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宽方位地震技术与隐蔽油气藏勘探

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方位 地震 技术 隐蔽 油气藏 勘探
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文章编号 :1000-1441(2012)02-0138  -08收稿日期 :2011-03-25;改回日期 :2012-01-05。作者简介 :刘传虎 (1964—),男 ,教授级高级工程师 ,博士 ,长期从事油田地质地球物理综合研究工作 。基金项目 :国家重点基础研究发展计划 (973)项目 (2006CB202306)资助 。宽方位地震技术与隐蔽油气藏勘探刘传虎(中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司 ,山东东营257001)摘要 :宽方位地震技术即是横向接收单元尺寸与纵向接收单元尺寸之比大于 0.5时的三维地震采集 、处理技术 。由于宽方位地震技术的方位角分布全 、炮检距从小到大分布均匀 ,因此 ,宽方位地震资料中蕴含着更为丰富的信息 ,有助于识别微幅构造 、小断层和高角度裂缝 。介绍了济阳坳陷罗 42地区 、商 741地区和准噶尔盆地中部Ⅰ区块庄 1井区宽方位地震采集处理技术 ,并对比分析了利用宽方位地震资料预测泥页岩裂缝油气藏和火成岩裂缝系统发育带以及在庄 1井区描述砂体的效果 。分析认为 ,宽方位地震技术在研究具有各向异性特点 、非均质性强的地质目标体时效果明显 ,但对于地质目标体为砂岩体和各向异性特点不突出的储层预测 ,宽方位地震资料在对砂岩体的识别能力和对物性参数的反演精度等方面并无明显优势 。关键词 :宽方位地震技术 ;泥页岩裂缝油气藏 ;火成岩裂缝系统 ;各向异性DOI:10.3969/j.issn.1000-1441.2012.02.005中图分类号 :P631.4 文献标识码 :A三维地震勘探技术是隐蔽油气藏勘探的关键技术 ,为隐蔽油气藏的发现和探明提供了扎实的基础资料 。但是随着隐蔽油气藏勘探进程的不断推进 ,常规三维地震资料存在的不足 ,特别是方位角窄 、纵横向之比较小 、空间分辨率低等问题 ,影响了对低幅度构造油气藏 、地层油气藏 、岩性油气藏和缝洞型油气藏的识别 ,制约了隐蔽油气藏勘探的深入 。而宽方位 (纵横比大于0.5)地震技术以其可获得多方向小断层的成像和清晰的储层空间分布影像等优势得到了普遍关注 。1 隐蔽油气藏勘探现状隐蔽圈闭是指勘探难度较大的岩性 、地层 、不整合或复合圈闭 。油气在上述圈闭中聚集成藏后成为隐蔽油气藏 。其特点是形态 、特征不明显 ,具有隐伏性 ,采用常规勘探方法难以发现 。关于隐蔽油气藏的分类较多 ,目前通用的如表1所示 。国内外隐蔽油气藏勘探进展较快 。据统计[1],高成熟勘探区隐蔽油气藏探明储量一般占该区总 探 明 储 量 的1/3以 上 ,世 界 上 已 发 现 的43%的油和30%的气储量均来自隐蔽油气藏 。我国隐蔽油气藏的研究与勘探已获得较大成功 :20世纪60年代至80年代 ,在渤海湾 、松辽 、苏北和江汉等盆地发现了一批隐蔽油气藏 。进入20世纪90年代 ,在塔里木 、准噶尔 、陕甘宁 、四川 、松辽 、渤海湾 、苏北 、江汉和莺歌海等沉积盆地内 ,陆续发现了一大批隐蔽油气藏 ,如松辽盆地大规模薄互层 、低渗透岩性油藏 ,鄂尔多斯盆地中生界低丰度岩性油藏 ,渤海湾盆地陡坡带砂砾岩扇体油藏 、洼陷带浊积岩油藏和缓坡带滩坝砂岩油藏等 。统计认为 ,这些隐蔽的非构造油气藏储量已占总探明储量的32%,年新增储量也已占年新增总储量的1/3以上 。随着中国东部老油区勘探进入中晚期 ,油气勘探也进入了隐蔽油气藏勘探时代 。济阳坳陷的勘探程度已超过50%,年探明储量已连续28年超亿吨 ,预计 “十二五 ”期间年探明储量仍可过亿吨 。济阳坳陷以隐蔽油藏为主 ,其中岩性油气藏占总储量的30%以上 。中国西部勘探程度整体较低 ,隐蔽油气藏的勘探刚刚开始 ,但从成熟盆地的勘探历程分析 ,发现储量会越来越多 。如准噶尔陆相沉积盆地以及基底低隆控制下的沉积环境 ,决定了该区沉积特征复杂多样 ,储层品质较差 ,横向变化大 。区域构造特征决定了盆地内缺少大型的构造圈闭 ,剩余80%的油气资源应当分布在低幅度构造 、岩性以及地层圈闭之中 。