地震振幅能量表征河道砂体及其储层物性——以川中地区中侏罗统沙溪庙组为例
干大勇, 黄天俊, 吕龑, 杨广广, 何昌龙, 夏小勇, 吴长江, 郗诚, 喻颐
中国石油西南油气田公司勘探开发研究院

作者简介:干大勇,1988年生,工程师,硕士;主要从事油气地球物理勘探技术与综合解释工作。地址:(610041)四川省成都市高新区天府大道北段12号。ORCID: 0000-0002-1117-1636。E-mail: wty_gdy@petrochina.com.cn

摘要

四川盆地中部地区中侏罗统沙溪庙组为三角洲前缘沉积,水下分流河道砂体发育,是该区新一轮非常规天然气勘探开发的新领域。为了支撑该区的天然气勘探部署,开展了致密砂岩气勘探开发技术攻关,在河道砂体波动方程正演模拟的基础上,利用多属性融合识别河道砂体边界,结合地震强振幅“亮点”刻画出河道砂体;通过计算出河道砂体振幅能量并与河道砂体储层物性进行相关性分析,预测优质储层分布规律。研究结果表明:①川中地区沙溪庙组8号砂组的地震响应特征为“砂体顶界表现为强波谷、底界表现为强波峰”的“亮点”反射特征,地震剖面表现为沿河道走向砂体连续、稳定分布;②预测该区沙溪庙组8号砂组河道宽度介于600~1 400 m,面积为67.22 km2;③在河道砂岩地震调谐厚度范围内,砂体地震振幅能量与砂体物性具有线性正相关关系,物性越好振幅能量越强,并且随着砂体厚度和孔隙度增加,砂体的地震“亮点”模式更容易识别。结论认为,河道砂体振幅能量与砂体物性相关度超过80%,地震振幅能量能反映河道砂体物性,该认识可以为后续井位部署及非常规天然气勘探开发提供参考。

关键词: 四川盆地; 中侏罗世沙溪庙期; 致密砂岩气; 河道砂体; 正演模拟; 振幅能量; 储层物性; 相关性
Characterization of channel sand body and its reservoir physical properties based on seismic amplitude energy: A case study of the Middle Jurassic Shaximiao Formation in the central Sichuan Basin
GAN Dayong, HUANG Tianjun, LYU Yan, YANG Guangguang, HE Changlong, XIA Xiaoyong, WU Changjiang, XI Cheng, YU Yi
Exploration and Development Research Institute, PetroChina Southwest Oil & Gasfield Company, Chengdu, Sichuan 6100041, China
Abstract

The Middle Jurassic Shaximiao Formation in the central Sichuan Basin is a delta front deposit with developed underwater distributary channel sand body, and it is a new field of unconventional gas exploration and development in this area. In order to support the deployment of natural gas exploration in this area, this paper researched the key technologies for the exploration and development of tight sandstone gas. Based on forward modeling of the wave equation of channel sand body, the boundary of the channel sand body was identified by means of multi-attribute fusion, and then combined with the "bright spot" of strong seismic amplitude, the channel sand body was depicted. Finally, the distribution law of high quality reservoir was predicted by calculating the amplitude energy of channel sand body and analyzing the correlation with the reservoir physical property of channel sand body. And the following research results were obtained. First, No.8 sand body combination of Shaximiao Formation in this area presents continuous and stable distribution along the strike direction of river channel in the seismic profile, and its seismic response characteristics are "bright spot" reflection characteristics of "strong wave trough at the top boundary of sand body and strong wave peak at the bottom boundary". Second, it is predicted that the channel in No.8 sand body combination of Shaximiao Formation in this area is 600-1 400 m in width and 67.22 km2 in area. Third, in the range of the seismic tuning thickness of channel sandstone, the seismic amplitude energy of sand body is in a linear positive correlation with its physical property. The better the physical property is, the stronger the amplitude energy is. As the thickness and porosity of the sand body increase, it is easier to identify the seismic "bright spot" pattern of the sand body. In conclusion, the amplitude energy of channel sand body is more than 80% correlated with the physical property of sand body, and can reflect the physical property of channel sand body. This research result can provide reference for subsequent well location deployment and exploration and development of unconventional natural gas.

