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石油地震储层研究及应用_以塔里木盆地塔中地区碳酸盐岩

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石油 地震 研究 应用 塔里木盆地 地区 碳酸盐
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 第 34卷第 3期2013年 5月石 油 学 报ACTA PETROLEI SINICAVol.34MayNo.32013基金项目 :国家重点基础研究发展计划 (973)项目 “非均质油气藏地球物理探测的基础研究 ”(2007CB209600)和中国石油科技创新基金 “准噶尔盆地西北缘二叠纪盆地属性再研究及其油气意义 ”(07E1028)资助 。第一作者及通讯作者 :卫平生 ,男 ,1965年 5月生 ,1987年毕业于华东石油学院勘探系 ,2005年获中国科学院海洋研究所博士学位 ,现为中国石油勘探开发研究院西北分院副院长 、教授级高级工程师 ,主要从事石油地质理论 、技术方法研究和应用 。Email:weips@petrochina.com.cn文章编号 :0253-2697(2013)03-0496-06 DOI:10.7623/syxb201303010石油地震储层研究及应用———以塔里木盆地塔中地区碳酸盐岩为例卫平生潘建国张虎权王宏斌曲永强谭开俊孙东(中国石油勘探开发研究院西北分院甘肃兰州730020)摘要 :石油地震储层研究是随着地震勘探技术和储层地质的不断发展而出现的一种综合研究方法 。结合储层地质和地球物理勘探技术最新动态 ,进一步定义了石油地震储层研究的概念 ,厘定了其研究思路 、核心内容与技术方法体系 。认为岩石地球物理实验是石油地震储层研究的基础 ,而储层地质研究 、储层地球物理模拟与方法实验 、储层地震地质解译及表征和储层综合评价与建模则是石油地震储层研究的4个基本研究步骤 ,简称为 “四步法 ”,并提出了测井分析技术 、岩石地球物理模拟实验技术 、储层地震预测 、流体预测 、储层建模和三维可视化是石油地震储层研究的6项 关 键 技 术 。将 石 油 地 震 储 层 研 究“四步法 ”应用于塔里木盆地塔中地区碳酸盐岩储层研究中 ,实现了碳酸盐岩缝洞体定量化三维空间表征与建模 ,有 效 提 高了油气勘探与开发的成功率 。关键词 :石油地震储层研究 ;储层地质学 ;岩石地球物理 ;塔里木盆地 ;碳酸盐岩中图分类号 :TE112.2    文献标识码 :AApplication and research of the petroleum seismic reservoir:a case study ofcarbonate reservoirs in the central Tarim BasinWEI Pingsheng PAN Jianguo ZHANG Huquan WANG Hongbin QU Yongqiang TAN Kaijun SUN Dong(Northwest Branch,PetroChina Research Institute ofPetroleum Exploration &Development,Lanzhou730020,China)Abstract:The seismic reservoir study,a new comprehensive research method,emerges with the rapid development of seismic explora-tion technology and reservoir geology.Combined with the latest trend of reservoir geology and geophysical exploration technology,this paper further defines the concept of the seismic reservoir study and describes its research thought,core content and technologysystem through comprehensively analyses of basic theories and characters of the seismic reservoir study.The study shows that apetrophysical experiment is the basis for the seismic reservoir study,and there are four basic procedures(“four