现代体属性分析技术在风化壳气藏勘探中的应用——以苏里格气田桃7区块马五13段为例
韩翀1, 陈明江1, 赵辉1, 曹博超1, 李金玺2, 尹晓贺3
1.中石油川庆钻探工程公司 地质勘探开发研究院,四川 成都 610051
2.成都理工大学 能源学院,四川 成都 610059
3.东方地球物理公司 研究院地质研究中心,河北 涿州 072751

作者简介: 韩翀(1981-),工程师,博士,2011年毕业于成都理工大学并获博士学位,主要从事碳酸盐岩储层地质地球物理综合工作。E-mail:149547910@qq.com

摘要

鄂尔多斯盆地苏里格气田奥陶系马家沟组风化壳储层厚度薄,非均值性强,气水关系复杂,其储层发育受沉积、构造、成岩等多因素共同作用,勘探难度极大。以桃7区块马五13 段为例,结合风化壳储层发育特点及储层段地球物理响应特征,应用现代体属性分析技术对古岩溶风化壳储层进行了针对性研究,其中包括应用构造导向滤波技术提高原始地震资料信噪比,并在此基础上应用体曲率和蚂蚁追踪技术综合预测微断裂;应用地层切片及体融合技术精细刻画古岩溶沟槽。预测结果表明,现代体属性分析技术可以更充分地利用常规地震资料进行风化壳储层精细描述,减少预测多解性。多种技术方法通过实钻井验证,吻合度较高,为研究区下一步的油气勘探提供了良好的依据。

关键词: 现代体属性; 岩溶风化壳; 构造导向滤波; 蚂蚁追踪; 体曲率; 体融合
中图分类号:P631.4 文献标志码:A 文章编号:1000-8918(2016)03-0445-07 doi: 10.11720/wtyht.2016.3.3
The application of analysis technology of modern volumetric attributes to the exploration of weathering crust reservoir:A case study of M513 Sub-members of Ordovician Majiagou Formation in TAO7 Block, the Sulige Gas field
HAN Chong1, CHEN Ming-Jiang1, ZHAO Hui1, CAO Bo-Chao1, LI Jin-Xi2, YIN Xiao-He3
1.CNPC Geological Exploration and Development Research institute,Chengdu 610051,China
2.College of Energy,Chengdu University of Technology,Chengdu 610059,China
3.Geological Research Center,BGP,Zhuozhou 072751,China
Abstract

The weathered crust reservoir of Ordovician Majiagou Formation in the Sulige gas field of Ordos Basin is characterized by thin thickness,strong inhomogeneity and complex gas-water relation,and the reservoir development is aeffected by multiple controlling factors such as deposition,digenesis and structure,which causes the difficulty of the exploration.Taking the M513 Sub-members of TAO7 block as an example,the authors specially studied the weathering crust reservoir by the application of analysis technology of modern volumetric attributes.Combined with the development characteristics and the geophysical response characteristics of crust reservoir,the study included improving the SNR of original seismic data with structure-oriented filter and comprehensively predicting the micro faults using volumetric curvature and ant tracking on the basis of filtered data.The karst grooves were described by strata slice and volumetric fusion.The prediction result shows that the analytical technology of modern volumetric attributes could elaborately describe the karst reservoir by using the routine seismic data more sufficiently and reduce the prediction multiplicity.Several techniques and methods have a high goodness of fit as proved by drill wells and provide a good basis for the further petroleum exploration in the study area.

Keyword: modern volumetric attributes; weathering crust; structure-oriented filter; ant tracking; volumetric curvature; volumetric fusion; wavelet decomposition

