薄储层综合预测技术在新疆塔里木盆地WS凸起的应用

程 莎，万应明，赵建强，丁艳红，闫有平，吴树奎，胡亚东，刘飞飞，王 薇

(1.中石化石油工程地球物理有限公司华北分公司,河南 郑州 450046;2.华北油气分公司石油工程技术研究院,河南 郑州 450000)

1 引言

随着勘探技术的发展,目标地质体逐步向复杂的岩性油气藏转变,而薄储层的精确识别是现阶段岩性油气藏的一个技术难题[1-2]。常规测井约束下的稀疏脉冲反演以及拟声波反演的特点是纵向分辨率低,横向分辨率高,只能预测大套目标储层展布,其内部信息少,纵向上无法区分各砂组,其平面展布形态也只能区分储层与非储层,且信息少,无法根据砂体的变化解释高低部位油水关系的矛盾,应用效果差[3-5],需要寻找合适的储层预测方法,精确描述砂组或单砂体的展布。

本文根据研究区内钻井分布不均匀,且工区北部深度较深、无钻井资料的特点,选择稀疏脉冲反演的方法进行塔里木盆地WS地区吉迪克组储层预测,尽管其纵向上受到地震采样率的影响,从而分辨率低,但其反演过程忠实于地震资料,对反映本区砂层组横向全貌能起到控制作用。针对研究区内西南部赛克地区吉迪克组三段的砂体纵向薄,横向变化快且连通性差,砂体规模较小,呈团块状分布的特点,选取地质统计学反演,在相控约束条件下,能够分辨出吉迪克组Ⅲ油组的砂体展布特征。多资料、多反演方法的综合应用,最大限度地降低了储层预测的多解性,为塔里木盆地WS地区储层的精细刻画以及岩性圈闭的圈定提供了可靠依据[6-9]。

2 研究区概况

WS凸起位于塔里木盆地柯坪隆起东段,呈北东向展布,西邻阿合奇凸起,东接塔北隆起,北以乌什南断裂及东缘断裂与乌什凹陷和拜城凹陷相过渡,南以沙井子断裂与阿瓦提凹陷相分开,WS凸起是一个长期发育的残余古隆起[10-11](图1)。

新近系吉迪克组沉积前,WS凸起持续隆升,地层遭受剥蚀或未接受沉积,凸起核部地层主要由前震旦系组成,上部覆盖着新近系和第四系。新近系康村组沉积前,WS凸起停止隆升活动,东北部低部位接受吉迪克组中晚期沉积,西南部高部位接受吉迪克组晚期沉积。新近系库车组沉积前,WS凸起局部抬升,地层向东遭受剥蚀。现今,WS凸起为西高东低的鼻状构造,属于夹持在乌什凹陷和阿瓦提凹陷中间的一个古隆起,潜山内幕碳酸盐岩发育地层包括震旦系、中下寒武统及疑似的下奥陶统等地层[12-15],其中震旦系发育上统齐格布拉克组地层,寒武系发育下统玉尔吐斯组、肖尔布拉克组地层,碳酸盐岩主要发育于WS凸起南北的两侧。WS凸起地层整体分布呈东多西少、轴秃坡覆的格局[16-17],自下而上地层主要为中元古界阿克苏群、下古生界寒武系、新生界新近系、第四系(图2)。下古生界寒武系、新生界新近系为研究区块的主要含油气层系,中元古界阿克苏群为次要含油气层系。新近系自下而上发育吉迪克组、康村组、库车组。吉迪克组二段和三段为区块内目前主要的开发层系,其中,吉迪克二段细分Ⅰ、Ⅱ油层组,吉迪克三段细分Ⅲ、Ⅳ油层组,元古界潜山变质岩和碳酸盐岩为Ⅴ油组(表1)。

图1 研究区位置示意图Fig.1 Location of the study area

表1 地层划分简表

图2 过WS凸起地层展布特征剖面Fig.2 Stratigraphic distribution characteristics profile crossing WS uplift area

受喜山晚期造山运动影响,WS凸起基底隆升,浅层上拱,形成了—系列复杂的近北东向断裂系统[18-19],纵向上主要发育两套断裂带,以潜山面为界,下部断裂系统主要以逆断层为主,断穿寒武系、震旦系及其下部地层,部分断层向上断至吉迪克组。平面上展布方向主要是北东东向、北东向,主要发育在研究区北部。剖面上表现为压扭性走滑断层特征,造成了部分地层的缺失与减薄,断层产状总体相对平缓。构造样式主要为“Y”字型和花状构造,上部断裂系统主要为正断层,断穿吉迪克组地层及其上部地层,主要发育在研究区西南部赛克地区,剖面上表现为平面式正断层特征,断层产状较陡(图3)。

