钙质砂岩强轴影响下的深水扇储层预测技术

2023-02-14黄饶侯昕晔牛聪纪沫叶云飞王志红

石油地球物理勘探 2023年1期

黄饶，侯昕晔，牛聪，纪沫，叶云飞，王志红

(中海油研究总院有限责任公司, 北京 100028)

0 引言

深水扇储层是当前油气勘探、开发热点目标。相比陆地和浅水沉积，深水岩性油气勘探、开发成本高且风险大[1-4]。因此，准确预测深水扇砂岩储层并落实岩性圈闭边界对于深水岩性油气藏勘探尤为重要。地震反演是储层预测的主要途径，与叠后波阻抗反演相比，叠前地震反演可得到更丰富的储层信息，提高储层描述的精度[5-8]。随着AVO(振幅随炮检距变化)技术和弹性波阻抗反演技术的发展，针对不同勘探需求与地球物理问题，学者们构建了很多对岩性、含油气性敏感的地震属性。如：Quakenbush等[9]提出了兼具泊松比和密度两种属性特点的泊松阻抗属性，该属性较常规阻抗属性易于分辨储层岩性和流体，而且消除了泥岩背景压实趋势的影响。孙喜新[10]将泊松阻抗用于平湖砂岩气藏检测，取得了较好的效果。解吉高等[11]将泊松阻抗应用到西非海岸盆地浊积水道储层预测和烃类检测中，利用该属性发现了一批有利勘探目标。Mazumdar[12]在泊松阻抗的基础上进一步提出了泊松阻尼因子属性。秦德文等[13]通过叠前反演得到的泊松阻尼因子属性在检测高孔砂岩方面取得了较好的应用效果。黄饶等[14]将泊松阻抗和烃类指示属性应用于深水浊积砂岩油藏预测中，取得了较好的应用效果。张平平等[15]将岩心测试结果与测井数据分析相结合，优选剪切模量、泊松比、杨氏模量三种岩石物理参数构建的储层敏感因子，提高了渤海中、深层储层预测的精度。周游等[16]针对东营凹陷董集洼陷储层“埋藏深、规模小、厚度薄、含灰质”的特点，开展了叠前地震反演技术研究，找到了该区有效的岩性识别因子。

研究区位于珠江口盆地白云凹陷北坡鼻状构造带倾末端，南侧紧邻白云主凹，水深约500 m，主要目的层珠江组下段是陆坡重力流水道—朵叶复合体沉积。已钻井证实鼻状构造带具有“近洼优聚”的特征，并明确研究区位于油气向北部斜坡运移的通道上，而研究区N构造在珠江组下段探明储量仅为40.83亿方，勘探潜力巨大，综合研究认为珠江组陆架坡折之下发育的陆坡深水扇岩性体是有利的勘探方向。

珠江口盆地白云深水区主要目的层普遍发育钙质砂岩，珠江组L砂岩顶界面地震波谷表现为连续强反射特征，给深水扇储层预测及岩性圈闭边界落实带来很大困难，影响了该区下一步勘探决策。为此，本文首先分析了储层测井响应特征，然后从地震正演出发，综合分析了影响砂岩储层地震响应特征的因素以及单参数纵、横波速度比VP/VS岩性识别能力降低的原因；然后基于叠前反演得到纵波阻抗IP和VP/VS属性，提出了一种新的岩性指示因子，实现了对珠江组深水扇砂体的精确识别，并落实了该岩性目标的边界，为岩性圈闭评价奠定了坚实的基础。实际应用表明，所提方法预测结果与钻井吻合率高。

1 储层地球物理响应特征

1.1 储层测井响应特征

研究区共有W1、W2、W3三口钻井。其中W1、W2井所属构造为陆架边缘三角洲沉积，钻井揭示珠江组下段发育一套细砂岩，属于中孔、中渗型储集层。以W1井为例，其孔隙度为18.2%，渗透率为29.2 mD，砂岩厚度为42.2 m，测井综合解释为上气下水，气层厚为29.1 m。W1井的细砂岩顶部发育一套钙质细砂岩，单层厚约11 m，具有明显的高纵波速度(VP)、高横波速度(VS)、高密度的特征；细砂岩具有低VP、低密度特征，VS介于上覆泥岩与钙质砂岩之间(图1a)；据前人研究知W1井构造沉积环境比较稳定，砂岩具有同一气水界面(约3684 m)。W3井所属构造为深水扇沉积，储层岩性为细砂岩，最大孔隙度为16%，最大渗透率为6.2 mD，具有低VP、低密度特征，VS介于上覆泥岩和钙质砂岩之间；在细砂岩顶部发育一厚一薄两套钙质细砂岩，由20 m厚的泥岩隔开，紧邻细砂岩的是一套由5层薄钙质砂岩组成的地层，累计厚度为7 m，具有高VP、高VS、高密度的特征(图1b)。W3井在珠江组下段气层厚度为29.3 m，气层顶深为3910.2 m，深度大于W1井构造的气水界面，说明W3井与W1、W2井分属两个油水系统，两个构造的砂体不连通。

