。研究区发育潮坪-受潮汐影响的三角洲前缘沉积体系，其中三角洲前缘亚相相当发育，还发育潮坪相、潮道微相沉积(图3)。

(1)P12～P9层沉积期。发育潮间带、潮下带亚相，其中潮间带亚相以泥坪、混合坪沉积为主，从A井到E井均有发育，其自然伽马曲线多为低幅齿状，泥岩较为发育。在A井和B井发育有潮下带潮汐水道微相，测井曲线形态为顶底突变的箱形曲线，中-细砂岩沉积，厚度在8～18 m。

(2)P8～P5层沉积期。发育受潮汐影响的三角洲前缘亚相，在P7层多口井钻遇水下分流河道砂体，横向展布稳定，由A井至E井均有发育。P8层在C、D、E井发育水下分流河道和河口坝的交互沉积，可见漏斗型测井相特征。

(3)P4～P2层沉积期。与P8～P5沉积环境一致，整体为三角洲前缘亚相，主要发育水下分流河道，自然伽马曲线多为钟形、箱形，P2层由C井至E井，可见部分反旋回河口坝沉积。

3 基于地震波形分类的储层刻画

研究区发育潮坪-三角洲沉积体系，储层空间展布较为复杂，前人对J气田的沉积微相方面研究较少，主要为宏观大尺度的“勘探尺度”沉积相研究，未进行较为精细的“开发尺度”储层展布刻画。地震波形分析是20世纪80年代发展起来的一种利用地震资料进行地质解释的地质方法，其发展之初主要应用于勘探方面，通过类比地震反射特征识别宏观大范围的沉积体，近年也有部分学者利用“波形特征分类”的研究手段解决开发尺度的精细储层预测或砂体叠置问题[9-11]，取得了较好的应用效果。基于地质认识的精细地震波形识别、分类的分析方法适用于相对厚储层的精细展布研究，一定程度上弥补了地震沉积学技术在此方面的不足，实现了研究区主力气层P7层三角洲储层沉积期次及展布特征的精细刻画。

3.1 P7层精细地震波形分类

由于研究区主力层P7砂体展布稳定，应用地震沉积学地层切片技术的储层预测效果不佳，而工区内剖面地震相存在一定的“间断”特征，可识别追踪。因此基于最新的叠前深度偏移地震资料，依据研究区六口井的合成地震记录和与层位标定，对研究区P7层开展了精细地震波形解释工作，共识别出三类地震波形分类标志：①波形错断/间断类[图4(a)]；②波形强度差异类[图4(b)]；③波形平均弯曲度差异类[图4(c)]。通过对解释结果进行统计分析，发现在研究区主测线方向，分期识别标志共计163处，其中波形错断/间断类92处，占比58%；波形强度差异类39处，占比23%；波形平均弯曲度差异类32处，占比19%，研究区地震相分期标志以波形错断/间断类为主。

在三类地震波形分类标志识别的基础上，开展基于地质成因的精细地震解释工作，解释面积共66 km2，解释精度5×5网格，解释剖面共计192条，下面选取2条解释剖面进行详细分析。在过A井和B井的A-A′剖面中，可看到在工区中南部平湖组P7砂体主要表现为连续强反射波峰地震相，可识别出3处波形错断/间断类标志，对应4个期次砂体沉积(图5)；在工区北部B-B′剖面中可看到研究区平湖组P7层识别出2处波形错断/间断类标志，砂体进积叠置、间断分期特征明显，对应3期三角洲砂体(图6)。

3.2 P7层波阻抗正演模拟

地震正演模拟技术通过建立符合实际地质特征的地质模型并对其进行模拟得到相应的合成记录，常应用于验证地震反演资料或沉积体展布、叠置预测结果的准确性[24-25]，基于过A井和B井的A-A′地震剖面(图5)，利用井点资料、岩石物理参数与地震波场属性特征关系，建立P7层正演地质模型[图7(a)]，反映出一种三角洲砂体沿主测线方向进积，每一期砂体沉积，初期都以砂质沉积为主，末期过渡为泥质沉积，整体呈现砂泥过渡的进积形态。假设地下的地质情况已知，包括地质体的空间分布，地下介质的速度、密度等参数，然后根据地震波的运动学及动力学的基本原理，计算出所给地质模型的波阻抗模型[图7(b)]，每一期砂体沉积的初段砂质含量高，对应低波阻抗值，每一期砂体沉积的末段泥质含量高，对应高波阻抗值。再利用地球物理反演软件制作正演记录[图7(c)]。将正演记录与实际地震剖面进行叠合，结果显示两者匹配程度较好，地质模型正演模拟的地震同相轴波形减弱、间断与研究区同剖面的实际地震剖面地震相波形特征基本一致(图8)，初步验证了解释成果的可靠性。