近些年来, 鄂尔多斯盆地苏里格气田的勘探重点已经从上古的砂岩气藏转向下古的碳酸盐岩气藏, 迄今已有多口探井在奥陶系马家沟组岩溶风化壳气藏中获得工业气流, 因此深入研究风化壳储层发育特点, 寻找储层段地球物理响应特征, 进而确定有利勘探目标是获得研究区油气突破的关键。前人在该区域对下古气藏的研究主要针对储层发育主控因素及储层评价方面 14, 而地球物理方面的文献较为有限, 顾岱鸿等人提取二维地震资料属性判别沟槽[5]; 张宏等人提出利用各种三维地震敏感属性从不同角度突出沟槽异常响应特征[6]; 高建荣等人则应用波场正演模拟研究小型沟槽地震波形特征[7]。但由于鄂尔多斯盆地碳酸盐岩埋藏较深且地表情况复杂, 地震资料主频较低且频宽有限, 利用常规地震方法进行储层预测和精细描述时往往受到很大的局限, 尤其是在预测尺度上。现代体属性的概念由Chopra和Marfurt等提出, 即利用高阶统计、特征数据提取等算法, 并运用邻域分析或多道滤波等手段从体数据中提取属性, 广义的体属性分析涵盖多种算法技术, 包括构造导向滤波、体曲率、蚂蚁追踪、体融合等, 结合三维可视化技术的发展, 突破了传统层属性及层间属性对解释精度的依赖, 可以更有效地解决从构造解释到储层结构属性预测等多个方面的地质问题 89

1 储层特征

苏里格气田奥陶系马家沟组马五段主要为一套风化壳白云岩储层, 上覆的石炭— 二叠系煤系地层为下伏奥陶系碳酸盐岩成藏提供了丰富的气源和封盖条件, 下古生界寒武— 奥陶系地层经历了长期的抬升剥蚀与风化淋滤作用, 形成了马家沟组顶不整合面。桃7区块马五 13段为该区主力产层之一, 主要岩性为泥晶云岩和角砾云岩, 储层厚度较薄(1~3 m), 主要发育在距离马家沟组顶面0~10 m以内层段, 根据岩心分析及薄片鉴定, 该层段储集空间以次生溶蚀孔洞和裂缝为主, 原生孔隙发育程度较低, 为典型的低孔低渗型储层 1013(见图1)。

图1 TAO7-X井测井解释及岩心照片

选取桃7区块重点井进行储层地震响应特征分析, 由于马家沟组上覆砂泥岩与目的层段碳酸盐岩形成一套强反射界面, 马五 13段在常规全频段叠后时间偏移地震数据中表现为低频、连续性好的一套强波峰反射。通过连井剖面对比发现由于基质稳定, 当马五 13段储层发育时, 地震信号波形有微弱的波形异常, 但常规方法难以识别(见图2)。

图2 桃7区块连井地震剖面

2 储层结构属性研究

虽然目前储层预测方法很多, 但对于埋藏较深的古岩溶风化壳碳酸盐岩储层来说, 常规地震属性已经难以满足精细储层描述的要求。如何尽可能地挖掘常规地震资料里面的有用信息, 是摆在地质人员面前的一个难题, 而体属性分析提供了一条有效途径, 通过数学变换、叠加融合及三维可视化, 将常规地震资料中的隐藏信息转换成与岩性、物性或油气藏参数相关内容, 直接用于地质解释, 进行微断裂预测及异常体刻画等应用。通过对研究区的整体地质认识及地球物理响应特征分析, 优选了以下几种体属性分析中适用的技术方法按照图3给出的流程进行马家沟组储层结构属性研究。

2.1 构造导向滤波

常见的滤波方法在增强地震资料信噪比的同时, 也模糊了断层信息。而本次采用的边界保护平滑算法的构造导向滤波技术的平滑方式是沿着平行同相轴的倾向和走向, 增强其横向连续性, 最重要的是在同相轴不连续处将不作平滑处理(见图4a), 以保护断层和岩性边界特征[14]。在构造导向滤波处理后的地震数据体上进行地震几何属性计算, 噪声消除明显, 断层及地质异常体更加清晰。

