地震預(yù)測技術(shù)在JZ31-6氣田發(fā)現(xiàn)中的作用

摘 要

摘要：JZ31-6氣田是近年在渤海遼東灣海域發(fā)現(xiàn)的一個巖性氣田，標(biāo)志著渤海海域隱蔽油氣田勘探取得了可喜的突破，其中，針對薄而復(fù)雜多變的陸相儲層高精度地震預(yù)測技術(shù)在該氣田鉆前發(fā)
摘要：JZ31-6氣田是近年在渤海遼東灣海域發(fā)現(xiàn)的一個巖性氣田，標(biāo)志著渤海海域隱蔽油氣田勘探取得了可喜的突破，其中，針對薄而復(fù)雜多變的陸相儲層高精度地震預(yù)測技術(shù)在該氣田鉆前發(fā)現(xiàn)中起到了關(guān)鍵性的作用。在對該目標(biāo)地質(zhì)情況及常規(guī)地震資料分析的基礎(chǔ)上，引進和研究開發(fā)了一系列新技術(shù)，包括Hilbert-Huang變換、混合相位反褶積、基于廣義S變換的高精度頻譜成像與高精度巖性-物性反演技術(shù)等，摸索出了一套適合研究區(qū)地質(zhì)特點的陸相儲層高精度地震預(yù)測技術(shù)流程。利用上述技術(shù)和流程不但提高了地震資料保幅處理水平，而且成功、有效地預(yù)測了其儲層和含氣性，儲層預(yù)測精度可提高到5m(厚度)，預(yù)測精度較以往有明顯提高，預(yù)測結(jié)果也得到了實鉆的證實。
關(guān)鍵詞：JZ31-6氣田；儲集層；烴類檢測；地震勘探；技術(shù)；預(yù)測
1 JZ31-6氣田概況
    JZ31-6構(gòu)造位于遼東灣海域遼西低凸起向遼中凹陷中洼的傾沒區(qū)，距離JZ31-1含氣構(gòu)造2km，距離JZ25-1S油氣田16km，氣田平均水深28m。
    JZ31-6巖性圈閉位于遼中凹陷中部成熟烴源巖之上，主要目的層為古近系漸新統(tǒng)東二下段，包括南部和北部兩套濁積扇砂體。此外，東三段頂部也發(fā)育了一套濁積扇砂體。JZ31-6構(gòu)造北部半深湖相濁積砂體發(fā)育在東二下段中部，剖面上呈透鏡狀，平面上呈長條狀。物源來自東南部，砂體主要沿東部斷裂坡折帶沉積，南北兩翼砂體尖滅，靠泥巖封堵。在筆者預(yù)測的基礎(chǔ)上，針對東二下段北部濁積體鉆探了JZ31-6-1井，獲得了高產(chǎn)工業(yè)油流。該井共解釋了3層氣層，厚達(dá)18m，單層最厚達(dá)12m。二開井后，在1822.5～1837m層段利用不同大小的油嘴進行了DST測試，效果很好。東二下段北部巖性圈閉探明和控制地質(zhì)儲量分別為27.65×108m3和24.45×108m3。鉆探結(jié)果揭示了該地區(qū)乃至渤海海域隱蔽型圈閉良好的勘探前景。
2 儲層特點與預(yù)測難點
    遼東灣海域陸相儲層或油氣層有以下特點[1]：①新近系為河流相沉積，古近系主要為湖相沉積，儲層縱橫向變化非?？欤蔷|(zhì)性很強，連通性差；②儲層或油層厚度薄，儲層厚度一般小于10m；③斷層非常發(fā)育；④儲層和油層速度變化比較大。這些特點給JZ31-6儲層高精度鉆前預(yù)測帶來極大的困難。
    另一方面，常規(guī)處理的地震資料的子波主頻一般低于20Hz，頻帶窄，振幅保真度、分辨率和信噪比均不高，很難反映出地層與儲層的變化情況，嚴(yán)重影響儲層細(xì)部特征、巖性及物性預(yù)測精度。
