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朱超, 夏志远, 王传武, 宋光永, 魏学斌, 王鹏, 王海峰, 王波. 致密油储层甜点地震预测[J]. 吉林大学学报(地球科学版), ): 602-610
Zhu Chao, Xia Zhiyuan, Wang Chuanwu, Song Guangyong, Wei Xuebin, Wang Peng, Wang Haifeng, Wang Bo. Seismic Prediction for Sweet Spot Reservoir of Tight Oil[J]. Journal of Jilin University(Earth Science Edition), ): 602-610.
致密油储层甜点地震预测
1. 中国石油集团杭州地质研究院, 杭州 310023;2. 中国石油青海油田公司勘探开发研究院, 甘肃 敦煌 736202
基金项目：中国石油天然气股份公司重大科技专项(-02)
作者简介: 朱超(1983-),男,工程师,主要从事地震解释、储层预测及油气成藏研究工作,E-mail:zhuc_
摘要：致密油储层物性差,非均质性强,甜点储层与围岩波阻抗差异较小,常规储层反演方法预测难度较大。笔者从致密油储层成因的角度出发,以柴西红柳泉地区为例,针对薄层致密泥灰岩储层,形成了一套有效的甜点储层地震预测系列技术。通过岩石物理分析,建立致密储层岩性识别图版;在此基础上,结合实钻井的正演模拟分析,明确致密储层甜点在目的层段呈现中振幅、中频率的地震响应特征;进而采用分频成像、90°相位旋转、分频属性优化等技术,对该区致密油甜点储层分布进行了有效预测,认为红34井区为主要的致密油产油区,红22井区西北部及红38井区南部可以作为下步勘探的有利目标区。预测结果与实钻井吻合度高,证实了该方法的可行性。
岩石物理&&&&
正演模拟&&&&
分频属性&&&&
致密泥灰岩&&&&
甜点预测&&&&
柴达木盆地&&&&
Seismic Prediction for Sweet Spot Reservoir of Tight Oil
Zhu Chao1,
Xia Zhiyuan1,
Wang Chuanwu2,
Song Guangyong1,
Wei Xuebin2,
Wang Peng2,
Wang Haifeng2,
Wang Bo2 &&&&
1. PetroChina Hangzhou Research Institute of Geology, Hangzhou 310023, China;
2. Qinghai Oil Field Company, CNPC, Dunhuang 736202, Gansu, China
Abstract:As tight oil reservoir has the characters of poor physical property, strong heterogeneity, smaller difference of wave-impedance between and surrounding rock, the conventional reservoir inversion method is difficult to predict. From the perspective of reservoir genesis, the authors take the Hongliuquan area of Qaidam basin as an example, aims at thin layers of tight marlite reservoir, explores a set of effective technology series to predict sweet spot distribution. Through rock physics analysis, we establish a lithology identification chart, on this basis, combine forward simulation of drilling wells, clear that the sweet spot reservoir has the respose characters of medium amplitude and frequency values in objective intervals, and use frequency division imaging, 90°phase rotation, spectral attribute-optimization technology, predict the sweet spot distribution of tight oil effectively, confirm that the Hong 34 well block is the main of the tight oil producting zone, and the northwest Hong 22, the southern Hong38 well block can be used as the favorable targets for further exploration. The prediction result has a high agreement with the real drillings, confirms the feasibility of this method.