非构造隐蔽性油气藏应是主要的勘探目标 。831第 51卷第 2期2012年 3月石油物探GEOPHYSICAL PROSPECTING FOR PETROLEUMVol.51,No.2Mar.,2012表1 隐蔽油气藏分类类型 亚类 细分类岩性地层圈闭油气藏储集层上倾尖灭 (或岩性侧变 )油气藏砂岩上倾尖灭油气藏{碳酸盐岩上倾尖灭油气藏古河道砂岩油气藏透镜状岩性油气藏裂缝 、层间缝油气藏生物礁块油气藏烅烄烆储层物性封闭油气藏地层圈闭油气藏地层超覆油气藏地层不整合遮挡油气藏地层不整合油气藏{沥青稠油封闭油气藏地层不整合 “基岩 ”(或古潜山 )油气藏碳酸盐岩古潜山油气藏花岗岩基岩油气藏变质岩基岩油气藏喷发岩潜山油气藏烅烄烆烅烄烆碎屑岩古潜山油气藏复合圈闭油气藏构造岩性油气藏断层岩性油气藏地层断层油气藏烅烄烆地层岩性油气藏水动力圈闭油气藏2 隐蔽油气藏勘探的主要难点关于隐蔽油气藏的成因机理 、成藏规律 、主控因素和勘探思路在文献 [2-6]中已有论述 ,由于其成藏和分布的特殊性 ,在勘探过程中经常遇到许多难题[1]。1)目标厚度往往小于地震垂向分辨率 ,常规地震方法难以识别 。当目标厚度小于地震子波1/4波长时 ,常规地震剖面上很难用地震子波时差分辨目标体的顶和底 。由于薄互层砂体顶 、底界面之间距离小于或远小于地震波波长 ,使得反射波场呈复合波形态 ,地层介质性质 、吸收衰减等因素对复合波都有一定的影响 。因此 ,地震垂向分辨率低影响了对砂岩体的识别 。2)常规地震剖面的空间分辨率低 ,目标边界模糊不清 。隐蔽圈闭多发育在某层序内特定的空间区域 ,具有异常的或特征性的内部反射结构和外部形态 。但引起地震反射结构异常的因素很多 ,如果地震响应特征不清 ,则很难判断和分析地质属性 ,而常规地震方法所能识别的地质体的尺度往往是有限的 ,因此 ,常规地震剖面上难以识别目标体的边界 。3)上倾方向的尖灭点难以确定 ,影响侧向封堵条件分析 。地层上倾尖灭油气藏的圈闭条件是上倾方向尖灭并相变为不渗透岩层 ,这些储集体如果尖灭在烃源岩中 ,可形成原生型的上倾尖灭油气藏 。常规地震方法所能识别的地质体宽度往往是有限的 ,当断距小于Fresenl带直径时 ,容易造成地层上倾连通而没有遮挡的假象 。由于常规地震资料横向分辨率低 ,常常难以确定砂体上倾方向是否被遮挡 ,尤其是薄层砂体上倾方向有无岩性尖灭封闭或早期断层封闭 。4)圈闭类型复杂 ,常规地震具有多解性 。虽然地震反射特征是沉积体系在地震反射剖面上的反映 ,代表了产生反射的沉积物的一定岩性组合和沉积特征 ,但地震反射波分辨能力的限制 ,地震反射特征不是微观沉积特征的表现 ,而是宏观沉积特征的反映 。另外 ,同一反射模式参数可以由多种地质作用产生 ,即地震反射特征和模式具有多解性 。5)岩性难以确定 。不同岩性的速度存在重叠性 ,并非一一对应关系 ,因此同一岩性的速度也具有多解性 。实践证明 ,不同构造背景下砂 、泥岩速度会有明显的差别 ,即使构造背景相同 ,岩相垂向组合的差异也会影响到速度类型 。特别是目标体存在方位各向异性时 ,研究难度更大 。6)钻前对储层物性估算不准确 。利用地震信息预测孔隙度的原理就是利用时间平均方程来建931第 2期 刘传虎.宽方位地震技术与隐蔽油气藏勘探立储层孔隙度和地震波传播速度之间的关系 ,来求取和预测其孔隙度[7]。但时间平均方程具有统计意义 ,把均匀孔隙性介质等效为纯基质介质与纯孔隙流体介质的串联 。而实际地层常具有非均质性 ,砂体含泥质 、发育有裂缝 、孔隙中含有流体 ,这些都导致运用时间平均方程计算储层孔隙度时存在较大误差 。而渗透率和含油饱和度等均依据其与孔隙度的拟合关系或经验公式来计算 ,难以适应勘探工作中储集砂体物性研究尤其是薄砂体物性条件分析的需要 。因此钻前储层物性的预测精度有限 ,这就给隐蔽圈闭成藏条件分析中储层物性的预测带来很大困难 。3 宽方位地震技术3.1 定义宽方位地震观测系统的定义公式为RA =LC/LI(1)式中 :RA为横纵比 ;LC为接收单元Crossline方向尺寸 ;LI为接收单元Inline方向尺寸 。当RA>0.5时 (通常为0.8~1.0),称为宽方位地震观测 ;当RA<0.5时 ,称为窄方位地震观测 。当地表相对平缓时 ,增加观测的方位角 ,有利于提高对地质体的照明度[8]。一般情况下 ,宽方位地震观测系统具有较高的束间耦合 。束间耦合是指在三维地震勘探中束与束之间的重复或相似程度 。