    為了在鉆前更好地預(yù)測研究區(qū)儲層及其含氣性，筆者開展了以下主要研究工作：①研究開發(fā)新的地震數(shù)據(jù)處理方法和流程，使重處理地震數(shù)據(jù)盡量滿足儲層預(yù)測的要求；②研究開發(fā)新的高精度儲層地震預(yù)測技術(shù)，提高陸相薄而復(fù)雜儲層預(yù)測精度和效果；③經(jīng)過反復(fù)試驗，研發(fā)了適合JZ31-6及周邊待鉆目標(biāo)的高精度儲層及含油氣性預(yù)測流程。
3 研究思路及技術(shù)流程
3.1 研究思路
    高精度儲層預(yù)測是一項系統(tǒng)工程，涉及地震采集、處理和儲層預(yù)測三個重要環(huán)節(jié)[2～3]。早期的地震數(shù)據(jù)采集往往是針對構(gòu)造落實而展開的。由于采集費用昂貴，很難為了儲層預(yù)測而重新采集，只能寄希望于重處理。筆者在分析了研究區(qū)常規(guī)地震采集數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，研發(fā)了新的“三高”地震數(shù)據(jù)處理方法和流程，使重處理地震數(shù)據(jù)滿足鉆前儲層高精度預(yù)測的要求。在此基礎(chǔ)上，研發(fā)了新的儲層預(yù)測技術(shù)以提高鉆前儲層預(yù)測精度和效果。
    具體研究思路為：①廣泛調(diào)研國內(nèi)外陸相儲層預(yù)測技術(shù)研究現(xiàn)狀，借鑒經(jīng)驗；②提高地震資料對砂體的表現(xiàn)能力，通過地震資料的保幅處理，使地震資料能夠準(zhǔn)確、合理地反映地質(zhì)體的地球物理響應(yīng)特征；③利用多種技術(shù)手段提取各種地震信息，在地質(zhì)認(rèn)識和沉積研究的基礎(chǔ)上，研究砂體的展布特征和幾何形態(tài)；④在古沉積環(huán)境和水動力條件研究成果的指導(dǎo)下，利用巖性物性聯(lián)合反演等多種技術(shù)手段，預(yù)測鉆探目標(biāo)的巖性和物性，研究砂體的接觸關(guān)系及其他特征。
3.2 預(yù)測流程
   針對JZ31-6的地質(zhì)及沉積特點，在做好地震資料保幅處理、砂體發(fā)育特征識別、巖性預(yù)測等核心技術(shù)研發(fā)的基礎(chǔ)上，形成了鉆前儲層高精度地震預(yù)測的技術(shù)流程(圖1)，其特點如下：①把巖石物理分析放在首位；②高度重視地震保幅處理；③真正做到地震處理和解釋真正一體化；④引進或研發(fā)了一系列新的技術(shù)和方法。這些新技術(shù)包括：基于常規(guī)采集地震數(shù)據(jù)的地震資料高分辨率、高信噪比、高保真度重處理技術(shù)(如混合相位反褶積方法)；基于廣義S變換的高精度頻譜成像技術(shù)；高精度廣義巖性 物性反演技術(shù)。
 

4 關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用效果
4.1 地震資料“三高”目標(biāo)處理新技術(shù)
    應(yīng)用效果良好的地震數(shù)據(jù)“三高”處理技術(shù)包括Hilbert-Huang變換(簡稱HHT變換)、混合相位反褶積、疊后頻率與振幅恢復(fù)、小波與KL變換去噪。限于篇幅，只對HHT變換技術(shù)應(yīng)用效果作介紹。
4.1.1 HHT變換技術(shù)效果
4.1.1.1 HHT變換的提出