Key words:
rock physics&&&&
forward simulation&&&&
spectral attribute&&&&
tight marl&&&&
sweet-spot prediction&&&&
Qaidam basin&&&&
随着油气勘探开发的不断深入，致密油已经成为了一个新的勘探方向及热点。由于其成藏条件的特殊性，以及我国致密油勘探起步晚的原因，许多技术难题急需解决[, , ]。致密油储层物性差，非均质性强，“甜点”储层与围岩波阻抗差异较小，如何利用地震技术预测出相对高孔、高渗、高含油饱和度的“甜点”储层成为了国内外研究者关注的重点[, ]。贾承造等[]根据储层成因将我国致密油划分为3种类型：湖相碳酸盐岩致密油、深湖水下三角洲砂岩致密油和深湖重力流砂岩致密油。其中前两种类型致密油储层分布大都具有纵向厚度薄、横向分布广的特征，也是最为常见的致密油类型。因此，针对这两类薄层致密储层的“甜点”预测，首先需要解决薄层的识别问题，然后才可能对“甜点”进行较好的预测。
笔者从储层成因的角度，针对这种纵向厚度薄、横向分布稳定的致密储层，以柴达木盆地红柳泉地区为例，从岩石物理分析入手，建立致密储层岩性识别图版；在此基础上，开展实际钻井资料的正演模拟研究，分析“甜点”储层地震响应特征及敏感属性，进而采用分频成像技术[, , , , ]，改善地震资料的纵向分辨率；结合90°相位旋转技术及分频属性优化分析[, , , ]，预测“甜点”储层平面分布范围，并用实际钻井资料验证本方法的应用效果。
1 储层特征
红柳泉地区位于柴达木盆地西部，总体上为一西高东低、两翼不对称、向东南倾伏的单斜构造。由于紧邻红狮生油凹陷，油源条件充足，其致密油储层主要发育于古近系下干柴沟组下段(E13)顶部I层组，岩性以泥灰岩为主，沉积相类型为浅湖相泥灰坪，其分布具有单层厚度薄(2~10 m)、层数多、纵向相互叠置、横向分布稳定的特征。泥灰岩储层空间主要为溶孔，物性普遍较差，属于低孔、特低渗储层，孔隙度为5%~12%，渗透率多为0.05~1.00 mD(1 mD=0.987×10-3 μm2),局部少量裂缝的渗透率为1.00~3.50 mD(图 1)。致密油出油层段主要为I1——I2小层的泥灰岩段，根据试油、压裂、求产层段测井解释结果，得到了孔隙度与含油饱和度交会图(图 2)。从图上统计数据点可以看出：油层孔隙度大于8%，含油饱和度大于40%；水层孔隙度大于8%，含油饱和度小于40%；干层孔隙度小于8%。因此，可以认为致密油“甜点”储层的物性标准为孔隙度大于8%，含油饱和度高于40%。致密油地震储层预测目的就是有效预测其“甜点”储层平面分布范围，为勘探部署提供参考。
图 1 下干柴沟组下段I层组致密储层物性统计
Fig. 1 Petrophysical statistics of tight reservoir in the Layer I in the Lower Member of the Lower Ganchaigou Formation
下干柴沟组下段I层组孔隙度与含油饱和度交会图
Crossplot of porosity and oil saturation in the
Layer I in the Lower Member of Lower Ganchaigou Formation
2 技术方法
2.1 岩石物理分析
研究区致密储层岩性主要为泥灰岩。为了更好地进行“甜点”预测，必须识别出泥灰岩，明确其在测井曲线上的响应特征。因此，研究时首先通过岩石物理分析来建立岩性识别图版。图 3为I1——I2小层自然伽马与声波时差的交会图。可以看出，泥灰岩与泥岩基本可以区分开来：泥灰岩对应的自然伽马(GR)为80~108 API，声波时差(AC)为205~238 μs/m；泥岩对应的GR为100~135 API，AC为235~280 μs/m。通过图 3建立的岩性识别图版，对目的层段的岩性进行了解释，解释的岩性与实际取心分析的岩性吻合度达80%以上。图 4为红116井根据岩性图版解释的I1——I2小层段泥灰岩纵向分布图，其吻合度为89%，可以看出泥灰岩与泥岩呈薄互层分布，厚度较薄(1~4 m)。
图 3 I1——I2小层自然伽马与声波时差交会图
Crossplot ofgammaray and slowness in the Layer
图 4 红116井I1——I2小层解释泥灰岩与泥岩分布
Interpretation marl and shale of well Hong116 in the Layer
2.2 地震正演模拟
根据岩石物理分析得到的岩性解释结果，结合正演模拟，对“甜点”储层地震响应特征进行分析。图 5为研究区原始地震资料与40 Hz分频资料频谱分析对比。可以看出，原始地震资料频带范围为10~45 Hz，主频为30 Hz左右，50 Hz以上频率成分很少(图 5a)； 分频体的频带范围为25~60 Hz，主频提高到40 Hz(图 5b)。正演模拟时，选择30 Hz主频的雷克(Ricker)子波，并以实际井的测井曲线作为输入，来建立地质模型。正演结果如图 6所示。通过钻井标定，图 6绿色虚线内部为I层组顶部目的层段。对比图 6a、b明显分频后的剖面纵向视分辨率提高了，目的层段多出一套黑色同向轴。通过井上分析，这套黑色同向轴就是I1——I2小层内部“甜点”储层段的共同响应。为了进一步分析该套同向轴的地震属性特征，对图 6b的正演结果提取了瞬时频率与瞬时振幅，如图 7所示，将频率分为高频、中频、低频3个频段，振幅分为强振幅、中振幅、弱振幅三级。可以看出，I1——I2小层内部“甜点”储层段的黑色同向轴对应于中振幅、中频率。因此，在预测I层组“甜点”储层分布时，就可以有针对性地预测中振幅、中频率段的平面展布范围。