图1 W1井(a)、W3井(b)测井曲线

1.2 储层地震响应特征

1.2.1 储层叠后振幅响应特征分析

图2a是过W1、W2、W3三井的连井深度域地震剖面。由图可见，珠江组L砂岩储层均表现为“亮点”特征。已钻井标定结果表明，珠江组L砂岩表现为低阻抗特征，砂岩顶面对应的地震波谷在地震剖面上表现为连续反射，使岩性圈闭边界落实难度大，同时也难以解释钻井揭示的W1、W3井构造砂体不连通现象。

为此，本文开展了地震正演模拟研究，采用高阶有限差分方法数值求解波动方程，精确模拟自激自收地震数据[17]。首先，根据实际地震资料建立两种地质模型：钙质砂岩下方发育泥岩(图2b)与钙质砂岩下方发育砂岩和泥岩(图2d)。模型参数取自工区内已钻井珠江组的实际岩性，测井曲线经方波化处理后可得到背景泥岩、钙质砂岩、砂岩的速度和密度ρ(表1)。正演模拟研究表明，当钙质砂岩下方只发育泥岩时，正演结果(图2c)与实际地震剖面不符；而当模型钙质砂岩下方发育存在尖灭的砂岩时，正演结果与实际地震剖面相符，砂岩表现为“两波峰夹一波谷”的反射特征，砂体尖灭点表现为“上波峰和波谷连续、下波峰尖灭”的反射特征(图2e)。上述正演模拟结果表明：钙质砂岩的强反射会掩盖下方砂岩真实的反射特征变化，导致砂岩顶面对应的地震波谷呈现连续反射特征；下波峰为砂岩的真实反映，可以指示砂体尖灭点位置。

图2 两种地质模型及正演模拟结果

1.2.2 储层叠前AVO响应特征分析

图3为W1、W3两井的井旁地震道及含气砂岩顶、底反射AVO特征。W1井含气砂岩顶界面振幅先增强后减弱，拟合AVO曲线截距很大，但梯度很小，AVO异常特征不明显；W3井的含气砂岩顶界面则具有明显的远道增强的第三类AVO异常，截距较小，但梯度很大。W1井含气砂岩底界面振幅亦是先增强后减弱，拟合AVO曲线仍然是第三类AVO异常；W3井含气砂岩底界面具有明显的远道增强的第三类AVO异常，且梯度比W1井明显更大。以上AVO分析结果表明，W1井砂岩顶、底的AVO异常特征均弱于W3井，然而根据图1分析可知，W1井的储层物性与含气性均优于W3井，二者相互矛盾。

图3 W1(a)、W3(b)井旁地震道及含气砂岩顶(c)、底(d)AVO特征

为了解释这一现象，基于研究区内实际钻遇岩性的弹性参数(表1)设计了一系列正演模型，采用20 Hz雷克子波和Zoeppritz方程进行AVO正演模拟，得到不同岩性组合的AVO正演道集。

表1 不同岩性的弹性参数

当模型结构为“泥岩—含气砂岩—泥岩”时，砂岩顶面表现为远道增强的第三类AVO异常(图4a右)；当模型结构为“泥岩—钙质砂岩—泥岩”时，钙质砂岩底面表现为远道逐渐减弱的第四类AVO异常(图4b右)。当含气砂岩顶界面存在钙质砂岩且钙质砂岩厚度由10 m变为30 m时(图5)，砂岩顶面AVO异常由第三类变为第四类，而砂岩底面AVO异常仍为第三类AVO异常，只是截距和梯度都逐渐变小。分析认为当含气砂岩之上覆盖钙质砂岩时，含气砂岩顶、底界面的AVO异常是由第三类AVO异常(图4a)和第四类AVO异常(图4b)两者振幅平衡的结果，且含气砂岩顶界面反射(波谷)受到的影响更大，而底界面反射(下波峰)受到的影响较小。由于 W1井中钙质砂岩比W3井略厚，因此钙质砂岩对W1井的影响更大，这样就解释了图3反映的现象。综上，研究区珠江组L砂岩的AVO异常受钙质砂岩影响较大，钙质砂岩的存在会改变含气砂岩AVO曲线的变化规律，而下波峰受到的影响更小，更有利于刻画砂岩储层。

