川西侏羅系復雜河道精細刻畫及沉積相帶識別

劉興艷,李墨寒,葉泰然

(1.中國石油化工股份有限公司西南油氣分公司勘探開發研究院,四川成都610041;2.西南大學地理科學學院,重慶400715;3.中國石油化工股份有限公司西南油氣分公司,四川成都610041)

利用以地震技術為主的地球物理勘探技術實現地下地層成像是目前石油天然氣勘探開發重要技術手段,一方面可實現地下構造、斷層等成像;另一方面,可實現不同巖層三維空間形態成像,目前已衍生了地震地層學、地震沉積學等多個分支學科[1]。就陸相地層中巖性油氣藏勘探開發而言,河流及三角洲相帶所沉積的砂巖是主要的儲集層,識別和精細刻畫地下埋深數千米的古河道砂巖儲層一直是石油天然氣勘探開發的重要研究內容。

川西坳陷侏羅系巖性氣藏埋深1000～3000m,主力層系蓬萊鎮組(JP)、沙溪廟組(JS)砂巖儲層主要受三角洲平原-前緣分流河道控制。三維地震儲層預測技術在該區的應用始于上世紀九十年代,是前期氣藏勘探開發關鍵技術[2-3]。2010年以前,主要在成都凹陷周邊正向構造上建成新場、馬井、洛帶等氣田。2011年以來,勘探開發主要目標逐漸轉向斜坡區及凹陷區河道砂巖氣藏[4-5],氣藏具有“深源淺聚、斷砂輸導、相帶控砂、河道控儲、物性控產”的總體特征,復雜致密薄窄河道砂巖儲層成為主要開發建產目標,儲層主要特征為:儲層致密,沙溪廟組及蓬萊鎮組孔隙度平均值分別為8.6%和9.3%,滲透率平均值分別為0.21mD(1mD≈0.987×10-3μm2)和0.55mD;河道寬度一般低于1000m,多為200～500m,較早期新場氣田沙溪廟組毯狀河道砂寬度明顯變窄[2];河道縱向多期次發育,橫向多河道交織,其中,蓬萊鎮組縱向劃分出29套砂組,沙溪廟組縱向劃分出11套砂組,各砂組由1～3層小層砂體組成,砂體厚度薄,一般低于20m,多為5～15m。河道相帶精細刻畫是困擾川西侏羅系氣藏勘探開發主要技術瓶頸之一,巖石物理分析表明,受儲層致密影響,儲層波阻抗高,與圍巖波阻抗差異小,儲層與圍巖波阻抗疊置較為嚴重,隱蔽性強,以前采用常規振幅、相干、分頻解釋等河道相帶技術刻畫的結果難以滿足生產需要[5-10];利用巖性反演方法識別河道相帶不理想,如:在已鉆井較少的情況下,目前普遍應用的地質統計學反演方法精度受限[11]。此外,沉積相帶準確識別亦是困擾復雜河道砂巖氣藏地質認識與評價的難題,尤其是鉆井分布密度小的斜坡及凹陷區,地質認識程度低,地質-地球物理結合不夠,對沉積相帶的劃分不準確,制約了儲層預測的精度。

針對復雜致密河道砂巖儲層預測難點,形成了“相控找砂、砂中選優”的研究思路和“宏觀-微觀、定性-定量、逐級約束、逐步逼近”的技術策略,以地震相帶及儲層刻畫與描述為技術創新研發為重點,通過持續攻關與勘探開發實踐,形成了波形分類技術、體分頻像素成像技術、多河道分期剝離及三維空間刻畫等關鍵技術,較為系統地解決了河道邊界及內幕準確刻畫、多河道分期、三維空間多河道描述等難題,河道邊界及內幕刻畫效果較傳統單一屬性明顯提升,同一地震相位內多條河道分期次剝離,為復雜河道砂巖氣藏單河道評價、多河道立體開發發揮了極為重要的支撐作用。在此基礎上,采用將今論古的研究思路,開展地震成像結果與現今地表典型地貌對比研究,結合沉積相劃分原則及沉積學規律,綜合利用少數鉆井資料即可準確識別和劃分地下河道沉積相帶特征,有效圈定受優勢河道相帶控制的優質儲層的分布,提升了有利沉積相帶預測精度。所部署的評價及開發井河道砂巖儲層鉆遇率明顯提高,應用效果較好。

1 河道相帶刻畫關鍵技術

1.1 波形分類技術

陸相沉積地層地震反射波形信息(振幅、頻率、相位及連續性等)與砂泥巖組合樣式、巖性、厚度、物性以及含油氣性等多種因素相關。地震模型正演及統計分析表明,儲層沉積微相、巖性組合的變化是引起地震反射波形變化的重要原因之一,這為利用地震波形變化信息預測沉積相帶、刻畫相帶內地層的非均質性提供了理論依據。三維地震波形分類技術是沉積相帶預測普遍采用的技術,尤其對于地層厚度變化較小,地震反射結構以平行-亞平行為主的地層應用效果較好。該技術采用神經網絡方法對地震波形進行分類處理,將不同的波形以相類形式反映出來,結合地質、鉆井、測井分析,把代表同一類沉積相的地震反射波分為一類,以此來代表同一沉積相帶或微相,針對疊置河道發育區,該技術還可描述河道相帶內砂體疊置關系[12-13]。