图 5 原始地震数据频谱分析(a)与分频数据频谱分析(b)对比
Fig. 5 Spectrum analysis comparison between original seismic data (a) and spectral data (b)
图 6 基于红116井正演地震剖面
Fig. 6 Forward seismic profiles of well Hong116
图 7 基于红116井分频正演结果的瞬时属性分析剖面
Fig. 7 Instantaneous attribute profiles of well Hong116 based on spectral forward results
2.3 分频成像
分频成像技术采用小波变换提取不同主频的子波剖面，选择最佳成像频带对地质体进行成像分析，合理利用了地震低、中、高频带信息，能够较好地排除时间域内不同频率成分的相互干扰，得到高于传统分辨率的解释结果。在实际应用过程中，选择合适的主频时，既要考虑目标地质体的厚度，又要考虑实际地震资料的品质。尽管从理论上讲，主频越高，频带越宽，其垂向分辨率越高，但实际上大多数地震数据体有效频带范围有限，高频成分并不是很多，难以将测井解释的薄层逐一识别，因此可以利用薄层的调谐效应，同时兼顾地震分辨率和测井分辨率之间的矛盾。
关于地震资料垂向分辨率问题，国内外许多学者提出了不同的观点，其中具有代表性的有Rayleigh准则(分辨极限为λ/4，λ为波长)[, , ]、Ricker准则(分辨极限为λ/4.6)[, , , ]、Widess准则(分辨极限为λ/4.6)[, ]。通过岩石物理分析得知，研究区目的层平均速度为3 100~3 400 m/s，因此，若采用40 Hz的主频，依据3种薄层分辨准则，其垂向分辨薄层的厚度分别为19.40~21.25 m(Rayleigh准则)，16.85~18.48 m(Ricker准则)，9.69~10.63 m(Widess准则)。根据实际地震资料频谱分析结果(图 5a)，高于50 Hz的频率已经很少，所以单从地震资料的品质上看，难以识别出每个薄层泥灰岩。根据岩性解释的结果，通过统计I层组中泥灰岩厚度发现，各井泥灰岩累计总厚度为13~22 m，总平均厚度约为20 m，其中I1——I2小层内解释“甜点”储层累计厚度为6~10 m。因此，为了尽可能识别出薄层，同时确保地震资料的真实性，采用40 Hz主频，对5条过井剖面进行分频处理实验。图 8为过红116井原始地震剖面(图 8a)与40 Hz分频剖面(图 8b)对比图，可以看出，相对于原始地震剖面，分频剖面I层组中多出一套黑色的同相轴。这与正演模型分频剖面预测结果基本一致，这套黑色的同相轴就是I1——I2小层内主力油层段的共同响应特征。
图 8 过红116井原始地震剖面(a)与40 Hz分频剖面(b)对比
Fig. 8 Spectrum profile comparison of well Hong 116 between original seismic profile(a) and 40 Hz spectral profile (b)
通过分频处理可以看出，虽然40 Hz主频进行分频不能够区分10 m以下的薄层，但是对I1——I2小层内部主力油层的调谐响应能够识别；因此可以通过分频处理获得40 Hz主频的地震分频体，然后在此基础上进行“甜点”识别预测。图 9为原始体与分频体1 900 ms处时间切片对比图。可以看出,分频体时间切片(图 9b)相对于原始体时间切片(图 9a)而言，振幅相对减弱，同相轴变细，相互之间的接触关系更为清晰。
图 9 1 900 ms原始体时间切片(a)与40 Hz分频体时间切片(b)对比
Fig. 9 Time slice comparison at 1 900 ms between original data (a) and 40 Hz spectral data (b)
对比图 5分频前、后的频谱分析结果可知，分频后主频提高到40 Hz，频带范围变为25~60 Hz。为了进一步明确储层及油层段在地震剖面上的响应特征，采用40 Hz主频的雷克子波，在分频体上再次进行合成记录精细标定(图 10)。图 10a上绿色虚线范围内部即为I1——I2小层，其厚度约为19 m；图 10b上红、蓝色虚线分别为油层对应的顶、底界面。
图 10 红116井基于40 Hz分频体合成地震记录标定剖面
Fig. 10 Synthetic seismogram calibration profile of well Hong 116 based on 40 Hz spectral data
2.4 相位转换