束与束之间相似程度越高 ,耦合越好 ,采集脚印越少 ,静校正与速度分析精度越高 ,表现在横测线方向成像越稳定[8-9]。3.2 观测系统设计实例3.2.1 沾化凹陷罗42地区关于宽方位地震采集的观测系统 ,李庆忠在文献 [10]中推荐了几种 。我们在沾化凹陷罗42地区应用过程中 ,结合探区地质目标 ,做了有针对性的野外试验 ,对采集方法进行了优化选择 ,确定采用720道砖墙式观测系统 ,排列片的纵横比为1,纵横向覆盖 次 数 均 为8次 ,总 的 覆 盖 次 数 为64次 ,CMP网格尺寸为25m×50m。从整个观测系统的设计情况看 ,性价比和施工效率高 、方位角分布全 、炮检距从小到大分布均匀 ,有助于识别微构造 、小断层和高角度裂缝 。图1为窄方位角和宽方位角三维观测系统的方位角和炮检距分布情况 。图 1窄方位角和宽方位角三维观测系统方位角和炮检距分布情况a 2线 7炮;b 4线 6炮;c 8线 5炮;d 8线 14炮;e 720道砖墙式3.2.2 惠民凹陷商741地区惠民凹陷商741地区的宽方位角三维地震观测系统和采集方法与沾化凹陷罗42地区基本一致 。地震 资 料 的 方 位 角 分 布 全 、炮 检 距 分 布 均匀 ,可以满足多期火成岩高角度裂缝系统识别的需要 。3.2.3 准噶尔盆地庄1井区针对准噶尔盆地庄1井区储层薄 、微小断层发育 、油藏分布复杂的特点 ,为了获得来自地下各方向的地震信息 ,选择观测系统时基于以下考虑 :①增加横向覆盖次数 ,保持纵横向覆盖次数相当 ,改善大炮检距方位角的分布 ,以利于各向异性分析 ;②在线束移动时 ,尽量减少线束的滚动距离 ,力求使各个面元接收到的地球物理信息尽可能一致 ,从而有效地减少常规三维地震勘探无法克服的 “采集脚印 ”问题 ,改善静校正的耦合效果 。最终经模拟041石油物探 第 51卷试验选择了20线9炮180道观测系统 ,CMP面元尺寸为25m×25m,覆盖次数为100次 (10纵×10横 ),纵横比为1。从4个不同方位角数据体的覆盖次数分布图 (图2)上可以看到 ,尽管4个数据体的覆盖次数分布存在一定差异 ,但都比较均匀 ,因此 ,彼此间的可比性较强 。图 24个不同方位角数据体的覆盖次数分布a 45°;b 90°;c 135°;d 180°4 利用宽方位地震属性识别隐蔽油气藏近几年 ,宽方位地震技术在国内外发展很快 ,已经成为寻找非构造圈闭的有效勘探方法之一 。国内已有多个油田进行了宽方位地震勘探 ,如新疆油田拐19区[11]、大庆油田肇源南探区[12]、吐哈油田胜北地区[13]、江苏油田苏北地区 、冀东油田老爷庙地区 、胜利油田罗42地区 、西部准噶尔盆地中部Ⅰ区块莫西庄地区 。由于该技术具有照明度好 、波场信息丰富 、偏移成像精度高等特点 ,因此 ,采用该技术得到的地震剖面上小断裂 、储层裂缝和岩性变化带的成像效果得到了明显改善 。该技术在储层物性预测 、各向异性参数反演 、流体性质检测等方面有较大的优势 。4.1 罗42井区泥页岩裂缝识别沾化凹陷罗42井区沙河街组三段下亚段发育一套泥页岩裂缝油藏 ,其上 、下围岩特性差异小 ,在常规地震剖面上很难识别 。随后进行了宽方位三维地震勘探 ,并对新 、老资料进行了对比分析 (图3),认为宽方位地震资料的断裂影像更清晰 ,可识别泥页岩的裂缝分布 。波阻抗是速度与密度的函数 ,各向异性介质的波阻抗具有与速度类似的随方位角变化而变化的特点 。因此 ,利用宽方位地震资料叠前方位角速度分析结果和方位叠加结果进行地震反演 ,得到地层的波阻抗信息 ,再利用波阻抗随方位角变化的规律求得泥页岩裂缝的发育情况 ,称为IPVA技术 。图4是利用IPVA技术反演得到的罗67井旁裂缝方位和相对密度图 ,在目的层段2 500~2 600ms发育两组北东30°左右和南东160°左右的裂缝带 ,但密度不大 。反演结果与罗67井的FMI成像测井结果相吻合 ,说明IPVA技术预测裂缝是可行的 。图5给出了利用IPVA技术提取的罗42井区泥页岩裂缝发育带宽方位地震信息 ,图中黄色代表裂缝发育带 ,绿色代表过渡带 ,蓝色代表未发育带 。通过与钻井结果对比分析 ,吻合度达到93%,并在预测有利区部署了罗69井 ,该井目前正在施钻 。4.2 商741井区火成岩油气藏预测火成岩油气藏是一种隐蔽的岩性油气藏 ,与常规油气藏相比有其自身的特点 ,表现为储层分布十分复杂 ,不同岩相带具有不同的火成岩 ,储集空间的类型和发育程度也存在很大差别[14]。