随着地震技术的不断发展, 人们已研发出了许多种生物礁储层预测方法^[1-5], 如礁相地震模式识别技术、地震属性分析及优选技术、神经网络波形分类地震相技术以及叠前叠后储层预测技术等。这些方法技术的应用可以有效预测生物礁储层在平面和空间的展布, 但在实际生产中, 新增钻井及测试资料已证实气水关系复杂, 不同的礁体存在不同的气水系统, 气水界面不一致, 因此, 为提高三维地质建模的精度, 以及满足后期生物礁储层储量计算和开发井位部署优化的需要, 需对生物礁体或生物礁群之间的连通性进行研究, 判定气水是否连通, 从而提高生产开发的效率。

国内外研究储层连通性, 主要分为动态连通性及静态连通性^[6]。动态连通性一般特别指油气藏开发后某阶段井间流体的连通性质, 目前, 关于储层的动态连通性研究方法较多, 主要是利用试井方法^[7-8]、示踪剂技术^[9]、化学方法^[10-12]、数值模拟方法^[13]以及动态数据反演法^[14]等技术评价储层的井间动态连通性。

静态连通性是对气藏开发前原始连通性的一个描述, 主要是利用各种地质研究技术和手段对储层的连通性进行描述, 如储层由于沉积相态的变化以及非均质性等造成砂体尖灭, 断裂形成的裂缝等导致储层流体分布的不连续性, 对静态连通性研究的地质综合方法基本都是对储层连通性的一种定性认识, 很难做到对储层不连通位置的准确描述, 为了提高预测精度, 在一些地区, 可能会利用井间地震技术来提高储层连通性预测的准确性^[15], 由于井间地震资料具有高分辨率和高信噪比的特征, 由此可得到井间地层、构造、储层等地质目标的极为精细的成像。将井间高频纵、横波资料与其它资料综合研究, 可解决储层连通性、流体分布等油气藏地质问题。

目前元坝长兴组气藏尚未规模开发, 动态资料少, 生物礁储层复杂的气水关系对规模开发影响较大, 所以应用地球物理方法开展储层连通性的研究, 规避遇水风险, 十分必要。元坝长兴组生物礁储层深度在6000~7000m之间, 地震资料主频偏低, 生物礁内幕结构复杂, 生物礁体或礁群间的连通关系仅利用地震资料难以判断, 本文应用频谱成像技术对薄层反射的调谐原理, 研究生物礁储层较薄时时间厚度的变化, 且由于地震分辨率的限制, 需依据井位处礁储层与非储层的差异来指导地震资料解释, 判断礁储层横向上的连通关系, 该方法在元坝长兴组气藏开发中已初步得到应用, 并取得了一定效果。

1 基于频谱成像技术的生物礁储层连通性研究 1.1 研究思路

本文主要是应用地震频谱成像技术来分析储层的连通性, 因为该技术可有效描述地质反射层厚度的非连续性和岩性的非均质性^[16-21], 即礁储层不同厚度对应不同的特定频率, 依据分解的各频率体, 可研究不同厚度的礁储层变化情况, 但仅利用地震频谱数据, 仍不能有效判断单个礁体或礁群之间是否连通, 这时, 引入井资料频谱分析, 通过井旁道频谱能量分析, 结合测井解释结果, 确定井位处礁储层与非储层的差异, 然后进一步推广到平面上, 判断储层不连通的位置。其具体研究思路如图 1所示。

1.2 储层频谱成像原理

频谱成像在理论上主要是依据薄层反射的调谐原理。实际的地震波常常是地下多个薄层的一个综合响应, 这些薄层所产生的调谐反射在频率域是唯一的, 即每个薄层产生的地震反射在频率域都有一个与之相对应的特定频率成分, 该频率成分可以指示薄层的时间厚度。在时间域, 当薄层厚度增加至四分之一波长的调谐厚度时, 反射振幅达到最大值。这时的最大反射振幅值, 对应着频率域的最大振幅能量值。频谱成像提高了对薄储层的分辨能力, 但并不是指突破了四分之一波长的分辨率极限, 而是由于该技术突破了地震波主频的限制, 进而提高了对薄储层的识别能力。通常地震最高分辨率极限对应的四分之一波长是指地震波主频对应的波长, 而通过频率成像技术, 可将四分之一波长提高到有效频段对应的波长。即当主频为30Hz, 频谱宽度为10~60Hz的地震数据体, 常规地震分辨率为30Hz所对应的四分之一波长, 而分频处理后, 频谱成像最大分辨率对应60Hz地震波波长的四分之一, 对薄层的分辨能力大大提高。