steps”for short)thatconstitute the seismic reservoir study,i.e.geological study,geophysical simulation and method testing,seismic geological interpre-tation and characterization,and comprehensive evaluation and modeling of reservoirs.In addition,the seismic reservoir study has sixkey techniques,including logging analysis,petrophysical simulation experiment,seismic prediction,fluid prediction,modeling and3-D visualization of reservoirs.We achieved the quantitative 3-D space characterization and modeling of carbonate fracture-caved res-ervoirs by applying the four steps of the seismic reservoir study to the case study of the Tarim Basin,which substantialy improvedthe success rate of oil-gas exploration and development in the study area.Keywords:seismic reservoir study;reservoir geology;rock geophysics;Tarim Basin;carbonate储层研究虽然开展了很多年 ,但是随着油气勘探程度的不断提高 ,构造油气藏 、断块油气藏越来越少 ,隐蔽性强的岩性 、地层油气藏逐渐成为勘探的主要对象 ,油气勘探难度不断增加 ,对储层研究的要求也越来越高[1-3]。近年来 ,地震资料越来越多地应用于储层研究中 ,特别在储层表征中的作用和地位日益突出 。面对诸多亟待解决的问题 ,一种新兴的地震地质交叉体系 ———石油地震储层研究应运而生[4]。作为一种地震地质相结合的综合研究方法 ,石油地震储层研究的主要目的是借助高精度三维地震信息更好地解决储层定量化三维空间表征与建模 。如何实现储层地质与地球物理的结合 ,石油地震储层研究的优势及突出特点等问题都需要深入探讨 。因此 ,对于石油地震储层研究这种新的交叉研究体系 ,有必要就 第 3期 卫平生等 :石油地震储层研究及应用 ———以塔里木盆地塔中地区碳酸盐岩为例 497其概念 、研究思路 、核心研究内容及技术方法进行不断探讨和实践 。1 发展历程及特点1.1 发展历程1982年 ,袁秉衡撰文论述了 “石油地震地质学 ”概念的内涵与外延 ,迈出了地震技术与石油地质相结合的第一步[5]。1983年 ,Cooke介绍了地震资料广义线性反演方法 ,揭开了地震资料研究储层的新篇章[6]。1986年 ,Lake首次提出了 “储层表征 ”这一概念 ,开始了利用地震技术对储层的刻画与建模[7]。1995年 ,于兴河指出储层研究的发展趋势是从宏观向微观 、从定性到定量 、从理论沉积学向应用沉积学 、从单学科向多学科协同研究以及储层研究智能化方向发展[2]。1998年Zeng等首次使用了 “地震沉积学 ”一词 ,强调了地震技术的重要性[8]。2002年 ,刘宪斌等提出地震储层研究是指以地震勘探信息为主 ,综合各种资料研究储集层的一项综合研究课题[9]。2006年 ,杨仁超进一步指出地震技 术 在 储 层 预 测 和 油 藏 描 述 等 方 面 的 应用[1]。面对储层研究智能化的发展趋势以及地震技术在储层表征中的作用和地位 ,笔者首次将石油地震储层研究的研 究 内 容 和 关 键 技 术 等 进 行 了 系 统 的 阐述[4],目的是将储层地质理论与先进的地球物理技术相结合 ,解决低渗透碎屑岩 、古老碳酸盐岩 、火成岩等非均质储层油气藏勘探开发所面临的储层描述难题 ,从而提高油气发现与开发成效 。1.2 理论基础作为一种边缘交叉研究方法 ,应当具备两个方面的理论基础 ,并把它们紧密结合起来 。石油地震储层研究的理论基础包括储层地质学 (含沉积学 )和地震学原理 。前者主要是储层沉积学 、储层成岩作用 、储层特征 、不同尺度下储层非均质性研究 、非常规储层表征 、储层建模技术以及油田开发过程中储层综合动态特征等内容 。后者主要是指弹性波的产生 、传播 、反射 、吸收 、衰减和干扰特征 ,地震反射波的动力学 (振幅 、频率 、相位 、极性 、泊松比 )和运动学参数 (速度 、走时 、时差 )特征 。