桃7区块原始地震数据体由于采集及处理原因地震信噪比较差, 构造解释和地震几何属性分析效果受到影响, 通过构造导向滤波前后的对比可以清晰地看出目的层段地震同相轴能量更为集中, 稳定性更好, 且同相轴挠曲或断开处更为明显(见图4b中蓝色箭头部分)。频谱分析表明, 滤波前后的数据体原有的特性如主频、频宽、能量等并无改变, 消除的仅为噪声部分。构造导向滤波的优势在马家沟组顶面沿层相干切片上表现的更为突出, 底部噪声阴影消除明显, 视觉分辨率大大提升, 断层(沟槽)的刻画更为清晰, 细节展布更加明显(见图4c中红色箭头部分), 为后续的微断裂、岩溶沟槽预测创造了更有利的客观条件。但这种技术或多或少会影响到地震资料的一些原始有效信息, 若进行储层预测时要慎重使用。

图4 构造导向滤波示意(a)及滤波前后地震数据体(b)和相干切片(c)对比

2.2 微断裂预测

碳酸盐岩中溶蚀孔洞发育非均质性强且连通性差, 在发育由岩性控制和古岩溶作用形成的孔隙网络地层内, 裂缝既是储集空间, 又是重要的渗流通道。裂缝通常随微断裂伴生, 曲率属性与造成形变的应力呈正相关, 因此可以用来通过研究微断裂表征裂缝发育程度。早期的平面(时间域或深度域构造图)曲率计算结果受解释层位的影响, 而在地震数据体上计算曲率则避免了人为因素, 使其可以更加真实地反映地下岩层的形变, 在研究断层、裂缝等方面有更好的应用效果[15]。而蚂蚁追踪技术通过在三维地震数据体中利用基于蚁群算法的智能搜索技术, 在满足预设微断裂条件的约束下自动追踪进行微断裂识别和追踪, 从而提高微断裂解释的准确性和客观性[16]。为了突出微裂缝的展布规律, 在求取曲率体以及蚂蚁体分析所需的方差体时所选取的时间孔径为3× 3, 空间孔径为1× 1。

由于马家沟组地层构造平缓, 无剧烈的构造变形, 发育断裂级别低, 在地震剖面中表现不甚明显, 利用单一的微断裂预测方法具有一定的局限性和不确定性。基于该情况, 将曲率体属性和蚂蚁追踪体二者进行RGB-HLS多谱成像融合, 该技术将不同属性获取的同一地层切片图像分别进行空间标准化, 通过采用一定的算法重构像素技术, 然后映射到HLS空间进行融合, 取其叠合部分作为微断裂的预测结果, 可以综合两种方法的优点, 提高预测成功率。

图5中黑色和红色分别对应曲率体和蚂蚁体所反映的微断裂发育位置, 可以看出两种预测方法吻合较好, 研究区马家沟组地层多发育小级别、多组系微细断裂, 分布杂乱, 无大级别断裂发育, 与地质认识相符; 其中T7-J、T7-K、T7-L、T7-P、T7-Q、T7-R等多口高产气井所在位置预测微断裂均较为发育, 预测结果与产能情况匹配。

图5 曲率体和蚂蚁体及其RGB-HLS融合体切片

2.3 岩溶沟槽预测

桃7区块马家沟组是一个典型的古岩溶风化壳复合气藏, 古地貌尤其是古岩溶沟槽的分布直接影响到该区天然气的储聚。沟槽中后期充填的石炭系地层构成岩性遮挡带, 沟槽水补给与排泄充分, 周边缓丘、台坪易形成岩溶作用强的优质储层, 但与此同时沟槽处地层溶蚀严重, 有利储层缺失, 故在沟槽处钻井多无产能[17]。所以寻找古岩溶沟槽的分布是研究马家沟组储层发育情况的一个重要方向。

印模法为常规沟槽识别方法其中之一, 即分析风化面上下地层厚度的镜像关系并结合古岩溶分带特征识别沟槽, 但预测结果精度往往受到地震资料品质和人为解释因素影响[11]。地震体属性分析的关键是在众多地震属性中筛选出对沟槽敏感的属性参数, 利用切片及三维可视化技术对地震数据体进行多视角成像, 从剖面特征分析到平面图像解析, 在钻井、测井、露头及区域沉积相资料综合分析的基础上对这些地层影像所反映的沉积规律进行地貌解释, 为沟槽预测提供依据。在基于波形相似性的特征值相干技术精细刻画岩溶沟槽时要注意空间孔径和时间孔径等参数的选择和前面体曲率和蚂蚁体预测微断裂时尺度上有所差异, 更多注重宏观上刻画地下异常体的展布规律, 选取子体分析时的时间孔径为9× 9, 空间孔径为3× 3。