根据其成因 、分布和特征 ,原生储集空间可划分为6种孔隙和3种裂缝 ;次生储集空间也可划分为7种孔隙和3种裂缝 。总体上 ,火成岩储集空间结构特征表现为 :类型多样 、几何形态各异 ;孔 、洞 、缝交织 ,空间141第 2期 刘传虎.宽方位地震技术与隐蔽油气藏勘探图 3罗 42井区宽方位 (a)和窄方位 (b)三维地震剖面图 4罗 67井旁裂缝方位和相对密度结构复杂 ;孔隙分布不均 、连通性差 、非均质性强 。商741井区位于渤海湾盆地济阳坳陷西部的惠民凹陷 ,研究区新近纪和古近纪构造活动强烈 ,断裂发育 ,火山活动频繁 ,广泛发育侵入岩 、喷发岩和火山碎屑岩等 。据钻探资料显示 ,商741井区火山侵入岩裂隙十分发育 ,主要的油气储集空间为裂缝系统[15-16]。裂缝分布的复杂性决定了油气分布的复杂性 ,因此 ,有利油气富集带的预测关键是火成岩裂缝系统的预测 。主要开展了以下几个方面的研究工作 :①利用火成岩的地震相特征在地震剖图 5利用 IPVA技术提取的罗 42井区泥页岩裂缝发育带宽方位地震信息面上识别并解释其纵向发育规律 ,结合全三维解释技术划分岩相带 (图6);②利用层拉平技术研究火成岩的形态特征和平面分布 ,结合属性剖面和反演剖面预测火成岩分布范围 (图7);③利用火成岩储集空间的非均质性特点 ,对地震道的不同方位角属性特征提取聚类 ,划分有利油气富集区 (图8)。商741井区火成岩至少存在4个裂缝系统 ,后期部署的探井钻探结果也证实了该认识 ,4个裂缝系统分别为 :①东部S743-S746裂缝油藏系统 ;②北部S745裂缝油藏系统 ;③西部S741-S742裂缝油藏系统 ;④南部S74-8裂缝油藏系统 。4.3 准噶尔盆地腹部庄1井区的应用研究区位于准噶尔盆地腹部马桥凸起向盆1井西过渡的斜坡部位 ,庄1井于侏 系三工河组二241石油物探 第 51卷图 8商 741井区火成岩裂缝系统预测结果段 (J1S2)钻遇油层并获工业油流 ,之后钻探的庄101井 、庄102井和庄103井也分别在相同层位不同砂组钻获油层 。岩相 、电相 、沉积构造和沉积韵律综合分析结果表明 ,庄1井区J1S2发育大型缓坡辫状河三角洲平原和三角洲前缘亚相[17-18]。岩性主要由浅灰色粗砂岩 、中砂岩和细砂岩构成 ,夹有多层深灰色泥岩 、泥质粉砂岩及泥砾岩 。三角洲平原亚相中的分支河道微相 、三角洲前缘亚相的水下分支河道微相 、分支河口砂坝微相及前缘席状砂微相砂体发育 。该区存在的勘探问题是 :探井产量较低且不稳产 ,邻井钻遇的油层油水关系变化大 、油气富集规律不清等 。为此 ,采用宽方位地震技术 ,通过开展宽方位地震资料振幅成像处理 、动力学特征提取 、构造解释研究 、地层-岩性解释和流体预测研究 ,形成了一套针对复杂岩性油气藏勘探的资料处理和圈闭识别技术系列 。通过对比宽 /窄方位地震资料的品质 ,认为宽方位地震资料信噪比和341第 2期 刘传虎.宽方位地震技术与隐蔽油气藏勘探分辨率略高 、反射信息更丰富 、上覆煤层的屏蔽问题解决较好 、成像精度高 ,地质现象更清晰 (图9)。该区构造特征为斜坡带上的微幅度构造 ;目的层段沉积相复杂 、横向岩性变化大 、砂泥岩速度差异小 ,无明显的各向异性特点 ;油藏类型为岩性油气藏 ,埋藏深度大 。图10a和图10b分别给出了采用宽方位和窄方位三维地震技术对侏 系三工河组二段Ⅰ砂组有利储层的预测结果 ,可以看出两种方法得到的结果差异不大 。宽方位地震技术在预测庄1井区储层展布规律方面并无特别优势 。5 结束语当勘探目标为以裂缝系统为主要储集空间的地质体 (如碳酸盐岩 、火成岩 、变质岩 、泥质岩等 )时 ,由于储集体存在极端的非均质性且各向异性特征突出 ,宽方位地震资料的不同方位角地震属性对介质的变化有明显的响应 ,对于研究储集体内部结构特征 、确定目标边界或岩性变化带具有较高的精度 。当勘探目标为以孔隙为主要储集空间的地质体 (如碎屑岩地层 )时 ,因无明显各向异性特征 ,宽方位角地震技术在研究岩性 、地层等隐蔽油气圈闭方面并无明显优势 。而对于目标体厚度较小 、地震垂向分辨率满足不了地质要求的情况 ,地震勘探的核心要求是提高地震资料分辨率 。参考文献[1]王焕弟 ,牛滨华 ,任敦占 ,等 .隐蔽油气藏勘探现状与对策分析 [J].