图4 研究区地震波形分类Fig.4 Seismic waveform classification in the study area

3.3 P7层沉积过程分析及储层展布刻画

在现代三角洲沉积模式的指导下，对P7层沉积过程进行分析。鄱阳湖位于长江以南，江西省北部，由赣江等五条河流汇入，分四支入湖，鄱阳湖在全新世晚期发育三角洲体系，距今250～1 700年前的破坏型三角洲沉积，250年前至今为高建设期河控三角洲沉积。鄱阳湖-赣江三角洲从1973年到现在30多年间，三角洲朵叶不断进积沉积[26]。

依据对研究区地震波形分期标志的识别，以及全区平湖组P7层的精细地震解释，在研究区识别追踪出多期次间断的地震波形响应，在平面上呈弧形外延，总体呈三角洲放射状，与鄱阳湖三角洲现代沉积较为相似，综合解释为3个三角洲朵叶体，10个砂体沉积期次(图9)。在研究区中南部，识别了3期的间断类分期标志，对应4个砂体沉积期次，为第1个三角洲朵叶体；在研究区中部的C井区，沿F2、F3断层夹持的断块向北发育第2个三角洲朵叶体，识别出2期地震相间断标志，4个砂体沉积期次；第2期三角洲朵叶体B随着砂体的不断进击，沉积砂体由断层上升盘跨过F2断层向下降盘继续进积，直至研究区北部，形成了第3个三角洲朵叶体，在剖面上进积特征明显。

在此基础上，结合上升盘沟谷刻画，确定了研究区物源通道，参照鄱阳湖三角洲现代沉积样式，对研究区P7层沉积相平面展布图进行了刻画，主要发育3个三角洲朵叶体(图10)。

4 开发油藏应用

4.1 水体倍数计算方法

关于水体体积的常用计算方法有 4 种，容积法、物质平衡法、非稳态水侵法和数值模拟法。其中非稳态水侵法适用于均质油藏，对于非均质性特别强的缝洞型碳酸盐岩油藏不太适用，容积法、物质平衡法和数值模拟法对非均质油藏也适用[27]。

图5 地震解释剖面图A-A′Fig.5 Seismic interpretation profile of A-A′

图6 地震解释剖面图B-B′Fig.6 Seismic interpretation profileof B-B′

图7 平湖组P7层正演模型Fig.7 Seismic forward model of P7 in Pinghu Formation

采用容积法计算P7层水体倍数大小，容积法主要是根据油气藏地下资料，计算底下储层中各流体的地下体积，在气藏研究中主要用气藏周围水体体积除以气藏体积。其主要计算参数包括构造的圈闭面积、储集层厚度、孔隙度和气藏含气面积、气层厚度等。

4.2 水体倍数计算及油藏拟合

依据研究区P7层沉积相研究成果，分析认为P7层三角洲储层范围主要分布于F2、F3断层控制的中部区域，对应储层展布面积为9.81 km2，地层水地下体积为22.5×108m3。结合P7层高部位气藏容积法计算储量，用水体体积除以气藏体积得到水体倍数方案20倍左右。

图8 P7层正演记录与实际地震波形叠合图Fig.8 Forward modeling records overlap with actual seismic waveforms of P7

图9 P7层地震解释平面图Fig.9 Seismic interpretation plan of P7

油藏数值拟合是油气藏生产预测的重要手段，对于稳定生产的油气田，递减法和水驱法可以在油藏生产预测中发挥较好的效果，但当油气田大规模调整或生产不稳定时，例如J气田P7层开始出水，生产层位之间与生产井之间的互相干扰较为复杂，根据最新的地质认识及时更新地质模型，进而再更新油藏数值模型进行生产动态拟合，才能更直接有效考虑储层在动、静态非均质条件下对开发的影响[28-29]。

通过研究区油藏模型生产数模发现，P7层水体大小对J-A2井出水很敏感，根据此次储层展布刻画及水体倍数研究成果，及时更新地质、油藏模型(图11)。设置由北向南的水体锥进方向，以20倍水体倍数输入油藏数值模型进行出J-A2井的水量拟合。绿色曲线为实际出水量曲线，蓝色曲线为拟合结果，两条曲线吻合度较好(图12)，说明实际出水量拟合较好，与地质估算倍数相吻合，证实了储层刻画及水体倍数计算的有效性，有效指导了研究区油藏数值拟合，为出水井治理及研究区挖潜提供了重要地质依据。