在实际应用中, 频谱成像处理可产生单一频率的一系列振幅能量体和相位数据体。某一给定频率的振幅能量体上储层具有相似的声学特征和厚度, 将振幅能量的调谐干涉现象和相位的变化综合在一起分析复杂岩层内薄层厚度的变化, 可使解释人员迅速而有效地基于薄层干涉确定不连续的地下地质体。

1.3 礁储层与非储层振幅谱能量分界值确定

地震频谱分解得到的振幅谱能量数据体虽可检测薄储层, 但由于地震分辨率的限制, 在两个礁或礁群间储层薄至什么程度时, 认为彼此不连通, 仅通过地震频谱成像技术, 并不能确定。

要确定礁储层与非储层的振幅谱能量值的分界值, 首先, 要对井旁的振幅谱数据进行分析。由已知推未知, 井位处是已经确定的信息, 利用对井位处礁储层与非储层特征的差异来指导区域上的连通性判断。

由频谱成像原理知道, 当储层厚度发生变化时, 频谱能量会有变化, 但当横向岩性发生变化时, 也会引起频谱能量变化, 所以, 为了消除含泥灰层或泥质灰层等非储层岩性对储层特征造成的影响, 我们对研究区内井资料进行统计分析时, 选择两种样本点:一种是生物礁储层发育部位, 另一种是不发育储层且泥质含量低的非生物礁储层部位。

对研究区内各井不同频率的两种样本点的振幅能量谱数据进行统计分析, 确定各频率下生物礁储层与非储层的平均振幅能量谱分界值。

1.4 振幅能量谱数据体分析

要覆盖不同厚度的储层, 需了解生物礁储层发育目标区频带范围, 主要依据研究区内各井位处生物礁储层的调谐频率范围, 确定地震数据体频谱分解范围, 将地震数据体分解成一系列单一频率的振幅能量体数据, 由于频带宽度一般有几十Hz, 在分析过程中不可能对几十个单一频率的振幅能量体进行分析, 所以会依据井旁道频谱分析, 以5Hz或10Hz为间隔, 提取3或4个振幅谱能量体进行连通性分析。

前面从井位处统计分析得到了各频率下礁储层与非储层的振幅能量谱属性分界值, 将这些分界值作为门槛值, 分别对不同频率的三维振幅谱数据体进行滤值, 即, 将小于等于分界值的区域(将其视为非储层区)的振幅谱值均设为零值, 大于分界值的区域(包含储层区)的振幅谱值保持不变, 得到新的不同频率振幅谱数据体。新数据体滤除了非储层信息, 突出了储层的信息, 更有利于分析储层的连通性。

由于地震对薄层分辨率的限制, 本方法是在地震数据频谱成像分析的基础上, 引入对井位处礁储层与非储层频谱分析, 并以井位处礁储层与非储层振幅能量谱差异判定指导全区目的层的振幅能量谱数据体分析, 从而预测礁体或礁群之间的连通性。

2 应用与效果

利用该方法对元坝长兴组生物礁某礁带进行分析, 在研究的前期已对该区生物礁储层做了精细刻画并确定了生物礁带的发育范围(图 2)。后期研究中认识到长兴组气藏不存在统一的气水界面, 不同礁体具有不同的气水系统, 水体展布形态总体表现为边水或底水。礁带东南部已钻YBa井, 该井底部遇水。为高效开发YBa井所在的这个礁群, 必须研究该礁群储层的连通性, 规避遇水的风险。