相应岩石及储层特性具有相应的地震反射波的动力学特征 ,这是两者紧密结合的切入点 ,可以利用现代的岩石地球物理实验来确定 。建立地震属性与储层岩石物性之间的一些定量关系须改变从理论或理论近似化出发的研究方法 ,而采用实验数据导出法 ,建立起它们之间有效的统计关系[10]。而另一方面岩石物 理 技 术 在 储 层 物 性 反 演[11]、烃 类 检 测[12]、AVO[13-14]、时移地震[15-16]等地震技术中起到了基本准则的作用 ,也可对地震数据的处理和解释提供基础性参数和参考 。因此 ,岩石地球物理实验是石油地震储层研究的基础 。1.3 特点储层研究智能化的发展趋势以及地震技术在储层表征中的作用和地位 ,使得石油地震储层研究有着其他技术方法所不能比拟的优势与特点 :①实验性 :岩石地球物理实验是石油地震储层研究的基础 ,是实现储层地质与地球物理结合的基本途径 ,没有相应的岩石物理实验研究就不能明晰各类岩石及储层所具有的地震反射波的动力学特征 。②整体性 :石油地震储层研究不仅是对储层的岩性 、物性 、流体等特性的描述与表征 ,更强调了对储层特性三维空间结构特征及其时空演变的整体描述及建模 。③精细性 :利用三维地震信息 ,结合各种资料 ,能够对储层特征进行更为精细的定量化三维空间表征与建模 。将垂向上分辨率很高的测井技术与横向上覆盖面很大的地震技术结合起来 ,从而达到在三维空间定量描述储层的目的 ,特别是实现井间更为精细的储层描述与建模 。2 研究思路及关键技术2.1 研究思路储层地质研究 、储层地球物理模拟与方法实验 、储层地震地质解译及表征和储层综合评价与建模是石油地震储层研究的4个基本研究步骤 ,简称为 “四步法 ”具体参见图1、图2。2.2 关键技术测井分析技术 、岩石地球物理模拟实验技术 、储层地震预测 、流体预测 、储层建模和三维可视化是石油地震储层研究的6项关键技术[4]。对于石油地震储层研究的关键技术 ,前人已经作了较全面的论述 。而对于岩石地球物理研究 ,其目标是建立与岩石弹性性质有关的物理性质 ,如弹性参数 、密度 、孔隙度 、饱和度等与地震响应之间的关系 ,并提出利用地震响应预测这些物理性质的理论与方法[17]。岩石地球物理模拟实验主要包括岩石地球物理参数的测定 、物理模拟和数值模拟3个方面 ,是地质 、测井 、地震等多参数结合的纽带与桥梁 。针对低渗透岩性 、碳酸盐岩和火山岩等强非均质性油藏 ,需要加强储层岩石地球物理参数的测试与研究 ,建立合理的地震-地质数学模型 ,为储层的地质 —测井 —地震综合预测奠定基础 。这不仅是石油地震储层研究的核心研究内容之一 ,而且是地震储层研究不断创新之所在 ,是其发展的必然趋势 。498  石   油   学   报 2013年  第 34卷  图 1石油地震储层研究思路与方法Fig.1 Research thought and method of seismic reservoir study图 2石油地震储层研究 “四步法 ”的研究内容与成果标志Fig.2 Content and results of“four steps”of seismic reservoir study3 碳酸盐岩石油地震储层研究3.1 储层地质3.1.1 储层地质背景塔里木盆地塔中地区下奥陶统碳酸盐岩岩心 、测井与连井对比分析表明 ,鹰山组开阔台地相发育 ,大套厚层滩体横向连续性好 ,分布稳定 ,易于岩溶作用发生 。古地貌控制了岩溶分带特征 ,岩溶斜坡区储层最发育 (图3)。3.1.2 储层成因机理由于鹰山组沉积期后遭受岩溶时间长 ,风化壳附近呈喀斯特地貌特征 ,沿不整合面形成准层状分布的大规模缝洞储集体 ,缝洞系统非常发育 。对下奥陶统岩心进行观察 ,结合录井资料和地震资料 ,可以将鹰山组储层区分出垂直渗流带和水平潜流带 (图4)。 第 3期 卫平生等 :石油地震储层研究及应用 ———以塔里木盆地塔中地区碳酸盐岩为例 499图 3塔中地区下奥陶统鹰山组顶面古地貌Fig.3 Paleogeomorphologic of topYingshan Formation,Lower Ordovician,central Tarim Basin图 4塔中地区下奥陶统鹰山组岩溶分带对比剖面Fig.4 Correlation profile of karst zonation of Yingshan Formation,Lower Ordovician in central Tarim Basin3.2 储层地球物理模拟与方法实验3.2.1 地球物理模拟实验在明确了有利储层控制因素及分带的情况下 ,针对目的层段进行正演模拟 ,获得了含油气储层与含水储层的正演CRP道集 。