区域沉积成果表明,WS地区新近系吉迪克组主要为三角洲前缘-滨浅湖亚相沉积,岩性基本以细砂岩-粉砂岩-泥质粉砂岩为主,砂体单层较薄,平均厚度2 m左右,与泥岩互层,物源方向来自北部,向东南方向逐渐入湖。吉迪克组一段在温北地区、红旗坡地区沉积微相主体为三角洲前缘水下分流河道微相-前三角洲席状砂微相沉积,岩性主要以细砂岩、粉砂岩为主,在赛克地区发育滩坝砂微相,岩性较细,以粉砂岩或泥质粉砂岩为主;吉迪克组二段以三角洲前缘亚相沉积为主,岩性为细砂岩-粉砂岩-泥质粉砂岩,在赛克地区发育滩坝砂微相,岩性较细,以粉砂岩或泥质粉砂岩为主;吉迪克组三段在研究区内以前三角洲-滨浅湖亚相沉积为主,赛克地区发育滩坝、席状砂,岩性以泥岩为主,夹薄层砂岩[20-24](图4)。

图3 F1断层剖面特征Fig.3 F1 fault profile characteristics

图4 WS地区吉迪克组三段沉积相平面Fig.4 Sedimentary facies plan of Sand-Ⅲ member of Gidike formation in WS uplift area

3 技术方法

3.1 敏感参数分析

储层敏感参数分析主要利用各种测井数据与岩性、测试数据进行多种交会图、直方图分析,针对地质划分出的每一个目的层位,对多井同一层段的测井参数在等时地质界面的约束下进行分析,以确定每一个目的层位的各种岩性、测试信息与测井参数的对应关系,以及储层参数的截止值,然后根据储层的测井敏感参数,优选反演方法,设计反演方案,为最终的储层预测结果提供可靠的岩石物理基础。

3.2 稀疏脉冲反演

稀疏脉冲反演是基于道的反演,它的实质是在阻抗趋势的约束下,用最少数目的反射稀疏脉冲达到合成记录与地震道的最佳匹配。尽管其纵向上受到地震采样率的影响而分辨率低,但其反演过程忠实于地震资料,对反映本区砂层组横向全貌能起到控制作用。约束稀疏脉冲反演最大特色在于：它是以测井声波阻抗为骨架,在地震资料层位解释结果产生的地质模型内,对工区内所有穿越此模型的探井的波阻抗的动态变化范围进行内插外推,从而确定出各个待反演地震道各采样点上的波阻抗动态范围,即应用该方法反演的波阻抗值应不超出此动态变化范围。所以,不同的约束条件会产生不同的反演结果,约束条件给定得越合理,反演的结果就越可靠。在波阻抗动态范围的确定过程中,可进行人工干预,从而实现应用各种地质先验信息来控制反演结果、减少多解性的目的。另外,约束稀疏脉冲反演在低频信息的处理上提供了多种的选择,这其中包括应用速度谱资料以及从声波测井曲线中提取的低频信息作为对地震资料中所缺失的低频速度信息的补偿。由于从地震速度谱提取的低频速度的频率范围仅为0～3 Hz,并不能完全满足反演的需要,而测井资料可以看成是全波段的,由其滤波产生的低频信息只要具有代表性,就是弥补地震反演资料低频信息的最佳选择。

3.3 地质统计学反演

地质统计学是基于概率意义上的随机模拟,地质统计学反演方法将随机建模技术与常规地震反演相结合,有效地综合地质、测井和三维地震数据,可以更加精确地描述储层的变化。在执行地质统计学反演前,首先应用稀疏脉冲约束反演,了解储层的大致分布,以求取子波和水平变差函数。地质统计学反演从井点出发,井间以原始地震数据作为硬数据,通过随机模拟产生井间波阻抗,然后将波阻抗转换成反射系数,并用确定性反演方法求得的子波褶积产生地震道,通过反复迭代直至合成地震道与原始地震数据达到一定程度的匹配,反演结果由多个等概率的波阻抗数据体实现。反演结果符合输入数据的地质统计学特征,并受地质模型的约束,它综合了测井的纵向采样密集、垂向分辨率高的特点和地震覆盖面广、横向分辨率高的优势,极大地提高了预测结果的整体分辨率,从而更加精确地描述储层细微的变化。