2.1 井旁道频谱分析

首先建立井位处礁储层与振幅能量谱之间的定量关系, 使频谱成像结果具有直接的物理意义和地质意义。图 3是过该礁带上3口井(YBa井, YBc井, YBd井)的井旁道频谱分析图, 在长兴组上段发育生物礁储层(玫红色为长兴组顶, 绿色为长兴组上段底), 井旁道振幅能量谱上表现为强能量值, 调谐频率范围对应在30Hz左右, 对研究区内所有井的井旁道频谱成像结果进行分析, 确定了目的层段的调谐频率范围为15~40Hz。依据该调谐频率范围, 我们选取了15, 25, 35Hz, 对研究区内地震数据进行频谱分解。

2.2 井统计礁储层与非储层频谱能量门槛值

对研究区所有井统计礁储层和非储层的频谱能量分界点, 由频谱成像原理知道, 当储层厚度发生变化时, 频谱能量会有变化, 但当横向岩性发生变化时, 也会引起频谱能量变化, 在生物礁带边缘, 由于水体变深, 礁间泥质灰岩的增加使得地震剖面上出现强振幅响应, 振幅能量谱也表现为强能量值。所以, 为了消除含泥灰层或泥质灰层等非储层岩性对储层特征造成的影响, 对研究区内井资料进行统计时, 选择两种样本点:一种是生物礁储层发育部位, 另一种是不发育储层且泥质含量低的非生物礁储层部位。

以礁带上YBa井和YBd井为例(图 4), 这两口井在长兴组上段顶部都发育有生物礁储层, 而在上段底部不发育储层, 且不发育含泥灰岩等非储层, 因此, 这两口井可作为储层段和非储层段两种样本点。依据测井解释成果的储层发育段部位(图 4中红框位置)和非储层段发育部位(图 4中黑框位置), 我们可对整个研究区内各井进行统计分析, 最终得到礁储层与非储层在不同频率的振幅能量谱分界值, 将某作为学习样本对全区进行分析。

将各井不同频率的两种样本点的振幅谱数据点进行柱状图分析, 确定各频率下的生物礁储层与非生物礁储层的平均振幅谱分界值(图 5)。

对礁带各井进行统计分析后认为, 在消除岩性影响的情况下, 15Hz振幅能量谱礁储层与非储层的平均振幅谱门槛分界点为264, 25Hz门槛分界点为269, 35Hz的门槛分界点为280。

2.3 研究区地震数据频谱分析

根据前面井旁道频谱分析, 选取了15, 25, 35Hz对研究区内地震数据进行频谱分解, 得到3个振幅能量谱数据体。

图 6是过研究区YBb井和YBa井的原始地震剖面和频谱分解的15, 25, 35Hz振幅能量谱剖面, 整条剖面都位于礁群内, 地震剖面上可看到礁群由多个不同的单礁体叠置生成(图 6a), 但很难判断各个礁体之间是否连通, 礁储层发育处都有较强的频谱能量响应(图 6b, 图 6c, 图 6d), 但能量强度不同, 由于不同频率对应的调谐厚度不同, 低频对应的调谐厚度较厚, 高频对应的调谐厚度较薄, 在15Hz振幅能量谱剖面上(图 6b)可以看到中间两个单礁体间仍出现较强的振幅能量谱, 可能是两个礁体边界储层厚度叠加, 厚度增大, 出现了调谐响应, 而在同一位置的25Hz和35Hz振幅能量谱剖面上(图 6c和图 6d), 振幅能量谱出现低值, 两个礁体又可能不连通, 因此各频率振幅能量谱值达到多少时, 才可认为礁体或礁群间不连通, 仅通过地震数据或频谱分解数据, 仍很难判定。

通过井位处统计分析得到的各频率礁储层与非储层的振幅能量谱门槛分界值, 对各频率的三维振幅谱数据体进行滤值, 将小于等于门槛分界值的区域(将其视为非储层区)的振幅谱值均设为零值, 大于门槛分界值的区域(包含储层区)的振幅谱值保持不变, 得到新的不同频率振幅谱数据体。新数据体滤除了非储层信息, 更加突出了储层的信息。图 7是过YBb井和YBa井振幅能量谱剖面, 长兴上段的生物礁储层表现为强至较强振幅能量谱(图 7a), 去除了非储层的干扰后(图 7b), 更有利于分析储层的连通性。