常规地震处理的最终成果是零相位地震数据，这种地震数据具有子波对称、中心瓣(最大振幅)与反射界面一致、分辨率较高等优点[]。但是对于薄层储集体而言，采用90°相位子波处理的地震数据可以克服零相位子波数据的不足，能较好地将地层界面直接转换为岩性界面，为岩性预测提供直接的地震数据[]。图 10c为相位旋转后油层标定剖面，其黑色虚线圈出的部分就是主力油层。对比旋转前的剖面，旋转后剖面其油层顶、底界面非常清晰，且其地质意义更加明确。图 11为过红116井原始地震分频剖面(图 11a)与分频相位旋转剖面(图 11b)对比图。可以看出，经90°相位旋转后的剖面与波阻抗曲线有更好的对应性，黑色同向轴为波峰，对应高波阻抗，红色同向轴为波谷，对应低波阻抗。
图 11 过红116井分频剖面 (a)与分频相位旋转剖面(b)对比
Fig. 11 Comparison of Spectrum profile (a) and spectrum phase-rotation profile (b) of well Hong 116
2.5 分频属性优化
地震属性是进行储层预测常用的手段之一，通过不同算法提取的地震属性有上百种，不同的地震属性所反映的地质现象也不完全相同，如何有效识别出储层敏感的地震属性，需要进行属性优化分析。通过前面的正演分析可知，研究区“甜点”储层具有中振幅、中频率的特征。因此，我们对研究区40 Hz分频体也进行了振幅、频率分析，结果如图 12所示。对比单井岩性解释，认为该区泥灰岩地震响应特征主要表现为中——低频率(黄-蓝色)、中——弱振幅(黄-蓝色)，主力油层段(图 12中白色虚线内部)的地震响应特征为中振幅、中频率(黄色)。因此结合地震正演结果及分频体剖面分析，认为该区“甜点”储层的地震响应特征为相对中振幅、中频率。
图 12 基于40 Hz分频体的过红116井瞬时频率分析剖面(a)及瞬时振幅分析剖面(b)
Instantaneous frequency profile (a) and instantaneous amplitude profile (b) of well Hong 116 based on 40 Hz spectral data
3 预测效果
通过以上处理分析，明确了“甜点”储层在分频剖面上的地震响应特征，得到了分频相位旋转数据体。在此基础上，对I层组中泥灰岩的平面分布进行了预测，结果如图 13所示。以I层组顶、底界面为时窗，在分频相位旋转体上提取平均瞬时频率属性。图 13中黑色虚线圈出了I层组中泥灰岩分布范围，在虚线内部，24口钻穿I层组的井均见到了泥灰岩，虚线外红41井未钻遇泥灰岩。总体而言，与钻井资料吻合较好。
I层组基于分频相位旋转体的平均瞬时频率属性
Average instantaneous frequency property of I layer group based on spectral phase-rotation data
在预测出I层组泥灰岩平面分布范围的基础上，对其I1-I2小层内部的主力油层进行了“甜点”平面展布预测，以该油层的顶、底界面为时窗，提取“甜点”属性(振幅与频率的比值)，结果如图 14所示。对比单井的含油性分析及试采结果认为，该中高值部分即为“甜点”储层分布区，不仅储层物性好，而且含油性高；其中红31井、红20井、红34井、红112井、红108井、红116井在I1——I2小层的主力油层段试油均获工业油流，并在红34井区提交探明含油面积15.92 km2(图 14中黑色虚线内部)，尤其是红平1水平井，其水平段通过压裂改造，获得高产。因此，通过实钻井验证，证实该预测结果具有较高的可信度，并提出红22井区西北部可以作为该区致密油近期勘探有利目标区，红38井区南部可以作为其致密油风险勘探区。
I1-I2小层基于分频相位旋转体的“甜点”属性预测图
“Sweet spot” property of I1-I2 layer based on spectral phase-rotation data
4 认识与讨论
1)实际上，利用地震资料，井震结合对薄层泥灰岩储层及“甜点”预测一直是一个没有解决的技术难题，尤其是对致密油“甜点”的预测具有很大的难度，笔者尝试性地将岩石物理分析、正演模拟、分频成像、90°相位旋转、分频属性等多种技术方法有效结合，针对红柳泉地区致密泥灰岩及“甜点”储层分布进行了有效的预测，取得了一定的应用效果，证实了该方法的可行性。
2)不同地区致密油储层成因不同，其“甜点”储层的物性标准也各异，因此在进行地震“甜点”预测前，必须结合储层物性分析资料，明确其物性下限，然后在井上进行“甜点”识别解释，最后在地震上进行标定，分析其对应的地震响应特征，从而尽可能地减少预测结果的不确定性。
3)地震正演是储层预测中常用的分析手段，为了减少正演结果的不确定性，地质模型的建立要尽量与实际地质情况相近，笔者通过实际井的测井曲线来建立地质模型，在此基础上对正演结果进行分析，明确其储层敏感属性，从而为属性优化提供了指导。
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致密油储层甜点地震预测
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