由于奥陶系马家沟组顶部高速碳酸盐岩地层遭受剥蚀后充填的石炭系泥质沉积导致地震传播速度降低, 从而引起地震反射同相轴出现“ 下拉” 、“ 扭动” 或“ 加宽” 等异常响应特征, 能量也随之减弱(图6)。同时, 古岩溶地貌单元中岩溶台坪或缓坡与沟槽之间的地形起伏变化会使地震道间的相关性变差, 出现“ 弱相干” 或“ 不相干” 等横向细节改变。通常沟槽切割深度越深, 地震道之间相关性越差, 相干值越低, 几何表征更明显[7]

图6 岩溶沟槽地震响应特征(INLINE503)

图7 桃7区块马家沟组0~40 ms层段内体相干属性地层切片(时间间隔5 ms)

在该区研究中发现, 等比例时窗的地层属性切片不仅能揭示地层沉积现象和岩相变化, 还能反映出古地貌特征[18]。图7是桃7区块马家沟组0~40 ms层段内体相干属性地层切片, 时间间距为5 ms, 图中可以清晰地看到工区南部岩溶沟槽的横向展布情况及其纵向上随时间域深度逐渐变化直至消失的过程(见图7中蓝色箭头指示位置)。其中马家沟组顶面0~30 ms(图7中①~⑦)地层切片显示工区南部北东向岩溶沟槽发育稳定, 但至30~40 ms层段(图7中⑧~⑨)沟槽外形已经模糊, 地层切片超出其垂向切割深度, 且该北东向岩溶沟槽延伸至工区中部时, 隐约分岔为两支次级沟槽, 一支朝西南方向延伸, 一支朝正南方向延伸。

为了更准确地辨识南部岩溶沟槽的走向, 避免单一属性分析带来的多解性, 笔者将地震几何属性和振幅属性进行RGB-HLS融合分析, 结合岩溶沟槽在相干、振幅平面上的响应特征, 并根据振幅异常的分布情况, 最终确认更合理的地质解释为北东向岩溶沟槽的最终走向是正南部, 并在此基础上刻画出岩溶沟槽范围(图8)。其中正过沟槽的T7-F井为微气水井、无产能, 而接近沟槽的T7-D、T7-K均为高产气井, 验证了正过岩溶沟槽处为相对不利古地貌单元位置, 而岩溶沟槽可以起到很好的油气封堵作用, 接近岩溶沟槽部位为相对有利区。

在此研究基础上确定了T7-Q和T7-R两口井的实钻方案, 两口井所在位置均接近但未正过岩溶沟槽, 且微断裂发育, 实钻证实均为高产气井, 说明上述现代体属性在该区具有良好的适用性。

图8 桃7区块南部马家沟组融合属性地层切片(相干及振幅)

3 结论

在应用常规方法进行桃7区块马家沟组风化壳储层预测和精细描述受限时, 现代体属性分析技术可以更有效地挖掘常规地震资料里面的有效信息, 通过该区的实际应用及实钻井验证, 取得了以下几点认识:

1) 应用构造导向滤波技术可以有效提高原始地震资料信噪比, 在增强同相轴横向连续性的同时保持了断层及岩性边界特征, 地震剖面及相干切片噪声消除明显。

2) 在应用体曲率、蚂蚁体及特征值相干属性时要注意预测尺度不同, 参数选取不同。时间孔径和空间孔径较小时, 体曲率及蚂蚁体技术更适用于描述微断裂展布; 时间孔径和空间孔径加大时, 基于波形相似性分析的特征值相干技术更适用于描述宏观古岩溶沟槽展布。

3) 将地震几何属性和振幅属性相融合, 利用地层切片预测古岩溶沟槽的展布, 可以更好消除单一属性多解性, 提高岩溶沟槽预测成功率。

The authors have declared that no competing interests exist.

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