正演模拟技术在白云岩薄储层预测研究中的应用

doi:10.11720/wtyht.2018.1364

正演模拟技术在白云岩薄储层预测研究中的应用

张强¹^,², 王鑫¹, 乐幸福¹, 张建新¹^,²

1. 中国石油勘探开发研究院西北分院,甘肃兰州 730030

2. 中国石油勘探开发研究院四川盆地研究中心,四川成都 610041

The application of forward modeling to the study of thin dolomite reservoir

ZHANG Qiang¹^,², WANG Xin¹, LE Xing-Fu¹, ZHANG Jian-Xin¹^,²

1. Research Institute of Petroleum Exploration & Development-Northwest,PetroChina,Lanzhou 730030,China;

2. PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration & Development Research Center of Sichuan Basin,Chengdu 610041,China;

收稿日期: 2017-08-9 修回日期: 2018-05-17 网络出版日期: 2018-10-05

基金资助:

中国石油西南油气田分公司勘探开发研究院项目“双鱼石构造下二叠统地震资料精细解释”. XNS14NH2015-009

Received: 2017-08-9 Revised: 2018-05-17 Online: 2018-10-05

作者简介 About authors

作者简介:张强(1990-),男,硕士,2015年毕业于中国石油大学(北京),目前主要从事储层综合预测研究工作。Email:zhangq1017@petrochina.com.cn 。

摘要

四川盆地白云岩储层普遍发育,勘探潜力巨大,但是由于其复杂性,导致储层预测极其困难。针对这种情况,开展地震正演模拟方法研究白云岩储层的地震响应特征进而指导储层预测是十分必要的。某地区二叠统栖霞组白云岩储层地震响应不清,为了厘清储层的地震响应特征,结合已知钻井情况,建立了不同的地质正演模型来研究储层的地震响应。通过分析正演模拟结果得到:在下伏为高速地层时,储层的地震响应为弱波峰反射;在下伏为低速地层时,储层的响应特征受下伏地层影响,表现为波谷反射,但是在消除下伏地层影响后储层响应仍表现为弱波峰反射特征。同时,结合地震多属性和高精度地震反演,综合预测白云岩储层的发育情况。地震正演模拟方法为研究白云岩储层地震响应特征提供了一定的依据,同时也为白云岩储层的进一步研究提供了手段。

关键词： 白云岩储层 ; 地震响应 ; 正演模拟

Abstract

The dolomite reservoir,with huge prospecting potential,is widespread in Sichuan basin.Due to various reasons,the prediction of dolomiet reservoir is extremely difficult.In order to guide reservoir prediction,this paper introduces forward modeling to study the seismic response of dolomite reservoir.The seismic response of Permian Qixia dolomite reservoir is not clear.In order to clarify the seismic response characteristics,the authors constructed different forward models in combination with the situation of drilling.The analysis of forward modeling results shows that,on the one hand,reservoir seismic response is weak wave reflection when the underlying strata are high-speed formation and,on the other hand,the response characteristics of the reservoir are influenced by the underlying strata,featured by trough reflection,but still show the weak wave reflection after eliminating the influence of the underlying strata of low speed formation.Meanwhile,the authors combined seismic attributes and high resolution seismic inversion to predict dolomite reservoir.The forward modeling provides a basis for studying seismic response characteristics of dolomite reservoirs and also serves as a means for further study of the dolomite reservoir.

Keywords： dolomite reservoir ; seismic response ; forward modeling

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本文引用格式

张强, 王鑫, 乐幸福, 张建新. 正演模拟技术在白云岩薄储层预测研究中的应用. 物探与化探[J], 2018, 42(5): 1042-1048 doi:10.11720/wtyht.2018.1364

ZHANG Qiang, WANG Xin, LE Xing-Fu, ZHANG Jian-Xin. The application of forward modeling to the study of thin dolomite reservoir. Geophysical and Geochemical Exploration[J], 2018, 42(5): 1042-1048 doi:10.11720/wtyht.2018.1364

0 引言

四川盆地白云岩储层普遍发育,勘探潜力巨大。但是由于其地表条件复杂,地层埋藏深、年代久远,加之多期构造活动和储层类型多样,储层非均质性强,气水关系复杂,使得地震成像困难,信噪比、分辨率低,给地震储层预测和流体识别带来了挑战^[1,2]。针对白云岩储层预测的困难,首先开展精细的岩石物理分析,明确储层的敏感参数,同时进行保幅保真的地震资料处理,确保地震成像的精度和准确性;接着利用井震结合,一方面进行精细沉积相带刻画,确定储层发育有利区,另一方面厘清储层的地质特征和地球物理响应特征,建立储层的地球物理响应模式,分析其非线性特征,从而揭示储层内部的不连续性、不规则性;最后使用不同反演算法等手段定量计算储层物性和含油气性^[3,4,5]。