4 应用实例

4.1 敏感参数分析应用效果

图5为研究区吉迪克组岩性敏感参数分析图,其中,图5(a)为密度(Density,简称DEN)、自然伽马(Gamma Ray,简称GR)和泥质含量(Shale Content,简称VSH)交会,图5(b)为声波时差(Interval Transit Time,简称DT)-GR-VSH交会,图中色标为VSH,低值表示砂岩,高值表示泥岩。从图中可以看出,密度和声波时差对岩性区分效果差,即密度和声波时差无法有效区分砂、泥岩,而自然伽马和泥质含量有较好的高低对应关系。图6为砂、泥岩纵波阻抗、自然伽马直方图及交会图,从图中分析可以发现,相比于纵波阻抗,自然伽马曲线能更好地识别砂、泥岩,因此需开展自然伽马协模拟工作,在波阻抗反演的基础上求取自然伽马体,利用自然伽马体实现定量刻画吉迪克组Ⅲ油组储层空间展布规律。

图5 储层敏感参数交会分析Fig.5 Intersection analysis of reservoir sensitive parameters

图6 砂、泥岩纵波阻抗、自然伽马直方图及交会图Fig.6 Longitudinal wave impedance, natural gamma histogram and intersection of sand and mudstone

4.2 稀疏脉冲反演应用效果

通过测井约束稀疏脉冲反演结果整体分析可以发现,吉迪克组自三段以上至该组顶面整体上呈现进积的沉积特征,主要为反旋回沉积,砂体逐渐发育,吉迪克组一段砂体全区均有发育;吉迪克组二段砂体主要分布在温北、赛克、柯克牙地区,横向具有一定的非均质性;吉迪克组三段砂体发育区在温北、赛克地区局部发育,单个砂体较小,横向不连通。砂体发育区由下至上逐渐向北迁移,与实际沉积情况吻合(图7～图9)。

图7 WS地区吉迪克组一段波阻抗平面属性Fig.7 Wave impedance plane properties of the Sand-Ⅰ member of Gidike formation in WS uplift area

图8 WS地区吉迪克组二段波阻抗平面属性Fig.8 Wave impedance plane properties of the Sand-Ⅱ member of Gidike Formation in WS uplift area

图9 WS地区吉迪克组三段波阻抗平面属性Fig.9 Wave impedance plane properties of the Sand-Ⅲ member of Gidike Formation in WS uplift area

4.3 地质统计学反演应用效果

利用处理后的数据体对赛克地区内4口井进行反演标定,合成记录与实际地震道吻合程度好,相关性高,反演参与井(SK6、SK17、XWD1、XWD2)的井旁道子波形态统一,子波旁瓣小,满足反演需求(图10)。根据对研究区内岩石类型分析,将目的层主要划分为砂岩和泥岩两种类型,进行砂泥岩概率密度函数(Probability Density Function,以下简称为PDF)交汇分析,PDF是用来描述事件在某个点或者某个区间内发生的概率大小。从PDF交汇中可以发现,研究区内波阻抗、密度等对岩性识别效果差,自然伽马曲线对砂泥岩区分最为敏感(图11)。变差函数控制着反演效果的纵向、横向分辨率,横向变程决定地质体分布范围,纵向变程决定对地质体厚度的分辨能力。一般横向变程的确定需要利用确定性反演的结果加上研究人员对该区的地质认识来加以综合地判定。根据吉迪克组三段砂体分布特征及井点实测样点数据分析,选取纵向变程4 ms,横向变程500 m作为反演变差函数。

图10 参与反演井旁道地震子波叠合Fig.10 Seismic wavelet of well side channels superposition diagram participated in inversion

图11 PDF函数设置Fig.11 PDF function settings

从岩石物理敏感性分析来看,赛克地区吉迪克组三段储层波阻抗响应差,基本不能区分砂岩、泥岩,但自然伽马曲线可以有效识别,因此在波阻抗反演基础上,开展自然伽马协模拟工作,从敏感参数交汇分析可知,以自然伽马值小于90 API,砂岩概率大于50 %为标准,圈定有效储层发育区。

从反演效果显示,与已钻井岩性吻合度高,说明反演参数设定合理。最后利用有井约束进行反演,从反演的对比图上可以看到,SK6井自然伽马协模拟与砂岩概率结果相似程度高、与井的吻合程度好,剖面细节丰富(图12)。

图12 SK6井地质统计学协模拟自然伽马反演剖面Fig.12 Inversion profile passing though SK6 well using geostatistical co-simulation natural gamma inversion method

最大砂岩概率及最小自然伽马属性图显示,赛克地区Ⅲ油组储层横向非均质性强,平面上储层发育区基本集中在北部,向南逐渐变差,与实际沉积特征较为匹配,物源来自研究区北部,在赛克地区主要为三角洲前缘席状砂、滩坝等沉积微相(图13、图14)。