石油地球物理勘探 ,2004,39(6):739-741Wang H D,Niu B H,Ren D Z,et al.Present condi-tions of subtle traps exploration and analyses of a-441石油物探 第 51卷dapted measures[J].Oil Geophysical Prospecting,2004,39(6):739-741[2]陈冬霞 ,庞雄奇 ,邱楠生 ,等 .砂岩透镜体成藏机理[J].地球科学(中国地质大学学报 ),2004,29(4):483-485Chen D X,Pang X Q,Qiu N S,et al.Accumulationand filing mechanism of lenticular sandbody reser-voirs[J].Earth Science(Journal of China Universityof Geosciences),2004,29(4):483-485[3]陈冬霞 ,庞雄奇 ,姜振学 .透镜体油气成藏机理研究现状与发展趋势 [J].地球科学进展 ,2002,17(6):871-875Chen D X,Pang X Q,Jiang Z X.The actuality anddeveloping trend in study on the accumulationalmechanism of the 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100083,ChinaWide azimuth seismic technique and subtle hydrocarbon reservoir ex-ploration.Liu Chuanhu.GPP,2012,51(2):138~145Wide azimuth seismic is a kind of 3-D seismic data acquisition-processing technique with the ratio between transverse and longitu-dinal receiver unit larger than 0.5.Wide azimuth seismic is charac-terized by whole distribution of azimuth angle and even distributionof offset.Thus wide azimuth seismic data contains more informa-tion,which is helpful for identifying micro-relief structure,smalfaults and high-angle fractures.We introduced the wide azimuthseismic acquisition and processing examples in Luo42area andShang741area of Jiyang Depression,and Zhuang1wel area in cen-tral Junggar Basin.Moreover,wide azimuth seismic data was ap-plied for predicting shale fractured reservoir and igneous rock frac-ture development belt,as wel as characterizing the sand bodies inZhuang1wel area.Results indicate that wide azimuth seismic is ef-fective for the geologic bodies with anisotropy and strong heteroge-neity,but there is no advantage for identifying sand bodies and in-versing physical properties by using wide azimuth seismic datawhen the geologic target of reservoir prediction is sand bodies andthe reservoirs without strong anisotropy.Keywords:wide