Keyword: Sichuan Basin; Middle Jurassic Shaximiao Formation; Tight sandstone gas; Channel sand body; Forward Modeling; Amplitude energy; Reservoir physical property; Correlation
0 引言

四川盆地中侏罗统沙溪庙组勘探始于20世纪70年代, 主要勘探发现集中在川西地区、川东地区五宝场构造、蜀南地区大塔场构造以及川中—川西过渡带石龙场构造[1, 2]。2006年, 川中地区八角场构造J62井沙溪庙组二段测试获得天然气产量6.2×104 m3/d, 发现了八角场构造沙二段气藏。中江气田在2013—2016年针对沙溪庙组致密砂岩层共实施开发井99口, 建成产能8.0×108 m3/a[3]。另外, 统计川中地区36口钻遇沙溪庙组的井, 共见到137井次油气显示, 以气侵、气测异常为主, 展示了较好的天然气勘探潜力。近年来对沙溪庙组开展的大量研究结果也表明, 四川盆地沙溪庙组非常规油气勘探潜力巨大。

为了加快川中地区沙溪庙组天然气勘探开发步伐, 2018年针对川中QL地区沙溪庙组致密砂岩储层开展研究工作, 笔者在河道砂体波动方程正演模拟的基础上, 利用多属性融合识别河道砂体边界, 结合地震强振幅“ 亮点” 刻画出河道砂体, 计算河道砂体振幅能量, 并将其与河道砂体测井解释的储层参数进行相关分析, 发现振幅能量与储层物性相关系数超过80%。该认识可以为后续井位部署及非常规天然气勘探开发提供参考。

1 地质背景

研究区处于四川盆地中部, 区域构造位置属于川中平缓带, 为川中平缓带与川北低缓带交界处(图1)。川中地区陆相地层层序正常, 自上而下依次发育下白垩统剑门关组, 上侏罗统蓬莱镇组、遂宁组, 中侏罗统沙溪庙组, 下侏罗统凉高山组、自流井组和上三叠统须家河组。川中—川西地区沙溪庙组以紫红色泥岩夹浅灰色块状细—中砂岩为主, 厚度介于800~2 200 m, 主要发育河流—湖泊沉积体系[4, 5, 6, 7]。川中地区沙溪庙组具有明显的曲流河沉积特点, 曲流河点坝砂体发育, 平面上多条河道砂组交错分布, 厚度一般介于15~30 m, 横向上砂体连续分布, 是储层的主要发育区, 为形成良好储层提供了物质基础, 是致密砂岩气藏勘探开发有利区。沙溪庙组以“ 叶肢介页岩” 为分层标志, 进一步将沙溪庙组划分为沙一段、沙二段, 按照沉积旋回和层序地层划分原则, 沙二段又分为4个亚段。结合地震与测井综合解释沙溪庙组自下而上共发育23个砂组, 其中第8号砂组位于沙溪庙组二段一亚段, 以长石砂岩、岩屑长石砂岩为主, 是主要产气层段, 也是笔者研究的对象(图1)。

图1 研究区位置及沙溪庙组柱状简图

2 河道砂体刻画
2.1 砂体测井与地震响应特征

根据岩心、测井曲线特征分析, 沙溪庙组发育多套单层厚度较大的叠置河道砂组, 底部为岩性突变界面, 粒度下粗上细, 河道中部层理不明显, 上部见波状层理及泥质纹层, 为曲流河点坝特征[8, 9]。测井曲线上表现为“ 钟形” 或“ 箱型” , 低自然伽马(GR)、中—高声波时差(AC); 相对于围岩主要表现为低速度、低密度(DEN)的低阻抗砂岩, 通过对已钻井储层进行精细井震标定(图2), 河道砂组顶界表现为强波谷地震反射特征, 砂组底界表现为强波峰地震反射特征, 河道形态表现为“ 亮点” 特征。

图2 Q5井合成记录标定图

2.2 砂体地震正演模拟

从钻井、测井资料和地震剖面分析可知, 砂体厚度的变化与地震振幅强弱具有明显联系, 即地震振幅的异常变化可以凸显地质体形态[10]。因此, 可以通过地震正演分析来研究这一联系。

基于测井分层与速度曲线等开展岩石物理分析并建立砂体正演模型[11, 12, 13], 利用二维声学波动方程叠后偏移(选用零相位、频率30 Hz、长度100 ms、采样率1 ms的雷克子波)进行地震响应模型正演分析, 当砂体孔隙度大于6%, 砂体地震响应特征为顶界波谷、底界波峰; 当砂体厚度大于26 m, 地震振幅响应不再随着厚度增大而变强。正演模拟结果表明:①在调谐厚度之内(小于26 m), 地震正演模拟模型砂体厚度变化介于4~20 m, 砂体厚度大于8 m时正演偏移剖面开始出现明显的波峰反射, 砂体越厚, 砂体底界波峰反射越强(图3-a); ②河道厚度保持不变, 砂体厚度为15 m, 储层厚度为12 m, 地震正演模型孔隙度变化介于6%~14%, 河道砂体孔隙度增加, 砂体底界波峰反射增强, 地震振幅能量不断增强(图3-b)。

图3 河道砂体地震正演模拟图

2.3 河道砂体刻画

QL地区三维地震覆盖面积为139.46 km2, 覆盖次数为64次, 面元为30 m×30 m; 主频为35 Hz, 频宽介于11~77 Hz, 地震资料构造细节、构造形态及主要断层分布落实清楚, 信噪比较高, 为开展河道砂体刻画、构造精细解释奠定基础。