地震正演模拟方法分为物理模拟和数值模拟,物理模拟是按一定比例制作与实际地质体相对应的地质模型,参照野外探测的情况进行模拟。一般是通过物理实验过程模拟地震波场的传播过程和现象以及在接收点上的波场记录,模拟过程直观、结果真实可靠,且不受计算方法和假定条件等方面的限制,但是物理模拟的推广和应用受到模型材料、制作工艺、激发接收设备、实验条件等方面的限制。数值模拟是基于弹性介质波场传播理论的计算机环境下模拟实际地质模型的方法,由于数值模拟方法其参数和模型修改方便快捷,计算方便,简单快捷,可以实时地解决实际生产中的问题,得到了广泛的应用。数值模拟的方法主要有射线追踪法和波动方程法,射线追踪基于Huygens原理和Snell定律,简单反映波的运动学特征;波动方程法基于弹性或粘弹性理论,反映更多的波场信息^{[6,7,8,9,10,11]}。

正演模拟可以解决有无与油气藏有关的地震异常、异常的地震反射特征、引起异常的原因等问题。正演模拟结果与众多因素密切相关,包括地层厚度,岩性,物性,子波类型、频率及空间变化,观测系统的设计关系,计算方法,资料处理方法等^[12]。利用正演模拟技术开展储层地震响应特征研究,可以厘清储层地震响应特征,从而进一步指导储层预测研究和提供了有力的支撑。正演模拟技术一直是研究地球物理的重要工具,从地震的野外采集利用正演模拟进行观测系统的设计等,到地震处理中利用正演模拟进行复杂地区速度建模和成像分析等,再到地震储层预测中利用正演模拟分析不同类型储层地震响应特征和不同流体充填储层地震响应特征等,正演模拟技术一直随着地球物理技术在发展,在储层预测中发挥着重要作用。尤其在四川盆地,其地表复杂,高程差大,地下构造复杂,地层多期次推覆、倒转和剥蚀,给地震解释及后续储层预测带来了极大地挑战,所以利用地震正演模拟技术进行储层预测由来已久,同时是十分必要的,且取得显著的效果^{[13,14,15,16,17,18,19,20,21]}。

本次研究区位于四川盆地川北古中坳陷低缓构造区北缘,跨越龙门山山前断褶构造带,大地构造位置隶属上扬子克拉通北缘龙门山山前褶皱带,属地质构造和地貌复杂的区域。工区位于盆地西北部边缘,属高山地带,其山势陡峻,沟谷狭窄,地形切割厉害。该区上二叠统沉积主要为碳酸盐岩缓坡、台地相,中、下三叠统历经台地斜坡至潮坪、泻湖、台地蒸发环境,上三叠统历经了滨海、滨湖环境,具有油气生成基础,根据现今地质情况分析,可能具有有利于油气成藏的构造条件。在川西地区,钻探过程中已在茅口组、栖霞组、吴家坪组、长兴组、飞二段、飞三段、须二段不同程度获气,其中海相碳酸盐岩纵向上发育有多套储层,勘探潜力巨大。但截至2011年获天然气探明地质储量800.83亿m³,海相占11%,海相地层勘探程度较低。B井在川西北地区下二叠统栖霞组、茅口组成功钻遇高产气层,A井下二叠统栖霞组及泥盆系观雾山组获良好显示,海相领域获得重大突破,进一步揭示该区巨大的勘探潜力。本地区的地震勘探工作始于20世纪70年代,直到2000年三维地震和二维数字地震采集的应用较大程度地改善了地震资料的品质,使地震勘探有了较大的突破。依据多轮地震勘探成果,在邻区有多口井钻遇或钻穿下二叠系地层,有利于在研究区开展深入的地质测井特征分析、井震标定,连井对比等工作,为研究区开展地震响应特征分析、储层预测及裂缝预测等工作奠定良好基础。目前工区只有钻A、B两口井,但其储层的地震响应不同,A井储层的地震响应特征为弱波峰反射,B井储层的地震响应特征为波谷反射,这使储层地震响应变得复杂,增加了该区域勘探开发的难度。储层地震响应特征识别是后续地震储层预测和流体识别的重要基础资料,所以为了厘清该地区白云岩储层的地震响应特征,并结合A、B两口钻井资料,利用正演模拟技术对白云岩储层的地震响应进行研究。本研究区地震勘探的主频大约在20~30 Hz之间,本次研究的目的层二叠系储层厚度基本在10 m左右,在时间域利用地震方法即使在极限分辨率8/λ的情况下,也不能准确地分辨薄储层,地震响应通常反映的是储层及其围岩的整体地震响应特征。所以,如何在现有情况下,利用正演模拟技术,发现并识别储层的地震响应特征是十分迫切的工作。