圖1 成都凹陷什邡氣田砂組波形分類

1.2 體分頻像素成像技術

分頻屬性融合技術對沉積相帶及儲層的刻畫效果較常規單一屬性分析的效果改善明顯,該分頻解釋技術對三維地震資料進行特殊處理,產生具有單一頻率的一系列振幅調諧體和離散頻率能量體,人工篩選低、中、高單頻振幅屬性進行三原色平面融合[9],但刻畫結果差異性較大,影響預測精度,且操作不太方便。近年來發展的體分頻像素成像技術是頻變能量融合處理與體分頻處理兩項技術的聯合運用[12],針對河道砂巖厚度多變、陸相沉積圍巖多變、砂巖與泥巖組合方式多變、物性多變等非均質性特點,在高保真去噪目標處理基礎上,利用小時窗內不同頻段對不同厚度地質異常體邊界識別的敏感性,通過高低頻融合實現相帶的清晰成像。該方法是在像素去噪處理后的地震數據體上,開展基于小波變換的體分頻處理,即采用一系列不同的頻率和帶寬Gabor子波,對地震道進行分頻處理,得到各個不同頻率帶的振幅能量體和相位體,賦予每一單頻振幅能量體一種顏色(通常是紅、綠、藍色中的一種),單頻振幅能量體內不同采樣點處依據能量差異賦予同種顏色不同的亮度和強度,最后將各單頻地震振幅能量體同一點處不同顏色的亮度和強度按照RGB混合方式融合形成一個頻率能量體。對地震數據進行全頻段掃描,用不同頻率的調諧振幅變化來研究河道砂體的橫向變化特征,調諧振幅的強弱與亮度對應,可觀察到厚度不同的同期沉積地質體的分布范圍,實現地質體外形的整體刻畫,使相帶連續性、相帶邊界刻畫能力提高,并以此來識別地質體邊界、疊置關系及發育期次,其識別結果較常規地震振幅屬性縱橫向分辨率和清晰度明顯提升。

1.3 多河道分期剝離及三維空間刻畫技術

多河道交織是河流三角洲相的普遍特征之一,而復合相位或單相位內疊置河道分期次刻畫是氣藏開發必須要解決的技術難點。在借鑒前人單河道識別方法的基礎上[14],基于不同埋深、走向、厚度、物性等河道地質特征差異對地震反射時間、能量及頻率的影響,綜合應用地震剖面河道沉積位置比較、三維可視化子體追蹤技術、體分頻像素成像技術,通過井震一體化綜合分析,可實現同一相位內疊置河道期次識別與劃分,在中江氣田沙溪廟組氣藏地震同一復合相位內,實現了3～4期河道分期剝離。

圖2 什邡氣田蓬萊鎮組砂組振幅屬性(a)與體分頻像素成像(b)

圖3 中江氣田沙溪廟組砂組體分頻像素成像

三維可視化技術、體分頻像素成像技術是河流三角洲沉積的多河道分期剝離與三維空間展布刻畫最為關鍵的地球物理技術。在地震剖面小層追蹤對比線的控制下,首先利用三維可視化子體追蹤技術自動進行河道砂巖的三維空間識別和追蹤,不同河道賦予不同顏色;基于沉積時限差異,還可實現不同埋深河道三維地震體中時間域差異識別。由于不同河道地質特征的差異,可利用體分頻像素成像技術,通過顏色與亮度的變化表征出各條河道的差異。兩種技術相互補充、結果相互印證,在多期多河道縱橫交織的情況下,結合橫切多河道的地震剖面上河道的發育位置差異,可以有效區分河道走向,從而劃分出河道期次,實現河道三維空間刻畫,這是常規單一屬性分析難以實現的。

圖4 中江氣田沙溪廟組砂組地震剖面(a)、三維可視化(b、c)與體分頻像素成像(d)

1.4 復雜河道三維解釋方法

圖5 中江氣田沙溪廟砂組河道三維刻畫

2 基于相似地貌的沉積相準確識別

河道砂巖氣藏優質儲層往往發育于河道、河口壩等沉積相帶,將今論古是地質研究的核心思路,地表地貌及露頭剖面結構研究已成為識別沉積相特征極為重要的研究方法。但鉆井資料較少的區域,沉積相帶劃分精度是有限的,因此,基于地球物理河道相帶刻畫結果的沉積相解釋顯得尤為重要[15]。

根據區域沉積背景、鉆井沉積微相的劃分及河道刻畫結果,結合對國內外河流地貌的系統調研,找到與地下河道特征極為相似的現今河流,可以準確識別沉積相特征,編制沉積相圖,從而準確圈定出有利于天然氣富集的河道砂巖儲層的分布。

利用體分頻像素成像技術得到的河道刻畫結果以及單河道或河道組系三維地震解釋結果,結合露頭和少量鉆井巖心、測井等資料可更為直觀和準確地進行古地貌分析和沉積相劃分。根據陸相河流三角洲沉積亞相劃分原則,河道分叉或多河道的出現往往作為河流相演變為三角洲相的標志,在三角洲相中,三角洲平原與前緣亞相的劃分依據主要就是古地貌及不同類型河道特有的相帶外形差異,即曲流河是三角洲平原的典型標志,其前端的順直河是三角洲前緣的標志。

圖6 中江氣田沙溪廟組砂組體分頻像素成像(a)與加拿大薩斯喀徹溫河航拍圖(b)對比

圖7 中江氣田沙溪廟組砂組沉積相(a)與砂組沉積相(b)

3 結束語

1) 以三維地震資料為基礎,波形分析技術、體分頻像素成像技術、多河道分期剝離及三維空間刻畫技術等的綜合應用,在刻畫不同期次單河道外形及內幕等方面的預測效果均優于常規屬性,刻畫效果得到明顯提高。

2) 針對多期疊置復雜河道,以單河道或河道沉積體系為目標的三維地震解釋方法較傳統三維層位拾取與屬性提取方法更為適用,效果明顯,并可明顯提高三維地震資料解釋效率。

3) 地震成像結果與現今地表相似地貌對比研究,是預測和分析沉積相帶的有效方法,可準確識別和劃分沉積相單元,大大提升有利沉積相帶預測精度。