    常規(guī)Hilbert變換方法有著只能應(yīng)用于窄帶信號、只能處理單一頻率信號兩大局限性。而地震信號是多頻率成分的非窄帶信號。為此，N.E.Huang于1996年提出了把信號分解成基本模態(tài)函數(shù)的算法——基于經(jīng)驗的模態(tài)分解(簡稱為EMD)算法。1998年，N.E.Huang提出了更為完整的Hilbert-Huang變換法。
    HHT變換有以下3個優(yōu)點：①該變換有明確的物理意義；②精度高；③適合處理非平穩(wěn)、非線性時間序列的譜分析方法，具有自適應(yīng)性。
4.1.1.2 HHT效果分析
從對遼東灣海域某測線部分地震數(shù)據(jù)利用HHT重處理后結(jié)果與常規(guī)處理結(jié)果對比來看(圖2)，HHT重處理地震資料的縱橫向分辨率均得到明顯提高，振幅特征更加清晰，頻帶寬度有了較大的拓寬。常規(guī)處理剖面的主頻約19Hz，重處理后，主頻達(dá)到了48Hz，提高了1.5倍。
 

4.1.2地震資料“三高”處理效果
    在常規(guī)相對保幅處理流程中，球面擴散振幅恢復(fù)模塊只能進行振幅恢復(fù)而不能進行頻率恢復(fù)。因此，用HHT疊前分頻頻率和振幅恢復(fù)模塊取代球面擴散振幅恢復(fù)模塊，從而達(dá)到疊前同時進行振幅和頻率恢復(fù)的目的，提高疊前數(shù)據(jù)的分辨率。聯(lián)合應(yīng)用混合相位反褶積與預(yù)測反褶積，進一步提高分辨率、壓制鳴震和多次波。疊加后，進一步應(yīng)用HHT疊后分頻頻率恢復(fù)技術(shù)或小波提高分辨率技術(shù)以及小波去噪技術(shù)。
    從JZ31-6原始炮集剖面來看，高頻信息被壓制了。經(jīng)過HHT分頻頻率、振幅恢復(fù)處理后，道集高頻能量被恢復(fù)，分辨率有了很大提高。用這個數(shù)據(jù)繼續(xù)進行混合相位反褶積處理，分辨率進一步提高。
    遼東灣海域常規(guī)地震資料的主頻比較低，只能分辨30m的砂層。通過上述“三高”處理后，分辨率有明顯提高，可分辨12～20m的砂層。
4.2 基于廣義S變換的頻譜成像技術(shù)及應(yīng)用效果
    遼東灣海域儲層普遍小于10m。因此，上述“三高”處理后的地震資料仍然不能完全滿足薄而復(fù)雜儲層預(yù)測的要求，必須引進新的高精度儲層預(yù)測技術(shù)以進一步提高儲層預(yù)測精度。
4.2.1廣義S變換頻譜分解技術(shù)
    信號的S變換的分辨率與頻率(即尺度)有關(guān)，物理意義明確，且基本小波不必滿足容許性條件[4～6]。但S變換中基本小波是固定的。眾所周知，信號的時間-頻率域分布特征既與信號本身有關(guān)，也與所選用的基本小波有關(guān)。為此，高靜懷(2004)等提出了廣義S變換的思路。
 
    廣義S變換依據(jù)地震信號的特征用振幅、能量衰減率、能量延遲時間及視頻率四類參數(shù)構(gòu)造基本小波，是一種高分辨率的尺度變換。廣義S變換頻譜分解方法不受時窗長度的限制，大大提高了抗噪性、穩(wěn)定性和分辨率，具有很強的適應(yīng)性。
4.2.2應(yīng)用效果分析