1 白云岩储层基本特征

四川盆地大部分天然气储集在白云岩中,白云岩储层相对于灰岩来说基质物性较好,普遍具有低孔、低渗的特征,其储集类型分为裂缝—孔隙型、孔隙型、裂缝—孔洞型和裂缝型。碳酸盐岩通过白云化作用形成白云岩,但是由于白云岩强烈受控于成岩作用,原声孔隙难以保存,其储集空间基本上是多期次溶蚀作用叠加改造形成的。而溶蚀作用胡改造结果与其沉积物有密切关系,所以储层基本上受控于沉积作用和成岩作用。一般情况下有利沉积相带是储层发育的基础,而白云化作用是孔隙型储层形成的必要条件,同时在不同时期的岩溶作用是储集空间形成的决定因素^[22,23,24]。

本地区白云岩储层同样具有低孔、低渗的特征,其储集空间为裂缝—孔隙型,且储层较薄,横向连续性差,识别比较困难。储层的测井响应特征为低速、低伽马的特征,声波曲线对其储层敏感性较差,而中子曲线对储层敏感,能较好地区分白云岩和灰岩,如图1黄色矩形框内所示。

图1

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图1 储层测井响应特征分析(图中黄色矩形框内所示)

2 正演模拟与分析

2.1 正演模型建立

结合该地区已钻井资料及地质认识,总结了该地区的栖霞组沉积规律及测井响应特征,初步建立了该区白云岩储层地质模型。在明确该地区栖霞组整体地层岩性结构的基础上,通过对A、B井及邻区井栖霞组岩石物理参数进行统计分析,确定了研究区重点井的栖霞组灰岩、白云岩及下伏地层的速度(表1),最终确定了该地区几类不同的地质模型。

表1 A、B井栖霞组及下伏地层速度

井名	栖霞组速度/(m/s)		下伏地层速度/(m/s)
井名	灰岩	白云岩	下伏地层速度/(m/s)
A	6150~6250	5700	6300
B	5800~6200	5720	5300

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正演地质模型一为单储层发育正演模型,根据其测井曲线中的声波测井曲线和伽玛曲线综合判断其岩性及得到其地层的速度,这类地质模型的特征为栖霞组顶部接触的茅口组地层,地层速度为6 050 m/s;栖二段及栖一a段地层岩性以灰岩为主,地层速度为6 200 m/s,其中夹一套厚度为20 m左右的白云岩储层,储层速度相对较低,为5 700 m/s;而栖一b段发育灰岩及泥灰岩地层,灰岩地层速度6 170 m/s,泥灰岩地层速度为6 250 m/s。栖霞组下伏直接接触高速石炭系地层,速度为6 300 m/s,厚度为10 m。石炭系向下接触低速泥岩地层,速度为5 000 m/s,泥岩地层向下接触6 000 m/s的灰岩地层。灰岩地层下伏接触高速泥盆系地层,速度为6 600 m/s,如图2所示。

图2

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图2 单层储层发育地质模型

正演地质模型二是双层储层发育正演模型,根据其测井曲线中的声波测井曲线和伽马曲线综合判断其岩性并得到其地层的速度,其特征为栖霞组顶部接触的茅口组速度为6 100 m/s,栖二段及栖一a段地层岩性以灰岩为主,地层速度为6 200 m/s,在其中夹两套厚度为10 m白云岩薄储层,储层速度相对较低,为5 720 m/s。而栖一b段发育多套灰岩及泥灰岩地层,灰岩地层速度6 100 m/s,泥灰岩地层速度为5 880 m/s,下伏梁山组地层速度为5 800 m/s,预测梁山组下伏地层为低速的志留系地层,速度为5 300 m/s,如图3所示。为了说明下伏低速地层对储层地震响应的影响,将正演地质模型二中梁山组下伏低速的志留系地层变为高速地层来研究储层的地震响应特征。