为了得到合理的弹性敏感参数 ,还对该区不同储层类型的TZ45井做了岩石物理分析 。图5分别对不同的岩石物理曲线做了交会分析 ,并最终确认纵横波比 、杨氏模量 、泊松比能够区分本区的储层 。3.2.2 技术方法实验找出该区的敏感岩石物理参数之后 ,为了获得更为理想的反演效果 ,为后续属性提取提供有效的参数信息 ,必须进行方法与技术实验 。利用地震多属性最优组合 ,建立其与测井曲线的最佳匹配关系 ,开展多属性约束井-震联合孔隙度反演 。孔隙度反演由多种属性参与计算拟合而成 ,其中也有波阻抗参与拟合计算 。因此 ,由基于神经网络的孔隙度反演方法得到更为精准的孔隙度数据体 ,最后计算出储层有效厚度平面图 。3.3 储层地震地质解译与表征在TZ49西井区 ,选取频率衰减梯度 、第二个能量百分比对应频率和相对波阻抗数据体 (即标定后的振幅数据体 )提取裂缝信息 ,获得岩溶缝洞体分布特征 。为便于叠前叠后预测结果的对比分析 ,选取时窗与叠后地震属性分析时选取的时窗保持一致 ,下奥陶鹰山组顶界向上30 ms向下延50 ms作叠前裂缝分析 ,从而得出碳酸盐岩缝洞体主要是沿着裂缝发育的规律 。单井点油气检测属于二维属性 ,参照低频能量 、平均频率和吸收系数三种属性 。三维预测含油气性以吸收系数属性为最主要的参考依据 ,再与低频能量属性和平均频率属性聚类分析得出平面油气分布属性图 (图6)。3.4 储层综合评价与建模通过以上综合分析 ,鹰山组风化壳在ZG8井以西发育106个有利岩溶系统 ,总面积为1 480 km2,为油气检测烃类异常与储层预测重合区 。主要分布在岩溶上斜坡 ,多沿走滑断裂 、裂缝发育分布 ;储集空间为孔洞型和裂缝-孔洞型 ,多见大型溶洞 ,地震剖面多见串珠状强反射 ,ZG15、ZG17等井均在该区带 ,盖层条件好 ,是目前增储上产的重要区块 。通过地球物理模拟及属性提取 ,实现了下奥陶统风化壳岩溶缝洞体与裂缝体的融合 ,加上古地貌背景 ,最终完成了下奥陶统岩溶缝洞系统缝洞单元的雕刻(图7)。图中橘黄色表示岩溶缝洞体 ,蓝色表示裂缝和断裂系统 ,可以清晰地反映出断裂和裂缝控制着岩溶缝洞体的发育和分布 。500  石   油   学   报 2013年  第 34卷  图 5ZG15井岩石物理曲线交会图Fig.5 Cross plot of rock physical curves of Wel ZG15图 6塔中地区北坡下奥陶统鹰山组风化壳油气检测Fig.6 Hydrocarbon detection of weatheringcrust of Yingshan Formation,Lower Ordovician,north slope of central Tarim Basin4 结论(1)储层地质研究 、储层地球物理模拟与方法实验 、储层地震地质综合解译及表征和储层综合评价与建模是石油地震储层研究的4个基本研究步骤 ,岩石地球物理实验是石油地震储层研究的基础 ,是实现储层地质与地球物理结合的基本途径 。石油地震储层研究在油气勘探与开发中展示出了良好的应用前景 。(2)在塔里木盆地塔中地区碳酸盐岩储层研究中 ,利用石油地震储层研究原理及方法 ,基于 “四步法 ”流程 ,实现了对碳酸盐岩储集体的综合评价与建模 ,有效地解决了储层的预测与描述 ,为油田开发奠定了扎实基础 。 第 3期 卫平生等 :石油地震储层研究及应用 ———以塔里木盆地塔中地区碳酸盐岩为例 501图 7ZG8—ZG21井区下奥陶统风化壳缝洞空间模型Fig.7 Space model of fractures and caves in the weatheringcrust,Lower Ordovician,wel area of ZG8—ZG21参 考 文 献[1]杨仁超 .储层地质学研究新进展 [J].特种油气藏 ,2006,13(4):1-5.Yang Renchao.Development and tendency of the research on reser-voir geology[J].Special Oil &Gas Reservoirs,2006,13(4):1-5.[2]于兴河 ,李剑峰 .油气储层研究所面临的挑战与新动向 [J].地学前缘 ,1995,2(4):213-220.Yu Xinghe,Li Jianfeng.Chalenges and trends in the study of hydro-carbon reservoir[J].Earth Science Frontiers,1995,2(4):213-220.[3]侯贵卿 ,孙萍 .油气储层研究新动向 [J].海洋石油 ,2000,103(1):8-14.Hou Guiqin,Sun Ping.New 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