图4 厚层泥岩背景下不同岩性模型正演模拟及AVO响应

图5 钙质砂岩厚度H为10、20、30 m时正演模拟(a)及含气砂岩顶(b)、底(c)界面的AVO响应曲线对比

2 岩性指示因子叠前反演技术

2.1 岩性指示因子的提出

岩石物理分析表明，珠江组L砂岩表现为低VP/VS、低纵波阻抗特征，泥岩表现为高VP/VS、相对高阻抗特征，钙质细砂岩表现为高VP/VS、高阻抗特征。理论上可以通过叠前反演得到VP/VS、IP结果，然后利用双参数交会分析对珠江组砂体进行描述(图6a)。但是理论方法在实际应用中不可行，一方面是由于测井曲线交会得到的砂、泥岩门槛值与地震反演的门槛值有差别，另一方面是由于双参数交会分析受解释人员主观因素的影响较大，不利于岩性圈闭评价中对砂体顶、底界面和砂体边界的解释。因此，实际工作中往往更多应用单参数，如常用的岩性识别参数VP/VS(图6b)。

然而由于钙质砂岩的存在，改变了含气砂岩的AVO异常，使含气砂岩的AVO梯度变小，从而降低了单参数VP/VS在本区的岩性识别能力，不利于岩性圈闭识别。因此，需要找到一个更有效的岩性指示参数。利用Zoeppritz方程的简化方程Shuey公式给出P波反射系数RP(θ)与sin2θ的近似关系[18-20]

RP(θ)=A+Bsin2θ

(1)

(2)

(3)

式中：θ为入射角；A是垂直入射时的纵波反射系数，称为截距；B是纵波反射振幅随sin2θ变化的梯度；σ为反射界面上、下介质的泊松比；ΔVP、Δρ、Δσ分别为反射界面上、下介质的纵波速度、密度、泊松比的变化量。

假设背景的泊松比σ=1/3，则有

B=2.25Δσ-A

(4)

(5)

从式(4)、式(5)可以看出，VP/VS主要表征与B相关的信息，当上覆泥岩介质一定时，砂岩的VP/VS越小，则砂岩的泊松比越小，Δσ越大，砂岩储层顶界面的B越大；反之亦成立。

根据本区砂岩低阻抗特征，将IP看成截距，VP/VS看成梯度，仿造AVO分析中的P×G属性，构建岩性指示因子IP×(VP/VS)(纵波阻抗乘以VP/VS)，进一步放大砂岩的异常特征，提高岩性区分能力。如图6c所示，基于该岩性指示因子的叠前反演技术进行砂岩平面展布规律预测，设定岩性指示因子小于19000g·cm-3·m·s-1为砂岩，可更容易划分砂、泥岩范围。

图6 研究区目的层段岩石物理参数交会分析

2.2 方法有效性试验

图7为过W1、W2、W3井叠前反演VP/VS属性和新构建的岩性指示因子IP×(VP/VS)属性剖面，剖面中红色代表砂岩，曲线为泥质含量。VP/VS属性预测珠江组L砂岩结果与钻井吻合较好，但W1、W2两井VP/VS值整体高于W3井，与钻井事实不符；并且在VP/VS最小值平面图上W1、W2井区砂岩的边界模糊(图 8a)，不利于岩性目标评价。而岩性指示因子IP×(VP/VS)预测的砂岩结果与钻井揭示吻合更好，由图7b可见W1、W2井所在的构造与W3井所在构造的珠江组砂体之间存在岩性边界，判断为两套砂体，与钻后认识一致；且在岩性指示因子最小值平面图上砂体边界更清楚(图8b)。说明新构建的岩性指示因子更适合对本区储层岩性、物性的刻画。

图7 连井叠前反演VP/VS(a)和IP×(VP/VS)(b)属性剖面

图8 珠江组L砂岩VP/VS属性(a)和IP×(VP/VS)(b)的最小值平面分布

3 应用效果

利用深度偏移获得的层速度将叠前反演得到的岩性指示因子数据体转换到深度域，得到深度域岩性指示因子，开展珠江组砂体的平面展布规律预测。图9为珠江组下段岩性指示因子反演结果，以及基于该结果落实的珠江组下段N构造4、5、6号三个有利岩性圈闭，三个圈闭之间主要由断层隔开。4号圈闭呈近东西向展布的长条状形态，为北西方向上倾尖灭的物性较好的砂体岩性圈闭；5号岩性圈闭东、西以两条NWW向断层为界，上倾方向以岩性指示因子落实的砂体尖灭为界；6号圈闭夹于两条NWW走向、倾向相反的正断层之间的垒块之上，整体以岩性边界为界，形态在一定程度上受控于这两条正断层，过6号圈闭的反演剖面显示上倾方向的岩性尖灭特征明显。三个圈闭的有效性评价良好，该研究成果对N构造的下一步钻探部署具有重要指导意义。