2.4 礁储层连通性分析

将全区井以及地震频谱数据的分析结果作为指导来研究YBa井所在礁群的连通性情况。分别对15, 25, 35Hz振幅能量谱数据沿目的层提取平面属性图, 常规提取平面属性是对层位属性值按采样间隔提取平均值, 但当生物礁体之间不连通时, 由于礁形态上是交错生长, 纵向上计算平均值会影响其连通性的判断, 所以在计算平面属性时, 我们不采用求取振幅能量谱平均值的方法。

以图 5所示的门槛分界值为标准, 统计时窗内属性大于门槛分界值的振幅能量谱属性个数, 即当采样点属性值大于各频率门槛分界值时(认为存在礁储层), 平面属性值加1, 当小于各频率门槛分界值时(认为为非储层), 平面属性加0, 最后计算得到各频率值的大于门槛分界概率值平面图。

图 8显示了3个不同频率下分别统计的大于门槛分界值的概率分布散点, 由于对离散数据点进行网格化会平均化一些边界值, 对研究礁与礁之间的连通性不利, 故直接用离散点平面分布图来分析礁储层连通性。从图上可以看到, 红色表示概率值最高, 即在时窗内大于门槛分界值的采样点最多, 表明可能是达到该频率调谐厚度最多的部位, 而深蓝色表示概率值最低, 即在时窗内大于门槛分界值的采样点最少, 表明储层减薄, 不能达到调谐厚度, 而无散点的地方, 可能是储层减薄, 或可能已无储层发育。依据以上原则, 对不同频率概率分布图上的蓝色散点值画出了几个区域, 4, 5, 6区域在3个频率图上都能分开, 但1, 2, 3区域在3个频率图上分布有所不同, 不能确定这3个区域的连通关系, 针对这种情况, 还需结合不同频率振幅能量谱剖面进行分析, 最终判定该礁带的独立连通区域。

沿平面上概率值高的部位切取任意线(图 9), 这是因为概率值高的部位是最可能连通的部位, 在15Hz振幅能量谱剖面(图 9a)箭头所指位置, 是图 8中区域1和区域2分界位置, 在该频率下储层显示不连通, 但在同一位置的另两个频率剖面上(图 9b和图 9c), 该部位连通, 可能是因为礁储层减薄造成; 图 9b和图 9c箭头所指位置是图 8区域1和区域3分界位置, 但在图 9a上该部位是连通的, 可能表明该部位的礁储层厚度是对应15Hz左右调谐厚度。综合平面分析和剖面分析认为, 1, 2, 3这3个区域是连通的, 但4, 5, 6区域是独立的礁群, 互相不连通。

本次研究认为, 研究区内礁群由4个互不连通的礁体或小礁群组成(图 10), YBa井所在礁群与西北部礁群不连通, 在西北部礁群部署了YBb井, 目前两口井已相继投产, 从两口井生产曲线对比图(图 11)看:YBa井开、关井对YBb井压降速度没有影响(水绿色曲线标示), 当YBa井关井时(黑色虚线标示处)对YBb井压力恢复没有看到明显的影响, 并且YBa井关井后压力也恢复不到早期压力, 而此时YBb井在产量由45×10⁴ m³/d至40×10⁴ m³/d时压力即迅速恢复, 且压力高于早期压力(第①条黑色虚线左边压力), 表明两口井不是一个气水系统, 两口井所在礁群不连通。

3 结论

研究认为频谱成像技术可有效地描述地质反射层厚度的非连续性和岩性的非均质性, 但受地震分辨率限制, 需结合井位处生物礁储层与非储层的频谱差异性研究, 进行区域内礁储层与非储层的识别, 从而判定礁体或礁群之间的连通性。本文预测生物礁储层连通性的方法已在元坝地区进行了初步应用, 预测结果为元坝气田长兴组井位部署调整提供了依据, 也为后期储量核算以及地质建模提供了基础。