地震預(yù)測(cè)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(gè)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(duì)薄而復(fù)雜多變的陸相儲(chǔ)層高精度地震預(yù)測(cè)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(gè)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(duì)薄而復(fù)雜多變的陸相儲(chǔ)層高精度地震預(yù)測(cè)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(duì)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(jìn)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(diǎn)的陸相儲(chǔ)層高精度地震預(yù)測(cè)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(cè)了其儲(chǔ)層和含氣性，儲(chǔ)層預(yù)測(cè)精度可提高到5m(厚度)，預(yù)測(cè)精度較以往有明顯提高，預(yù)測(cè)結(jié)果也得到了實(shí)鉆的證實(shí)。
關(guān)鍵詞：JZ31-6氣田；儲(chǔ)集層；烴類檢測(cè)；地震勘探；技術(shù)；預(yù)測(cè)
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(méi)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?jī)商诐岱e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(zhǎng)條狀。物源來(lái)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(cè)的基礎(chǔ)上，針對(duì)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(jìn)行了DST測(cè)試，效果很好。東二下段北部巖性圈閉探明和控制地質(zhì)儲(chǔ)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(chǔ)層特點(diǎn)與預(yù)測(cè)難點(diǎn)
    遼東灣海域陸相儲(chǔ)層或油氣層有以下特點(diǎn)[1]：①新近系為河流相沉積，古近系主要為湖相沉積，儲(chǔ)層縱橫向變化非常快，非均質(zhì)性很強(qiáng)，連通性差；②儲(chǔ)層或油層厚度薄，儲(chǔ)層厚度一般小于10m；③斷層非常發(fā)育；④儲(chǔ)層和油層速度變化比較大。這些特點(diǎn)給JZ31-6儲(chǔ)層高精度鉆前預(yù)測(cè)帶來(lái)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(chǔ)層的變化情況，嚴(yán)重影響儲(chǔ)層細(xì)部特征、巖性及物性預(yù)測(cè)精度。
    為了在鉆前更好地預(yù)測(cè)研究區(qū)儲(chǔ)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(chǔ)層預(yù)測(cè)的要求；②研究開發(fā)新的高精度儲(chǔ)層地震預(yù)測(cè)技術(shù)，提高陸相薄而復(fù)雜儲(chǔ)層預(yù)測(cè)精度和效果；③經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，研發(fā)了適合JZ31-6及周邊待鉆目標(biāo)的高精度儲(chǔ)層及含油氣性預(yù)測(cè)流程。
3 研究思路及技術(shù)流程
3.1 研究思路
    高精度儲(chǔ)層預(yù)測(cè)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涉及地震采集、處理和儲(chǔ)層預(yù)測(cè)三個(gè)重要環(huán)節(jié)[2～3]。早期的地震數(shù)據(jù)采集往往是針對(duì)構(gòu)造落實(shí)而展開的。由于采集費(fèi)用昂貴，很難為了儲(chǔ)層預(yù)測(cè)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(chǔ)層高精度預(yù)測(cè)的要求。在此基礎(chǔ)上，研發(fā)了新的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)以提高鉆前儲(chǔ)層預(yù)測(cè)精度和效果。
    具體研究思路為：①?gòu)V泛調(diào)研國(guó)內(nèi)外陸相儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)研究現(xiàn)狀，借鑒經(jīng)驗(yàn)；②提高地震資料對(duì)砂體的表現(xiàn)能力，通過(guò)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(shí)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(dòng)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(cè)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(cè)流程
   針對(duì)JZ31-6的地質(zhì)及沉積特點(diǎn)，在做好地震資料保幅處理、砂體發(fā)育特征識(shí)別、巖性預(yù)測(cè)等核心技術(shù)研發(fā)的基礎(chǔ)上，形成了鉆前儲(chǔ)層高精度地震預(yù)測(cè)的技術(shù)流程(圖1)，其特點(diǎn)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(jìn)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(jiǎn)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(duì)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(hào)、只能處理單一頻率信號(hào)兩大局限性。而地震信號(hào)是多頻率成分的非窄帶信號(hào)。為此，N.E.Huang于1996年提出了把信號(hào)分解成基本模態(tài)函數(shù)的算法——基于經(jīng)驗(yàn)的模態(tài)分解(簡(jiǎn)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(gè)優(yōu)點(diǎn)：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(shí)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(duì)遼東灣海域某測(cè)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(duì)比來(lái)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(duì)保幅處理流程中，球面擴(kuò)散振幅恢復(fù)模塊只能進(jìn)行振幅恢復(fù)而不能進(jìn)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(kuò)散振幅恢復(fù)模塊，從而達(dá)到疊前同時(shí)進(jìn)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(cè)反褶積，進(jìn)一步提高分辨率、壓制鳴震和多次波。疊加后，進(jìn)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(lái)看，高頻信息被壓制了。經(jīng)過(guò)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(gè)數(shù)據(jù)繼續(xù)進(jìn)行混合相位反褶積處理，分辨率進(jìn)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(guò)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(chǔ)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(chǔ)層預(yù)測(cè)的要求，必須引進(jìn)新的高精度儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)以進(jìn)一步提高儲(chǔ)層預(yù)測(cè)精度。
4.2.1廣義S變換頻譜分解技術(shù)
    信號(hào)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(hào)的時(shí)間-頻率域分布特征既與信號(hào)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(hào)的特征用振幅、能量衰減率、能量延遲時(shí)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(shí)窗長(zhǎng)度的限制，大大提高了抗噪性、穩(wěn)定性和分辨率，具有很強(qiáng)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(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)對(duì)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(qiáng)弱的變化，進(jìn)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(duì)應(yīng)單頻平均能量的平面圖，顏色越紅表示能量越強(qiáng)。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(gè)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(gè)局部砂體組成的。這一預(yù)測(cè)結(jié)果已被后來(lái)鉆井所證實(shí)。
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(jìn)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(chǔ)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(guò)對(duì)JZ31-6周邊鉆測(cè)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(jì)算得到了過(guò)JZ31-6構(gòu)造部分測(cè)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(chǔ)層預(yù)測(cè)效果綜合分析
   JZ31-6構(gòu)造的地震數(shù)據(jù)通過(guò)“三高”處理后，分辨率有明顯提高，可分辨厚度為12～20m的砂層。基于廣義S變換的頻譜成像技術(shù)進(jìn)一步提高了河湖相儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的精度，可預(yù)測(cè)厚8m左右的儲(chǔ)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(chǔ)層高精度地震預(yù)測(cè)流程可預(yù)測(cè)厚5m左右的儲(chǔ)層。在綜合分析各種技術(shù)方法預(yù)測(cè)結(jié)果的基礎(chǔ)上，針對(duì)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(cè)結(jié)果得到了鉆探證實(shí)。
5 結(jié)論
    1) 河湖相薄而多變的復(fù)雜儲(chǔ)層預(yù)測(cè)是一個(gè)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(cè)了遼東灣及JZ31-6構(gòu)造儲(chǔ)層。
2) 新的數(shù)理方法及信號(hào)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(jìn)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(cè)儲(chǔ)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(chǔ)層預(yù)測(cè)問(wèn)題。
    5) 引進(jìn)或研發(fā)了多種新的地震反演技術(shù)，較好地解決了儲(chǔ)層巖性與物性預(yù)測(cè)難題。
   6) 建立起了JZ31-6及周邊海域陸相儲(chǔ)層高精度地震預(yù)測(cè)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(cè)5m左右(厚度)的儲(chǔ)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(guó)石油大學(xué)(北京)資源與信息學(xué)院；2.中國(guó)海洋石油總公司)