    利用基于廣義S變換的頻譜成像儲層預(yù)測技術(shù)對JZ31-6構(gòu)造東二下段北部濁積體開展了研究。利用頻率掃描結(jié)果分析東二下段北部濁積體整體和局部單頻能量強弱的變化，進而了解砂體整體和局部特征如厚度、砂體尖滅邊界等。圖3為東二下段北部濁積體從15Hz到75Hz對應(yīng)單頻平均能量的平面圖，顏色越紅表示能量越強。從15Hz到35Hz的分頻平面圖反映出了該濁積體厚層和整體特征；從35Hz到75Hz的分頻平面圖，逐步反映出了砂體薄層和局部特征。35Hz的分頻平面圖比較模糊的地反映出了濁積體由3個局部砂體組成。在更高頻率的分頻平面圖上，更清楚地反映出北部濁積體是由3個局部砂體組成的。這一預(yù)測結(jié)果已被后來鉆井所證實。
4.3 巖性物性反演技術(shù)及應(yīng)用效果
    為了克服常規(guī)反演方法局限性，引進開發(fā)了廣義波阻抗與巖性及物性反演、高分辨率非線性地震波阻抗及儲層物性聯(lián)合反演、基于寬帶約束的模擬退火反演方法。
    通過對JZ31-6周邊鉆測井?dāng)?shù)據(jù)分析表明，該地區(qū)縱波阻抗與孔隙度具有很好的線性關(guān)系，孔隙度隨縱波阻抗增大而減小?？v波阻抗與密度能夠比較好地區(qū)分巖性和物性。
    筆者利用廣義波阻抗反演流程計算得到了過JZ31-6構(gòu)造部分測線波阻抗、孔隙度和巖性剖面。JZ31-6-1井鉆后結(jié)果表明反演結(jié)果是正確的。
4.4 高精度儲層預(yù)測效果綜合分析
   JZ31-6構(gòu)造的地震數(shù)據(jù)通過“三高”處理后，分辨率有明顯提高，可分辨厚度為12～20m的砂層?；趶V義S變換的頻譜成像技術(shù)進一步提高了河湖相儲層預(yù)測的精度，可預(yù)測厚8m左右的儲層?；?ldquo;三高”處理后的地震資料，應(yīng)用JZ31-6及周邊海域河湖相儲層高精度地震預(yù)測流程可預(yù)測厚5m左右的儲層。在綜合分析各種技術(shù)方法預(yù)測結(jié)果的基礎(chǔ)上，針對JZ31-6構(gòu)造東二下段北部濁積體，部署了1口探井。后期鉆探結(jié)果十分理想，地震預(yù)測結(jié)果得到了鉆探證實。
5 結(jié)論
    1) 河湖相薄而多變的復(fù)雜儲層預(yù)測是一個系統(tǒng)工程。筆者綜合應(yīng)用了多學(xué)科、多方法、多途徑預(yù)測了遼東灣及JZ31-6構(gòu)造儲層。
2) 新的數(shù)理方法及信號處理方法被嘗試性地應(yīng)用到遼東灣海域及JZ31-6構(gòu)造天然氣勘探中。引進并開發(fā)的“三高”地震數(shù)據(jù)處理技術(shù)應(yīng)用效果良好。
    3) 總結(jié)出了一套可行的、有效的地震數(shù)據(jù)“三高”重處理流程。該流程能較大幅度地提高了地震分辨率、信噪比和保真度，使地震預(yù)測儲層的精度和準(zhǔn)確度更高。
    4) 基于“三高”地震數(shù)據(jù)的廣義S變換頻譜成像技術(shù)可解決厚8m左右的儲層預(yù)測問題。
    5) 引進或研發(fā)了多種新的地震反演技術(shù)，較好地解決了儲層巖性與物性預(yù)測難題。
   6) 建立起了JZ31-6及周邊海域陸相儲層高精度地震預(yù)測技術(shù)體系和流程。基于“三高”處理地震資料，該技術(shù)流程可預(yù)測5m左右(厚度)的儲層。該技術(shù)體系和流程已在全渤海海域推廣應(yīng)用。
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(本文作者：劉椏穎1 張樹林2 1.中國石油大學(xué)(北京)資源與信息學(xué)院；2.中國海洋石油總公司)