图13 赛克地区吉迪克组三段最大砂岩概率属性Fig.13 Maximum sandstone probability attribute map of the Sand-Ⅲ member of Gidike formation in SK region

图14 赛克地区吉迪克组三段最小自然伽马属性Fig.14 Minimum sandstone probability attribute map of the Sand-Ⅲ member of Gidike formation in SK region

图15 WS地区吉迪克组有利区带划分Fig.15 Favorable zone division of the Gidike formation in WS uplift area

4.4 有利区带优选

图16 WS地区吉迪克组一、二、三段及基底顶面构造圈闭叠合Fig.16 Structural Traps superimposed with the top surface of Sand-Ⅰ, Sand-Ⅱ and Sand-Ⅲ member of Gidike formation and the basement in WS uplift area

图17 WS地区吉迪克组一段频率衰减异常、高频油气衰减Fig.17 Abnormal frequency attenuation and high frequency oil and gas attenuation of the Sand-Ⅰ member of Gidike formation in WS uplift area

从整体来看,吉迪克组沿F1断裂的一系列断背斜、断块圈闭聚集成藏,因此沿F1断裂条带最为有利,以构造油气藏为主,为Ⅰ类有利区;中部的柯克牙构造带、北部老龙口构造带次之,以构造-岩性圈闭为主,为Ⅱ类有利区;南部的赛克构造以构造圈闭、构造-岩性圈闭为主,为Ⅲ类有利区(图15、图16)。应用高频油气衰减和频率衰减异常两种技术对研究区进行了烃类检测。流体被骨架“锁住”时,在某一低频率上,地震波衰减最小而振幅最大,即发生“低频共振”现象;随着频率增加,由于惯性作用,流体与固体之间的相对运动速度增大,在某一频率处,地震波衰减最大,而振幅最小,发生“高频衰减”现象。频率衰减异常分析方法主要是通过时频分析技术得到的单道二维谱,在一定低频范围内,将极值与平均值之差作为频率衰减异常值(Absorption Value,ABV),反映油气造成的低频谐振现象[25-30]。吉迪克组烃类检测结果表明：吉迪克组一段在赛克油田、温北油田等构造背景区域有较低程度的油气响应(图17);吉迪克组二段油气响应增多,主要集中在赛克地区、温北地区、WC1井以北等具有构造背景的区域(图18);吉迪克组三段油气显示集中在F1断裂带与F2断裂带之间的斜坡区,由于该段泥岩较为发育,因此容易在北东向斜坡上形成上倾尖灭的岩性油气藏,整体呈现油气自东向西,油层逐步往浅层走的特征(图19),所预测结果与实际情况较为吻合,在I类有利区类包括温北油田、H26井区、H11井区等,在吉迪克组Ⅰ油组、Ⅱ油组、Ⅲ油组均有不同程度的油气发现。

图18 WS地区吉迪克组二段频率衰减异常、高频油气衰减Fig.18 Abnormal frequency attenuation and high frequency oil and gas Attenuation of the Sand-Ⅱ member of Gidike formation in WS uplift area

图19 WS地区吉迪克组三段频率衰减异常、高频油气衰减Fig.19 Abnormal frequency attenuation and high frequency oil and gas Attenuation of the Sand- Ⅲ member of Gidike formation in WS uplift area

5 结论

1)WS凸起的形成演化受多期构造运动的影响,形成了以潜山面为界,上部以北东东向正断层为主,下部以北东东向、北东向逆断层为主的“Y”字型和花状构造样式的断裂系统;温宿凸起地层发育自下而上为中元古界阿克苏群、下古生界寒武系、新生界新近系、第四系,呈东多西少、轴秃坡覆的分布格局。

2)WS凸起吉迪克组横向非均质性强,以泥岩和薄砂岩互层,相比单一反演方法,稀疏脉冲反演和地质统计学协自然伽马模拟相结合的反演技术不仅能对研究区内横向全貌进行预测,而且能够提高纵向分辨率,有效识别出薄砂体。

3)WS凸起吉迪克组整体上呈现进积的反旋回沉积特征,油气主要来源于北部库车坳陷,沿新近系底不整合面横向运移,在输导路径上的圈闭聚集成藏,在F1断裂带形成的一系列断背斜、断块圈闭最为有利,油气勘探潜力巨大。

致谢

感谢中曼石油在此研究中给予了很多基础数据及前任研究成果;感谢中石化地球物理公司专家徐照营在反演方法研究中给予了宝贵的意见和建议!