azimuth seismic technique;shale fracture reser-voir;igneous rock fracture system;anisotropyLiu Chuanhu,Shengli Oilfield Company,SINOPEC,Dongying257001,ChinaAn improved curvature calculation algorithm and its effect analysis.Li Fuqiang,He Zhenhua,Wen Xiaotao,JiangWenjie,JiangShoujin,Li Rushan.GPP,2012,51(2):146~150The curvature is usualy calculated by using least square meth-od to approximate the local curved surface with 3*3grid unit.Themethod brings in a lot of noise,so some of the micro structures arecovered by noise and cannot be displayed.Therefore,we utilizedthe least square method to approximate the local curved surface by5*5grid unit and 7*7grid unit and derived detailed calculationformula.The application results on actual data indicate that the a-bility of resisting noise is enhanced,and the characteristics of faultsand some micro structures can be distinguished effectively,whichproves the correctness of the curvature formula obtained by 5*5grid unit and 7*7grid unit.Keywords:Taylor formula;curvature;grid;differential methodLi Fuqiang,Colege of Geophysics,Chengdu University of Technol-ogy,Chengdu 610059,ChinaAccuracyimprovement byapplyingthree-component seismic dataduringmethane content calculation byLangmuir method:case studyof Guqiao Coal Mine in Huainan.YangWei,WangYun,Lu Jun,ZhaoHaizhen.GPP,2012,51(2):151~155Calculating coal-bed methane by using Langmuir equation onthe basis of obtained absorption parameters in the laboratory is oneof the mainly used methods to predict coal-bed methane content.This method needs given crustal stress and bulk density,whichhave lower accuracy with less bore holes.With borehole and log-ging data,coal-bed density,P-wave and S-wave velocity can be ob-tained by joint inversion combining three-component seismic datawith logging data.Then the Possions ratio can be
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