图3

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图3 双层储层发育地质模型

2.2 正演结果分析

由于本次研究只是针对白云岩储层的地震响应特征,且设计的模型均为水平层状介质,理论研究和实际都证明在水平层状介质情况下,射线追踪和波动方程方法正演模拟结果基本一致,所以本次研究使用自激自收的射线追踪方法,射线追踪方法的精度可以满足水平层状介质模型的精度要求,并不影响模拟结果的准确性和可靠性^[25]。利用地质模型进行正演模拟,得到其地震正演响应。地质模型一正演结果表现为下二叠统顶界、底界表现为强振幅波峰反射特征,而储层的响应则表现为宽缓波形中的弱波峰反射,这与过A井的地震剖面相吻合;如果去除地质模型一中的储层段,则其正演结果只有二叠系顶底界面的反射,这说明该储层段的地震响应为弱波峰反射,如图4所示。地质模型二地震正演结果中,下二叠统顶界表现为强振幅波峰反射,而下二叠统底界由于接触下伏的低速地层,形成强波谷反射,在储层段受分辨率、及储层厚度较薄等因素的影响,并未形成有效反射,表现为波谷反射特征,这与过B井地震剖面相吻合,如图5所示。如果将地质模型二中下伏低速地层替代为高速地层,则其正演结果中储层段对应处出现弱波峰反射,如图6所示。故当下伏地层为低速时,即使栖霞组发育储层,其地震响应也会受到下伏低速地层影响,不会表现出明显响应特征。

图4

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图4 单层储层发育地质模型正演结果分析

a—单层储层发育地质模型正演结果;b—单层储层发育地质模型去除储层段正演结果;c—过A井地震剖面

图5

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图5 双层储层发育地质模型正演结果分析

a—双层储层发育地质模型正演结果;b—过B井地震剖面

图6

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图6 双层储层发育地质模型下伏高速地层正演结果

综上所述,在下伏地层为高速地层时,储层段的地震响应为弱波峰反射。在下伏地层为低速地层时,由于受到下伏地层的影响,储层段的响应被湮没;当把下伏低速地层变为高速地层后,储层段的地震响应则变为弱波峰反射,说明该地区储层的地震响应为弱波峰反射。

通过地震正演模拟研究,虽然A、B井都发育白云岩储层,但是由于下伏地层的影响,导致有不同的地震响应特征,对于下伏高速地层,储层具有弱波峰地震响应特征的情况,优选地震最大波峰振幅属性,定性预测储层平面分布情况;对于下伏低速地层,储层不具有弱波峰地震响应特征的情况,应利用反演等其他手段进行白云岩储层预测(图7)。

图7

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图7 最大波峰振幅属性储层预测平面

通过地震属性的方法定性地预测了白云岩储层的分布,可以看出白云岩储层在本区域广泛发育,利用高精度拟波阻抗反演方法定量地预测了白云岩储层的平面分布。白云岩储层主要发育在区域的西部和东北部,储层厚度最厚达到26 m,储层平均厚度达到12.7 m,储层厚度大于10 m的面积有340 km²。同时正钻C井表明栖霞组储层厚度为23 m,反演预测栖霞组储层厚度为22 m,误差仅为 1 m。而A井栖霞组测井储层厚度为21.8 m,反演预测厚度为22 m,误差为0.2 m,B井栖霞组测井储层厚度为23.1 m,反演预测厚度为23 m,误差为0.1 m。这充分说明反演预测结果的准确性和可靠性,反演预测的储层厚度在井点处与钻井非常吻合,同时在平面上也很好地预测了白云岩储层的分布规律,为后续工作提供了一定的依据(图8~图10)。

图8

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图8 高精度反演储层预测过井剖面和平面

a—过A井储层反演预测结果;b—过B井储层反演预测结果;c—储层反演预测平面图

图9

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图9 高精度反演储层预测A、B和C井连井剖面

图10

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图10 高精度反演储层厚度预测平面

3 结论与认识

通过正演模拟该地区储层发育地质模型,得到以下结论和认识:

1) 单层储层地质模型一正演结果说明其储层段的地震响应为弱波峰反射,去除储层段后的正演结果也证明储层段地震响应为弱波峰反射的正确性;双层储层地质模型二正演结果其储层段表现为波谷反射,当把下伏低速地层变为高速地层,储层段的地震响应则变为弱波峰反射。

2) 经过正演模拟,说明该地区储层的地震响应为弱波峰反射,但是当下伏为低速地层时,储层段的地震响应会受到下伏地层的影响,表现为波谷反射。

3) 正演模拟基本上可以厘清该地区储层的地震响应特征,为白云岩储层预测提供了依据,同时还需结合地震多属性、高精度地震反演等其他手段,综合预测白云岩储层的发育情况。综合多方法才能做好白云岩储层预测和流体识别的工作。

The authors have declared that no competing interests exist.

作者已声明无竞争性利益关系。

参考文献

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文献年度倒序

文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

[1]

韩翀

. 海相碳酸盐岩地震储层预测技术及应用——以塔里木盆地塔中地区奥陶系为例[D].成都:成都理工大学, 2011.