利用三维构造模型约束高频层序地层地震解释技术, 建立沙溪庙组等时地层格架明确河道砂反射顶、底等时面, 保证刻画的河道在同一等时面。将Inline和Trace方向、倾向、方位走向等地震相干属性进行合成分析, 加强河道形态检测, 与均方根振幅属性、甜点属性等多属性融合显示[14, 15, 16], 并结合高密度等时切片精细准确刻画河道边界(图4)。

图4 8号砂组多属性融合刻画图

三维振幅透视可以在纵向上清晰刻画多套河道砂体的振幅能量变化, 比沿层属性更能反映地质规律。在等时地层划分的基础上明确河道砂组顶底等时界面, 根据河道砂体强振幅地震响应模式, 利用三维可视化振幅检测技术, 快速识别河道砂体, 准确刻画河道砂体空间形态。以河道砂体振幅亮点三维透视为基础, 结合多属性确定河道边界, 人机交互精细刻画出该区沙溪庙组8号砂组, 河道宽度介于600~1 400 m, 面积为67.22 km2

3 河道砂体地震振幅能量与储层物性关系

地震振幅统计类属性主要反映地层岩性变化、储层孔隙度的变化、河流三角洲砂体、河道砂体、某种类型的礁体、不整合面、地层调谐效应、地层层序及含流体成分的变化等。振幅能量可以识别地震振幅异常、地层层序特征、岩性相变或含气砂岩的变化振幅异常、亮点和暗点特征, 是层序内或沿指定反射进行振幅异常成图的最佳属性之一, 该属性通常用于储层的油气预测。

每一道总能量的求取方法是对分析时窗内的振幅值平方相加求得, 即

$TE=\sum\limits_{i}^{N}a_{i}^{2} \qquad (i=1, 2, 3\cdots N)$ (1)

式中TE表示时窗范围内的总能量; N表示振幅采样点数; αi表示第i个采样点的地震记录波形振幅值。

根据三维空间雕刻的河道形态和地震振幅总能量计算公式, 依次求取河道砂体的顶、底界面, 以顶、底界面为时窗范围计算得到河道砂体的振幅能量(图5)。

图5 8号砂组地震振幅能量平面图

QL地区钻遇8号砂组的井有7口, 岩心实测物性与测井解释物性分析表明(表1), 砂组厚度介于13.6~32.0 m, 泥质含量介于10%~25%, 孔隙度介于2.10%~15.00%, 平均孔隙度为11.40%, 孔隙度中值为11.20%; 储层厚度介于8.8~22.0 m, 孔隙度介于8.00%~15.00%。

表1 QL地区8号砂组测井解释成果统计表

将每口井对应的振幅能量与砂体厚度、储层厚度、泥质含量、孔隙度、渗透率进行交汇分析(图6)。结果表明, 振幅能量与砂体厚度、储层厚度、泥质含量的相关性差(图6-a、b); 振幅能量与孔隙度、渗透率等物性参数呈正相关关系(判定系数分别为0.784 8、0.894 8), 相关性较好(图6-c、d)。通过QL地区钻遇8号砂组的测井解释数据与地震振幅能量相关性分析可以得出:在8号砂组中储层物性越好, 地震振幅能量越强, 砂体的地震“ 亮点” 特征越明显; 储层物性越差, 地震振幅能量越弱, 砂体的地震响应特征不明显。

图6 8号砂组振幅能量与储层物性交汇图

通过以上分析认为, 地震振幅能量越强, 河道砂体的储层物性越好; 能量较弱, 河道砂体的储层物性较差。因此河道砂体地震振幅能量可以指导井位部署、优化工艺井靶体选取。该区新钻的开发水平井印证了河道砂体地震振幅能量与储层物性的正相关性。图7为Q8水平井地震时间偏移剖面, 其中绿色曲线为测井解释孔隙度(6%~15%), 紫色曲线为水平井轨迹。从图7中可以看出, 孔隙度与振幅关系的吻合度较高, 振幅弱的井段孔隙度较差, 振幅强且平稳分布的井段孔隙度较好。

图7 过Q8井地震时间偏移剖面图

4 结论

1)研究区沙溪庙组8号砂组地震剖面上表现为砂体顶界对应波谷、底界对应波峰的“ 亮点” 反射特征, 并且沿河道走向砂体连续、稳定分布。

2)研究区沙溪庙组8号砂组地震振幅能量与砂体物性具有正相关关系, 呈线性递增。

3)河道砂体振幅能量平面图与实钻井吻合度高, 可以定性预测优质河道砂体的展布规律, 有效区分优质砂体的分布位置, 指导下一步井位部署工作。

编 辑 陈古明

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